Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine mit einem Permanentmagnet-Rotor. Die Gleichstrommaschine kann sowohl motorisch wie generatorisch betrieben werden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, der für höhere Leistungen von beispielsweise 100 kW und mehr ausgelegt ist. Dieser erfindungsgemäße Gleichstrommotor kann vor¬ zugsweise als Antriebsmotor von Kraftfahrzeugen insbeson¬ dere Personenkraftwagen eingesetzt werden.

Nachstehend wird die Erfindung mit Bezugnahme auf einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor beschrieben, ohne daß damit eine Beschränkung der Erfindung beabsich¬ tigt ist.

Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung eine elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine, insbesondere Gleichstrom¬ motor, mit einer Rotationsachse, mit einem ersten Perma¬ nentmagnet-Rotor, der einen bezüglich der Rotationsachse

im wesentlichen zylindrischen Ringspalt aufweist, in dem ein homogenes Magnetfeld mit geradlinigem, radialen Feld¬ linien-Verlauf und ständig wechselnder Polarität ausge¬ bildet ist.

Diesem Permanentmagnet-Rotor ist eine eisenlose, meander- förmige Statoranordnung zugeordnet, die gerade hin- oder herführende Meanderabschnitte aufweist, die parallel zur Rotationsachse ausgerichtet sind und sich innerhalb des Ringspaltes erstrecken, wobei jeder gerade hin- oder her¬ führende Meanderabschnitt aus einer Anzahl geometrisch parallel angeordneter Leiterabschnitte besteht, die im we¬ sentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor dieser Art ist aus dem Dokument EP 0 178 380 AI bekannt, das ebenfalls auf den zur vorliegenden Erfindung benannten Erfinder zu¬ rückgeht. Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an dem dort beschriebenen Motorkonzept. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird mit der Bezugnahme auf das Dokument EP O 178 380 AI der Inhalt dieses Dokumentes zusätzlich zum Bestandteil der vorliegenden Erläuterung und Beschrei¬ bung gemacht.

Die in diesem Dokument beschriebenen Motoren zeichnen sich u.a. dadurch aus, daß bei vorgegebenem Motorvolumenen ein Mehrfaches des Drehmomentes erzeugbar ist, das mit her¬ kömmlichen Motoren bei gleicher Baugröße erzielbar ist. Das vergleichsweise geringe Motorvolumenen erschwert je- doch die Abführung der beim Betrieb anfallenden Wärme. Die Wärmeentwicklung beschränkt eine weitere Leistungssteige¬ rung bei gleichbleibendem, geringen Motorvolumen.

Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der vorliegenden Er- findung darin, eine(n) elektronisch kommutierte(n) Gleich¬ strommaschine/Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, die/der bei geringem Gewicht und kompakter Bauweise ein noch höheres Drehmoment aufnimmt/liefert,

ohne daß auch bei häufig und stark wechselnden Belastun¬ gen eine unzulässige Erwärmung stattfindet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gleichstrommotor dieser Art bereitzustellen, der als Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge geeignet ist und der ein besonders hohes Spitzendrehmoment, beispielsweise bis zu 280 Nm und mehr, sowie eine hohe Nennleistung, beispiels¬ weise bis zu 100 kW und mehr liefert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Her¬ stellung und den Zusammenbau eines solchen Gleichstrom¬ motors zu erleichtern. Insbesondere soll eine mechanisch stabile, selbsttragende meanderförmige Statoranordnung bereitgestellt werden, die einfacher herzustellen ist, und die einfach in einen gegebenen Ringspalt am Permanent¬ magnet-Rotor einführbar ist.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Unter- bringung einer Kühleinrichtung innerhalb des Gehäuses der Gleichstrommaschine. Mit einer solchen Kühleinrichtung kann je nach Anforderung ein Kühlluft-Strom erzeugt wer¬ den, mit dessen Hilfe die Komponenten der Leistungs- Antriebsebene gekühlt werden.

Schließlich soll nach einem weiteren Ziel der Erfindung bei einer Gleichstrommaschine dieser Art das Konzept Motor-im-Motor verwirklicht werden. Entsprechend diesem Konzept ist innerhalb einer ersten, im wesentlichen zylindrischen Leistungs-Antriebsebene in der gleichen Rotationsebene um die gleiche Rotationsachse herum wenigstens eine weitere, im wesentlichen zylindrische Antriebsebene ausgebildet, die unabhängig von der ersten Leistungs-Antriebsebene ansteuerbar und in Rotation ver- setzbar ist.

Ausgehend von einer elektronisch kommutierten Gleichstrom¬ maschine, insbesondere Gleichstrommotor

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mit einer Rotationsachse,

- mit einem ersten Permanentmagnet-Rotor mit einem im wesentlichen zylindrischen Ringspalt mit homo- genem Magnetfeld mit geradlinigem, radialen Feld¬ linienverlauf und ständig wechselnder Polarität, und

- mit einer eisenlosen, meanderförmigen Statoran¬ ordnung, die gerade hin- oder herführende Mean- derabschnitte aufweist, die parallel zur Rotations¬ achse ausgerichtet sind und sich innerhalb des Ringspaltes erstrecken, wobei jeder gerade hin- oder herführende Meanderabschnitt aus einer An¬ zahl geometrisch parallel angeordneter Leiter- abschnitte besteht, die im wesentlichen recht¬ eckigen Querschnitt aufweisen, ist eine erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe dadurch ge¬ kennzeichnet, daß

- jeder Leiterabschnitt innerhalb des Ringspaltes der¬ art angeordnet ist, daß die längere Seite des Leiter¬ querschnittes parallel zum Feldlinienverlauf ausge¬ richtet ist.

Typischerweise ist bei Motoren dieser Bauart bislang die rechteckigen Querschnitt aufweisende Leiterbahn mit der längeren Längsseite an einem ringförmigen stationären Rückschlußteil oder an einem sonstigen Träger aus isolie¬ rendem Material angelegt worden, das/der parallel zum magnetisch aktiven Ringspalt ausgerichtet ist. Eine solche Anordnung bietet sich zwanglos an, um die Leiter-Auflage¬ fläche zu erhöhen, um dadurch die Stabilität der Leiter- Anordnung zu steigern.

Höhere Motorleistungen erfordern größere Leiterquerschnit¬ te, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten. Bei der bekannten Anordnung befinden sich notwendiger¬ weise endliche Abmessungen des Leiters in einem Feldab-

schnitt, der im Leiterbereich unterschiedliche Feldstärken aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß bei dieser Anordnung selbst in Kupferleitern endliche Wirbelströme auftreten.

Demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung eine um 90° gedrehte Anordnung der reckteckigen Querschnitt auf¬ weisenden Leiter innerhalb des magnetisch wirksamen Ring¬ spaltes gewählt, so daß innerhalb des Ringspaltes die längere Seite des Leiterquerschnittes parallel zum Feld¬ linienverlauf ausgerichtet ist. Praktisch der gesamte Leiterquerschnitt befindet sich stets in einem Feldab¬ schnitt mit gleichem homogenem Feld. Die Bildung von Wirbelströmen innerhalb der im magnetischen Ringspalt befindlichen Leiterabschnitt ist erheblich herabgesetzt.

Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß durch die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung der eckigen Querschnitt aufweisenden Leiterabschnitte im magnetisch wirksamen Ringspalt die Wirbelstromverluste in diesen

Leiterabschnitten so weit vermindert werden, daß bei einer gegebenen Motorabmessung eine bis zu 100 Prozent höhere Motorleistung erzielt werden kann.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Gleichstrommotor einen Permanentmagnet-Rotor mit einer Anzahl Permanent¬ magnet-Pole auf, die im wesentlichen senkrecht zur Rota¬ tionsachse pol-arisiert sind und in einer äußeren ring¬ förmigen Anordnung und in einer inneren ringförmigen An- Ordnung angeordnet sind, zwischen denen der magnetisch aktive Ringspalt ausgebildet ist. An jeder ringförmigen Anordnung sind benachbarte Pole alternierend polarisiert. Jeweils einem Nord- oder Süd-Pol der äußeren ringförmigen Anordnung steht ein entgegengesetzter Pol der inneren ringförmigen Anordnung gegenüber. Mit dieser Anordnung wird ein Permanentmagnet-Rotor erhalten, der einen Ringspalt mit homogenem Magnetfeld mit geradlinigem, radialen Feldlinien¬ verlauf und ständig wechselnder Polarität aufweist.

Jede ringförmige Anordnung von Permanentmagnet-Polen kann aus einem geschlossenen Ring aus Permanentmagnet-Material bestehen, an dem benachbarte Zonen alternierend polari¬ siert worden sind. Ein geschlossener Ring aus Permanent- magnet-Material erhöht die Stabilität und verringert den Aufwand beim Zusammenbau der Permanentmagnet-Rotors. Ins¬ besondere bei teuren Permanentmagnet-Materialien, wie etwa Sm/Co-Sintermaterial, ist vorzugsweise vorgesehen, die ringförmige Anordnung aus einzelnen, länglichen Elementen aus Permanentmagnet-Material aufzubauen. Diese einzelnen

Elemente werden an ihrer Rückseite an einem Ring aus magne¬ tisch leitendem Material angebracht, um eine stabile, ring¬ förmige Permanentmagnet-Anordnung zu bilden. Einzelne Magnetelemente erfordern weniger Magnetmaterial. Es kann eine präzise mechanische Bearbeitung des Sintermaterials und eine homogene Aufmagnetisierung innerhalb eines Magnet¬ elementes durchgeführt werden.

Der Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetelementen in einer ringförmigen Anordnung, das ist die neutrale Zone, kann vorzugsweise im wesentlichen gleich der radialen Abmessung (Länge) des Ringspaltes gewählt werden. Auf diese Weise wird ein magnetischer Nebenschluß zwischen benach¬ barten, ungleichnamigen Magneten innerhalb einer ringför¬ migen Anordnung vermieden. Die Homogenität des Magnetfeldes im magnetisch aktiven Ringspalt wird noch weiter gesteigert.

Vorzugsweise ist zusätzlich jede ringförmige Anordnung aus Permanentmagnet-Material an der zum Ringspalt abgewandten Seite an je einem weiteren Ring aus magnetisch leitendem Material abgestützt, das den magnetischen Fluß schließt. Die magnetische Feldstärke im Ringspalt wird erhöht und die Homogenität des Feldes noch weiter gesteigert.

