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WO2018041468A1 - Elektromotor, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Elektromotor, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2018041468A1
WO2018041468A1 PCT/EP2017/068513 EP2017068513W WO2018041468A1 WO 2018041468 A1 WO2018041468 A1 WO 2018041468A1 EP 2017068513 W EP2017068513 W EP 2017068513W WO 2018041468 A1 WO2018041468 A1 WO 2018041468A1
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WO
WIPO (PCT)
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housing
electric motor
coil element
motor according
leg
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/068513
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Riemay
Original Assignee
Mahle International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Priority to DE112017004304.2T priority Critical patent/DE112017004304A5/de
Publication of WO2018041468A1 publication Critical patent/WO2018041468A1/de

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Definitions

  • Electric motor in particular for a motor vehicle
  • the present invention relates to an electric motor, in particular for a motor vehicle, as well as a motor vehicle with such an electric motor.
  • an electric motor with rotor and stator which has an outer part and an inner part, which are arranged concentrically to a rotation axis and are rotatable relative to each other about this axis of rotation.
  • the known electric motor is designed as an external rotor, so that the outer part forms an outer rotor and the inner part forms an inner rotor
  • the present invention is concerned with the problem of finding new ways in the development of electric motors, especially for motor vehicles.
  • the basic idea of the invention is therefore to provide an electric motor as an internal rotor with a single-phase external stator. This allows a simple structural design and in particular a simple electrical Wiring of the external stator, which has an advantageous effect on the manufacturing cost.
  • An electric motor comprises a housing which at least partially delimits a housing interior.
  • an annular inner rotor is formed, which has a permanent magnet with at least two magnetic poles.
  • the inner rotor is rotatably mounted on the housing and rotatable relative to the outer stator about an axis of rotation.
  • the electric motor comprises a single-phase external stator.
  • the outer stator has at least one electrical coil element with a stator winding and is fixedly mounted on the housing.
  • At least one pin-like stator tooth is provided on the housing.
  • the stator tooth divides the housing interior into a first and a second subspace.
  • the electric motor comprises two electrical coil elements which are electrically connected in series with each other. A first electrical coil element is arranged in the first subspace. A second electrical coil element is arranged in the second subspace. This embodiment requires very little space.
  • stator tooth is arranged non-centrally on a housing wall of the housing, so that the volume of the first subspace with the first electrical coil element is greater or smaller than the volume of the second subspace with the second electrical coil element.
  • the two electrical coil elements in a cross section of the housing perpendicular to the axis of rotation of Internal rotor arranged at an angle to each other on the housing is particularly easy to manufacture and therefore inexpensive.
  • stator tooth moves away from the housing into a pole shoe, which in each case partially delimits the first and the second subspace with the first or second electrical coil element.
  • This variant also requires very little space.
  • the housing can completely limit the housing interior with the inner rotor.
  • the inner rotor can be particularly well protected against any form of external interference.
  • the housing interior can also be effectively shielded against external electromagnetic interference.
  • the housing only partially defines the interior of the housing and has in the cross-section perpendicular to the axis of rotation a U-shaped geometry with a base and two legs projecting from the base.
  • the electrical coil element for a worker is particularly accessible.
  • the at least one electrical coil element is arranged at the base in this variant. This also applies to a development of the variant with two electrical coil elements, which are also both arranged on the base.
  • a first leg are formed by a first housing wall and a second leg through a second housing wall.
  • the cross section perpendicular to the axis of rotation corresponds to an inner contour of the interior of the housing facing interior at least a housing wall at least partially an outer contour of the annular inner rotor side.
  • the two housing walls are formed curved in the cross section perpendicular to the axis of rotation.
  • the housing is formed at least in two parts.
  • a first housing part forms the first leg of the U-shaped housing and a second housing part forms the base and the second leg.
  • This variant facilitates the assembly of the electric motor and in particular the assembly of the coil element on the housing.
  • the housing is formed in three parts.
  • a first housing part forms the first leg of the U-shaped housing and a second housing part forms the second leg of the U-shaped housing.
  • a third housing part forms the base of the U-shaped housing. This variant also facilitates the assembly of the electric motor.
  • the first coil element can be arranged on the first leg and the second coil element can be arranged on the second leg.
  • the resulting, symmetrical structure ensures a particularly high efficiency of the electric motor.
  • the housing is U-shaped in the cross-section perpendicular to the axis of rotation and comprises a base and two legs projecting from the base.
  • a first leg goes over to the inner rotor in a pole piece.
  • An inner contour facing the inner rotor it speaks the outer contour of the inner rotor.
  • the electrical coil element is arranged on the pole piece.
  • the field line profile of the field lines generated by the electric coil element is optimized.
  • the housing comprises a housing cover, which closes the housing interior.
  • the interior of the housing can be hermetically sealed relative to the external environment of the electric motor and thus protected in particular against unwanted external electromagnetic interference.
  • the stator winding of the at least one electrical coil element is wound directly onto the housing.
  • This variant of the electric motor requires a small number of components and is thus particularly easy to implement.
  • the at least one electrical coil element may comprise a winding support on which the stator winding is wound and which is attached to the housing.
  • This variant allows the assembly of the electrical coil element together with the stator winding as a unit and thus facilitates the assembly of the coil element on the housing.
  • This also applies to a disassembly of the coil element from the housing, if this - should be necessary - for example in case of repair.
  • this variant also has a particularly high copper fill factor with a winding carrier which can be plugged onto the housing.
