DE202004019482U1

DE202004019482U1 - Electric machine

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Publication number: DE202004019482U1
Application number: DE202004019482U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: WO2006066740A1

Abstract

Elektrische Maschine (10) vom Axialfeldtyp mit einem Gehäuse (12) und einem relativ zu diesem drehbar im Gehäuse gelagerten Rotor mit aus dem Gehäuse herausgeführter Rotorwelle (24), einer Vielzahl von mit Abstand von der Rotor-Drehachse in Winkelabständen ortsfest im Gehäuse angeordneten Elektromagnet-Bauelementen (28) mit jeweils einem eine Spulenwicklung (30) aus einem oder mehreren Leitern tragenden weichmagnetischen Spulenkern (32) und mit in Winkelabständen angeordneten, mit jeweils einer Polfläche zu den Stirnflächen der Spulenkerne (32) gegenüberstehend ausgerichteten, drehfest im oder am Rotor gehalterten Permanentmagneten (27) mit in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend jeweils entgegengesetzter Polarität ihrer Polflächen, wobei die Spulenkerne (32) der Elektromagnet-Bauelemente (28) derart parallel zur Drehachse der Rotorwelle (24) im Gehäuseinnern angeordnet sind, dass ihre gegenüberliegenden Stirnflächen jeweils in zwei voneinander beabstandeten, Ebenen liegen und die Enden der die Spulenwicklung (30) bildenden elektrischen Leiter der einzelnen Elektromagnet-Bauelemente über eine elektrische oder elektronische Steuereinrichtung zu wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen zusammengeschaltet sind und der Rotor wenigstens...electrical Axial field type machine (10) having a housing (12) and a relative one rotatable in the housing to this stored rotor with out of the housing lead-out Rotor shaft (24), a plurality of spaced from the rotor axis of rotation at angular intervals stationary in the housing arranged electromagnet components (28) each having a one Coil winding (30) of one or more conductors supporting soft magnetic Coil core (32) and arranged at angular intervals, each with a pole surface to the front surfaces the coil cores (32) facing aligned, non-rotatably mounted in or on the rotor permanent magnets (27) with each in the circumferential direction successively opposite each other polarity their pole faces, being the coil cores (32) of the solenoid components (28) so parallel to the axis of rotation of the rotor shaft (24) are arranged inside the housing, that their opposite faces each lie in two spaced apart planes and the Ends of the coil winding (30) forming electrical conductors the individual electromagnet components via a electrical or electronic control device for at least two electrical connections are interconnected and the rotor at least ...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine vom Axialfeldtyp mit einem Gehäuse und einem relativ zu diesem drehbar im Gehäuse gelagerten Rotor mit aus dem Gehäuse herausgeführter Rotorwelle, einer Vielzahl von mit Abstand von der Rotor-Drehachse in Winkelabständen ortsfest im Gehäuse angeordneten Elektromagnet-Bauelementen mit jeweils einem eine Spulenwicklung aus einem oder mehreren Leitern tragenden weichmagnetischen Spulenkern und mit in Winkelabständen angeordneten, mit jeweils einer Polfläche zu den Stirnflächen der Spulenkerne gegenüberstehend ausgerichteten, drehfest im oder am Rotor gehalterten Permanentmagneten mit in Umfangsrichtung aufeinander folgend jeweils entgegengesetzter Polarität ihrer Polflächen, wobei die Spulenkerne der Elektromagnet-Bauelemente derart parallel zur Drehachse der Rotorwelle im Gehäuseinnern angeordnet sind, dass ihre gegenüberliegenden Stirnflächen jeweils in zwei voneinander beabstandeten Ebenen liegen und die Enden der die Spulenwicklung bildenden elektrischen Leiter der einzelnen Elektromagnet-Bauelemente über eine elektrische oder elektronische Steuereinrichtung zu wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen zusammengeschaltet sind und der Rotor wenigstens zwei sich radial bis vor die Stirnflächen der Spulenkerne erstreckende äußere Läuferscheiben aufweist, in denen die Perma nentmagneten zu den jeweils zugeordneten Spulenkern-Stirnflächen ausgerichtet gehalten sind.The The invention relates to an electric machine of the axial field type a housing and a rotatably mounted in the housing relative to this rotor with the housing lead-out Rotor shaft, a variety of spaced from the rotor axis of rotation at angular intervals stationary in the housing arranged electromagnet components each having a coil winding from one or more conductors supporting soft magnetic coil core and with angular distances arranged, each with a pole face to the end faces of the Spool cores facing each other aligned, non-rotatably mounted in or on the rotor permanent magnets with in the circumferential direction successively opposite each other polarity their pole faces, wherein the coil cores of the electromagnet components are parallel are arranged to the axis of rotation of the rotor shaft in the housing interior, that their opposite faces each lie in two spaced-apart planes and the ends the coil winding forming electrical conductors of the individual Electromagnet components over an electrical or electronic control device for at least two electrical connections are interconnected and the rotor at least two radially until in front of the faces of the Spool cores extending outer rotor discs has, in which the Perma nentmagneten to the respectively associated Coil end faces aligned are held.

