ELECTROMOTOR

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Elektromotoren sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Zur Leitung von Medien sind beispielsweise Motoren bekannt, die einen Rotor und einen darum befindlichen Stator aufweisen, wobei der Rotor mit ei- nem Medienförderrad verbunden ist und hierdurch den Fluss von Medien regeln kann.

Bei medienführenden Motoren wird eine einfache Bauweise sowie eine höchst mögliche Integration in ein bestehendes Gehäusesystem angestrebt. Hierbei ist neben der aus Reparaturgründen angestrebten Einfachheit auch auf die Dichtigkeit, insbesondere der stromführenden Teile des Elektromotors zu achten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen

Elektromotor zu schaffen, der einen äußerst einfachen Aufbau aufweist, in Bezug auf zu fördernde Medien eine gute Dichtigkeit zeigt und trotzdem leistungsfähig bzw. energieeffizient ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Elektromotor nach Anspruch l gelöst. Es handelt sich hierbei um einen E- lektromotor zur Förderung von Medien, wobei dieser einen Stator, einen Rotor mit einem Rotormagneten, sowie zwischen Stator und Rotor eine Medien- Durchlassöffnung aufweist. In zumindest einem Querschnitt liegt das Verhältnis der Querschnittsfläche der Einlassöffnung zur Querschnittsfläche des Rotormagneten (formelmäßig ausgedrückt: V _QE = A _E i _n i _a ssöff- nung/A _R otormagnet) zwischen 0,5 und 100, vorzugsweise zwischen 0,8 und 50, besonders vorzugsweise zwischen 2 und 20.

Die primäre Arbeitsleistung des Medienspaltmotors ist die Förderung von Medien durch den Spalt zwischen Rotor und Stator, bzw. als Generator der Antrieb durch das Fördermedium im Medienspalt.

Unter "Querschnittsfläche der Einlassöffnung" ist der tatsächliche offene Querschnitt gemeint, in dem Luft bzw. ein Fluid führbar ist. Dies ist also die tatsächliche "Netto-Querschnittsflache der Einlassöffnung" in diesem Bereich. Beispielsweise ist bei einer kreisrunden Einlassöffnung zunächst einmal die gesam- te Kreisfläche anzunehmen, zur Ermittlung der Netto-

Querschnittflache wird allerdings die entsprechende Querschnittsfläche der Schaufeln bzw. der Nabe (inklusive Armierung, Rotormagnet etc.) abgezogen. Das hier gefundene Maß ist also ein Verhältnis des tat- sächlichen Rotormagneten (flächenmäßig) zu dem tatsächlich mit Luft bzw. einem anderen Medium durch-

strömbaren Querschnitt.

Der zur Ermittlung von V _QE angesetzte Querschnitt verläuft vorzugsweise durch einen Bereich, in dem nicht nur der Rotormagnet vorhanden ist, sondern auch ein magnetisch oder elektrisch wirksamer Abschnitt des Stators. Der herangezogene Querschnitt liegt hierbei vorzugsweise senkrecht zur Achse des Rotors.

Unter "Medien" werden vorliegend sämtliche fließfähigen Stoffe, wie z.B. Gase, Flüssigkeiten, Pasten, Stäube oder körnige Stoffe verstanden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der kleinste Innendurchmesser des Stators 1,5 bis 8mal so groß ist wie der größte Außendurchmesser des Rotormagneten. Flankierend ist es auch möglich, dass der kleinste Innendurchmesser des Stators 1,1 bis l,49mal, vorzugsweise 1,25 bis l,49mal so groß ist wie der größte Außendurchmesser des Rotors. Ebenfalls möglich ist, dass der kleinste Innendurchmesser des Stators 8,01 bis 15mal, vorzugsweise 8,01 bis 12mal so groß ist wie der größte Außendurchmesser des Rotors .

Mit "größter Außendurchmesser" des Rotormagneten ist der Durchmesser gemeint, den das tatsächlich magnetisch wirksame Material (also ohne eine Armierung um den Rotormagneten) tatsächlich hat. Sollte der Rotor- magnet keine kreisrunde Form aufweisen, so wird unter dem größten Außendurchmesser der größtmögliche Einbeschriebene Kreis in den entsprechenden Querschnitt des Magnetmaterials verstanden.

Unter "kleinster Innendurchmesser des Stators" wird der kleinste Innendurchmesser des elektrisch bzw.

magnetisch tatsächlich wirksamen Stators verstanden. Eine Abschirmung z.B. aus einem Kunststoffmaterial vom Stator zum Rotor hin, der beispielsweise dem Korrosionsschutz dient, wird hierbei nicht als Teil des Stators angesehen, sondern es zählen lediglich die kleinsten Durchmesser der (in der Regel metallischen) elektrisch bzw. magnetisch wirksamen Teile. Bei dem erfindungsgemäßen Motor handelt es sich um einen Me- dienspaltmotor, also um einen Permanentmagnet- Synchronmotor mit der besonderen Eigenschaft eines unverhältnismäßig großen Luftspaltes zwischen Stator und Rotor. Dieser große Luftspalt ermöglicht den Transport verschiedener Medien zwischen Rotor und Stator in axialer Richtung. Der Rotormagnet kann hierbei direkt an eine Fördereinrichtung gekoppelt oder auch in diese integriert sein.