  • the invention further relates to a motor vehicle with at least one electric motor presented above. The advantages of the electric motor are therefore also transferred to the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 -8 Examples of an electric motor according to the invention, each in a much simplified, schematic representation.
  • FIG. 1 shows in a greatly simplified illustration a first example of an electric motor 1 according to the invention.
  • the electric motor 1 comprises a housing 2 which is indicated only schematically in FIG. 1 and which partially delimits a housing interior 3. Furthermore includes the electric motor 1 has a single-phase external stator 4, which in the example of FIG. 1 has a first electrical coil element 5a with a first stator winding 6a and a second electrical coil element 5b with a second stator winding 6b. Furthermore, a ring-shaped inner rotor 7 of the electric motor 1 is arranged in the housing interior 3.
  • the inner rotor 7 comprises a permanent magnet 8, which in the example of FIG. 1 has a magnetic south pole S and a magnetic north pole N. In variants of the example, a larger number of magnetic poles N, S can be provided.
  • the magnetic poles N, S of the permanent magnets 8 are arranged along the circumferential direction U of the inner rotor 7 with alternating polarity (north, south).
  • the inner rotor 7 is rotatably mounted on the housing 2 and rotatable relative to the outer stator 4 and thus also to the housing 2 about a rotation axis D.
  • the illustration of Figure 1 therefore shows a cross section of the electric motor 1 perpendicular to the axis of rotation D.
  • a pin-like stator tooth 9 is provided on the housing 2.
  • the stator tooth 9 is formed on a housing wall 10 of the housing 2, protrudes from this and protrudes into the housing interior 3.
  • the stator tooth 9 divides the housing interior 3 into a first and a second sub-space 3a, 3b.
  • the first coil element 5a is arranged in the first subspace 3a.
  • the second coil element 5b is arranged in the second subspace 3b.
  • the two coil elements 5a, 5b are electrically connected in series with one another to form the single-phase external stator 4, which is not shown in greater detail in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • the outer stator 4 therefore requires only two electrical connections for the electrical energizing of the two electrical coil elements 5a, 5b.
  • stator tooth 9 In the cross section shown in Figure 1 perpendicular to the axis of rotation D of the pin-shaped stator tooth 9 goes away from the housing 2 in a pole piece 1 1, which in each case partially delimits the first and the second sub-spaces 3a, 3b together with the stator tooth 9.
  • stator tooth 9 By means of the stator tooth 9, the field line profile of the magnetic field generated by the external stator 4 can be optimized.
  • the stator tooth 9 can be detachably fastened, in particular by means of a plug connection, to the housing 2 (not shown in the figures).
  • the stator tooth 9 is arranged centrally on the housing wall 10 with respect to an extension direction 12 of the housing wall 10, so that the volume of the first subspace 3a with the first coil element 5a is equal to the volume of the second subspace 3b with the second Coil element 5b is.
  • FIG. 2 shows a first variant of the example of FIG. 1.
  • the electric motor 1 according to FIG. 2 differs from the electric motor according to FIG. 1 in that, in the example of FIG. 2, the stator tooth 9 is not arranged centrally but off-center on the housing wall 10 of the housing 2.
  • the volume of the first subspace 3a with the first coil element 5a is greater than the volume of the second subspace 3b with the second coil element 5b.
  • di> d 2 applies.
  • FIG. 3 shows a further, second variant of the example of FIG.
  • the housing 2 is designed to be closed relative to the electric motor 1 according to FIG. 1, ie the housing 2 completely delimits the housing interior 3 with the inner rotor 7.
  • the variant of FIG. 3 can also be combined with the variant of FIG.
  • FIG. 4 shows a further, third variant of the example of FIG. 1.
  • the two coil elements 5a, 5b are arranged at an angle ⁇ relative to each other and not, as in the example of Figure 1 at a zero angle.
  • the angular arrangement of the two coil elements 5a, 5b relative to each other refers to a respective axial direction Ai, A 2 of the two coil elements 5a, 5b, which in turn may be defined by a main winding direction of the two stator windings 6a, 6b.
  • the housing wall 10 is not rectilinear, as in the example Figures 1 and 3, but has sub-wall sections which are arranged at an angle to each other.
  • the housing 2 limits the housing interior 3 each only partially, so it is open and has in the cross section perpendicular to the axis of rotation D a U-shaped geometry.
  • the housing 2 comprises a base 14 and two legs 15a, 15b projecting from the base 14.
  • the base 14 is formed by the housing wall 10
  • the two legs 15a, 15b are formed by the two opposite housing walls 13a, 13b, which are connected to one another by means of the housing wall 10.
  • the housing interior 3 is closed by a housing wall 10 opposite, another housing wall 13c.
  • a respective inner side 16 of the housing wall 13a that is to say of a first leg 15a, and of the second housing wall 13b, ie of a second leg 15b, has in sections an inner contour which is identical to an outer contour of the annular one Inner rotor 7.
  • the two legs 15a, 15b forming housing walls 13a, 13b are curved.
  • Figure 5 shows a variant of the example of Figure 4.
  • the electric motor 1 of Figure 5 differs from the electric motor 1 according to Figure 4 in that the two coil elements 5a, 5b not at an angle, but at a zero angle - in an analogous manner, for example Figures 1 to 3 - are arranged to each other. Otherwise, the explanations on FIG. 4 apply here analogously.
  • the two coil elements 5 a, 5 b are respectively arranged on the base 14, that is, on the housing wall 10.
  • Figure 6 shows a variant of the example of Figure 1, in which the two coil elements 5a, 5b are each arranged on a leg 15a, 15b.