Die erfindungsgemäß vorgesehene meanderförmigen Statoran¬ ordnung besteht pro Phase aus mehreren getrennten Leiter¬ bahnen, die untereinander geometrisch parallel und zusammen meanderförmig angeordnet sind. Jede Leiterbahn weist einen

vergleichsweise großen Leiterquerschnitt auf, um die konduk- tive Verlustleistung möglichst gering zu halten. Zusätzlich weist jede Leiterbahn einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf, bei welchem das Seitenverhältnis zwischen der Längs- seite zu der Schmalseite mehr als 2:1 beträgt. Vorzugsweise sind Leiterquerschnitte vorgesehen, bei welchen dieses Sei¬ tenverhältnis mehr als 4:1, beispielsweise 10:1 und mehr beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines er¬ findungsgemäßen Gleichstrommotors besteht die meander- förmige Statoranordnung aus mehreren parallel und im Ab¬ stand zueinander geführten Kupferbändern, deren Querschnitt eine Länge von ca. 12 mm und eine Breite von ca. 1 mm auf¬ weist. Eine alternative meanderförmige Leiterbahnanordnung besteht aus einem praktisch endlos langen Kupferband mit den Querschnittsabmessungen 5 x 2 mm.

Zwischen benachbarten Leiterbahnen der meanderförmigen Sta¬ toranordnung besteht ein ausreichender Zwischenraum, um auch ohne zusätzliches Isoliermaterial eine getrennte Stromfüh- rung in jeder Leiterbahn zu gewährleisten, beispielsweise auch, um je nach Betriebszustand der Gleichstrommaschine eine Parallel- oder Reihenschaltung verschiedener Leiter¬ bahnen einer meanderförmigen Leiterbahnanordnung vorzusehen. Ferner erlauben diese Zwischenräume einen ungehinderten Zutritt von Kühlluft zu den Leiterbahnen, sowie ungehin¬ derten Durchtritt von Kühlluft zwischen diesen Leiter¬ bahnen. Diese Zwischenräume können beispielsweise durch isolierende Abstandshalter gewährleistet werden, die regelmäßig zwischen benachbarten Leiterbahnen einge- setzt sind. Zusätzlich kann jede Leiterbahn mit einem isolierendem Belag versehen sein.

Die meanderförmige Statoranordnung kann aus zwei getrenn¬ ten ringförmigen, meanderförmigen Leiterbahnanordnungen aufgebaut sein. Jede meanderförmige Leiterbahnanordnung weist gerade hinführende Meanderabschnitte und gerade herführende Meanderabschnitte auf, zwischen denen ein Zwischenraum besteht. In diesen Zwischenraum kann - ohne

Berührung der benachbarten Meanderabschnitte - ein gera¬ der Meanderabschnitt einer weiteren, elektrisch getrenn¬ ten, meanderförmigen Leitebahnanordnung eingesetzt sein. Jede dieser beiden, elektrisch getrennten, ringförmigen, meanderförmigen Leiterbahnanordnungen kann wiederum aus einzelnen Leiterbahnen, beispielsweise vier Leiterbahnen aufgebaut sein wie das vorstehend beschrieben ist. Die beiden getrennten, meanderförmigen Leiterbahnanordnungen können beispielsweise mit einer Phasenverschiebung von 90° angesteuert werden. Damit wird beispielsweise ein

Gleichstrommotor geschaffen, der aus jeder Rotorstellung anläuft.

Vorzugsweise wird die Anzahl der einzelnen Leiterbahnen in Abhängigkeit vom Leiterbahnquerschnitt und vom Abstand zwi¬ schen benachbarten Leiterbahnen so gewählt, daß die gesamte Breite eines Leiterbahnstapels die halbe Polbreite der Per¬ manentmagnet-Pole nicht übersteigt. Unter Einbeziehung der Breite der neutralen Zone zwischen benachbarten Permanent- magnet-Polen kann mit einfachen Mitteln eine Kommutierung durchgeführt werden, bei welcher sich ein gegebener Stapel von Leiterbahnen stets in einem Feld einheitlicher Polari¬ tät befindet. Das bei Stromdurchgang durch die Statoran¬ ordnung - abhängig von Stromrichtung und Polarität der be- nachbarten Permanentmagnete - induzierte Magnetfeld wird optimal genutzt.

Es ist eine Schaltung vorgesehen, welche die einzelnen, ge¬ trennten Leiterbahnen, welche die meanderförmige Statoran- Ordnung bilden, untereinander parallel oder in Serie schal¬ tet. Durch eine solche Umschaltung zwischen Reihenschaltung oder Parallelschaltung der einzelenen Leiterbahnen kann eine weitere erhebliche Anpassung an den Betriebszustand bzw. Leistungsbedarf des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeuges vorgenommen werden. Beim Anfahren des Kraftfahrzeugs wird bei geringen Umdrehungszahlen ein besonders hohes Drehmoment benötigt. In diesem Falle wird eine Reihenschaltung vorge¬ nommen, die ein besonders hohes Drehmoment liefert.. Wegen

der geringen Umdrehungszahl ist die in der Satoranordnung induzierte Gegen-EMK klein und tolerierbar. Nach Erreichen einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine Paral¬ lelschaltung der Leiterbahnen vorgenommen werden. Eine solche Parallelschaltung erlaubt eine höhere Stromaufnahme und eine höhere Motorleistung, wie sie für höhere Fahrzeug- geschwindigkeiten wünschenswert ist. Diese Flexibilität in der Drehmoment- und Leistungsabgabe des Motors verringert die Anforderungen an ein Schaltgetriebe des Fahrzeugs. Der Motor und dessen Ansteuerelektronik kann einen wesentlichen Teil der Funktionen eines herkömmlichen Schaltgetriebes übernehmen oder ersetzen.

Die meanderförmige Statoranordnung aus mehreren, geometrisch parallel und im Abstand zueinander geführten Leiterbahnen bildet nacheinander

- einen geraden hinführenden Meanderabschnitt

(parallel zur Rotationsachse in einer Richtung);

- einen ersten Wickelkopf (oberhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes);

- einen geraden herführenden Meanderabschnitt (parallel zur Rotationsachse in der entgegenge¬ setzten Richtung);

- einen zweiten Wickelkopf (unterhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes); und wiederum

- einen geraden hinführenden Meanderabschnitt; usw.

Vorzugsweise wird eine Anordnung gewählt, bei welcher die geraden hin- oder herführenden Meanderabschnitte vollständig innerhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes am Permanent¬ magnet-Rotor verlaufen. Wie gesagt, ist jeder gerade hin¬ führende Leiterabschnitt mit dem benachbarten herführenden Leiterabschnitt über einen Wickelkopf verbunden. Vorzugs¬ weise weisen die Leiterbahnen in jedem Wickelkopf im wesent¬ lichen den gleichen Querschnitt auf wie die Leiterabschnitte in den benachbarten, geraden Meanderabschnitten. Typischer-

weise ist jeder Wickelkopf oberhalb oder unterhalb des ma¬ gnetisch wirksamen Ringspaltes in radialer Richtung aus einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes herausgeführt, dann rechtwinklig abgewinkelt, verläuft dann im wesentli- chen parallel zum Ringspalt, jedoch außerhalb einer gedach¬ ten Verlängerung des Ringεpaltes, um nach einer erneuten rechtwinkligen Abwinklung wieder in diese gedachte Verlänge¬ rung des Rinspaltaeε einzutreten und in den nächsten benach¬ barten geraden herführenden Leiterabschnitt überzugehen. Mit dieser Anordnung kann mit geringem Herstellungsaufwand und einfachen Befestigungsmitteln eine stabile, selbsttragende Anordnung aus mehreren untereinander getrennten, geometrisch parallel geführten Leiterbahnen gebildet werden, die zu¬ sammen eine meanderförmige Statoranordnung bilden.

Die Fußabschnitte der unterhalb des Ringspaltes befindlichen Wickelköpfe können in passende Nuten eines Statorhalters eingesetzt werden. In die Zwischenräume zwischen benachbar¬ ten Leiterabschnitten, die zusammen einen geraden, hin- oder herführenden Meanderabschnitt bilden, können kleine isolie¬ rende Abstandshalter eingesetzt sein, welche den gewünschten Abstand zwischen den benachbarten Leiterbahnen gewährlei¬ sten. Zwischen einem geraden hinführenden Meanderabschnitt und einem geraden herführenden Meanderabschnitt der gleichen oder einer weiteren meanderförmigen Leiterbahnanordnung be¬ steht ein größerer Zwischenraum, in den über die gesamte Ringspaltlänge ein entsprechender, größerer isolierender Ab¬ standshalter eingesetzt sein kann. Diese Abstandshalter be¬ stehen aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und magnetisch inertem Material, wie beispielsweise keramischen Materialian, wie etwa Aluminiumoxid. Die Anwesenheit dieser isolierenden Abstandshalter gewährleistet auch bei ganz er¬ heblichen Feldstärken und entsprechenden Magnetkräften die erforderliche Stabilität einer selbsttragenden meanderför- migen Statoranordnung.

Zur Hestellung einer derartigen meanderförmigen Statoran¬ ordnung kann von ebenem Flachmaterial ausgegangen werden.

aus welchem Bahnen der gewünschten Konfiguration ausge¬ stanzt oder ausgeschnitten werden. Diese ebenen Bahnen werden daraufhin in einer Presse um geeignete Stempel herum verformt, um die gewünschte dreidimensionale Struk- tur zu bilden. Mit 1 mm starkem Kupferblech kann eine stabile selbsttragende meanderförmige Statoranordnung erhalten werden. Eine beispielhafte Ausführungsform einer derartigen Statoranordnung ist mit Fig. 3 dargestellt.

Bei gegebenen Permanentmagneten nimmt die magnetische Feld¬ stärke im Ringspalt quadratisch zu mit der Abnahme der Ringspaltlänge (Abmessung in radialer Richtung). Es ist da¬ her zweckmäßig, die Ringεpaltlänge möglichst gering zu hal¬ ten, und den Abstand zwischen gegenüberliegenden Permanent- magnet-Polen so zu wählen, daß diese Pole gerade berührungs¬ frei an den Leiterbahnabschnitten vorbeirotieren. In Ab¬ hängigkeit von der Stabilität der Leiterbahnanordnung und der Präzision der Fertigungsmöglichkeiten beträgt der Ab¬ stand zwischen der Umlaufbahn der Permanentmagnet-Pole und den feststehenden Leitbahnabschnitten lediglich einige 1/100 mm.

Die außerhalb des Ringspaltes befindlichen Wickelköpfe der meanderförmigen Statoranordnung erschweren den Zusammenbau der Gleichstrommaschine. Im Einzelfall kann der äußere Magnetring aus zwei Halbεchalen gebildet werden, die zu einem geschlosεenen Magnetring zuεammengesetzt werden, nach¬ dem die Statoranordnung in den Ringspalt eingebracht worden iεt. Eε iεt jedoch auf jeden Fall wünεchenεwert, den inneren Magnetring von vornherein alε geεchloεsenen Ring auszubil¬ den. In einem solchen inneren geschlossenen Magnetring kann jedoch eine meanderförmige Statoranordnung dann nicht ohne weiteres eingesetzt werden, wenn sie innere Wickelköpfe aufweist, die außerhalb des Ringspaltes, nämlich zwischen Ringspalt und Rotationsachse angeordnet sind.

Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gleich- εtrommaεchine weist wenigstens eine meanderförmige Stator-

anordnung auf, deren gerade hinführenden Meanderabschnitte mit den folgenden geraden herführenden Meanderabschnitten über je einen Wickelkopf verbunden sind, wobei wenigstens die oberen Wickelköpfe innerhalb einer gedachten Verlänge- rung des Rinspaltes angeordnet sind, um ein axiales Ein¬ führen dieser meanderförmigen Statoranordnung in den Ring¬ spalt zu ermöglichen.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Statoranordnung er- laubt eine wesentliche Vereinfachung des Zusammenbaus der Gleichstrommaschine. Die Rotoranordnung kann vorab fertig¬ gestellt werden und weist sowohl für die innere ringförmige Permanentmagnet-Anordnung, wie für die äußere ringförmige Permanentmagnet-Anordnung je einen geschlossenen Ring aus magnetischem Rückschlußmaterial auf, an welchem die einzel¬ nen Elemente aus Permanentmagnet-Material dauerhaft ange¬ bracht sind. Solche geschloεεenen Ringe können einfach am Rotorträger befeεtigt werden, beispielsweise unter Aus¬ nutzung des Schrumpfes bei der thermischen Abkühlung auf ringförmige Vorsprünge am Rotorträger aufgeschrumpft werden. Es werden sonstige Schließ- und Befestigungsmittel vermie¬ den, die eine Unwucht zur Folge haben könnten. Die meander¬ förmige Statoranordnung ist mechaniεch stabil und selbst¬ tragend ausgebildet und läßt sich mit einer Genauigkeit von einigen wenigen 1/100 mm im Umfangsbereich fertigen. Diese Statoranordnung wird an einer Bodenplatte der Gleichεtrom- maschine befestigt und kann daraufhin in den magnetisch wirksamen Ringspalt am Permanentmagnet-Rotor eingeführt werden, wenn der feststehende Teil und der rotierende Teil der Gleichstrommaεchine zuεammengeführt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Gleich¬ strommaschine ist vorgeεehen, daß die meanderförmige Stator¬ anordnung aus einem ersten und einem zwei ten , je im wesentli - chen halbkreisförmigen Leiterbahnanordruπgs-Segment aufgebaut ist , das elek¬ trisch vom ersten Leiterbahnanordnungs-Segment getrennt ist . Die beiden Leiterbahnordnungs-Segmente weiεen den gleichen Umfang auf und εind innerhalb des Ringspaltes angeordnet .

Hierbei sind die geraden hin- oder herführenden Meanderab¬ schnitte des zweiten Leiterbahnanordnungs-Segementeε um etwa die halbe Pol-Breite der Permanentmagnet-Pole in Richtung des Ringspalteε räumlich versetzt angeordnet zu den geraden hin- oder herführenden Meanderabschnitten des ersten Leiter- bahnanordnungs-Segmentes.

"Breite" bezeichnet hier die Abmesεung in Umfangsrichtung des Ringspaltes; in gleicher Weise bezeichnet "Länge" die Abmessung in radialer Richtung bezogen auf die Rotations¬ achse der Gleichstrommaschine.

Um trotz der Verwendung von halbkreisförmigen, meanderförmi¬ gen Leiterbahnanordnungs-Segmenten eine elektrische Reihen- anordnung aller Leiterbahnabschnitte in den geraden hin- und herführenden Meanderabschnitten zu gewährleisten, weisen diese halbkreisförmigen Leiterbahnanordnungs-Segmente zusätz¬ liche Rückführabschnitte auf, welche die Leiterbahnabschnitte in dem end¬ ständigen herführenden Mäanderabschnitt mit den entsprechenden Leiterbahn- abschnitten in dem anfänglichen hinführenden Meanderabschnitt verbinden.

Werden die beiden, so angeordneten Leiterbahnanordnungs- Segmente mit einer Phasenverschiebung von 90° angesteuert, so wird - beim motorischen Betrieb - ein Gleichstrommotor erhalten, der aus jeder Stellung ohne weiteres anläuft. Bei einem 100 kW-Motor mit 30 Permanentmagnet-Polen auf einem Rotorumfang von ca. 100 cm wird ein hervorragender Gleich¬ lauf erhalten. Winkelabhängige Drehmomentschwankungen sind weiteεtgehend beseitigt. Die beiden elektrisch getrennten und räumlich versetzt angeordneten, halbkreisförmigen Lei¬ terbahnanordnungs-Segmente haben jeweils die Wirkung einer zylinderförmigen Statorwicklung und ermöglichen eine her¬ vorragende Steuerung deε Anlaufzuεtandeε und deε Betriebε- zustandes bei motorischem Betrieb. Weil im Ringspalt ledig- lieh eine einzige, einlagige zylinderförmige, aus den beiden Leiterbahnanordnungs-Segmenten bestehende Statoranordnung untergebracht werden muß, kann die Rinεpaltlänge entspre¬ chend verringert werden und benötigt nur wenig mehr als die

Längserstreckung des Leiterbahnquerschnitteε.

Bei der genannten Ausgestaltung der meanderförmigen Stator¬ anordnung werden die Lücken zwischen benachbarten geraden, hin- oder herführenden Meanderabschnitten nicht genutzt, weil sich in diesen Lücken keine Leiterbahnabschnitte der Statoranordnung befinden. Im Falle eines vergleichsweise engen magnetisch wirksamen Ringεpalteε, deεsen Ringspalt¬ länge 6 bis 8 mm nicht übersteigt, und bei Anwendung hoch- wirksamer Magnetmaterialien, wie beispielsweise Co/S -Sin- termaterialien, ist dies tolerierbar, weil im Ringspalt eine hohe magnetische Flußdichte von beispielsweise 1,4 Teslar und mehr erziel bar iεt. Bei einer derartig hohen magneti- εchen Flußdichte im Ringεpalt muß bereitε die Leiteranzahl der Statoranordnung begrenzt werden, um bei motorischem Be¬ trieb bei hohen Drehzahlen die Generatorspannung nicht über¬ mäßig hoch ansteigen zu lassen. Jedoch kann es bei Verwen¬ dung weniger energiereicher Permanentmagnete, beispielsweise bei Anwendung herkömmlicher Ferrite wünschenεwert εein, auch diese Lücken in der Statoranordnung auszunutzen.

Für dieεen Fall kann eine Auεgestaltung der Gleichstromma¬ schine vorgesehen werden, deren Statoranordnung eine erste meanderförmige Leiterbahnanordnung aufweiεt, die im wesent- liehen als Vollkreis-Zylinder auεgebildet iεt, deren Wickel¬ köpfe innerhalb einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes angeordnet sind, und die zwischen benachbarten geraden hin- oder herführenden Meanderabschnitten Lücken einheitlicher Breite aufweist. Zusätzlich ist eine zweite meanderförmige Leiterbahnanordnung vorgesehen, die zweite gerade, hin- oder herführende Meanderabschnitte und zweite Wickelköpfe auf¬ weist, wobei die zweiten Meanderabschnitte in die Lücken der ersten meanderförmigen Leiterbahnanordnung derarig einge¬ setzt sind, daß die beiden Leiterbahnanordnungen ineinan- der angeordnet sind und den gleichen Umfang aufweisen. Die zweiten Wickelköpfe werden in radialer Richtung außerhalb einer gedachten Verlängerung des Ringspalteε angeordnet. In diesem Falle befinden sich sowohl die oberen wie die unteren

Wickelköpfe der zweiten meanderförmigen Leiterbahnanordnung in radialer Richtung außerhalb einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes.

in diesem Falle kann wenigstenε für den inneren Magnetring am Rotor eine geschlossene Anordnung vorgesehen werden. Die Statoranordnung kann anschließend an diesen inneren Magnet¬ ring einfach in die Rotoranordnung eingesetzt werden. Für den äußeren Magnetring der Rotoranordnung wird eine Anord- nung aus zwei halbkreisförmigen Halbschalen gewählt, die zu einem geschlosεenen Magnetring zusammengesetzt und geschlos- εen werden, nachdem die Statoranordnung in den Ringspalt eingesetzt worden ist.

Ein weiterer Gesichtεpunkt der Erfindung betrifft die Be- reitεtellung einer einfacher fertigbaren meanderförmigen Statoranordnung für eine Gleichεtrommaschine der beanspruch¬ ten Art. Die Statoranordnung εoll mechaniεch εtabil und selbsttragend sein und nach Festlegung im Bereich des Sta- torfußes bzw. deε unteren Wickelkopfeε ohne weiteren zu- εätzlichen Träger in den Ringεpalt hineinragen und dort ohne jegliche mechanische Verformung den erheblichen mechanischen Kräften standhalten.

Bei einer ersten Ausführungsform einer solchen Statoranord¬ nung beεteht die erste Leiterbahnanordnung oder jedes Lei¬ terbahnanordnungs-Segment aus je einem einzigen Stück un¬ unterbrochenem, bandförmigem Leitermaterial mit im wesent¬ lichen rechteckigem Querεchnitt. Beiεpielεweiεe wurde iso- liertes Leitermaterial aus Kupfer mit einem Querschnitt von 5 x 2 mm verwendet. Das praktisch endlos lange, anfänglich im wesentlichen gerade, bandförmige Leitermaterial wird fortlaufend nach vorgegebenen Abständen rechtwinkelig umge¬ bogen, um eine meanderförmige Statorwicklung zu erhalten, wie sie schematisch mit den Fig. 4a und 4b dargestellt iεt. Das fortlaufende rechtwinkelige Umbiegen kann beispielsweise mit Hilfe einer Vorrichtung vorgenommen werden, die weniσ- εtenε eine Nut zur Aufnahme eineε geraden Stückeε Leiterma-

terial aufweist. Diese Nut endet an einer Anlagefläche, die senkrecht zur Nut ausgerichtet iεt. Eine drehbar gehaltene Walze iεt längs der Anlagefläche verschiebbar angeordnet. Mit Hilfe dieser Walze wird jeweilε ein über die Nut vor- stehender Abschnitt bestimmter Länge des Leitermaterials rechtwinkelig umgebogen und zur Anlage an der Anlagefläche gebracht.

Eine praktische Ausführungsform einer solchen meanderförmi- gen Statoranordnung entspricht einem halbkreiεförmigen,

Leiterbahnanordnungε-Segment mit 14 geraden Meanderabschnit¬ ten und weiεt pro geradem Meanderabεchnitt 5 räumlich im Ab- εtand zueinander angeordnete und zusätzlich elektriεch ge¬ geneinander iεolierte Leiterbahnabεchnitte auf. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Leiterbahnabschnitten eines Mean- derabschnittes erlaubt den zwangsweisen Durchtritt von Kühl¬ luft und vermindert die Selbstinduktion bei der Stromrich¬ tungsumkehr.