Solche, aufgrund ihrer Bauart auch als Axialfeldmaschine bezeichnete elektrische Motore bzw. Generatoren weisen aufgrund ihrer Bauart ein günstiges Leistungsgewicht auf, d.h. sie können bei geringen äußeren Gehäuseabmessungen und relativ geringem Gewicht mit hoher Leistungsaufnahme bzw. -abgabe betrieben werden. Bei einer bekannten Maschine der eingangs erwähnten Art ( EP 1 153 469 B1 ) erfolgt die Abfuhr der während des Betriebs der Maschine auch bei hohem Wirkungsgrad auftretenden Erwärmung aufgrund von Leistungsverlusten über das Gehäuse der Maschine, wobei die in den Elektromagnet-Bauelementen – z.B. durch Wirbelstromverluste in den Spulenkern etc. – erzeugte Verlustwärme durch einen innerhalb des Gehäuses durch entsprechende Ausbildung des Rotors erzeugten geschlossenen Kühlluftkreislauf aufgenommen und an die Gehäusewandung abgeführt wird. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch – insbesondere bei Maschinen mit größeren Abmessungen – für einen stabilen Dauerbetrieb hinreichende Wärmeabfuhr erreichbar ist. Probleme treten dann auf, wenn beispielsweise Elektromotoren weiter verringerter Baugröße mit relativ weiter erhöhten Leistungen betrieben werden sollen. In diesem Fall wird die Abfuhr der anfallenden Wärme zumindest im Dauerbetrieb schwierig, zumal eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des inneren Kühlluftstroms – sofern überhaupt konstruktiv verwirklichbar – eine erhöhte Leistungsaufnahme für die Erzeugung des Kühlluftstroms erfordert.Such, due to their design also referred to as axial field machine electric motors or generators have due to their design on a favorable power to weight ratio, ie they can be operated with low outer housing dimensions and relatively low weight with high power consumption or output. In a known machine of the type mentioned ( EP 1 153 469 B1 ) takes place the removal of the occurring during operation of the machine, even at high efficiency heating due to power losses through the housing of the machine, wherein in the solenoid components - eg by eddy current losses in the coil core, etc. - generated heat loss through a within the housing by appropriate training of the rotor generated closed cooling air circuit was added and removed to the housing. It has been shown that this - especially in machines with larger dimensions - for stable continuous operation sufficient heat dissipation can be achieved. Problems occur when, for example, electric motors of further reduced size are to be operated with relatively further increased power. In this case, the dissipation of the heat produced is difficult, at least in continuous operation, especially since an increase in the flow velocity of the inner cooling air flow - if feasible at all structurally - requires increased power consumption for the generation of the cooling air flow.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das Leistungsgewicht der bekannten elektrischen Maschinen weiter zu verbessern, d.h. eine erhöhte Leistungsaufnahme bzw. -abgabe bei weiter verringerten Gehäuseabmessungen ohne Leistungsverlust zu ermöglichen.Of the Invention is in contrast the task is based, the power of the known electrical To further improve machines, i. an increased power consumption or -Delivery with further reduced housing dimensions without loss of power to enable.