  • the first coil element 5a is therefore arranged on the first housing 15a forming the first housing wall 13a.
  • the second coil element 5b is correspondingly arranged on the second housing wall 13b forming the second leg 15b.
  • Compared to the example of Figure 1 is omitted in the example of Figure 6 on the stator tooth 9.
  • FIG. 7 shows a further, sixth variant of the example of FIG. 1.
  • the electric motor 1 according to FIG. 7 differs from the electric motor 1 according to FIG. 1 in that only a single coil element 5 a is provided.
  • the second coil element 5b is therefore omitted in the example of FIG.
  • the single coil element 5 a is arranged on the housing wall 10 forming the base 14.
  • FIG. 8 shows a further, seventh variant of the example of FIG. 1.
  • the housing wall 13a forming the first leg 15a moves toward the inner rotor 7 into a pole shoe 17 whose inner contour facing the inner rotor 7 is identical to the outer contour of the inner rotor 7.
  • the single coil element 5a is arranged on the pole piece 17.
  • the U-shaped housing 2 can optionally be closed by means of a housing cover 18, which is opposite the housing wall 10.
  • the housing interior 3 is completely bounded by the housing 2 with the housing wall 10, the two housing walls 13a, 13b and the housing cover 18. This causes an improved shielding of the housing interior 3.
  • the housing 2 may be formed in two parts. It is conceivable for a first housing part 19a to form the first leg 15a of the U-shaped housing 2 and a second housing part 19b to form the base 14 including the second leg 15b.
  • the two housing parts 19a, 19b may be formed fastened to each other, for example by means of a latching or plug connection.
  • Such a scenario is shown by way of example in FIG. 7, but may also be implemented in the examples of the remaining FIGS. 1 to 6 and 8, as far as appropriate.
  • a three-part design of the housing 2 is conceivable for all the above examples according to Figures 1 to 8.
  • a first housing part 19a forms the first leg 15a of the U-shaped housing and a second housing part 19b forms the second leg of the U-shaped housing.
  • the base 14 of the U-shaped housing 2 is formed in this scenario by a third housing part.
  • the individual housing parts may be formed fastened to one another, for example, by means of a latching or plug connection.
  • the stator winding 6a, 6b of the respective coil element 5a, 5b can be wound directly onto the housing 2 or onto the corresponding housing wall 10, 13a, 13b of the housing 2.
  • the respective coil element 5a, 5b may comprise a winding support on which the stator winding 6a, 6b is wound and which is attached to the housing 2.
  • the stator winding 6a, 6b can first be wound onto the winding support, and then the winding support with the stator winding 6a, 6b can be attached as a unit to the housing 2.
  • the above-described two-part, three-part or multi-part design of the housing 2 facilitates the assembly of the electric motor. 1 This also applies to the attachment of the coil elements 5a, 5b on the housing 2.
  • a two-part, three-part or even multi-part design of the housing 2 facilitates the assembly of the electrical coil elements 5a , 5b on the housing 2.
  • the winding support of the coil elements 5a, 5b before assembly or in the course of assembly of the housing parts 19a, 19b, 19c are pushed or plugged onto the respective housing part 19a, 19b, 19c.
  • the variant of a coil element 5a with attachable winding support is particularly suitable for the example of Figure 7, when the housing 2 is formed in two parts with two housing parts 19a, 19b or in three parts with three housing parts 19a, 19b, 19c.
  • the winding support can be plugged onto the housing wall 10.
  • the housing 2 formed in one piece, so proves a direct winding of the housing 2 and the housing wall 10 is advantageous.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Der Elektromotor (1) umfasst ein Gehäuse (2), das einen Gehäuseinnenraum (3) zumindest teilweise begrenzt. Der Elektromotor (1) umfasst ferner einen einphasig ausgebildeten Außenstator (4), der wenigstens ein elektrisches Spulenelement (5a, 5b) mit einer Statorwicklung (6a, 6b) aufweist. Im Gehäuseinnenraum (3) angeordnet ist ein ringartig ausgebildeter Innenrotor (7), welcher einen Permanentmagneten (8) mit wenigstens zwei magnetischen Polen (N, S) aufweist und relativ zum Außenstator (4) um eine Drehachse (D) drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist.

Description

Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Elektromotor.
Aus der DE 10 2006 004 313 A1 ist ein Elektromotor mit Rotor und Stator bekannt, der ein Außenteil und ein Innenteil aufweist, die konzentrisch zu einer Rotationsachse angeordnet sind und relativ zueinander um diese Rotationsachse drehverstellbar sind. Der bekannte Elektromotor ist als Außenläufer ausgestaltet, so dass das Außenteil einen Außenrotor und das Innenteil einen Innenrotor bildet
Aus dem Stand der Technik sind auch zahlreiche Elektromotoren bekannt, die als Innenläufer ausgestaltet sind, d.h. das Innenteil weist einen Innenrotor und das Außenteil einen Außenstator auf. Herkömmliche Elektromotoren sind häufig als Zwei- oder Mehrphasenmotoren ausgebildet, d.h. die in diesem Elektromotor eingesetzten Spulenelemente sind jeweils separat bestrombar.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei der Entwicklung von Elektromotoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge, neue Wege aufzuzeigen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen Elektromotor als Innenläufer mit einem einphasig ausgebildeten Außenstator bereitzustellen. Dies ermöglicht einen einfachen konstruktiven Aufbau und insbesondere eine einfache elektrische Verdrahtung des Außenstators, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.