Bei konventionellen Luftspaltmotoren werden bei herkömmlicher Motorauslegung ohne Mediennut- zung/Durchflussfunktion des Luftspaltes die geringste mögliche Baugröße für das angestrebte Drehmoment sowie ein hoher magnetischer Fluss bei geringstem Einsatz von Permanentmagnetmaterial angestrebt. Aufgrund der Tatsache, dass der magnetische Widerstand im Luftspalt höher ist als im ferromagnetischen Teil des Magnetkreises wird also bei konventionellen Motoren stets auf einen kleinen Luftspalt geachtet.

Der vorliegende Medienspaltmotor ist im Grunde aufge- baut wie ein herkömmlicher Permanentmagnet-Synchronmotor, jedoch mit der Besonderheit eines Statorinnendurchmessers, der im Verhältnis zum Rotor- bzw. zum Permanentmagnetaußendurchmesser überdimensional groß ist.

Um trotz des großen Spaltes zwischen Rotor und Stator

und des damit verbundenen sehr hohen magnetischen Widerstandes, sowie des hohen Streuanteils an den Polübergängen den erforderlichen magnetischen Fluss zu erzeugen, bedarf es des Einsatzes von Magneten, wel- che eine sehr hohe Remanenz und eine sehr hohe Energiedichte aufweisen. Hierfür eignen sich im besonderen Seltene-Erden-Magnet-Werkstoffe. Gleichzeitig muss die Magnethöhe entsprechend angepasst werden. Trotz des relativ geringen Flusses kann ein hoher Mo- torwirkungsgrad, bezogen auf den Rotor- bzw. Magnetdurchmesser erzielt werden, da durch den großen Außendurchmesser des Stators eine relativ große Wickel- fläche zur Verfügung steht.

Es ist also insbesondere für den Fachmann erstaunlich, dass trotz des ungewöhnlich großen Luftspaltes ein gut funktionierender Motor konzipierbar ist.

Hierbei ermöglicht sogar der große Spalt zwischen Ro- tor und Stator es, den Rotormagneten in axialer Richtung (Richtung der Drehachse) etwas zu verschieben, ohne dass die Kennwerte sich hierdurch deutlich verschlechtern.

Der Rotor des Elektromotors weist vorzugsweise einen Rotormagneten auf, der von einer Armierung umgeben ist. Hierdurch wird der Rotormagnet mechanisch geschützt. Es kann außerdem auf diese Weise auf die Art des Magnetfeldes Einfluss genommen werden. Um einen Rotormagneten, der stirnseitig sonst einem Medium ausgesetzt wäre, den bestmöglichen Schutz zu geben, kann beispielsweise hier auch eine "becherförmige" Ausgestaltung vorgesehen sein, in die der Rotormagnet eingesteckt wird. Die Armierung des Rotormagneten ist hierbei (ebenso wie der Rotormagnet vorzugsweise selbst) im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt.

Vorzugsweise enthält der Elektromotor einen Stator, der im Wesentlichen eine hohlzylindrische Form aufweist und der den Rotor konzentrisch umgibt. Hierbei ist vorteilhaft, dass der Stator als Teil der Innenwand des umliegenden Gehäuses, beispielsweise eines Verdichtergehäuses eines Turboladers ausgeführt werden kann. Der Stator kann beispielsweise auch als Einsatz in eine korrespondierende öffnung des Ver- dichtergehäuses einsetzbar sein. Vorteilhaft an diesen Ausführungsformen ist, dass nur eine ge- ringstmögliche konstruktive änderung, zum Beispiel herkömmlicher mechanischer Turbolader notwendig ist, so dass hierdurch, insbesondere in der Großserie, große Kosten- und Wettbewerbsvorteile realisierbar sind.

Neben den oben genannten Varianten, die die äußere Umfassung des Stators fokussieren, kann der Stator auch nochmals zum Rotor hin mit einer Abschirmung versehen sein. Diese dient dem Schutz des Stators, insbesondere dem Korrosionsschutz. Die Abschirmung kann vorzugsweise in Form eines dünnen Rohres oder eines Schlauches gegeben sein, wobei diese Abschir- mung vorzugsweise aus elektrisch und magnetisch nicht leitendem Material ausgeführt ist.

Insgesamt ist also die hohlzylindrische Ausführung des Stators vorteilhaft, aber nicht unbedingt zwin- gend .