Ausgehend von einer Maschine der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektromagnet-Bauelemente zumindest in dem der Innenwandung der Umfangsfläche des Gehäuses gegenüberstehenden radial äußeren Bereich ihrer Spulenwicklungen über ein wärmeleitendes Material mit der Innenseite der Gehäuse-Umfangswandung großflächig in wärmeleitender Verbindung steht. Diese Ausgestaltung erlaube die Wärmeabfuhr der in den Elektromagnet-Bauelementen anfallenden Verlustwärme direkt über Wärmeleitungen an das Gehäuse, wodurch ein ge schlossener innerer Kühlluftkreislauf entfallen kann. Der für den Kühlluftkreislauf erforderliche konstruktive Aufwand und die zu seiner Aufrechterhaltung erforderliche zusätzliche Antriebsenergie entfällt dann.outgoing from a machine of the type mentioned is this task according to the invention thereby solved, that the electromagnet components at least in the inner wall the peripheral surface of the housing opposite radially outer region their coil windings over thermally conductive Material with the inside of the housing peripheral wall large area in thermally conductive Connection stands. This embodiment allows the heat dissipation the resulting in the electromagnet components heat loss directly via heat pipes to the case, whereby a ge closed inner cooling air circuit can be omitted. The one for the Cooling air circuit required design effort and to its maintenance required additional Drive energy is eliminated then.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umschließt das wärmeleitende Material die Elektromagnet-Bauelemente dann bis auf die mit den Polflächen der Permanentmagneten im Rotor ausgerichteten Stirnflächen der Spulenkerne weitgehend vollständig.In preferred embodiment of the invention, the heat-conducting material encloses the electromagnet components then except for the one with the pole faces the permanent magnets in the rotor aligned end faces of the Spool cores largely complete.

Dabei kann die Ausgestaltung dann mit Vorteil so getroffen sein, dass das wärmeleitende Material zumindest im radial der äußeren, der Innenseite der Umfangswandung des Gehäuses gegenüberliegenden Bereich der Spulenwicklungen der Elektromagnet-Bauelemente einen einstückigen kreisringförmig geschlossenen Wärmeleitkörper bildet, in welchem die Elektromagnet-Bauelemente eingeschlossen sind.there the design can then be made with advantage so that the thermally conductive Material at least in the radially outer, the inside of the peripheral wall of the housing opposite Area of the coil windings of the solenoid components a one-piece circular ring forms closed Wärmeleitkörper, in which the electromagnet components are included.

Die Elektromagnet-Bauelemente sind im Bereich der den Polflächen der Permanentmagneten zugewandten Stirnflächen der Spulenkerne zweckmäßig als den Polflächen der Permanentmagnete mit geringem Abstand gegenüberstehende Polschuhe ausgebildet, wobei dann diese Polschuhe mittels mechanisch und/oder thermisch widerstandsfähiger Trägerplatten mit dem Gehäuse verbunden sind.The Electromagnet components are in the area of the pole faces of Permanent magnets facing end faces of the coil cores useful as the pole faces the permanent magnets are formed with a small distance opposite pole pieces, then these polepieces by means of mechanical and / or thermal more resistant carrier plates with the housing are connected.

Die Trägerplatten können dabei mit Vorteil aus einem nicht magnetischen Material hergestellt sein. In Frage kommt hier keramisches Material oder auch Aluminium bzw. eine geeignete Aluminiumlegierung, wobei die Polschuhe der Elektromagnet-Bauelemente dann zweckmäßig in Richtung zu den Polflächen der Permanentmagneten über die Trägerplatte vorstehen.The carrier plates can be made with advantage of a non-magnetic material. In question comes here ceramic material or aluminum or a suitable aluminum alloy, the pole shoes of the Elektromag net components then expediently protrude in the direction of the pole faces of the permanent magnet on the support plate.

Die Abfuhr der anfallenden Verlustwärme kann durch eine zusätzliche Flüssigkeitskühlung der bei elektrischer Maschine undrehbar gehaltenen Bauteile erhöht werden.The Removal of the resulting heat loss can through an additional Liquid cooling at be increased electrical machine non-rotatably supported components.

So ist es möglich, bei einer Maschine mit drehangetriebener Rotorwelle das Gehäuse mit einer Flüssigkeitskühlung zu versehen, wobei dann zweckmäßig in der Wandung des Gehäuses wenigstens ein Hohlraum vorgesehen ist, welcher mit einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ist.So Is it possible, on a machine with a rotating rotor shaft the housing with to a liquid cooling provided, where appropriate in the Wall of the housing at least one cavity is provided, which with a cooling liquid flow through is.