Ein erfindungsgemäßer Elektromotor umfasst ein Gehäuse, welches einen Gehäuseinnenraum zumindest teilweise begrenzt. Im Gehäuseinnenraum ist ein ringartig ausgebildeter Innenrotor angeordnet, welcher einen Permanentmagneten mit wenigstens zwei magnetischen Polen aufweist. Der Innenrotor ist drehbar am Gehäuse gelagert und relativ zum Außenstator um eine Drehachse drehverstellbar. Weiterhin umfasst der Elektromotor einen einphasig ausgebildeten Außenstator. Der Außenstator weist wenigstens ein elektrisches Spulenelement mit einer Statorwicklung auf und ist ortsfest am Gehäuse angebracht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist am Gehäuse wenigstens ein stiftartig ausgebildeter Statorzahn vorgesehen. Der Statorzahn unterteilt den Gehäuseinnenraum in einen ersten und einen zweiten Teilraum. Bei dieser Variante umfasst der Elektromotor zwei elektrische Spulenelemente, die elektrisch zueinander in Reihe geschaltet sind. Ein erstes elektrisches Spulenelement ist im ersten Teilraum angeordnet. Ein zweites elektrisches Spulenelement ist im zweiten Teilraum angeordnet. Diese Ausführungsform benötigt besonders wenig Bauraum.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Statorzahn nicht-mittig an einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet, so dass das Volumen des ersten Teilraums mit dem ersten elektrischen Spulenelement größer oder kleiner ist als das Volumen des zweiten Teilraums mit dem zweiten elektrischen Spulenelement. Diese, bezüglich der Anordnung der elektrischen Spulenelemente asymmetrische Bauform erleichtert das Starten des Innenrotors.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden elektrischen Spulenelemente in einem Querschnitt des Gehäuses senkrecht zur Drehachse des Innenrotors winkelig zueinander am Gehäuse angeordnet. Diese Variante ist besonders einfach zu fertigen und somit preisgünstig.
Besonders bevorzugt geht der Statorzahn in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse vom Gehäuse weg in einen Polschuh über, weicher den ersten und den zweiten Teilraum mit dem ersten bzw. zweiten elektrischen Spulenelement jeweils teilweise begrenzt. Auch diese Variante erfordert besonders wenig Bauraum.
Zweckmäßig kann das Gehäuse den Gehäuseinnenraum mit dem Innenrotor vollständig begrenzen. Auf diese Weise kann der Innenrotor besonders gut gegen jedwede Form äußerer Störeinflüsse geschützt werden. Bei geeigneter Wahl des Gehäusematerials kann der Gehäuseinnenraum außerdem wirksam gegen äußere elektromagnetische Störeinflüsse abgeschirmt werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform begrenzt das Gehäuse den Gehäuseinnenraum nur teilweise und besitzt in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse eine U-förmige Geometrie mit einer Basis und zwei von der Basis abstehenden Schenkeln. Bei dieser Variante ist das elektrische Spulenelement für einen Werker besonders gut zugänglich. Das zumindest eine elektrische Spulenelement ist bei dieser Variante an der Basis angeordnet. Die gilt bevorzugt auch für eine Weiterbildung der Variante mit zwei elektrischen Spulenelementen, die ebenfalls beide an der Basis angeordnet sind.
Als technisch besonders einfach zu realisieren und somit auch kostengünstig erweist sich eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei welcher ein erster Schenkel durch eine erste Gehäusewand und ein zweiter Schenkel durch eine zweite Gehäusewand gebildet sind. In dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse entspricht eine Innenkontur einer dem Gehäuseinnenraum zugewandten Innen- seite zumindest einer Gehäusewand zumindest abschnittsweise einer Außenkontur des ringförmigen Innenrotors.
Besonders bevorzugt sind die beiden Gehäusewände in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse gekrümmt ausgebildet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse mindestens zweiteilig ausgebildet. Bei dieser Variante bildet ein erstes Gehäuseteil den ersten Schenkel des U-förmigen Gehäuses und ein zweites Gehäuseteil die Basis und den zweiten Schenkel. Diese Variante erleichtert den Zusammenbau des Elektromotors und dabei insbesondere die Montage des Spulenelements am Gehäuse.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse dreiteilig ausgebildet. Bei dieser Variante bildet ein erstes Gehäuseteil den ersten Schenkel des U-förmigen Gehäuses und ein zweites Gehäuseteil den zweiten Schenkel des U-förmigen Gehäuses. Ein drittes Gehäuseteil bildet die Basis des U-förmigen Gehäuses. Auch diese Variante erleichtert den Zusammenbau des Elektromotors.