Der Rotor kann auf unterschiedliche Weisen ausgeführt sein. Vorzugsweise weist der Rotor eine Rotorwelle auf, wobei diese Rotorwelle einfach oder mehrfach ü- ber Ihre Länge gelagert ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Rotorwelle im We-

sentlichen einseitig gelagert und kragt auf der anderen Seite im Wesentlichen frei aus . Hierdurch wird die Notwendigkeit von einer weiteren Lagerstelle sowie gegebenenfalls von Streben zwischen Rotor und Stator, welche den Durchflusswiderstand weiter erhöhen könnten, entfallen. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Rotormagnet innen bereichsweise hohl ist, zum Aufstecken auf eine gemeinsame, mit einem Medienförderrad oder mit einer Medienförder- Schnecke verbundenen Welle. Auf diese Weise kann eine noch bessere Integration der Rotorwelle bzw. Antriebsachse mit dem Rotormagneten und sogar einem medienfördernden Teil (Medienförderrad oder Medienförderschnecke) erfolgen. Bei der Integration des Rotor- magneten in die Rotorwelle bzw. das Medienförder- rad/Medienförderschnecke, ist es vorteilhaft, dass die an den Rotormagneten angrenzenden Bauteile aus einem magnetisch nicht oder sehr schlecht leitfähigen Material sind, vorzugsweise aus verstärktem oder un- verstärktem Kunststoff, sowie nicht magnetisch leitfähigem Metall.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Lagerung der Rotorwelle ungeschmiert ist oder durch das zu fördernde Medium selbst geschmiert wird (dies ist beispielsweise bei mediengeschmierte Lager vorteilhaft) . Insgesamt kommen für die Förderung mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor praktisch beliebige Medien in Betracht, nämlich sämtliche Gase (insbesondere Luft) sowie flüssige Medien (insbesondere wässrige, explosive, flüchtige, sterile oder hoch-reine Medien) .

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Medien- spaltmotors liegt darin, dass das axiale Zentrum des

Stators und das axiale Zentrum des Rotors in axialer

Richtung verschoben sein können und zwar um ein Zehntel bis zu einem 1,5 fachen , vorzugsweise ein Zehntel bis ein Fünftel der größten axialen Ausdehnung des Rotormagneten. Der erfindungsgemäße Elektromotor ist insbesondere geeignet zur Verwendung in einem e- lektrisch unterstützten Turbolader mit frei auskragendem Elektromotor, zum Transport von explosiven Gasen, Stäuben, Dämpfen, verklebenden Stoffen, Pasten, Flüssigkeiten wie Wasser oder öl; verderblichen Gü- tern, wie Lebensmittel; in Lüftungseinrichtungen, in Pumpen, insbesondere Pumpen für aggressive Medien, wie zum Beispiel Salzwasser, chemische Lösungen (insbesondere im dentalchirurgischen Bereich) ; in desinfizierbaren bzw. sterilisierbaren Pumpen, Spaltrohr- pumpen (Medientransport in axialer Richtung) , Dosierpumpen, Mikropumpen, Einwegpumpen, mehrstufigen Pump- systemen,- zur Verwendung in Turbinen, Generatoren, Förderschnecken für zum Beispiel körnige Medien, Flüssigkeiten oder Pasten; in Gas-, Wasser- und Dampfturbinen; in Vorrichtungen zur Medienflussmes- sung über eine Generatorspannung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Rotormagnet eine Remanenz zwischen 0,3 Tesla und 0,8 Tesla , vorzugsweise größer 0,8 Tesla, besonders vorzugsweise größer 1,2 Tesla . Die Flussdichte im Medienspalt beträgt hierbei zwischen 0,05 Tesla und 0,5 Tesla, vorzugsweise mehr als 0,5 Tesla

Der vorliegende Motor hebt sich somit grundsätzlich von bisherigen Entwicklungen ab. Wichtig ist hier zum einen, dass eine beabsichtigte Leitung von Fluid bzw. sogar eine Förderung von Fluid durch den Spalt zwischen Rotor und Stator gezielt erfolgt, und dies über den gesamten Medienspalt hin prinzipiell möglich ist.

Eine andere Besonderheit ist, wie durch die Flächenverhältnisse bzw. Durchmesserverhältnisse klargestellt, dass der Medienspalt/Luftspalt zwischen Rotor und Stator relativ groß ausgeführt ist. Dies ist eine Abkehr von üblichen Elektromotoren, bei denen ein hoher magnetischer Fluss bei geringer magnetischer Höhe im Vordergrund steht bzw. eine hohe Leistungsdichte und daher eine kleinbauende Anordnung.

Für den vorliegenden Elektromotor ist festzustellen, dass der Innen- und Außendurchmesser des Stators proportional zum vergrößerten Luftspalt zunehmen. Hierdurch ergibt sich auch eine Zunahme der Wickelfläche, infolgedessen somit auch ein vermehrter Einsatz von hochwertigem Kupferdraht . Bedingt durch das erhöhte

Verhältnis von Kupferdraht zu Leistung reduziert sich der spezifische Widerstand der Statorwicklung.

Um den Entmagnetisierungsfaktor möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, dass der Magnet aus Vollmaterial besteht, beispielsweise in Form eines VoIl- zylinders. Dieser Vollzylinder kann zu Lagerungszwecken mit einer möglichst kleinbauenden Bohrung versehen sein. Eine Aufspaltung des Rotormagneten in Seg- mente ist somit nicht unbedingt vorteilhaft, allerdings auch nicht ausgeschlossen, die einteilige Ausführung des Rotormagneten scheint jedoch hier die günstigste zu sein.