Falls der Abtrieb der Maschine in der – z.B. bei Radnabenantrieben üblichen – Weise durch ein auf der statisch gehaltenen Rotorwelle drehangetriebenes Gehäuse erfolgt, kann die Ausgestaltung alternativ so getroffen sein, dass die den die Permanentmagnete halternden Rotor drehfest mit der Rotorwelle verbindende Nabe mit wenigstens einem Hohlraum versehen ist, welcher mit einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ist.If the output of the machine in the -. in wheel hub drives usual way by a rotationally driven on the statically held rotor shaft casing takes place, the embodiment may alternatively be made such that the rotor supporting the permanent magnets rotatably with the rotor shaft connecting hub is provided with at least one cavity, which can be flowed through with a cooling liquid.

Das die Elektromagnet-Bauelemente umschließende wärmeleitende Material kann als vorgeformter Trägerteil ausgebildet sein, in welchem die Elektromagnet-Bauelemente montiert sind.The the electromagnet components enclosing thermally conductive material can as preformed carrier part be formed, in which the electromagnet components mounted are.

Dabei ist es dann zweckmäßig, dass die Elektromagnet-Bauteile nach der Montage im vorgeformten Trägerbauteil zusätzlich mit in fließfähigem Zustand zugeführten abbindenden oder aushärtenden Wärmeleitmaterial mit dem Trägerbauteil verbunden werden.there is it then appropriate that the electromagnet components after assembly in the preformed support member additionally in flowable condition supplied setting or hardening thermal interface material with the carrier component get connected.

Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn das Gehäuse insgesamt oder zumindest in seinen mit den Elektromagnet-Bauelementen in Verbindung stehenden Bereichen aus dem wärmeleitenden Material hergestellt ist.Furthermore It may be beneficial if the housing in total or at least in his communicating with the electromagnet components Regions of the heat-conducting material is made.

Die die Enden der die Spulen bildenden Leiter mit der nachgeschalteten Steuereinrichtung verbindenden Leitungen werden zweckmäßig zunächst – zumindest in Teilabschnitten – ebenfalls im wärmeleitenden Material eingebettete, wodurch auch in diesem entstehende Wärme über das wärmeleitende Material abgeführt wird und außerdem eine mechanische Zugentlastung ihrer Anschlussstellen an den Enden der die Spulen bildenden Leiter erhalten wird.The the ends of the coil forming the conductor with the downstream Control unit connecting lines are useful initially - at least in subsections - also in heat-conducting Embedded material, which also causes heat in this over the thermally conductive material dissipated will and as well a mechanical strain relief of their connection points at the ends the coil forming the conductor is obtained.

Das wärmeleitende Material kann mit Vorteil von einem Kunststoffmaterial mit der erforderlichen hohen Wärmeleit- und Temperaturbeständigkeit gebildet werden.The thermally conductive Material can take advantage of a plastic material with the required high Thermal conductivity and temperature resistance be formed.

Von Vorteil ist es dann, wenn das wärmeleitende Material von einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet wird, welches durch Umspritzen der zwischen den Trägerplatten gehaltenen Elektromagnet-Bauelemente in thermoplastischem Zustand und anschließendes Aushärten oder Abbinden verarbeitbar ist. Auch die gesonderte Herstellung in einer Gussform ist denkbar.From Advantage is it when the heat-conducting Material formed by a thermoplastic material is, which by molding the between the carrier plates held electromagnet components in a thermoplastic state and then Harden or setting is processable. Also the separate production in a mold is conceivable.

Geeignete wärmeleitende Materialien können hier beispeilsweise die in neuerer Zeit für den Zweck entwickelten Polyphenylsulfide in Frage kommen, die die erforderlichen thermoplastischen und zusätzlich auch elektrisch isolierende sowie schalldämmende Eigenschaften aufweisen.suitable thermally conductive Materials can here, for example, the more recently developed for the purpose Polyphenylsulfide in question, the required thermoplastic and in addition also have electrically insulating and sound-insulating properties.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigen:The Invention is in the following description of an embodiment explained in more detail in connection with the drawing, namely shows or show:

1 einen durch die Drehachse der Rotorwelle gelegten Längsmittelschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einer Reihe von in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Winkelabständen an der Umfangswand des Gehäuses gehalterten Elektromagnet-Bauelementen und zwei äußeren, die Permanentmagneten halternden Rotorscheiben; 1 a lying through the axis of rotation of the rotor shaft longitudinal center section through an embodiment of an electric machine according to the invention with a series of circumferentially at equal angular distances Erten on the peripheral wall of the housing-mounted electromagnet components and two outer, the permanent magnet-holding rotor discs;