Zweckmäßig können das erste Spulenelement auf dem ersten Schenkel und das zweite Spulenelement auf dem zweiten Schenkel angeordnet sein. Der sich ergebende, symmetrische Aufbau sorgt für einen besonders hohen Wirkungsgrad des Elektromotors.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse U-förmig ausgebildet und umfasst eine Basis sowie zwei von der Basis abstehende Schenkel. Hierbei geht ein erster Schenkel zum Innenrotor hin in einen Polschuh über. Eine dem Innenrotor zugewandte Innenkontur ent- spricht dabei der Außenkontur des Innenrotors. Diese Variante lässt sich besonders einfach herstellen und ist daher besonders preisgünstig.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das elektrische Spulenelement auf dem Polschuh angeordnet. Bei dieser Variante ist der Feldlinienverlauf der vom elektrischen Spulenelement erzeugten Feldlinien optimiert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Gehäuse einen Gehäusedeckel, welcher den Gehäuseinnenraum verschließt. Auf diese Weise kann der Gehäuseinnenraum gegenüber der äußeren Umgebung des Elektromotors hermeti- siert und somit insbesondere gegen unerwünschte äußere elektromagnetische Störeinflüsse geschützt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Statorwicklung des zumindest einen elektrischen Spulenelements direkt auf das Gehäuse aufgewickelt. Diese Variante des Elektromotors erfordert eine geringe Anzahl an Bauteilen und ist somit besonders einfach zu realisieren. Alternativ dazu kann das zumindest eine elektrische Spulenelement einen Wicklungsträger umfassen, auf welchem die Statorwicklung aufgewickelt ist und welcher an dem Gehäuse angebracht ist. Diese Variante ermöglicht die Montage des elektrischen Spulenelements samt Statorwicklung als Einheit und erleichtert somit die Montage des Spulenelements am Gehäuse. Dies gilt auch für eine Demontage des Spulenelements vom Gehäuse, falls dies - etwa im Reparaturfall - erforderlich werden sollte. Im Vergleich zu Elektromotoren mit direkter Bewicklung weist diese Variante mit einem auf das Gehäuse aufsteckbaren Wicklungsträger auch einen besonders hohen Kupfer- Füllfaktor auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem voranstehend vorgestellten Elektromotor. Die Vorteile des Elektromotors übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 -8 Beispiele eines erfindungsgemäßen Elektromotors, jeweils in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung.
Die Figur 1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 .
Der Elektromotor 1 umfasst ein in Figur 1 nur schematisch angedeutetes Gehäuse 2, welches einen Gehäuseinnenraum 3 teilweise begrenzt. Weiterhin umfasst der Elektromotor 1 einen einphasig ausgebildeten Außenstator 4, der im Beispiel der Figur 1 ein erstes elektrisches Spulenelement 5a mit einer ersten Statorwicklung 6a sowie ein zweites elektrisches Spulenelement 5b mit einer zweiten Statorwicklung 6b aufweist. Weiterhin ist im Gehäuseinnenraum 3 ein ringartig ausgebildeter Innenrotor 7 des Elektromotors 1 angeordnet. Der Innenrotor 7 umfasst einen Permanentmagneten 8, der im Beispiel der Figur 1 einen magnetischen Südpol S und einen magnetischen Nordpol N aufweist. In Varianten des Beispiels kann auch eine größere Anzahl an magnetischen Polen N, S vorgesehen sein. Die magnetischen Pole N, S der Permanentmagnete 8 sind entlang der Umfangrichtung U des Innenrotors 7 mit abwechselnder Polarität (Nord, Süd) angeordnet. Der Innenrotor 7 ist drehbar am Gehäuse 2 gelagert und relativ zum Außenstator 4 und somit auch zum Gehäuse 2 um eine Drehachse D drehverstellbar. Die Darstellung der Figur 1 zeigt demnach einen Querschnitt des Elektromotors 1 senkrecht zur Drehachse D.
Im Beispiel der Figur 1 ist am Gehäuse 2 ein stiftartig ausgebildeter Statorzahn 9 vorgesehen. Der Statorzahn 9 ist an einer Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 ausgebildet, steht von dieser ab und ragt in den Gehäuseinnenraums 3 hinein. Der Statorzahn 9 unterteilt den Gehäuseinnenraum 3 in einen ersten und in einen zweiten Teilraum 3a, 3b. Das erste Spulenelement 5a ist im ersten Teilraum 3a angeordnet. Das zweite Spulenelement 5b ist im zweiten Teilraum 3b angeordnet. Die beiden Spulenelemente 5a, 5b sind zur Ausbildung des einphasigen Außenstators 4 elektrisch zueinander in Reihe geschaltet, was in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht genauer dargestellt ist. Der Außenstator 4 benötigt folglich nur zwei elektrische Anschlüsse zum elektrischen Bestromen der beiden elektrischen Spulenelemente 5a, 5b.
In dem in Figur 1 gezeigten Querschnitt senkrecht zur Drehachse D geht der stiftartig ausgebildete Statorzahn 9 vom Gehäuse 2 weg in einen Polschuh 1 1 über, welcher den ersten und den zweiten Teilraum 3a, 3b zusammen mit dem Statorzahn 9 jeweils teilweise begrenzt. Mittels des Statorzahns 9 kann der Feldlinienverlauf des vom Außenstator 4 erzeugten magnetischen Feldes optimiert werden. Der Statorzahn 9 kann lösbar, insbesondere mittels einer Steckverbindung, am Gehäuse 2 befestigt sein (in den Figuren nicht gezeigt).
Im Beispiel der Figur 1 ist der Statorzahn 9 bzgl. einer Erstreckungsrichtung 12 der Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 mittig an der Gehäusewand 10 angeordnet, so dass das Volumen des ersten Teilraums 3a mit dem ersten Spulenelement 5a gleich dem Volumen des zweiten Teilraums 3b mit dem zweiten Spulenelement 5b ist. Im Beispiel der Figur 1 sind also die Abstände d-i , d2 des Statorzahn 9 zu den einander gegenüberliegenden Gehäusewänden 13a, 13b, die mittels der Gehäusewand 10 miteinander verbunden sind, jeweils gleich.