Im Bereich der Wickelköpfe liegen die entsprechenden Leiter¬ abschnitte aneinander an. Benachbart zu den unteren Wickel¬ köpfeπ sind die Rückführabschnitte angeordnet. Die die unte¬ ren Wickelköpfe und die Rückführabschnitte bildenden Leiter¬ bahnabschnitte sind miteinander verklebt; bei Bedarf können auch die die oberen Wickelköpfe bildenden Leiterbahnab¬ schnitte miteinander verklebt werden; als Klebemittel kann ein elektrisch isolierendes, aushärtbares Kunstharz vorge¬ sehen werden. Die Verklebung mit Hilfe deε auεhärtenden Kunstharzes erhöht die Stabilität. Nach einer wenigstens teilweisen Verklebung/Stabiliεierung wird die noch ebene

Statoranordnung in die Form eines Halbkreis-Zylinderεegmen- tes oder eineε Vollkreis-Zylinders gebracht. Das kann bei¬ spielsweise mit Hilfe einer Presεe erfolgen, die paεsend gekrümmte Stempel aufweist, zwischen denen die anfänglich ebene Statorwicklung fortlaufend abschnittsweise verformt wird.

Es wird eine stabile, selbsttragende, meanderförmige Stator-

anordnung erhalten, die zweckmäßigerweise mit den Rückführ- abεchnitten in eine ringförmige Nut oder ein U-förmiges Profil an einer Bodenplatte der Gleichεtrommaschine eingesetzt und dort festgelegt wird. Die Maßgenauigkeit und die Stabilität der Statoranordnung sind εo groß, daß die Umlaufbahn der

Permanentmagnete am Rotor in einem Abstand von einigen weni¬ gen 1/100 mm zur Statoranordnung vorgesehen werden kann.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die lichte Weite deε magne- tiεch aktiven Ringεpaltes (Luftspalteε) - daε iεt dessen Er- streckung in radialer Richtung bezogen auf die Rotations¬ achse - nur geringfügig mehr ausmacht, als die Längserεtrek- kung eines Leiterqueschnitets der Statoranordnung. Eε wird die bei gegebenem Leiterquerschnitt geringste Weite des Luftspaltes und damit bei gegebenenen Permanentmagneten die größte magnetische Flußdichte erhalten. Dennoch wird bei Anwendung von zwei halbkreiεförmigen Leiterbahnanordnungε- Segementen, die bezüglich der Permanentmagnet-Pole räumlich verεetzt angeordnet sind und die elektrisch phasenverεchoben angesteuert werden, hinsichtlich Anlaufen aus jeder Rotor¬ stellung und Gleichlaufeigenschaften die Wirkung von mehre¬ ren Statorwicklungen im Luftεpalt erhalten.

Eine weitere Auεführungεfor einer erfindungεgemäßen mean- derfδrmigen Statoranordnung weiεt eine zuεammengeεetzte meanderförmige Leiterbahnanordnung, die aus einer Anzahl Wickelkopfelemente und aus einer Anzahl Meanderabschnitt- elementen besteht, auf. Die Elemente sind einzeln vorge¬ fertigt worden, beispielsweise aus einem Kupferblech ge- wünschter Stärke ausgestanzt worden. Die Meanderabschnitt- elemente weiεen an den gegenüberliegenden Endabschnitten je eine abstehende Fahne auf, die mit einem Schlitz ver¬ sehen ist. Die Wickelkopfelemente weisen einen an den vor¬ gesehenen Stromdurchgang angepaßten Leiterquerschnitt auf, welcher den Querschnitt der Meanderabschnittelemente über- εteigt. Die oberen Wickelkopfelemente und die Meanderab- εchnittelemente weiεen die gleiche Längεabmeεεung auf. In den Wickelkopfelementen befinden sich pasεende Aussparungen,

durch welche die Fahnen hindurchgesteckt werden. Die beiden Fahnenabschnitte werden daraufhin in entgegengesetzter Richtung umgebördelt. Das Umbδrdeln εchafft eine zuεammen- geεetzte, mechaniεch εtabile, εelbsttragende Leiterbahnan- Ordnung und gewährleistet zusätzlich auch die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Meanderabschnittelementen und den Wickelkopfelementen. Bei Bedarf kann zusätzlich eine Punktschweißung vorgesehen werden. Benachbarte Meanderab- schnittelemente sind im Abstand zueinander angeordnet, um Spalte für den Durchtritt von Kühlluft zu schaffen. Die unteren Wickelkopfelemente können eine größere Breite auf¬ weisen und können zusätzlich mit Bohrungen für die Durch¬ führung von Befestigungsschrauben versehen εein. Mit Hilfe dieser Befestigungεεchrauben können die unteren Wickel- köpfelemente unmitttelbar auf einer Bodenplatte der Gleich¬ strommaschine befestigt werden, so daß die vertikal ab¬ stehenden Meanderabschnittelemente und die oberen Wickel¬ kopfelemente in den Ringspalt zwischen den beiden ringför¬ migen Permanentmagnetanordnungen am Rotor einführbar sind. Die Fertigung auε einzelnen vorgefertigten Stanzteilen er¬ laubt eine einfache, εchnelle und preiεwerte Fertigung einer solchen zusammengesetzten meanderförmigen Statoranordnung.

Es ist eine eisenlose Statoranordnung vorgesehen, die ledig- lieh aus dem Leiter bzw. Kupfer der Leiterbahnen und den wahlweise vorgesehenen Abstandεhaltern besteht. Trotz der erheblichen Leiterquerschnitte vermindert die erfindungsge¬ mäß vorgesehene Leiterbahnanordnung - mit der Längsεeite der rechteckigen Leiterquerεchnitte parallel zu den Feldlinien m magnetisch wirksamen Ringεpalt - die Wirbelεtromverluεte erheblich. Bei motorischem Betrieb ist eine Erwärmung deε Motors herabgesetzt. Der Motor kann in Phasen hoher und höchster Leistungsanforderungen zeitlich länger und/oder elektrisch höher belastet werden. Bei generatorischem Be- trieb werden die Verlustströme vermindert. Auch in diesem Falle tritt eine geringere Erwärmung der Leiterbahnen auf. Über die Temperaturabhängigkeit der spezifiεchen Leit¬ fähigkeit wird der Innenwiderεtand beeinflußt. Weil der

Innenwiderεtand deε Generators geringer ist, kann bei gleicher Spannung ein größerer Strom entnommen werden.

Eine εolche Gleichεtrommaεchine wird im Regelfalle alε An- triebεmotor im Kraftfahrzeug verwendet. Sofern daε Kraft¬ fahrzeug "εchiebt" (etwa bei Bergabfahrt oder Bremεung) kann die gleiche Maschine generatorsich genutzt werden. Die bei der Stromerzeugung entεtehende Wechεelεpannung wird gleich¬ gerichtet. Der entεtehende Gleichstrom wird nach entspre- chender Regelung alε Ladeεtrom verwendet und der antreiben¬ den Batterie zugeführt.

Die vorεtehend erläuterte, aus dem bestimmten Permanent¬ magnet-Rotor und der bestimmten meanderförmigen Stator- anordnung gebildete erste Antriebsebene bildet - bei moto¬ rischem Betrieb - eine Leistungs-Antriebsebene, die bei- εpielεweiεe eine Leistung bis zu 100 kW erzeugt. Sofern noch höhere Leiεtungen benötigt werden, iεt es möglich, innerhalb dieser ersten Leistungε-Antriebεebene in der gleichen Rota- tionsebene um die gleiche Rotationsachεe wenigstens eine weitere zweite Leistungs-Antriebsebene vorzusehen, die im wesentlichen analog zur ersten Leiεtungε-Antriebεebene aus¬ gebildet ist.

Zusätzlich kann eine zwangsweise Kühlung der Statoranordnung und/oder deε Permanentmagnet-Rotorε vorgeεehen werden. Vor- zugεweiεe kann hierzu die innere und/oder die äußere ring¬ förmige Anordnung aus Permanentmagnet-Material und das an¬ grenzende magnetische Rückschlußmaterial mit fluchtenden Öffnungen versehen sein, durch die hindurch Kühlluft in den Ringspalt einführbar iεt. Vorzugεweise kann eine entspre¬ chende Kühlluftströmung unabhängig von einer Rotation des ersten Permanentmagnet-Rotors innerhalb des Motorgehäuses erzeugt v/erden, wie das nachstehend im einzelnen dargelegt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß innerhalb deε Motorge-

häuses eine zweite, unabhängig εteuerbare und in Rotation versetzbare Antriebsebene ausgebildet iεt, die einen Venti¬ lator treibt, der Kühlluft erzeugt, die in den Ringspalt am ersten Permanentmagnet-Rotor einführbar ist.

Eine weitere Ausgeεtaltung einer erfindungεgemäßen Gleich- strommaschine, bei welcher das Konzept Motor-im-Motor reali¬ siert ist, geht aus von

einer elektronisch kommutierten Gleichstrommaεchine inεbeεondere Gleichstrommotor,

- mit einer Rotationsachse,

- mit einer ersten, im wesentlichen zylindrischen Antriebsebene, die aus einer ersten Statoranordnung und einem ersten Permanentmagnet-Rotor gebildet ist, der eine Anzahl erste Permanentmagnet-Pole aufweist, die alternierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse polarisiert sind, und - mit einer zweiten, im wesentlichen zylindrischen An¬ triebsebene, die aus einer zweiten Statoranordnung und einer Anzahl zweiter Permanentmagnet-Pole ge¬ bildet ist, die alternierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachεe polarisiert sind.

- wobei die beiden Antriebsebenen in einer gemeinsamen Rotationsebene um die gemeinsame Rotationsachse herum ausgebildet sind.

Diese erfindungsgemäße Gleichstrommaεchine iεt dadurch ge¬ kennzeichnet, daß

- die zweiten Permantentmagnet-Pole an einem zweiten Permanentmagnet-Rotor angebracht εind, der unabhängig vom ersten Permanentmagnet-Rotor um die gemeinsame Rotationsachse herum rotierbar ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß dieser zweite Permanent¬ magnet-Rotor einen Ventilator treibt, der Kühlluft erzeugt.

die in den Ringspalt am ersten Permanent-Rotor einführbar ist.

Bei dieser zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors muß die erste Antriebsebene nicht notwendigerweise in der Art ausgebildet sein, wie sie vorstehend im einzelnen erläutert worden ist. Vielmehr kommen auch andere Ausgestal¬ tungen der ersten Antriebsebene in Betracht, wie sie mehr im einzelnen in dem Dokument EP 0 178 380 AI beschrieben sind. Vorzugsweiεe ist jedoch vorgesehen, diese erste An- triebεebene in der Weise auszubilden, wie das vorstehend dargelegt ist, um eine möglichst hohe Antriebsleistung zu erzielen.

