Elektromotor Die Erfindung betrifft einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektrische Maschinen werden als Antriebsmotoren für mobile Anwendungen, zum Beispiel als Antrieb für Elektro-Autos und in der letzten Zeit zunehmend auch für Elektro-Aircraft , ge ^¬ plant und getestet. In der Luftfahrt ist besonders wichtig, das Leistungsgewicht in kW/kg (Leistung pro Gewichtseinheit) des Elektromotors zu steigern, wozu eine Reduzierung der Mo ^¬ tormasse beiträgt.

Die elektromagnetische Optimierung von Blechschnittgeometrien ist an sich bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ausgehend von einem Elektromotor der eingangs genannten Art diesen in Bezug auf sein Leistungsgewicht weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Elektromotor gelöst, der das im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Merkmal aufweist.

Danach sind innerhalb der Zahngeometrien der Spulenzähne des Zahnspulenmotors Materialfreilassungen an Stellen, an denen die Spulenzähne Magnetkreiszonen entwickeln, die gegenüber den in den Spulenzähnen übrig entwickelten Magnetkreiszonen elektromagnetisch und strukturmechanisch relativ schwach belastet und/oder benutzt sind, vorgenommen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Danach ist/sind der Stator und/oder Rotor mit mit Blechschnitten gebildeten Stator- und/oder Rotorblechpaketen ge- bildet mit Materialfreilassungen innerhalb der

Blechschnittgeometrien der Blechschnitte der damit gebildeten Stator- und/oder Rotorblechpakete an Stellen, an denen die Blechschnittgeometrien Magnetkreiszonen entwickeln, die ge- genüber den in den Blechschnittgeometrien übrig entwickelten Magnetkreiszonen elektromagnetisch und strukturmechanisch relativ schwach belastet und/oder benutzt sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor für einen unidirektionalen Betrieb mit geringem Überlastbedarf ausgebildet.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Materialauslassungen bei wenigstens zwei Spulenzähnen in identischer Weise vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass je mehr Zähne gleich ausgebildet sind, sich die Fertigung dieser Zähne vereinfacht. Im bestmöglichen Fall sind alle Zähne gleich ausgebildet, wodurch sich eine Vereinheitlichung des Fertigungsprozesses ergibt.

Aufgrund der speziellen Antriebsbedingungen auf dem Gebiet der Elektro-Aircraft , nämlich der unidirektionale Betrieb mit unidirektionaler Drehrichtung und unidirektionalem Drehmoment und die relativ geringe erforderliche Überlastfähigkeit des Antriebsmotors mit einem Überlastfaktor in der Größenordnung von P _max /P _nom ~ 1,2 bis 1,3 kann die Masse der Aktivteile des

Antriebsmotors, das heißt zum Beispiel der Stator- und das Rotorblechpaket, bei sogenannten Zahnspulenmotoren zusätzlich reduziert werden, wenn zum Beispiel die Blechschnitt- geometrien der Blechschnitte für die Pakete in Kombination ihrer strukturmechanischen und elektro-magnetischen Funktion optimiert ausgeführt werden.

Gemäß der hier vorliegenden Erfindung wird dies durch eine massenreduzierte Ausführung der Motorblechpakete erreicht, und zwar durch Wegfallen lassen der Magnetkreiszonen, die magnetisch und strukturmechanisch nur schwach belastet sind beziehungsweise benutzt werden. Simulationen haben für eine Blechschnittgeometrie zum Bei ^¬ spiel im Linearmodell gezeigt, dass innerhalb der Zahnkontur ohne die äußere Zahnkontur, die für die elektro-magnetische Funktion erforderlich ist, ein beispielhaft "ausgestanztes" Loch das Leistungsgewicht des Antriebsmotors steigert. Dabei ist es möglich, nicht nur lauter gleicher Ausstanzungen zu bedienen, sondern auch mehrerer kleinerer und/oder größerer Ausstanzungen innerhalb zum Beispiel der Blechschnitt- geometrien, so dass zum Beispiel Motorbleche einem "Loch ^¬ blech" ähnlich sind, mit einer unregelmäßigen Lochverteilung und -form, die durch kombinierte elektro-magnetische und strukturmechanische Optimierung ermittelt worden sind. Diese Ausstanzungen zum Beispiel im Blechschnitt können, zusätzlich zum Hauptzweck Massenreduzierung, auch für andere Funktionen gezielt eingesetzt werden, zum Beispiel für eine Verbesserung der Motorentwärmung, das heißt für einen verbesserten Wärmeabtransport vom Entstehungsort der Verluste zum Beispiel im Blechpaket und Wicklung hin zu einer unschädlichen Wärmesen- ke.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Figur 1 eine Topologie eines Motorblechs für die

Bildung eines Stator- und/oder Rotorblechpaketes eines Zahnspulenelektromo ^¬ tors,

Figuren 2A und 2B eine Kraftdichtenverteilung eines ersten und eines zweiten Spulenzahns des Motor ^¬ blechs aus der Figur 1,

Figur 2C Blechschnittbereiche auf einem Spulenzahn des Motorblechs aus der Figur 1 für Opti ^¬ mierungsmaßnahmen,

Figur 3 beispielhafte qualitative Verläufe elekt ^¬ romagnetischer Flussdichten in einigen Spulenzähnen des Motorblechs aus der Figur 1 , Figur 4 einen beispielhaften Bereich einer möglichen erfindungsgemäßen Materialauslassung innerhalb der Blechschnittgeometrie eines Spulenzahns des Motorblechs aus der Figur 1 unter Berücksichtigung der elektromagnetischen Flussdichtenverläufe gemäß der Figur 3,

Figur 5 eine erfindungsgemäße Anwendung der er ^¬ findungsgemäßen Optimierungsmaßnahme ge- mäß der Figur 4 auf die Spulenzähne des