Die Figur 2 zeigt eine erste Variante des Beispiels der Figur 1 . Der Elektromotor 1 gemäß Figur 2 unterscheidet sich vom Elektromotor gemäß Figur 1 darin, dass der Statorzahn 9 im Beispiel der Figur 2 nicht mittig, sondern außer-mittig an der Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass das Volumen des ersten Teilraums 3a mit dem ersten Spulenelement 5a größer ist als das Volumen des zweiten Teilraums 3b mit dem zweiten Spulenelement 5b. Im Beispiel der Figur 2 sind also die Abstände d-i , d2 des Statorzahn 9 zu den beiden einander gegenüberliegenden Gehäusewänden 13a, 13b, die sich in dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Querschnitt quer zur Gehäusewand 10 erstrecken, verschieden. Im Beispiel der Figur 2 gilt dabei di > d2. Eine solche, nicht-mittige Anordnung der Gehäusewand 10 bezüglich der beiden Gehäusewände 13a, 13b erleichtert das Einschalten des Elektromotors 1 , also das In-Bewegung-Setzen des Innenrotors 7. Weiterhin kann beim Elektromotor gemäß Figur 2 gegenüber dem Elektromotor der Figur 1 auf den Polschuh 1 1 verzichtet sein. In Figur 3 ist eine weitere, zweite Variante des Beispiels der Figur 1 dargestellt. Beim Elektromotor 1 gemäß Figur 3 ist gegenüber dem Elektromotor 1 gemäß Figur 1 das Gehäuse 2 geschlossen ausgebildet, d.h. das Gehäuse 2 begrenzt den Gehäuseinnenraum 3 mit dem Innenrotor 7 vollständig. Die Variante der Figur 3 kann auch mit der Variante der Figur 2 kombiniert werden.
Die Figur 4 zeigt eine weitere, dritte Variante des Beispiels der Figur 1 . Im Beispiel der Figur 4 sind die beiden Spulenelemente 5a, 5b winkelig unter einem Winkel α relativ zueinander angeordnet, und nicht, wie im Beispiel der Figur 1 unter einem Null-Winkel. Die winkelige Anordnung der beiden Spulenelemente 5a, 5b zueinander bezieht sich dabei auf eine jeweilige axiale Richtung A-i , A2 der beiden Spulenelemente 5a, 5b, welche wiederum durch eine Hauptwicklungsrichtung der beiden Statorwicklungen 6a, 6b definiert sein kann. Im Beispiel der Figur 4 ist also die Gehäusewand 10 nicht geradlinig, wie im Beispiel Figuren 1 und 3, sondern besitzt Unter-Wandabschnitte, die winkelig zueinander angeordnet sind.
Im Beispiel der Figuren 1 , 2 und 4 begrenzt das Gehäuse 2 den Gehäuseinnenraum 3 jeweils nur teilweise, ist also offen ausgebildet und besitzt in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse D eine U-förmige Geometrie. Hierzu umfasst das Gehäuse 2 eine Basis 14 und zwei von der Basis 14 abstehende Schenkel 15a, 15b. In den vorangehend genannten Beispielen wird die Basis 14 von der Gehäusewand 10 gebildet, wohingegen die beiden Schenkel 15a, 15b von den beiden einander gegenüberliegenden Gehäusewänden 13a, 13b gebildet werden, die mittels der Gehäusewand 10 miteinander verbunden sind. Im Beispiel der Figur 3 wird der Gehäuseinnenraum 3 durch eine der Gehäusewand 10 gegenüberliegende, weitere Gehäusewand 13c verschlossen. In allen vorangehend erläuterten Beispielen gemäß den Figuren 1 bis 4 besitzt eine jeweilige Innenseite 16 der Gehäusewand 13a, also eines ersten Schenkels 15a, sowie der zweiten Gehäusewand 13b, also eines zweiten Schenkels 15b, abschnittsweise eine Innenkontur, die identisch ist zu einer Außenkontur des ringförmigen Innenrotors 7. In dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse D gemäß Figur 4 sind die die beiden Schenkel 15a, 15b ausbildenden Gehäusewände 13a, 13b gekrümmt ausgebildet. Mit dieser Maßnahme geht ein verbesserter Feldlinienverlauf des magnetischen Feldes im Gehäuseinnenraum 3 einher.
Figur 5 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 4. Der Elektromotor 1 der Figur 5 unterscheidet sich vom Elektromotor 1 gemäß Figur 4 darin, dass die beiden Spulenelemente 5a, 5b nicht winkelig, sondern unter einem Null-Winkel - in analoger Weise zum Beispiel der Figuren 1 bis 3 - zueinander angeordnet sind. Ansonsten gelten hier die Erläuterungen zur Figur 4 analog.
Im Beispiel der Figuren 1 bis 5 sind die beiden Spulenelemente 5a, 5b jeweils an der Basis 14, also an der Gehäusewand 10 angeordnet. Demgegenüber zeigt die Figur 6 eine Variante des Beispiels der Figur 1 , bei welcher die beiden Spulenelemente 5a, 5b jeweils an einem Schenkel 15a, 15b angeordnet sind. Das erste Spulenelement 5a ist also an der den ersten Schenkel 15a ausbildenden ersten Gehäusewand 13a angeordnet. Das zweite Spulenelement 5b ist entsprechend an der den zweiten Schenkel 15b ausbildenden zweiten Gehäusewand 13b angeordnet. Gegenüber dem Beispiel der Figur 1 ist im Beispiel der Figur 6 auf den Statorzahn 9 verzichtet.