Auch die zweite Antriebsebene kann in der Weise ausgebildet sein, wie das vorstehend im einzelnen dargelegt ist. Gerade diese Bauweise liefert bei geringem Platzbedarf ein beson¬ derε großes Drehmoment und eignet sich daher für die Reali¬ sierung einer zweiten Antriebεebene innerhalb eineε Ring- raumeε, der von der erεten Antriebεebene umεchloεsen ist.

Vorzugweise kann jedoch - wegen des wesentlich geringeren Leistungεbedarfε zur Rotation des Ventilators - auf einfa¬ chere Anordnungen und/oder preiswertere Magnetmaterialien zurückgegriffen werden. Insbesondere wird die zweite An¬ triebsebene mit Permanentmagnet-Rotor- und Stator-Anordnun¬ gen realiεiert, wie sie in dem Dokument EP 0 178 380 Al be¬ schrieben sind. Beispielsweiεe kann ein Stator mit ring¬ förmigem Eisenkern vorgesehen werden, der fortlaufend, senk- recht zum Ringumfang bewickelt ist. Ferner kann ein zylin¬ drischer Stator vorgesehen werden, wie er in dem Dokument DE 36 29 423 C2 beschrieben ist. Ein solcher Stator befindet sich in einem Ringspalt, der zwischen zwei ringförmiqen Per¬ manentmagneten gebildet ist. Diese Permanentmagnet-Ringe können aus pulverförmigem Permanentmagnet-Material bestehen, das in einer Kunststoffmatrix dispergiert ist. Die Perma¬ nentmagnet-Ringe sind alternierend lateral aufmagnetisiert. Jedoch steht bei dieser Anordnung jeweils einem Nord- oder

Südpol deε äußeren Ringes ein gleichnamiger Pol des inneren Ringes gegenüber, wie das mehr im einzelnen in dem Dokument EP 0 178 380 AI beεchrieben ist.

Bekanntlich ist gerade der Antriebsmotor eines Kraftfahr¬ zeuges häufig wechselnden Betriebszuständen ausgesetzt, wo¬ bei die Leistungsanforderungen in einem weiten Bereich va¬ riieren. Gerade für einen solchen elektrisch angetriebenen Antriebsmotor ist es wünεchenεwert, auch eine elektrisch angetriebene Kühleinrichtung zu schaffen, die unabhängig von der aktuellen Drehzahl des Antriebsmotorε arbeitet. Mit der erfindungεgemäßen Anordnung einer zweiten unabhängig steuer¬ baren Antriebsebene innerhalb der ersten Antriebsebene für den Antriebsmotor, wird eine solche unabhängig regelbare Kühleinrichtung geschaffen. Die Unterbringung der zweiten Antriebsebene, deren Rotor mit dem Ventilator starr ge¬ koppelt ist, innerhalb des Gehäuses des Antriebsmotors ist besonders wirksam, weil die Kühlluft in den Innenraum des Motors und dort insbesondere in den besonderε belaεteten Ringεpalt eingeführt werden kann und dort eine unmittelbare und direkte Kühlwirkung ausüben kann. Es entfallen zusätz¬ liche Aggregate, wie sie für die Kühlung herkömmlicher Ver¬ brennungsmotoren erforderlich sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Ausgeεtaltung eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotorε weist ein relativ fla¬ ches, im wesentlichen zylindrisches Gehäuse auf, das im wesentlichen aus einer runden Bodenplatte und einer runden Deckelplatte besteht, an deren Umfang eine abstehende, um- laufende Seitenwand angesetzt ist. Im Zentrum der beiden

Platten iεt je ein Motorlager eingesetzt und ortsfeεt gehal¬ ten. Beiεpielsweise können Kugel-, Gleit- oder Wälzlager vorgeεehen werden. Diese beiden Motorlager halten drehbar eine Abtriebswelle, mit welcher der erste Permanent- magnet-Rotor starr verbunden ist. Beispielsweiεe kann die Abtriebεwelle in eine mittige Bohrung innerhalb eineε scheibenförmigen Rotorhalters eingeεetzt und dort feεtge- legt sein. Der runde, scheibenförmige Rotorhalter weist an

seinem Umfang ein Profil mit umlaufenden Nuten und/oder vorstehenden Flanschen auf, welche die beiden Ringe aus Permanentmagnet-Material und die angrenzenden Ringe auε magnetiεchem Rückεchlußmaterial halten, die im wesentlichen vertikal vom Rotorhalter abstehen. Die gesamte Anordnung aus erstem Permanentmagnet-Rotor, Rotorhalter und Abtriebswelle ist miteinander starr verbunden und innerhalb des Motorge¬ häuses drehbar angeordnet.

Bei dieser Ausführungεform ist vorzugsweise am Außenumfang der Abtriebswelle wenigstens ein Ventilator-Lager angeord¬ net, das einen scheibenförmigen Ventilatorträger drehbar hält. Am Außenumfang des runden Ventilatorträgers sind eine Anzahl abstehender Ventilatorflügel angebracht. Im Ringraum zwischen Ventilatorflügel und Ventilator-Lager sind am Ven¬ tilatorträger die Komponenten befestigt, welche den zweiten Permanentmagnet-Rotor bilden. Die Ventilatorflügel können einstückig mit den Ventilatorträger ausgebildet sein und bestehen vorzugsweise aus Profilstücken, die bezüglich der radialen Richtung schräggestellt sind und bei Rotation des Ventilatorträgers eine radiale Luftströmung erzeugen. Diese Ventilatorflügel sind vorzugsweiεe parallel zur Rotationε- achse des Motors ausgerichtet und rotieren in einem Ring¬ raum, der zwischen der ersten Antriebsebene und der zweiten Antriebsebene ausgebildet ist.

Die Aktivierung des mit dem zweiten Permanentmagnet-Rotor starr gekoppelten Ventilators erfolgt bei Erreichung einer Sollwerttemperatur. Hierzu sind Sensoren vorhanden, welche die Temperatur der Umgebung bzw. der Leiterbahnen der ersten Statoranordnung erfassen. Die Sensorsignale werden einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Motortemperatur zuge¬ führt. Der Regelkreis aktiviert den Ventilator nach Bedarf.

Typischerweise ist das Motorgehäuse im wesentlichen ge¬ schlossen ausgebildet und weist wenigstens eine Öffnung auf, über welche vom rotierenden Ventilator Kühlluft angesaugt wird. Dieser Kühlluft-Ansaugδffnung ist vorzugsweise ein

Partikelfilter zugeordnet, um Verunreinigungen aus der Kühl¬ luft abzutrennen, bevor diese in den vom Motorgehäuse um ^¬ schlossenen Innenraum eintritt. Für die vom rotierenden Ven¬ tilator zwangsweise erzeugte Kühlluftströmung ist ein be- stim ter Strömungspfad vorgesehen, der u.a. durch den magne¬ tisch wirksamen Ringspalt der ersten Antriebsebene führt, und schließlich zu einer oder mehreren Kühlluft-Austritts¬ öffnungen führt, durch welche die angesaugte Kühlluft wieder aus dem Motorgehäuse austreten kann.

Zusätzlich zu den oben im einzelnen beschriebenen Komponen¬ ten der Antriebsebene(n) und der Kühleinrichtung weist der erfindungsgemäße Motor die üblichen und bekannten Einrich¬ tungen zur elektronischen Kommutierung auf, wie sie im ein- zelnen in dem Dokument EP 0 178 380 AI beschrieben sind.

Hierzu gehört eine mit Sensoren ausgerüstete Einrichtung zur Erfassung der Winkelposition des Permanentmagnet-Rotors gegenüber den geraden hin- oder herführenden Meanderab¬ schnitten der Statoranordnung. Weiterhin ist eine Ansteuer- elektronik vorhanden, die anhand der von der Erfaεεungsein- richtung gebildeten Signale den Stromfluß durch die Stator¬ anordnung so steuert, damit diese - bei motorischem Be¬ trieb - ein den Permanentmagnet-Rotor antreibendes Magnet¬ feld erzeugt. Die Steuerung des Stromflusses kann vorzugs- weise über eine Pulsbreitenregelung erfolgen. Eine dafür geeignete Schaltung ist beispielweise in der U.S.-Patent¬ schrift 4,309,675 beschrieben. Die Steuerung über eine Pulsbreitenregelung erlaubt in einem weiten Bereich eine optimale Anpassung der Umdrehungsgeschwindigkeit und deε Drehmomenteε an die wechselnden Betriebszustände eines An¬ triebsmotors in einem Kraftfahrzeug.

Zur Erzeugung der Permanentmagnet-Pole an dem/den Permanent¬ magnet-Rotor(en) dienen vorzugsweiεe permanentmagnetisier- bare Materialien hoher Koerzitivkraft. Als Magnetmaterialien kommen beispielsweise Ferrite, iπsbeεonder Sr- oder Ba-Fer- rite, εowie Sm/Co- oder Nd/Fe/B-Materialien εowie ausgewähl- te Seltene Erd-Verbindungen in Betracht. Nach entsprechender

vielpoliger lateraler Aufmagnetisierung lassen sich im mag¬ netisch wirksamen Ringspalt magnetische Feldstärken von bis zu 1,2 Tesla und mehr erzielen. Die Ausrichtung der Polpola¬ risierung im wesentlichen senkrecht auf die Rotationsachse zu bzw. radial, erlaubt die Realisierung und optimale Aus¬ nutzung einer hohen Polzahl bei vergleichsweise geringem Rotorumfang.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors, der für den Einsatz als einziger An¬ triebsmotor in einem Personenkraftwagen vorgesehen ist, ist für eine Nennleistung von ca. 100 kW auεgelegt. Die erεte Antriebεebene dieses Motors hat einen Umfang von ca. 33 cm und weist eine paarweise Anordnung von je 30 Permanentmag- net-Pole pro Ring am Permanentmagnet-Rotor auf. Diese Per¬ manentmagnet-Pole bestehen beiεpielεweise aus Sm/Co-Sinter- material . Die Permanentmagnet-Pole sind an je einem Ring aus magnetisch leitendem Material abgestützt; hierfür kommt beispielsweise St 37 in Betracht, eine C-haltige Eisenle- gierung mit hoher magnetischer Leitfähigkeit. Die meander¬ förmige Statoranordnung besteht pro Phase aus vier unabhän¬ gigen Leiterbahnen mit einem Querschnitt von 1 x 12 mm. Mit einem solchen Motor wurde ein Anlaufmoment von 280 Nm er¬ zielt. Auf Meßständen wurde ein Wirkungsgrad (unter Einbe- ziehung der Ansteuerelektronik) von 94 % gemessen (zuge¬ führte U x J zur abgenommenen Leistung (Drehmoment x Dreh¬ zahl)). Aufgrund der vorzugsweise vorgesehenen Pulεbreiten- regelung (kein Chopper!) wird eine lineare Charakteriεtik von Drehmoment und Drehzahl an praktiεch jedem Arbeitεpunkt des Motors erhalten. Das höchste Anlaufmoment wird bereits beim Einschalten des Stromes erreicht.