Um den magnetischen Fluss innerhalb des Medienspaltes/Rotorspaltes nicht negativ zu beeinflussen, sollte in dem überdimensionierten Spalt kein bzw. lediglich nur schwach magnetisch leitfähiges Material installiert werden. Ebenso sollte das in dem Spalt be- findliche Medium keine bzw. nur schwache magnetische Eigenschaften aufweisen. Der relativ große Medien-

spalt/Rotorspalt ermöglicht bei Bedarf eine vollständige Isolation des Stators gegenüber dem Rotor. Eine Wellenabdichtung der rotierenden Welle gegen den Stator entfällt somit günstigerweise. Somit entsteht ein leckagesicherer Medienbeschleuniger.

Der Motor ist als Synchronmotor auszulegen. Hierdurch ist also elektrisch (anders als beim asynchronen Motor mit Schlupf) die Drehzahl genau bestimmbar und somit auch gleichzeitig eine Durchflusskontrolle, Dosierkontrolle bzw. Durchflussmessung bei bekannter Fördermenge pro Rotorumdrehung möglich.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in zumindest einem Querschnitt das Verhältnis der Querschnittfläche des Stators zur Querschnitts- fläche des Rotormagneten (formelmäßig ausgedrückt V _QS = A _S tator /A _Rot ormagnet) zwischen 2 und 100 , vorzugsweise zwischen 10 und 50. Hier sind jeweils "Nettoquer- schnittsflächen" der elektrisch wirksamen Bestandteile des Stators bzw. Rotormagneten anzugeben. Isolierende Bestandteile bzw. nicht elektrisch/magnetisch wirksame Bestandteile werden hier nicht eingerechnet. So wird bei dem Stator ein Metallgrundkörper (einschließlich beispielsweise Kupferwicklungen) in den Querschnitt mit einberechnet, ein umgebender isolierender Kunststoff allerdings nicht. Entsprechend werden bei dem Rotormagneten auch nur die tatsächlich magnetisch wirksamen Flächen eingerechnet, auch wenn der Rotor aus verschiedenen Teilen besteht (dann sind die Einzelflächen entsprechend zu addieren, so dass sich eine Gesamtfläche des Rotormagneten ermitteln lässt) . Der genannte Querschnitt liegt vorzugsweise senkrecht zur Achse des Rotors .

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen werden in den

übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen

Figuren Ia bis Id: Ansichten eines Turboladers, bei dem der erfindungsgemäße Elektromotor Anwendung findet,

Figuren 2a und 2b: Schaubild des magnetischen Flusses bzw. Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Elektromotors,

Figuren 3 bis 6: Ansichten bzw. Schnitte weiterer

Anwendungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Elektromotor;

Figur 7 : die Verteilung des magnetischen Feldes in Rotor, Stator und Luftspalt;

Figuren 8a bis 8d: Verläufe von Spannung, Strom,

Drehmoment sowie Leistungsverlus- ten über die Zeitachse;

Figuren 9a und 9b Ansichten bzw. Schnitte einer weiteren Ausführungsform einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotors;

Figur 10a eine Erläuterung der Proportionen und Anordnung von Rotormagnet, Stator und einem Verdichterrad;

Figur 10b eine Ausführungsform eines Ver-

dichterrades mit geneigtem Rotor und geneigtem Stator;

Figur 11 eine Erläuterung geometrischer Verhältnisse an erfindungsgemäßen

Elektromotoren .

Im Folgenden soll ein Anwendungsbeispiel der Erfindung zunächst anhand der Fign. Ia bis Id gezeigt wer- den.

Fign. Ia bis Id zeigen einen Turbolader 1, der mit einem Turbinengehäuse 5 an einen Verbrennungskraftmotor ankoppelbar ist. Durch den in Fig. Ia gezeigten Abgasfächer wird nach der Verbrennung das Abgas gesammelt und zum Antrieb eines Turbinenrades 2 genutzt. Das Turbinenrad 2 ist vom Turbinengehäuse 5 umgeben und ist im Wesentlichen einem herkömmlichen mechanischen Turbolader entnommen. An das Turbinenge- häuse 5 schließt sich ein Lagergehäuse 7 und sodann ein Verdichtergehäuse 6 an. In diesem Verdichtergehäuse 6 ist ein Verdichterrad angebracht, das durch eine Medien-Durchlassöffnung (4e) in Form einer Einlassöffnung zugeführte Luft (diese Einlassluftöffnung ist insbesondere in Fig. Ic gut zu sehen) mittels eines Verdichterrades 3 verdichtet und auf hier nicht dargsteilte Weise zu dem Brennraum des Verbrennungs- kraftmotors führt. Das Verdichterrad 3 zeigt in Fig. Ia linksseitig einen Fortsatz, an dem ein Rotor 4a eines Elektromotors gegeben ist. Der Rotor 4a ist zentral in der Einlassluftöffnung 4e angebracht.