Es ist klar, dass trotz dieser Unterschiedsmerkmale das Beispiel der Figur 6 mit den Beispielen der Figuren 1 bis 5, soweit sinnvoll, kombiniert werden kann. Figur 7 zeigt eine weitere, sechste Variante des Beispiels der Figur 1 . Der Elektromotor 1 gemäß Figur 7 unterscheidet sich vom Elektromotor 1 gemäß Figur 1 darin, dass nur ein einziges Spulenelement 5a vorgesehen ist. Auf das zweite Spulenelement 5b ist im Beispiel der Figur 7 also verzichtet. Wie Figur 7 erkennen lässt, ist das einzige Spulenelement 5a auf der die Basis 14 ausbildenden Gehäusewand 10 angeordnet.
Figur 8 zeigt eine weitere, siebte Variante des Beispiels der Figur 1 . Beim Beispiel der Figur 8 geht die den ersten Schenkel 15a ausbildende Gehäusewand 13a zum Innenrotor 7 hin in einen Polschuh 17 über, dessen dem Innenrotor 7 zugewandte Innenkontur identisch zur Außenkontur des Innenrotors 7 ist. Das einzige Spulenelement 5a ist dabei auf dem Polschuh 17 angeordnet. Das U- förmige Gehäuse 2 kann optional mittels eines Gehäusedeckels 18 verschlossen sein, welcher der Gehäusewand 10 gegenüberliegt. In diesem Fall wird der Gehäuseinnenraum 3 vom Gehäuse 2 mit der Gehäusewand 10, den beiden Gehäusewänden 13a, 13b sowie dem Gehäusedeckel 18 vollständig begrenzt. Dies bewirkt eine verbesserte Abschirmung des Gehäuseinnenraums 3.
Bei oben erläuterten Beispielen mit U-förmigen Gehäuse-Geometrien kann das Gehäuse 2 zweiteilig ausgebildet sein. Denkbar ist, dass ein erstes Gehäuseteil 19a den ersten Schenkel 15a des U-förmigen Gehäuses 2 und ein zweites Gehäuseteil 19b die Basis 14 einschließlich des zweiten Schenkels 15b bildet. Die beiden Gehäuseteile 19a, 19b können beispielsweise mittels einer Rast- oder Steckverbindung aneinander befestigbar ausgebildet sein. Ein solches Szenario ist exemplarisch der Figur 7 gezeigt, kann aber, soweit sinnvoll, auch in den Beispielen der verbleibenden Figuren 1 bis 6 und 8 realisiert sein.
Alternativ dazu ist aber für alle voranstehend genannten Beispiele gemäß den Figuren 1 bis 8 auch eine dreiteilige Ausbildung des Gehäuses 2 vorstellbar. In die- sem Fall bildet ein erstes Gehäuseteil 19a den ersten Schenkel 15a des U- förmigen Gehäuses und ein zweites Gehäuseteil 19b den zweiten Schenkel des U-förmigen Gehäuses. Die Basis 14 des U-förmigen Gehäuses 2 ist in diesem Szenario durch ein drittes Gehäuseteil gebildet. Die einzelnen Gehäuseteile können beispielsweise mittels einer Rast- oder Steckverbindung aneinander befestigbar ausgebildet sein.
In allen voranstehend erläuterten Beispielen kann die Statorwicklung 6a, 6b des jeweiligen Spulenelements 5a, 5b direkt auf das Gehäuse 2 bzw. auf die entsprechende Gehäusewand 10, 13a, 13b des Gehäuses 2 aufgewickelt sein. Alternativ dazu kann das jeweilige Spulenelement 5a, 5b einen Wicklungsträger umfassen, auf welchem die Statorwicklung 6a, 6b aufgewickelt ist und welcher an dem Gehäuse 2 angebracht ist. In diesem Fall kann die Statorwicklung 6a, 6b zunächst auf den Wicklungsträger gewickelt werden und anschließend der Wicklungsträger mit der Statorwicklung 6a, 6b als Einheit am Gehäuse 2 angebracht werden.
Die oben beschriebene zweiteilige, dreiteilige oder mehrteilige Ausbildung des Gehäuses 2 erleichtert den Zusammenbau des Elektromotors 1 . Dies gilt auch für die Anbringung der Spulenelemente 5a, 5b am Gehäuse 2. Insbesondere für den Fall, dass die Spulenelemente 5a, 5b wie oben beschrieben Wicklungsträger umfassen, erleichtert eine zweiteilige, dreiteilige oder sogar mehrteilige Ausbildung des Gehäuses 2 die Montage der elektrischen Spulenelemente 5a, 5b am Gehäuse 2. In diesem Fall können die Wicklungsträger der Spulenelemente 5a, 5b vor dem Zusammenbau oder im Zuge des Zusammenbaus der Gehäuseteile 19a, 19b, 19c auf das jeweilige Gehäuseteil 19a, 19b, 19c aufgeschoben oder aufgesteckt werden. Die Variante eines Spulenelements 5a mit aufsteckbarem Wicklungsträger bietet sich insbesondere für das Beispiel der Figur 7 an, wenn das Gehäuse 2 zweiteilig mit zwei Gehäuseteilen 19a, 19b oder dreiteilig mit drei Gehäuseteilen 19a, 19b, 19c ausgebildet ist. In diesem Fall kann der Wicklungsträger auf die Gehäusewand 10 aufgesteckt werden.
Ist das Gehäuse 2 hingegen einteilig ausgebildet, so erweist sich eine direkte Bewicklung des Gehäuses 2 bzw. der Gehäusewand 10 als vorteilhaft.