2 in gegenüber 1 vergrößertem Maßstab die Schnittansicht der Halterung des in 1 unten dargestellten Elektromagnet-Bauelements an der Umfangswandung des Gehäuses; 2 in opposite 1 enlarged scale the sectional view of the holder of in 1 below illustrated electromagnet component on the peripheral wall of the housing;

3 eine Schnittansicht durch den in einem gemeinsamen Trägerbauteil aus wärmeleitendem Material angeordneten Kranz von Elektromagnet-Bauelementen der elektrischen Maschine in der in 1 durch die Pfeile 3-3 veranschaulichten Schnittrichtung; 3 a sectional view through the disposed in a common support member made of thermally conductive material ring of electromagnet components of the electric machine in the in 1 illustrated by the arrows 3-3 cutting direction;

4 eine Schnittansicht durch den die Elektromagnet-Bauelemente halternden vorgeformten starren Trägerteil aus wärmeleitendem Material; und 4 a sectional view through the electromagnet components-holding preformed rigid support member made of thermally conductive material; and

5a–5c jeweils Schnittansichten durch unterschiedlich ausgebildete in äußeren Trägerplatten gehaltene, bis auf die jeweiligen Polflächen von wärmeleiten dem Material umschlossene Elektromagnet-Bauelemente. 5a - 5c each sectional views held by differently formed in outer support plates, up to the respective pole faces of wärmeleiten the material enclosed electromagnet components.

Das in Figur gezeigte, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist grundsätzlich als Motor oder Generator einsetzbar. Die Maschine weist ein im speziellen Fall in Axialrichtung relativ kurz bauendes Gehäuse 12 auf, welches sich aus zwei scheibenartigen Gehäuse-Stirnwänden 14a, 14b relativ großen Durchmesser und der praktisch zu einem zylindrischen Ring relativ geringer Länge umgestalteten eigentlichen Gehäuse-Umfangswand 16 zusammensetzt. Gehäuse-Stirnwände 14a, 14b und die Gehäuseumfangswand 16 sind durch – nicht gezeigte – Schrauben oder andere Befestigungsmittel demontierbar miteinander verbunden, wobei die Gehäuse-Umfangswand 16 zur Erleichterung der Montage und Demontage ihrer Maschine auch in einer durch die Längsmittelachse des Gehäuses verlaufenden Trennebene in zwei miteinander verschraubbare oder in anderer Weise miteinander verbindbare Umfangswand-hälften geteilt sein kann.The one shown in Figure, in its entirety with 10 designated embodiment of an electric machine according to the invention is basically used as a motor or generator. The machine has a housing which is relatively short in the axial direction in the special case 12 on, which consists of two disc-like housing end walls 14a . 14b relatively large diameter and practically too a cylindrical ring of relatively short length reshaped actual housing peripheral wall 16 composed. Housing end walls 14a . 14b and the housing peripheral wall 16 are by means - not shown - screws or other fasteners connected to each other disassembled, wherein the housing peripheral wall 16 To facilitate the assembly and disassembly of their machine in a plane passing through the longitudinal central axis of the housing parting plane can be divided into two screwed together or otherwise interconnectable peripheral wall halves.