Um den Rotor 4a herum ist ein Stator 4b vorgesehen, der im Wesentlichen eine hohlzylindrische Form auf- weist und als Teil der Innenwand des Verdichtergehäuses im Bereich der Einlassluftöffnung dargestellt

ist. Vorliegend ist der Stator 4b sogar als Einsatz in eine entsprechende öffnung vorgesehen, so dass dieser sehr leicht montierbar ist. Vorliegend ist in Fig. Ia also der Rotorspalt zwischen Rotor 4a und Stator 4b die Einlassluftöffnung 4e für das Verdichterrad. Hierbei ist auch gemäß Fig. Ia die Einlass- luftöffnung 4e frei von Streben zwischen Rotor und Stator. Der kleinste Innendurchmesser des Stators (siehe "d _s " in Fig. Id) ist 1,5-mal größer als der größte Außendurchmesser d _R des Rotors.

Der Rotor 4a des Elektromotors 4 weist einen Rotormagneten 4c auf, der von einer Armierung umgeben ist (siehe z.B. Fig. Id) . Hierbei ist die Armierung im Wesentlichen "becherförmig" ausgeführt, wobei der Boden des Bechers zum Verdichterrad hin fast vollständig geschlossen ist (abgesehen von einer zentrischen Montagebohrung) .

Das Verdichterrad kann (muss aber nicht) aus einem nichtmagnetischem Material sein, hier bei einer Ausführung beispielsweise aus einem Kunststoff ist die Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes des E- lektromotors minimiert. Der Rotormagnet 4c wiederum ist bereichsweise hohl zum Aufstecken auf eine gemeinsame Welle mit dem Verdichterrad. Hier ist in Fig. Id eine Bohrung 4c des Rotormagneten entsprechend zu sehen. Außerdem ist zu sehen, dass in der Abfolge Rotor (bestehend aus Rotormagnet 4c und Ar- mierung 4d) , Verdichterrad 3, Welle 8, Turbinenrad 2 eine Abfolge von Elementen gezeigt ist, die eine thermische Belastung des Elektromotors minimieren. Die Welle 8 ist hierbei in der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass Turbinenrad 2, Verdich- terrad 3 sowie Rotor 4a fest (drehfest) miteinander

verbunden sind, also durch keine Drehkupplung bzw. Freilauf trennbar sind.

Allerdings ist es prinzipiell möglich, eine solche Kupplung im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzusehen, falls beispielsweise die Drehzahl des Turbinenrades 2 sehr hoch ist, hierdurch würde allerdings der konstruktive Aufwand auch wiederum erhöht.

Die Sollspannung des Elektromotors 4 in Fig. Ia beträgt vorliegend 12 V, es sind allerdings auch andere Spannungen (beispielsweise 48 V für Hybridfahrzeuge) möglich.

Der Elektromotor ist sowohl im Motorbetrieb (zur Beschleunigung und Vermeidung eines "Turbolochs ¹¹ als auch im Generatorbetrieb (zur Rückgewinnung von Energie) betreibbar. Erreicht der Ladedruck (im Turbinengehäuse) einen bestimmten Sollwert, wird unter Ver- wendung eines rückspeisefähigen Umrichters zusätzliche elektrische Energie erzeugt. Idealerweise kann durch dieser energetische Umwandlung der Bremsenergie im Generatorbetrieb auf ein Wastegate/Druckdose zum Abblasen eines überschüssigen Abgasdrucks wie sie in Fig. Ib Ziffer 9 dargestellt ist, verzichtet werden.

Der erfindungsgemäße Turbolader findet Anwendung in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem für Kraftfahrzeuge, das einen mit dem Turbolader verbundenen Verbrennungskraftmotor sowie einen Speicher für e- lektrische Energie enthält. Der Elektromotor des Turboladers 1 ist hierbei mit dem Speicher für elektrische Energie verbunden zur Entnahme elektrischer E- nergie in einem Motorbetrieb des Turboladers 1 und zur Einspeisung elektrischer Energie in einen Generatorbetrieb des Turboladers. In einer besonders bevor-

zugten Ausführungsform ist der Elektromotor des Turboladers mit einem elektrischen Speicher verbunden, wobei dieser elektrische Speicher zusätzlich mit einem elektromotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Dies kann ein "Nabenmotor" eines

Kraftfahrzeugs sein oder ein anderer Elektromotor, der im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (beispielsweise im Bereich des Getriebes) vorgesehen ist. Dieser Anschluss des elektrischen Turboladers an ein "Hybrid" -Fahrzeug ist besonders energieeffizient.

Zur effizienten Steuerung des Antriebssystems bzw. des Turboladers ist eine Steuerelektronik zur Ermittlung der Drehzahl von Turbinenrad 2 oder Verdichter- rad 3, Ist-Werten von turbinengehäuseseitigen und verdichtergehäuseseitigen Druckverhältnissen sowie weiteren für den Verbrennungskraftmotor drehmomentrelevanten Werten vorgesehen.

Figur 2a zeigt eine Feldliniendarstellung des magnetischen Flusses zwischen Rotor 4a und Stator 4b.