Sofern von einem Motor der hier beschriebenen Art eine noch höhere Leistung gefordert wird, kann die Anzahl der Lei- stungεebenen, d.h. der ersten Antriebsebenen erhöht werden. Es ist möglich, bei einem Motor der hier beschriebenen Art in einer Rotationsebene um die gemeinsame Rotationsachse herum zwei erste Antriebsebenen vorzusehen. Die hierzu er-

forderliche Anzahl ringförmiger Permanentmagnet-Anordnungen ist starr an einem gemeinsamen Rotationsträger angebracht, der starr mit der Abtriebswelle verbunden ist.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand be¬ vorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeich¬ nungen erläutert. Die letzteren zeigen:

Figur 1 anhand einer schematiεchen Querεchnittεdar- Stellung - parallel zur Rotationsachse - eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors;

Figur 2 in einer Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie 2-2 aus Fig. 1 - schematisch und ausschnittεweise - den Feldlinienverlauf und die Leiteranordnung im Ringspalt des ersten Permanentmagnet-Rotors;

Figur 3 anhand einer perspektivischen Darstellung einen

Ausεchnitt auε einer erεten Ausführungsform einer meanderförmigen Stator nordnung, die aus zwei getrennten Leiterbahnen beεteht;

Figur 4a anhand einer schematischen Schrägansicht ein halbkreiszylindrisches, meanderförmiges Leiter¬ bahnanordnungs-Segment aus bandförmigem Leiter¬ material mit rechteckigem Querschnitt;

Figur 4b einen Ausschnitt aus dem Leiterbahnanordnungs- Segment nach Fig. 4a _r der insbesondere die bei¬ den endständigen Meanderabschnitte und die Rückführabschnitte besεer erkennen läßt;

Figur 5 anhand einer Schnittdarεtellung die räumlich verεetzte Anordnung von zwei Leiterbahnanord- nungε-Segmenten gemäß Fig. 4a, 4b im zylindri¬ schen Ringspalt zwischen zwei ringförmigen

Magnetanordnungen des Rotors, die zusammen eine zweite Auεführungεform einer meanderförmigen Statoranordnung bilden;

Figur 6a anhand einer εchematiεchen Schrägansicht einen Ausschnitt aus einer dritten Ausführungsform einer meanderförmigen Statoranordnung, die aus einzelnen Meanderabschnittelementen und einzel¬ nen Wickelkopfelementen aufgebaut ist;

Figur 6b ein Detail der zusammengesetzten Leiterbahnan¬ ordnung nach Fig. 6a, nämlich die Umbördelung der Fahnenabschnitte an den Meanderabschnitt¬ elementen;

Figur 7 anhand einer schematischen Querschnittεdar- stellung - vertikal zur Rotationsachse - eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors, der zusätzlich mit einem innerhalb des Motorgehäuεeε befindlichen Ven¬ tilator ausgerüstet iεt; und

Figuren 8a und 8b in Seitenansicht bzw. in Draufεicht - εchematiεch und ausschnittsweise - den Ven- tilator im Motor nach Fig. 7.

Die Figur 1 zeigt - schematisch und im Schnitt - eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors. Zu den we¬ sentlichen Komponenten dieses Motors gehören ein zweiteili- ges Gehäuse 10, eine Abtriebswelle 20 mit einem Rotorträger 26, an dem ein Permanentmagnet-Rotor 30 angebracht ist, εowie eine meanderförmige Statoranordnung 40. Daε Motorge- häuεe 10 beεteht im weεentlichen aus einer Grundplatte 12 und einer Deckelplatte 16, an deren Umfang einstückig eine umlaufende Seitenwand 18 angesetzt ist. Die Seitenwand 18 kann in eine umlaufende Stufe 13 am Umfang der Grundplatte 12 eingesetzt und dort mit Hilfe von Befestigungsmitteln 19 festgelegt werden. Im Zentrum der Grundplatte 12 ist eine

Vertiefung auεgebildet, in welche ein Motorlager 15 ein- geεetzt ist. Im Zentrum der Deckelplatte 16 ist eine Bohrung ausgespart, in welche ein weiteres Motorlager 15* eingesetzt ist.

Die beiden, im Abεtand zueinander und miteinander fluchtend angeordneten Motorlager 15 und 15* halten drehbar eine Ab¬ triebswelle 20. Die Abtriebswelle 20 ist parallel und rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 25 des Motors an- geordnet. Ein scheibenförmiger Rotorträger 26 ist starr und fest mit der Abtriebswelle 20 verbunden. Am Außenumfang des Rotorträgers 26 ist ein im wesentlichen U-förmiges Profil 27 angebracht, an dem eine Innenstufe 28 und eine Außenstufe 29 ausgebildet sind.

In die Innenstufe 28 ist ein Innenring 34 aus magnetischem

Rückschlußmaterial eingesetzt. In die Außenstufe 29 ist ein

Außenring 38 aus magnetischem Rückschlußmaterial eingesetzt.

An der Außenumfangsflache des Innenringes 34 ist eine innere ringförmige Anordnung 32 aus Permanentmagneten abgestützt. An der Innenumfangsflache des Außenringeε 38 ist eine äußere ringförmige Anordnung 36 auε Permanentmagneten abgeεtützt. Jede ringförmige Anordnung 32, 36 kann auε einzelnen Per¬ manentmagneten oder auε einem geschlossenen Ring aus Perma- nentmagnet-Material bestehen, der entsprechend aufmagneti- siert ist. Sämtliche Ringe 32, 34, 36 und 38 sind starr mit dem U-Profil 27 des Rotorträgers 26 verbunden, und stehen im wesentlichen vertikal von diesem ab. Die Ringe 32, 34, 36 und 38 bilden zuεammen den Permanentmagnet-Rotor 30. Zwi- sehen der inneren ringförmigen Anordnung 32 und der äußeren ringförmigen Anordnung 36 ist der magnetisch aktive Ring¬ spalt 35 ausgebildet.

An der Grundplatte 12 iεt eine meanderförmige Statoran¬ ordnung 40 abgeεtützt, deren gerade hinführende Meander¬ abschnitte 44 und gerade herführende Meanderabschnitte 48 εich durch dieεen Ringεpalt 35 hindurch erεtrecken. Die Breite deε Ringspaltes 35 iεt geringfügig größer alε die

Breite der geraden Meanderabschnitte 44, 48, εo daß eine freie Rotation deε Permanentmagnet-Rotors 30 gegenüber der Statoranordnung 40 gegeben ist.

Anhand der Figur 2 wird der Permanentmagnet-Rotor 30 und die Verhältnisse im Ringspalt 35 näher erläutert. Der Außenring 38 und der Innenring 34 bestehen jeweils aus magnetischem Rückschlußmaterial, beispielsweise aus ST 37. Der äußere Ring 36 aus Permanentmagnet-Material ist alternierend lateral aufmagnetisiert, so daß alternierend magnetische Nord-Pole 36* und magnetische Süd-Pole 36" resultieren. Entgegengesetzte Pole 36' und 36" sind durch schmale neutrale Zonen 36"' voneinander getrennt. In gleicher Weise ist der innere Ring 32 aus Permanentmagnet-Material alter- nierend lateral aufmagnetisiert, so daß dort abwechselnd die Nord-Pole 32* und die Süd-Pole 32" resultieren. Wiederum be¬ stehen zwischen entgegengesetzten Polen 32* und 32" schmale neutrale Zonen 32"*. Als Permanentmagnet-Material dient bei¬ spielsweise Sm/Co-Sintermaterial.

Wie dargestellt, befindet sich gegenüber einem Nord-Pol 36 ' des äußeren Permanentmagnet-Ringes 36 εtets ein Süd-Pol 32" des inneren Permanentmagnet-Ringes 32 und umgekehrt. Inner¬ halb des magnetisch aktiven Ringspaltes 35 resultiert ein homogenes Magnetfeld mit geradlinigem, im wesentlichen parallelen Feldlinienverlauf, wie das anhand der Feldlinien 37 angedeutet ist. Diese Feldlinien 37 sind über die magne¬ tischen Rückschlußmaterialien 34 und 38 hinweg geεchlosεen, so daß innerhalb des Ringspaltes 35 ein magnetisches Feld hoher Feldstärke resultiert.

In der gewählten Ausführungεform beεteht die meanderförmige Statoranordnung 40 aus zwei ineinandergesetzten meanderför¬ migen Leiterbahnanordnungen 41 und 43. Jede meanderförmige Leiterbahnanordnung 41, 43 beεteht aus vier unabhängigen, elektrisch voneinander getrennten und geometriεch parallel geführten Leiterbahnen. Somit besteht - an jeder meander¬ förmigen Leiterbahnanordnung 41, 43 - jeder gerade hinfüh-

rende Meanderabschnitt 44 aus vier geraden Leiterabschnitten 44 ^« , 44", 44"' und 44"". In gleicher Weise besteht jeder gerade herführende Meanderabschnitt 48 auε vier geraden Leiterabschnitten 48', 48", 48'"und 48"". Zwischen benach- barten hinführenden Leiterabschnitten, beispielsweise 44' und 44", sowie zwischen benachbarten herführenden Leiter¬ abschnitten, beispielsweise 48' und 48" besteht jeweils ein ausreichender Zwischenraum 45 bzw. 49, um eine elektrische Trennung zwischen benachbarten Leiterbahnen zu gewährlei- sten. In diese Zwischenräume 45 bzw. 49 können - nicht dar¬ gestellte - kleine isolierende Abstandshalter eingesetzt εein.

Zwiεchen einem geraden hinführenden Meanderabεchnitt 44 und dem geraden herführenden Meanderabschnitt 48 einer Leiter¬ bahnanordnung 41 besteht ein ausreichender Abstand, in den ein gerader Meanderabschnitt der anderen Leiterbahnanordnung 43 eingesetzt ist. Zwischen zwei benachbarten geraden Mean¬ derabschnitten besteht ein größerer Zwischenraum 47. In diese größeren Zwischenräume 47 können - nicht darge¬ stellte - große isolierende Abstandshalter eingesetzt sein, die sich über die gesamte axiale Länge des Ringspalteε 35 erstrecken. Die kleinen und großen isolierenden Abstands¬ halter bestehen jeweils auε wärmebeεtändigem, elektrisch isolierendem und magnetisch inertem Material wie beispiels¬ weise Al ₂ 0- ₃ .