Claims

Ansprüche
1 . Elektromotor (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einem einen Gehäuseinnenraum (3) zumindest teilweise begrenzenden Gehäuse (2),
mit einem einphasig ausgebildeten Außenstator (4), der wenigstens ein elektrisches Spulenelement (5a, 5b) mit einer Statorwicklung (6a, 6b) aufweist,
mit einem im Gehäuseinnenraum (3) angeordneten und ringartig ausgebildeten Innenrotor (7), welcher einen Permanentmagneten (8) mit wenigstens zwei magnetischen Polen (N, S) aufweist und relativ zum Außenstator (4) um eine Drehachse (D) drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Gehäuse (2) wenigstens ein stiftartig ausgebildeter Statorzahn (9) vorgesehen ist, weicher den Gehäuseinnenraum (3) in einen ersten und einen zweiten Teilraum (3a, 3b) unterteilt,
ein erstes elektrisches Spulenelement (5a) im ersten Teilraum (3a) und ein zweites elektrisches Spulenelement (5b) im zweiten Teilraum (3b) angeordnet ist und die beiden Spulenelemente (5a, 5b) elektrisch zueinander in Reihe geschaltet sind.
3. Elektromotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Statorzahn (9) außer-mittig an einer Gehäusewand (10) des Gehäuses (2) angeordnet ist, derart, dass das Volumen des ersten Teilraums (3a) mit dem ersten elektrischen Spulenelement (5a) größer oder kleiner ist als das Volumen des zweiten Teilraums (3b) mit dem zweiten elektrischen Spulenelement (5b).
4. Elektromotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Statorzahn (9) mittig an einer Gehäusewand (10) des Gehäuses (2) angeordnet ist, so dass das Volumen des ersten Teilraums (3a) mit dem ersten elektrischen Spulenelement (5a) im Wesentlichen gleich dem Volumen des zweiten Teilraums (3b) mit dem zweiten elektrischen Spulenelement (5b) ist.
5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Querschnitt des Gehäuses (2) senkrecht zur Drehachse (D) die beiden elektrischen Spulenelemente (5a, 5b) winkelig zueinander angeordnet sind.
6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) der Statorzahn (9) vom Gehäuse (2) weg in einen Polschuh (1 1 ) übergeht, welcher den ersten und den zweiten Teilraum (3a, 3b) mit dem ersten bzw. zweiten Spulenelement (5a, 5b) jeweils teilweise begrenzt.
7. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) den Gehäuseinnenraum (3) mit dem darin angeordneten Innenrotor (7) vollständig begrenzt.
8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) den Gehäuseinnenraum (3) teilweise begrenzt und in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) eine U-förmige Geometrie mit einer Basis (14) und zwei von der Basis (14) abstehenden Schenkeln (15a, 15b) aufweist,
wobei das wenigstens eine elektrische Spulenelement (5a, 5b), vorzugsweise beide Spulenelemente (5a, 5b), an der Basis (14) angeordnet ist/sind.
9. Elektromotor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Schenkel (15a) durch eine erste Gehäusewand (13a) und ein zweiter Schenkel (15b) durch eine zweite Gehäusewand (13b) gebildet sind, wobei in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) eine Innenkontur einer dem Gehäuseinnenraum (3) zugewandten Innenseite (16) zumindest einer Gehäusewand (13a, 13b), vorzugsweise beider Gehäusewände (13a, 13b), zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einer Außenkontur des ringförmigen Innenrotors (7) entspricht.
10. Elektromotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Gehäusewände (13a, 13b) in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet sind.
1 1 . Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mindestens zweiteilig ausgebildet ist,
wobei ein erstes Gehäuseteil (19a) den ersten Schenkel (15a) des U-förmigen Gehäuses (2) und ein zweites Gehäuseteil (19b) die Basis (14) und den zweiten Schenkel (15b) bildet.
12. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) dreiteilig ausgebildet ist,
wobei ein erstes Gehäuseteil (19a) den ersten Schenkel (15a) des U-förmigen Gehäuses (2) und ein zweites Gehäuseteil (19b) den zweiten Schenkel (15b) des U-förmigen Gehäuses bildet und ein drittes Gehäuseteil (19c) die Basis (14) des U-förmigen Gehäuses (2) bildet.
13. Elektromotor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste elektrische Spulenelement (5a) an dem ersten Schenkel (15a) und das zweite elektrische Spulenelement (5b) an dem zweiten Schenkel (15b) angeordnet ist.
14. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) U-förmig ausgebildet ist und eine Basis (14) und zwei von der Basis (14) abstehende Schenkel (15a, 15b) aufweist,
ein erster Schenkel (15a) zum Innenrotor hin in einen Polschuh (17) übergeht, dessen dem Innenrotor (7) zugewandte Innenkontur im Wesentlichen identisch zu der Außenkontur des Innenrotors (7) ist.
15. Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine elektrische Spulenelement (5a) auf dem Polschuh (17) angeordnet ist.
16. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) einen Gehäusedeckel (18) umfasst, weicher den Gehäuseinnenraum (3) verschließt.
17. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorwicklung (6a, 6b) des zumindest einen elektrischen Spulenelements (5a, 5b) direkt auf das Gehäuse (2) aufgewickelt ist, oder dass
das zumindest eine elektrische Spulenelement (5a, 5b) einen Wicklungsträger umfasst, auf welchem die Statorwicklung (6a, 6b) aufgewickelt ist und welcher an dem Gehäuse (2) angebracht ist.
18. Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Elektromotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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