Figur 2b zeigt nochmals die geometrischen Verhältnisse des erfindungsgemäßen Elektromotors. Zu sehen ist hier ein vollzylindrischer Rotormagnet, der einen größten Außendurchmesser d^ aufweist. Um diesen Rotormagneten 4c herum ist eine Armierung 4d angebracht. Auf dieser Armierung wiederum ist ein Medien- förderrad 10a angebracht. Um das Medienförderrad 10a herum ist eine Mediendurchlassöffnung 4e gegeben, diese wird radial nach außen von einer Abschirmung 11 umgeben. Um die Abschirmung 11 herum, ist dann der eigentliche Stator 4b gegeben, dessen Außendurchmesser mit d _s angegeben wird.

Bei dem beispielhaften Elektromotor beträgt die Rema-

nenz 1,28 Tesla, die Energiedichte 315 kJ/m ³ , der Rotormagnet besteht aus NdFeB.

Gezeigt ist also hier ein Elektromotor 4 zur Förde- rung von Medien, wobei dieser einen Stator 4b, einen Rotor 4a mit einem Rotormagneten 4c sowie zwischen Stator und Rotor eine Medien-Durchlassöffnung 4e aufweist. Der kleinste Innendurchmesser d _s des Stators beträgt hierbei 1,5- bis 8 -mal, vorzugsweise 2- bis 4 -mal, soviel wie der größte Außendurchmesser des Rotormagneten selbst (d _R M) , im vorliegenden Falle beträgt d _s = 2 x d _RM .

Der Rotormagnet ist vorzugsweise zum Schutz vor Me- dien bzw. Beschädigungen mit einer Armierung umgeben, bzw. zum Schutz vor Zentrifugalkraft bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten. Diese kann becherförmig ausgeführt sein. Der Stator ist vorzugsweise als Einsatz in eine korrespondierende öffnung eines umgebenden Gehäuses ausgeführt. Nach Innen hin, das heißt zur

Mediendurchlassöffnung hin, ist vorzugsweise eine Abschirmung 11 vorgesehen, die den Stator vor Korrosion schützt und die Flusseigenschaften verbessert.

Diese ist vorzugsweise in Form eines Rohres vorgesehen, wobei das Rohr aus einem elektrisch und magnetisch nicht bzw. schlecht leitendem Kunststoff, z.B. Glasfaser, alternatniv z.B. aus Glas, Epoxidharzverguß oder Gummi, ist. Besonders vorzugsweise weist der Rotor eine Rotorwelle auf, wobei diese Rotorwelle einfach oder mehrfach über ihre Länge gelagert ist. Die Rotorwelle ist hierbei besonders vorzugsweise einseitig gelagert und auf diese Weise "auskragend" .

Hierdurch wird der Strömungswiderstand durch den Rotor weiter vermindert. Der Rotormagnet ist Vorzugs-

weise auf eine gemeinsame Welle mit einem Medienför- derrad oder einer Medienförderschnecke aufgesteckt bzw. innen integriert und somit gleich zentriert. Um den Rotormagneten herum können dann wiederum ein Me- dienförderrad bzw. eine Medienförderschnecke angebracht werden, (diese haben Ausnehmungen für die Aufnahme des Rotormagneten) , so dass eine größtmögliche Integration der Bauteile möglich wird.

Figur 3 zeigt eine Anwendung eines Elektromotors, der ein Medienförderrad 10a aus einem Kunststoffmaterial aufweist. Auf der Stirnseite dieses Medienförderrades 10a ist ein Rotormagnet 4c angebracht. Lagerstellen 12 lagern eine Rotorwelle 8, die in dem Medienförder- rad 10a eingeschraubt ist. Ein Stator 4b ist in einer Innenwand eines Gehäuses 6 untergebracht. Der Strom eines Mediums 13 wird links eingeleitet und durch das Medienförderrad 10a nach rechts hin befördert. Vorteilhaft ist im vorliegenden Fall wiederum eine große Spaltbreite, nicht nur radial um die Achse 14, sondern auch axial in Richtung der Achse 14. Dies kommt auch dadurch, dass das axiale Zentrum des Stators AZS und das axiale Zentrum des Rotors AZR in axialer Richtung verschoben sind, und zwar um ein Zehntel bis zum 1,5 fachen der größten axialen Ausdehnung GAAR des Rotormagneten.

Figur 4 zeigt eine der Figur 3 im Wesentlichen entsprechende Darstellung, wobei hier zusätzlich eine Abschirmung 11 vorgesehen ist, welche den Stator 4b gegen das Medium 13 schützt.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe bzw. eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers, bei dem drei Flügelräder 10a auf einer Rotorwelle 8 gelagert sind. Hierbei sind die

Lager 12 links sowie rechtsseitig der drei Medienför- derräder 10a angebracht. Der Stator 4b ist in axialer Richtung bezüglich der Achse 14 zentriert um den Rotormagneten 4c angebracht. Die Medienförderräder wei- sen einen inneren Hohlraum auf, der die Rotorwelle 8 bzw. den darin befindlichen Rotormagneten 4c aufnimmt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und sicher gelagerte Vorrichtung geben, durch entsprechende Stege wird einerseits der Halt der Rotor- welle 8 gewährleistet, außerdem wird durch die relativ geringen Stegquerschnitte ein ausreichender Durchfluss von Medien 13 erreicht.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das Figur 5 recht ähnlich ist. Allerdings wird hier statt der drei einzelnen Förderräder 10a eine Medienförderschnecke 10b vorgesehen, die besonders gut zu der Abschirmung 11 hin Medien abdichtet.