Wie dargestellt, beträgt die Breite eines geraden hin- oder herführenden Meanderabschnittes 44 bzw. 48 weniger als die halbe Polbreite "b" eines Permanentmagnet-Poles 32', 32"; 36', 36".

Ersichtlich weist jeder Leiterabschnitt, beispielsweise 44' 48', einen rechteckigen Leiterquerεchnitt auf. Der Leiter- querεchnitt hat wenigεtenε eine Längεεeite und eine Schmal¬ seite. Die Längsseite des Leiterquerschnittes ist parallel zu den Feldlinien 37 im magnetiεch wirkεamen Ringεpalt 35 ausgerichtet.

Mit Bezugnahme auf Figur 3 wird die Auεbildung einer mean¬ derförmigen Statoranordnung 40 detaillierter erläutert. Aus Gründen einer einfacheren Darstellung ist in diesem Falle eine Statoranordnung 40 gewählt, die lediglich auε einer meanderförmigen Leiterbahnanordnung beεteht, die auε zwei Leiterbahnen 40' und 40" aufgebaut iεt. Die meanderförmige Statoranordnung 40 beεteht fortlaufend aus einem geraden, hinführenden Meanderabschnitt 44, einem oberen (inneren) Wickelkopf 42, einem geraden, herführenden Meanderabschnitt 48, einem unteren (äußeren) Wickelkopf 46, erneut einem ge¬ raden, hinführenden Meanderabschnitt 44 usw. Die geraden, hin- und herführenden Meanderabschnitt 44, 48 befinden sich innerhalb des magnetiεch wirkεamen Ringspaltes 35. Oberhalb und unterhalb des Ringspaltes 35 sind die, die Statoranord- nung 40 bildenden Leiterbahnen 40', 40" seitlich bzw. radial aus einer gedachten Verlängerung des Ringspalteε 35 herauε- geführt und bilden dort die Wickelköpfe 42, 46. Die Wickel¬ köpfe 42, 46 verlaufen im wesentlichen parallel zum Ring¬ spalt 35, jedoch - in radialer Richtung - außerhalb der ge- dachten Verlängerung des Ringεpalteε 35. Im Bereich der Wickelköpfe 42, 46 weiεen die Leiterbahnen 40', 40" den gleichen Querschnitt auf wie im Bereich der geraden, hin- oder herführende Meanderabschnitte 44, 48.

Zur Herstellung einer derartigen meanderförmigen Statoran¬ ordnung 40 kann von ebenem Flachmaterial ausgegangen werden, aus welchem Bahnen der gewünschten Konfiguration ausgestanzt oder ausgeschnitten werden. Diese ebenen Bahnen werden dar¬ aufhin in einer Preεεe um geeignete Stempel herum verformt, um die gewünεchte dreidimenεionale Struktur zu bilden. Mit 1 mm starkem Kupferblech kann eine stabile, selbsttragende, meanderförmige Statoranordnung 40 der dargestellten Konfi¬ guration erhalten werden.

Mit Bezugnahme auf die Fig. 4a, 4b und 5 wird eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen meanderförmigen Statoranordnung erläutert, die aus zwei meanderförmigen, im weεentlichen halbkreisförmigen Leiterbahnanordnungs-Segmen-

ten aufgebaut ist.

Das in den Fig. 4a, 4b dargestellte meanderförmige Leiter¬ bahnanordnungs-Segment 141 erstreckt sich über einen Um- fangsabεchnitt von 168° am kreisringförmigen Ringspalt. In einem weiteren Umfangsabschnitt von 12° werden Hallsensoren zur Erfasεung der Nulldurchgänge zwischen benachbarten Per¬ manentmagnet-Polen am Rotor angeordnet. Das Leiterbahnan¬ ordnungs-Segment 141 ist aus einem einzigen Stück ununter- brochenem, bandförmigem Leitermaterial 140' mit im wesent¬ lichen rechteckigem Querschnitt gefertigt und weist einen Eingangsanεchluß 150 und einen Ausgangsanschluß 151 auf. Im Verlauf der Fertigung wurde das praktisch endlos lange, an¬ fänglich im weεentlichen gerade, bandförmige Leitermaterial fortlaufend nach vorgegeenen Abständen recktwinkelig umge¬ bogen, um fortlaufend zu bilden:

- - gerade hinführende Meanderabschnitte 144,

- obere Wickelkδpfe 142, ~ gerade herführende Meanderabschnitte 148,

- untere Wickelkδpfe 146 und

- Rückführabschnitte 149.

Die Breite eines geraden Meanderabschnittes 144 oder 148 - das ist die Abmessung in Umfangsrichtung - entεpricht etwa der halben Pol-Breite eineε Permanentmagnet-Poleε. Zwischen benachbarten geraden Meanderabschnitten 144 und 148 besteht eine Lücke 147, deren Breite etwa der Breite eines Meander¬ abschnittes 144 oder 148 entspricht. Jeder gerade Meanderab- schnitt 144 oder 148 besteht aus jeweils 5 Leiterbahnab¬ schnitten 144a, 144b, 144c, 144d und 144e, sowie 148a, 148b, 148c, 148d und 148e, die aufgrund der Herεtellung unterein¬ ander elektrisch in Reihe geschaltet sind. Je zwei benach¬ barte Leiterabschnitte wie beispielsweise 148a und 144b oder 148c und 148d sind je parallel und im Abstand zueinander an¬ geordnet, εo daß zwiεchen εolchen Leiterbahnabεchnitten je ein kleiner Zwischenraum 145 gebildet ist, durch den zwangs¬ weise Kühlluft führbar ist. Im Bereich der oberen Wickel-

köpfe 142, der unteren Wickelköpfe 146 und der Rückführab¬ schnitte 149 liegen benachbarte Leiterbahnabschnitte an¬ einander an. Ein unerwünschter Stromdurchgang wird dort durch Verwendung von allseitig isoliertem Leitermaterial 140' vermieden. Zusätzlich befindet sich im Bereich der unteren Wickelkδpfe 146 und der Rückführabschnitte 149 zwi¬ schen benachbarten Leiterbahnabschnitten ein elektrisch isolierendes, ausgehärteteε Kunεtharz, daε die Stabilität deε εelbεttragenden Leiterbahnanordnungs-Segmentes 141 er- höht.

Die Fig. 5 zeigt die räumlich versetzte Anordnung von zwei halbkreisförmigen Leiterbahnanordnungs-Segmenten 141 und 143 im zylindrischen Ringspalt 35 eines Permantenmagnet-Rotors 30. Jedes halbkreisförmige Leiterbahnanordnungs-Segment 141 und 143 weist den vorstehend mit Bezugnahme auf Fig. la, lb erläuterten Aufbau auf. Der Permanentmagnet-Rotor 30 weist einen inneren Ring 34 aus magnetisch leitendem Material auf. An der Außenumfangsfläche deε Innenringes 34 liegt eine innere ringförmige Anordnung 32 aus Permanentmagneten an. An der Innenumfangsflache deε Außenringε 38 liegt eine äußere ringförmige Anordnung 36 aus Permanentmagneten an. Jede ringförmige Magnetanordnung 32, 36 ist aus einzelnen, stückigen, Permanentmagnet-Polen 32*, 32"; 36', 36" aufge- baut, die entsprechend aufmagnetisiert sind. Die einzelnen Permanentmagnet-Pole 32', 32"; 36', 36" bestehen aus Co/S - Sintermaterial und sind mit ihrer Rückseite an dem jeweili¬ gen Ring 34 oder 36 aus magnetischem Rückschlußmaterial an¬ geklebt. Es iεt eine εolche Anordnung gewähtl, daß jedem magnetischen Ncrd-Pol 32' oder Süd-Pol 32" am Innenring 32 ein entgegengesetzter Süd-Pol 36" oder Nord-Pol 36* am Außen¬ ring 36 gegenübersteht. Zwischen zwei benachbarten, un¬ gleichnamigen Polen 32' und 32" sowie 36' und 36" befindet sich eine neutrale Zone 32'" bzw. 36"'. Innerhalb des mag- netisch aktiven Ringspaltes 35 resultiert ein homogeneε Magnetfeld mit geradlinigem, radialen, im wesentlichen parallelen Feldlinienverlauf und ständig wechselnder Pola¬ rität.

Bei einer beiεpielhaften Auεführungεform sind über den ge¬ samten Umfang pro ringförmiger Magnetanordnung 32 oder 36 je dreißig Permanentmagnet-Pole 32' und 32"; 36' und 36" vor¬ gesehen. Wie bereits geεagt, entspricht die Breite jedes geraden hin- oder herführenden MeanderabSchnittes 144, 148 etwa der halben Pol-Breite eines Permanentmagnet-Poleε 32*, 32"; 36', 36".

Für eine gegebene Rotorεtellung iεt eine εolche Anordnung deε erεten Leiterbahnanordnungε-Segmenteε 141 gewählt, daß sich jeder gerade Meanderabschnitt 144, 148 etwa mittig zwischen zwei gegenüberstehenden, ungleichnamigen Permanent¬ magnet-Polen 32* und 36" bzw. 32", 36* befindet (vgl. rechte Hälfte der Abbildung 2). Demgegenüber ist - bei gleicher, festgehaltener Rotorstellung - das zweite Leiterbahnanord- nungs-Segement 143 um etwa eine halbe Pol-Breite der Perma¬ nentmagnet-Pole in Richtung des Ringεpaltes 35 räumlich ver¬ setzt angeordnet. Daraus resultiert eine Anordnung, bei der jeder gerade Meanderabschnitt 144, 148 des zweiten Leiter- bahnanordnungs-Segmentes 143 εich im wesentlichen zwischen fluchtenden neutralen Zonen 32'" und 36'" und den angrenzen¬ den Polabschnitten der inneren und äußeren Magentanordnung 32 und 36 befindet. Die beiden, räumlich εo verεetzt ange¬ ordneten und elektriεch voneinander getrennten Leiterbahn- anordnungε-Segmente 141 und 143 werden typischerweise mit einer elektrischen Phasenverschiebung von 90° angesteuert.

In der größeren Umfangslücke zwischen den beiden Leiterbahn- anordnungs-Segementen 141 und 143 ist ein Hallsensor 155 un- tergebracht, der am rotierenden Rotor 30 jeden Nulldurchgang zwischen zwei benachbarten Permanentmagnet-Polen 32', 32" bzw. 36', 36" erfaßt.