Motorblechs aus der Figur 1,

Figur 6 eine beispielhafte konkrete Ermittlung von Konzentrationsstellen von elektromagnetischen Flussdichten in einer größeren Reihe von Spulenzähnen des Motorblechs aus der Figur 1, und

Figur 7 ein einheitliches Optimierungsergebnis für eine erfindungsgemäße Optimierungs ^¬ maßnahme gemäß der Figur 4 unter Berück- sichtigung der konkreten elektromagnetischen Flussdichtenverläufe gemäß der Fi ^¬ gur 6 in den dort gezeigten Spulenzähnen des Motorblechs aus der Figur 1. Die nachfolgende Figurenbeschreibung geht vom Vorliegen eines Elektromotors in Ausführung eines Zahnspulenmotors mit

Stator- und Rotor aus, bei dem der Stator und/oder Rotor mit mit Blechschnitten gebildeten Stator- und/oder Rotorblechpaketen gebildet ist/sind. Grundsätzlich könnten die Spulenzäh- ne auch massiv ausgebildet sein, wobei erfindungsgemäße Mate ^¬ rialauslassungen durch eine entsprechende zum Beispiel

Spritztechnik eingearbeitet sind.

Figur 1 zeigt eine Topologie eines Motorblechs 1 für die Bil ^¬ dung eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stator- und/oder Rotorblechpaketes eines Zahnspulenelektromotors. Im Detail zeigt die Figur 1 als Beispiel eines elektromagneti- sehen Aktivteils einen Statorblechabschnitt 2, an dem zur Er ^¬ leichterung der Arbeit zum Beispiel mit einem Linearprüfstand noch eine mechanische Hilfsstruktur 3 angekoppelt ist. Die mechanische Hilfsstruktur ist elektromagnetisch ohne Belang. Bei dem Statorblechabschnitt 2 handelt es sich um einen

Blechschnitt 4 mit einer zahnartigen Blechschnittgeometrie 5, die zu einem späteren Zeitpunkt eine in der Zeichnung nicht näher gezeigte Spulenwicklung des Elektromotors hält. Für einen ersten Zahn 6 und einen zehnten Zahn 7 des Blechschnittes 4 sind in den Figuren 2A und 2B beispielhafte qua ^¬ litative Kraftdiagramme bezüglich der an den betreffenden zahnartigen Blechschnittgeometrien beispielhaft vorherrschenden Kraftdichtenverteilungen gezeigt.

Figur 2C zeigt bezüglich einer einzelnen zahnartigen Blechschnittgeometrie beziehungsweise kurz Spulenzahn 5 schraf ^¬ fiert diejenigen Bereiche 8, die für Optimierungsmaßnahmen in Form von Massenreduzierungen prinzipiell nutzbar sind. Die äußere Zahnkontur ist für die elektromagnetische Funktion er ^¬ forderlich .

Figur 3 zeigt beispielhafte qualitative Verläufe elektromag ^¬ netischer Flussdichten in einigen Spulenzähnen des Motor- blechs 1 aus der Figur 1. Die Darstellung rührt im hier vorliegenden Fall von einer elektromagnetischen Vergleichsberechnung nach einem Linearmodell her. Anhand eines einzelnen Spulenzahns 5 sind zwei Spezialbereiche 9 und 10 markiert, von denen der erste Spezialbereich 9 eine elektromagnetisch ungesättigte Stelle im Spulenzahn 5 angibt und der zweite Spezialbereich 10 eine gesättigte Stelle.

Wie die Figur 4 beispielhaft zeigt kann an solchen ungesät ^¬ tigten Spezialbereichen 9 eine entsprechende Materialauslas- sung 11 innerhalb der Blechschnittgeometrie 5 eines Spulen ^¬ zahns des Motorblechs 1, das heißt unter Berücksichtigung der betreffenden elektromagnetischen Flussdichtenverläufe in dem Spulenzahn 5 vorgenommen werden. Figur 5 zeigt über mehrere Spulenzähne 5 des Motorblechs 1 solche Materialauslassungen 11 zum Optimieren beispielsweise des Leistungsgewichts eines Elektromotors. Die Materialaus- lassung 11 kann beispielsweise die Folge einer Ausstanzung in dem Bereich 8 einer elektromagnetisch ungesättigten Stelle der Spulenzähne 5 sein.

Mit einer solchen Maßnahme lassen sich beispielsweise Blech- paketmassen Am _FE « -3,6 % reduzieren. Es ist zwar ein geringfügiger Motorkraftverlust von AF « - 0,8 % einzukalkulieren, es ergibt sich aber eine beispielhafte Steigerung des Leis ^¬ tungsgewichtes von A(F/m _FE ) « 2,9 %. Figur 6 zeigt eine beispielhafte konkrete Ermittlung von elektromagnetisch gesättigten Konzentrationssteilen 12 von elektromagnetischen Flussdichten in einer größeren Reihe von Spulenzähnen 5 des Motorblechs 1, und zwar von einem ersten Spulenzahn 6 bis zu einem zehnten Spulen 7. Es ist feststell- bar, dass trotz deutlich verschiedener Kraftfelder die Konzentrationsform recht ähnlich ist. Es ist möglich, eine „idealisierte" Materialauslassung 13 (Figur 7) für alle hier gezeigten Spulenzähne 5 zu realisieren. Figur 7 zeigt ein einheitliches Optimierungsergebnis für eine erfindungsgemäße Optimierungsmaßnahme gemäß der Figur 4 unter Berücksichtigung der konkreten elektromagnetischen

Flussdichtenverläufe gemäß der Figur 6 in den dort gezeigten Spulenzähnen 5 des Motorblechs 1 aus der Figur 1.