Figur 7 zeigt eine Darstellung der Verteilung des magnetischen Feldes im Bereich Stator 4b, Rotor 4a bzw. Rotormagnet 4c sowie Medienspalt/Einlassöffnung 4e. Die in dem Stator gezeigten Kammern sind hohle Einschlüsse der umgebenden Blecheinlage, diese sind mit Kupferdraht umwickelt.

In der Figur 7 ist zu erkennen, das die Feldlinien an den Polübergängen kurzgeschlossen werden ohne den Stator zu durchfluten. Da das magnetische Feld von Permanentmagneten verlustfrei zur Verfügung gestellt wird, hat dies keinen negativen Einfluß auf den Wirkungsgrad des Motors

Figuren 8a bis 8d zeigen Verläufe von Spannung, Strom, Drehmoment sowie Leistungsverluste über die Zeitachse .

Die Figuren zeigen keine besonderen Charakteristika, aber trotz des großen Luftspaltes sind die Kennlinien Synchronmotor typisch.

Figuren 9a und 9b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Anwendung für einen erfindungsgemäßen Elektromotor.

Hierbei ist eine Möglichkeit gezeigt, Rohre bzw. Leitungen durch den Rotorspalt zu führen. Diese Rohre dienen zur Durchleitung von Medien (z.B. Flüssigkeiten, Pasten, Granulaten oder Gasen) und eignen sich somit für Lackieranlagen oder zur Strahlbehandlung (z.B. Sandstrahlen, Glasperlenstrahlen etc.) von Werkstücken. Durch verschiedene Rohre können verschiedenartige Medien geleitet werden (z.B. verschiedene Farben) .

Zu Beachten ist, dass diese Rohre nicht bzw. nur schwache magnetische Eigenschaften besitzen sollten. Elektrischer Strom kann durch diese Leitungen geführt werden, beeinflusst jedoch den magnetischen Fluss und somit die Leistung (Drehmoment/Drehzahl/Rundlauf) des Motors und ist daher entsprechend bei der Auslegung der Gesamtanordnung zu berücksichtigen.

Figur 9a zeigt eine Draufsicht, in der Rohre 15 (3 Stück, beispielsweise Lackierrohre) parallel zu einer Mittelachse 10 angeordnet sind. Zentral in der Mittelachse 10 sind Rotor 4a bzw. Rotormagnet 4c angeordnet. Getrennt durch ein Rohr bzw. eine Abschirmung/Armierung 11 ist der Stator 4b angebracht.

Figur 9b zeigt einen Querschnitt gemäß B-B. Hierin ist zu sehen, wie durch das Rohr 15 Medium im Bild

von links nach rechts fließt und auf eine Schleuderscheibe 16 trifft, wodurch eine Dispergierung des Mediums erfolgt und anschließend eine Lackierung, beispielsweise eines Fahrzeugs. Die Schleuderscheibe 16 ist mit dem Rotor 4a verbunden, der einen Rotormagneten 4c aufweist. Der Rotormagnet 4c ist gemeinsam mit dem Rotor 4a auf Lagern Ll und L2 gelagert, der Antrieb erfolgt über den außerhalb der Armierung/Abschirmung liegenden Stator 4b.

Fig. 10a zeigt eine schematische Darstellung von Verdichterrad 3, Stator 4b sowie Rotor 4a zur Veranschaulichung geometrischer Verhältnisse. Gezeigt ist das Verdichterrad, das auf einer Achse 10 einseitig oder beidseitig gelagert ist und in einer Luftein- lassströmungsrichtung LES beströmt wird. Die einfließende Luftströmung wird beschleunigt durch das Verdichterrad 3, das eine Förderstruktur F aufweist. Die Vorderkante der Förderstruktur wird durch VF, die Hinterkante der Förderstruktur durch HF gekennzeichnet. Die Vorderkante des Rotormagneten 4c wird mit VR gekennzeichnet, die Hinterkante des Rotormagneten 4c mit HR. Die Vorderkante des Stators wird mit VS, die Hinterkante des Stators mit HS gekennzeichnet (der Stator ist vorliegenden rotationssymmetrisch, es wurde allerdings hier aus übersichtlichkeitsgründen der obige Statorschnitt gezeigt) . Das Verdichterrad 3 hat also eine Förderstruktur F in Form von Schaufeln, wobei die Vorderkanten VF der Förderstruktur in Luft- einlassströmungsrichtung stromabwärts bezüglich einer magnetisch wirksamen Vorderkante des Rotormagneten 4c und einer magnetisch wirksamen Vorderkante VS des Stators liegen. Das Verdichterrad mit seiner Hinterkante HF liegt dagegen in Lufteinlassströmungsrich- tung stromaufwärts bezüglich der Hinterkante HR des Rotormagneten 4c sowie der Hinterkante des Stators

4b .