Die Fig. 6a zeigt auεschnittεweiεe eine weitere Ausgestal- tung einer erfindungsgemäßen meanderförmigen Statoranord¬ nung, nämlich eine zusammengeεetzte meanderförmige Leiter¬ bahnanordnung 240, die auε einzelnen Meanderabεchnittele- menten 241 und oberen Wickelkopfelementen 242 εowie unteren

Wickelkopfelementen 246 aufgebaut ist. Jedes Meanderab- εchnittelement 241 besteht aus einem länglichen, geraden Stück Leitermaterial mit rechteckigem Querschnitt, das an den gegenüberliegenden Endabschnitten je eine abstehende Fahne 241* aufweist. Jede abstehende Fahne 241' ist mit einem mittigen Schlitz oder Spalt 241" versehen, so daß die resulitierenden Fahnenabschnitte bei Bedarf umbördelbar sind. Jedes Wickelkopfelement besteht aus einem gebogenen Stück Leitermaterial mit größerer Stärke als die Meander- abschnittelemente 241 und weist in pasεender Anordnung

Aussparungen 242',246' auf, durch welche je eine Fahne 241' an den Meanderabschnittelementen 241 hindurchsteckbar ist. Durch anschließendeε Umbördeln der Fahnenabεchnitte (vgl. Fig. 6b) werden die Meanderabschnitte 241 mechanisch fest und elektrisch leitend mit dem jeweiligen oberen Wickel¬ kopfelement 242 und dem unteren Wickelkopfelement 246 ver¬ bunden. Es ist eine solche Anordnung der Ausεparungen 242' und 246* gewählt, daß nach Zusammenbau der zusammengesetz- ten Leiterbahnanordnung 240 wiederum gerade hinführende Meanderabschnitte 244 und gerade herführende Meanderab¬ schnitte 248 resultieren. Ersichtlich ist die Anzahl der Meanderabschnitte 241, die einen geraden hin- oder her¬ führenden Meanderabschnitt 244, 248 bildet, untereinander elektrisch parallel geschaltet. .

Die unteren Wickelkopfelemente 246 können eine größere

Längsabmessung aufweisen, um zusätzlich Platz für Bohrungen 246" zum Hindurchführen von Befestigungsschrauben zu schaf¬ fen. Diese unteren Wickelköpfe 246 können an einer Boden- platte der Gleichstrommaεchine angelegt und mit Hilfe von - nicht dargeεtellten - Befestigungsschrauben festgelegt werden. Die Längsabmessung der oberen Wickelkopfelemente 242 entspricht der Längsabmeεsung deε Leiterquerschnittes der Meanderabschnittelemente 241. Auch dieεe zuεammengesetzte Leiterbahnanordnung 240 kann ohne weiteres in einen zylin¬ drischen Ringspalt zwischen zwei ringförmigen Magnetanord¬ nungen an einem Permanentmagnet-Rotor eingeführt werden.

Die Fig. 7 zeigt eine weitere Auεführungsform eines erfin¬ dungsgemäßen Gleichstrommotorε. Der Gleichεtrommotor nach Fig. 7 ist im wesentlichen analog zum Motor nach Fig. 1 auf¬ gebaut, weist jedoch zusätzlich innerhalb deε Motorgehäuεeε eine zweite, unabhängig anεteuerbare Antriebεebene auf, mit welcher ein innerhalb deε Motorgehäuses untergebrachter Ven¬ tilator angetrieben wird, mit welcher ein Kühlluftstrom er¬ zeugt wird, der zur Kühlung der ersten Antriebsebene dient.

Das Motorgehäuse 10 besteht im wesentlichen aus einer Grund¬ platte 112, einem Lüftungsdeckel 111 und einer Deckelplatte 16, an deren Umfang einstückig eine umlaufende Seitenwand 18 angesetzt ist. An der Grundplatte 112 ist eine meanderförmi¬ ge Statoranordnung 140 abgestützt, die aus zwei im wesentli- chen halbkreisförmigen Leiterbahnanordnungs-Segmenten 141 und 143 besteht, wie sie vorstehend mit Bezugnahme auf Fig. 4a und 4b erläutert sind. Die geraden hinführenden Meander¬ abschnitte 144 und die geraden herführenden Meanderabschnit¬ te 148 erstrecken sich durch den Ringspalt 35 hindurch. Die Breite des Ringspaltes 35 ist geringfügig größer als die Breite der geraden Meanderabschnitte 144, 148 so daß eine freie Rotation des Permanentmagnet-Rotors 30 gegenüber der Statoranordnung 140 gegeben ist.

In der Umfangswand des dosenförmigen Lüftungsdeckeis 111 sind eine Anzahl Luftansaugöffnungen 114 ausgespart, die in geringem Abstand nebeneinander um den gesamten Umfang herum angeordnet sind. Innerhalb des Lüftungsdeckels 111 und an¬ grenzend an die Luftansaugöffnungen 114 befindet sich ein ringförmiges Luftfilter 115 aus gefaltetem Papiermaterial.

Das Luftfilter 115 liegt mit seinem Innenumfang an einer An¬ zahl Luftleitplatten 116 an, die von der Grundplatte 112 vertikal abstehen. Zwischen benachbarten Luftleitplatten 116 sind in der Grundplatte 112 Luftdruchtrittsöffnungen 117 ausgeεpart, durch welche Luft hindurch in den Innenraum deε Motors strömen kann. Innerhalb der ringförmigen Anordnung von Luftleitplatten 116 befindet sich eine Montageplatte 120, auf welcheε die elektrischen und elektronischen Ko p-

nenten 122, 122', 122", 122'" der Motorsteuerung unterge¬ bracht sind. Ersichtlich ragen diese Komponenten 122, 122', 122", 122'" in den Kühlluftstrom hinein und werden fortlau¬ fend gekühlt. In den Lüftungεdeckel 111 εind die beiden Stromanεchlüsεe 124 und 124' sowie die Sockelplatte 126 eines vielpoligen Steckers eingesetzt. Ein Leiterbahnband 127 verbindet die Sockelplatte 126 mit der Montageplatte 120. Masεive Stromleiter 125, 125' verbinden die Stroman¬ schlüsse 124, 124* mit der Montageplatte 120.

Ein scheibenförmiger Ventilatorträger 64 weist in seinem

Zentrum eine Bohrung auf, um die herum ein Rohrabschnitt 65 vertikal vom Ventilatorträger 64 absteht. Der Innenumfang dieses Rohrabschnittes 65 kann als Gleitlager ausgebildet sein, das am Außenumfang der Abtriebεwelle 20 anliegt. Al¬ ternativ kann - wie in Fig. 7 dargeεtellt - dieεer Rohrab¬ schnitt 65 über zwei im Abstand zueinander angeordnete Ventilator-Lager 61, 61' gegenüber dem Außenumfang der Ab¬ triebswelle 20 abgestützt εein. In jedem Fall iεt eine freie und unabhängige Rotation deε Ventilatorträgerε 64 gegenüber der Abtriebεwelle 20 gegeben. Benachbart zum Außenumfang deε Ventilatorträgers 64 sind dort einstückig angeformte und vertikal abstehende, profilierte Ventilatorflügel 68 ange¬ bracht, die bei Rotation des Ventilators 60 einen radialen Kühlluftstrom erzeugen. Die Kühlluft wird über die Luftan¬ saugöffnungen 114, das Luftfilter 115 und die Luftdurch- trittsöffnungen 117 angesaugt, mit Hilfe des Ventilators 60 beschleunigt und strömt daraufhin durch den Ringspalt 35. Dort strömt die Kühlluft durch die engen Zwischenräume zwi¬ εchen benachbarten Leiterbahnen εowie durch größere Zwi- εchenräume zwiεchen benachbarten Meanderabεchnitten 144, 148 und kühlt auf diesem Wege die Statoranordnung 140. Die Kühl¬ luft gelangt schließlich durch Öffnungen 26' im Rotorträger 26 und durch Öffnungen 17 innerhalb der Deckelplatte 16 auε dem Inneren deε Motorgehäuεeε 10 herauε in die umgebende Atmoεphäre. Die Öffnungen 26' εind in Verlängerung deε Ringεpalteε 35 im Abεtand zueinander angeordnet. Die Boh¬ rungen der Öffnungen 26' εind gegenüber der Umfangεbahn

schräg gestellt, so daß bei Rotation des Rotorträgers 26 ein zusätzlicher Sog erzeugt wird.

Der Ventilator 60 wird von einer zweiten Antriebsebene ange- trieben, die unabhängig vom Betrieb des Motors anεteuerbar ist. Diese zweite Antriebεebene 50 wird auε einer zweiten Statoranordnung 52 und einem zweiten Permanentmagnet-Rotor 55 gebildet. Die zweite Statoranordnung 52 und der zweite Permanentmagnet-Rotor 55 εind an den vergleichεweise gerin- gen Leistungsbedarf angepaßt, der zur Rotation des Ventila- torε 60 erforderlich iεt. Der Stromfluß durch die zweite Statoranordnung 52 wird von einer Regelεchaltung nur dann aktiviert, wenn - nicht dargestellte - Sensoren eine Über¬ schreitung einer vorgegebenen Motortemperatur erfaßt haben.

Den Fig. 8a und 8b lassen sich Einzelheiten zum Aufbau des Ventilatorε 60 und der zweiten Antriebsebene entnehmen. Wie in Drauf- und Seitenansicht dargestellt, besteht der Venti¬ lator 60 im wesentlichen aus einem ringförmigen Ventilator- träger 64, der an seinem Innenumfang eine einstückig ange¬ formte, vertikal abstehende Hülse 65 zur Aufnähme/Bildung eines Ventilatorlagers und an seinem Außenumfang einstückig angeformte, vertikal abstehende Ventilatorflügel 68 auf¬ weist. Zwischen zwei konzentriεch, vertikal abstehende Flansche 62 und 63 εind die Komponenten eines zweiten Per- manent-Rotorε 55 eingesetzt, welche starr und fest mit dem Ventilator 60 verbunden sind. Zu diesen Komponenten gehören ein Innenring 56 aus magnetiεchem Rückschlußmaterial, ein innerer Ring 57 aus Permanentmagnet-Material, ein äußerer Ring 58 aus Permanentmagnet-Material und ein Außenring 59 aus magnetischem Rückschlußmaterial. Die ringförmigen Per¬ manentmagneten 57, 58 können preiswerte "Gummimagnete" (in einer Kunststoffmatrix dispergierteε Pulver aus Permanent¬ magnet-Material) sein und sind alternierend lateral aufmag- netisiert. Es ist eine Anordnung gewählt, bei welcher je ein Nord- oder Süd-Pol 58', 58" des äußeren Ringes 58 einem gleichnamigen Pol 57', 57" gegenübersteht. In den Ringspalt zwischen den beiden Permanentmagnet-Ringen 57, 58 ragt eine

zweite Statoranordnung 52 hinein, die im vorliegenden Fall aus einem ringförmigen Eiεenkern beεteht, der mit einer Statorwicklung versehen ist.