In den Stirnwänden 14a, 14b ist jeweils mittig eine Lageraufnahme 20 für ein Radiallager 22 gebildet, in denen eine die Gehäuse-Stirnwand 14a durchsetzende Welle 24 drehbar gelagert ist. In den radial außen liegenden Bereichen von zwei voneinander beabstandet auf der Welle 24 drehfest gehalterten Rotor-Läuferscheiben 26a, 26b sind in Umfangsrichtung aufeinander folgend in gleichmäßigen Winkelabständen von Permanentmagneten 27 gehalten, deren nach innen, d.h. zur jeweils gegenüberliegenden Läuferscheibe 26b, 26a weisende Polflächen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend unterschiedliche Polarität aufweisen. Die in Axialrichtung fluchtenden Polflächen der Permanentmagnete 27 in den beiden Läuferscheiben haben ebenfalls unterschiedliche Polarität. Die Permanentmagnete 27 sind in Aussparungen der Läuferscheiben 26a, 26b gehalten, wobei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Permanentmagnete 27 jeweils durch Verbindung ihrer spulenabgewandten Stirnfläche durch ein das Magnetfeld weitgehend einschließendes Joch 27a aus hart- oder weichmagnetischem Material zu einem Hufeisen-Magneten zusammengeschlossen sind.In the end walls 14a . 14b is in the middle of each camp admission 20 for a radial bearing 22 formed, in which a the housing end wall 14a penetrating wave 24 is rotatably mounted. In the radially outer regions of two spaced apart on the shaft 24 rotatably supported rotor rotor discs 26a . 26b are circumferentially consecutive at regular angular intervals of permanent magnets 27 held, whose inward, ie to the respective opposite rotor disc 26b . 26a pointing pole faces in the circumferential direction successively have different polarity. The axially aligned pole faces of the permanent magnets 27 in the two carriers also have different polarity. The permanent magnets 27 are in recesses of the carrier discs 26a . 26b held, wherein in the circumferential direction successive permanent magnets 27 in each case by connecting their end face facing away from the coil by a yoke largely enclosing the magnetic field 27a made of hard or soft magnetic material combined to form a horseshoe magnet.

Auf der Innenwandung der Gehäuse-Umfangswand sind – ebenfalls in gleichmäßigen Winkelabständen versetzt – Elektromagnet-Bauelemente 28 mit jeweils einem eine Spulenwicklung 30 aus einem oder mehreren Leitern tragenden Spulenkerne 32 angeordnet. Die Enden der Leiter der Spulenwicklung 30 sind an eine elektronische Steuereinrichtung angeschlossen, welche den der Steuereinrichtung von einer elektrischen Stromquelle zugeführten elektrischen Strom derart gesteuert in die Spulen 30 einspeist, dass in den Elektromagnet-Bauelementen 28 ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, welches in Wechselwirkung mit den auf den Läuferscheiben 26a, 26b angeordneten Permanentmagneten eine relative Drehung des Rotors und somit der Welle 24 zum Gehäuse 12 zur Folge hat. In Verbindung mit der erwähnten – nicht gezeigten – elektronischen Steuerung stellt die elektrische Maschine gemäß 1 also einen von einer Gleichstromquelle antreibbaren bürstenlosen elektrischen Axialfeldmotor dar. Wenn umgekehrt die Welle 24 angetrieben wird, wird von den sich mit den Läuferscheiben 26a, 26b drehenden Permanentmagneten 27 in den Elektromagnet-Bauelementen 28 ein elektrisches Drehfeld erzeugt, welches an den Enden der Spulen 30 der Elektromagnet-Bauelemente 28 abnehmbar ist und durch eine geeignete Gleichrichterschaltung als Gleichstrom genutzt werden kann. Durch entsprechende elektronische Steuereinrichtung kann das elektrische Drehfeld alternativ auch in Dreh- oder Wechselstrom umgeformt werden.On the inner wall of the housing peripheral wall are - also offset at equal angular intervals - electromagnet components 28 with one each a coil winding 30 coil cores carrying one or more conductors 32 arranged. The ends of the conductors of the coil winding 30 are connected to an electronic control device, which controls the control device of an electrical power source supplied electric current in the coils 30 feeds that into the electromagnet components 28 a magnetic rotating field is generated, which interacts with those on the carrier discs 26a . 26b arranged permanent magnets relative rotation of the rotor and thus the shaft 24 to the housing 12 entails. In conjunction with the mentioned - not shown - electronic control adjusts the electric machine according to 1 Thus, a brushless electric axial field motor drivable by a DC power source. If, conversely, the shaft 24 is powered by the itself with the carrier discs 26a . 26b rotating permanent magnet 27 in the electromagnet components 28 generates an electrical rotating field, which at the ends of the coils 30 the electromagnet components 28 is removable and can be used by a suitable rectifier circuit as a direct current. By appropriate electronic control device, the rotating electric field can alternatively be converted into rotary or alternating current.