Es sind hier allerdings auch andere Anordnungen möglich, bei denen Rotormagnet bzw. Stator lediglich ü- ber eine Kante des Verdichterrades hinausragen, auch ist es möglich, dass der Rotormagnet vollständig innerhalb des Verdichterrades liegt und also seitlich von Kanten der Förderstruktur eingeschlossen wird.

Fig. 10b zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Stator 4b (dieser ist rotationssymmetrisch bezüglich der Achse 10) bezüglich der Achse 10 geneigt ist. Der Stator hat hier also im Wesentlichen hohlke- gelstumpfförmige Form. Entsprechendes gilt auch für den Rotor 4a bzw. den entsprechenden Rotormagneten, auch dieser ist mit seinen Abschnitten geneigt bezüglich der Achse 10 (also nicht parallel/ko-linear, sondern würde diese in Verlängerung schneiden) .

Das in Fig. 10b gezeigte Verdichterrad ist beidseitig gelagert (siehe angedeutete Lagerstellen Ll und L2) . Allerdings können auch die 'Ausführungsformen der weiteren Figuren prinzipiell beidseitig gelagert sein (auch wenn dies u.U. baulichen Mehraufwand bedeutet) .

Für die Fig. 10b gilt, dass der Rotormagnet 4c bezogen auf die Achse 10 des Verdichterrades 3 radial außerhalb der Nabe des Verdichterrades angeordnet ist. Das Verdichterrad ist hierbei so ausgeführt, dass Luft sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb des Rotormagneten führbar ist. Hierbei ist das Verdichterrad auch so ausgeführt, dass mindestens 70% der zugeführten Luftmasse (bzw. des zugeführten Luftmassenstroms) radial außerhalb des Rotormagneten ge- führt werden.

Fig. 11 zeigt nochmals einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stator 4b und Rotor 4a. Zu sehen ist hier ein Rotormagnet 4c, der aus einzelnen Segmenten (vier über den Umfang verteilt) besteht. Al- ternativ hierzu ist natürlich auch ein z.B. zylindrischer Einzelmagnet vorstellbar. Um diesen Rotormagneten 4c herum ist eine Armierung 4d angebracht. Auf dieser Armierung wiederum ist eine Förderstruktur F (hier im Schnitt, deshalb schraffiert) gezeigt. Um die Förderstruktur herum ist eine Luftdurchführung bzw. Mediendurchlassöffnung 4e gegeben, diese wird radial nach außen von einer Abschirmung 11 (diese ist aus Kunststoff und magnetisch/elektrisch isolierend) umgeben. Um die Abschirmung 11 herum ist der elekt- risch wirksame Teil des Stators 4b gegeben.

In dem in Fig. 11 gezeigten Querschnitt beträgt die Querschnittsfläche der Mediendurchlassöffnung bzw. des Luftdurchtrittes bzw. der Einlassöffnung 4e zur Querschnittsfläche der vier Segmente des Rotormagneten (definiert als V _QE = A _E inlass6ffnung/A _Ro tor (Rotorwelle inkl. Schaufelräder) ) 4:1.

Die Einlassöffnung 4e ist hierbei definiert als tat- sächlich durchströmbare öffnung, also der Flächeninhalt innerhalb der Armierung 11, jedoch abzüglich der Flächen der schraffierten Förderstruktur sowie der Nabe des Rotors (die Nabe umfasst die Armierung 4d sowie alles darin Befindliche) . Gemeint ist hier also die "Nettoquerschnittsflache" der Einlassöffnung. Der Querschnitt verläuft in der Fig. 11 sichtbar durch den elektrisch und magnetisch wirksamen Abschnitt des Stators 4b. In diesem Querschnitt beträgt das Verhältnis der Querschnittsfläche des Stators zur Quer- schnittsfläche des Rotormagneten (definiert als V _QS =

A _s tator /ARotormagnet / 13 : 1 .

Als Querschnittsfläche des Stators wird hier lediglich der elektrisch bzw. magnetisch wirksame Teil (also Kernmetall + Kupferdraht, allerdings abzüglich Kupferdrahtlackierung sowie möglicher "Hohlflächen") verstanden. Entsprechend verhält es sich bei dem Rotormagneten, hier sind nur die Querschnitte der reinen Rotormagnetsegmente in diesem Querschnitt heranzuziehen.

Die oben genannten Verhältnisse für die Beziehung des kleinsten Innendurchmessers des Stators zum größten Außendurchmesser des Rotors können in Ergänzung zu dem 1,5- bis 8-fachen) auch in anderen Intervallen liegen, nämlich 1,1- bis 1,49-mal, vorzugsweise 1,25- bis 1,49-mal. Entsprechend kann allerdings am anderen Ende der Skala auch der kleinste Innendurchmesser des Stators 8,01- bis 15-mal, vorzugsweise 8,01- bis 12- mal so groß sein wie der größte Außendurchmesser des Rotors.