In 2 ist die Anordnung eines Elektromagnet-Bauelements 28 an der Gehäuse-Umfangswand 16 veranschaulicht. Es ist ersichtlich, dass die aus den gegenüberliegenden Enden der Spulen 30 vortretenden Endbereiche des in üblicher Weise als Paket aus einer Vielzahl von gegeneinander isoliert in Übereinanderlage angeordneten Blechen ausgebildete Spulenkerns 32 jeweils in einer komplementär zum Spulenkern 32 gehaltenen Ausnehmung 34 einer ebenen kreisringförmigen Trägerplatte 36 eingesetzt gehalten sind, wobei die gegenüberliegenden Stirnflächen des Spulenkerns entweder in der in 2 – sowie den 5a und 5b dargestellten Weise – bündig mit den Gehäuse zugewandten äußeren Flachseiten der Trägerplatte 36 abschließen oder etwas über diese Flachseiten vortreten, wie dies in 5c gezeigt ist. Die die Elektromagnet-Bauelemente 28 in parallelem Abstand halternden, rechtwinklig zur Drehachse der Rotorwelle 24 verlaufenden Trägerplatten 36 haben einen über die Elektromagnet-Bauelemente 28 radial vortretenden äußeren Randbereich, in welchem sie an ringförmigen radialen Begrenzungsflächen eines von der Innenseite der Gehäuse-Umfangswand 16 nach innen vorstehenden umlaufenden Vorsprungs 38........... Im dargestellten Fall ist die Gehäuse-Umfangswandung 16 mit einem umlaufenden – bis auf zwei nach außen geführte nicht gezeigte – geschlossenen Hohlraum 40 versehen, der mit einem über einen der erwähnten Anschlüsse zugeführten und aus dem anderen abgeführten flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist.In 2 is the arrangement of an electromagnet component 28 on the housing peripheral wall 16 illustrated. It can be seen that from the opposite ends of the coils 30 vortretenden end portions of the usual manner as a package of a plurality of mutually insulated against each other in overlapping sheets formed spool core 32 each in a complementary to the bobbin 32 held recess 34 a flat annular support plate 36 are used, wherein the opposite end faces of the spool core either in the in 2 - as well as the 5a and 5b shown manner - flush with the housing facing outer flat sides of the support plate 36 or slightly over these flat sides, as in 5c is shown. The the electromagnet components 28 holding at a parallel distance, at right angles to the axis of rotation of the rotor shaft 24 extending support plates 36 have one over the electromagnet components 28 radially protruding outer edge region, in which they at annular radial boundary surfaces of a from the inside of the housing peripheral wall 16 inwardly projecting circumferential projection 38 ........... In the case shown, the housing peripheral wall 16 with a circumferential - except for two outwardly guided, not shown - closed cavity 40 provided with a supplied via one of said ports and from the other discharged liquid coolant can flow.

Über die – beispielsweise aus einem unmagnetischen Keramikmaterial hergestellten – Trägerplatten 36 werden die Elektromagnet-Bauelemente 28 nicht nur im Gehäuse 12 gehalten, sondern auch bei laufender Elektromaschine auftretende, in Umfangsrichtung wirkende Kräfte im Gehäuse abgestützt. Es ist klar, dass die Trägerplatten 36 hierzu in geeigneter – nicht gezeigter – Weise drehfest mit der Gehäuse-Umfangswand 16 verbunden sein müssen. Die beim dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt 24 in Umfangsrichtung aufeinander folgenden gleichmäßigen Abständen in den Trägerplatten 36 gehalterten Elektromagnet-Bauelemente sind in dem zwischen den Trägerplatten 36 liegenden Bereich insgesamt von einem wärmeleitenden Material umgeben, bei dem es sich beispielsweise um in fließfähigem Zustand zwischen die im radial inneren und äußeren Bereich ringförmig abgeschlossenen Trägerplatten 36 gebildeten Hohlraum eingespritzten thermoplastischen Kunststoff mit den erforderlichen guten Wärmeleiteigenschaften handelt, der dann nach seiner Erstarrung oder Aushärtung die Elektromagnet-Bauelemente 28 in der in 3 ersichtlichen Weise umgibt und die Elektromagnet-Bauelemente zusätzlich in der vorgegebenen Anordnung zueinander fixiert.About the - produced for example from a non-magnetic ceramic material - carrier plates 36 become the electromagnet components 28 not only in the case 12 held, but also in the running electric machine occurring, acting in the circumferential direction forces supported in the housing. It is clear that the carrier plates 36 this in a suitable - not shown - way rotatably with the housing peripheral wall 16 must be connected. The total in the illustrated embodiment 24 in the circumferential direction successive uniform intervals in the carrier plates 36 held electromagnet components are in the between the carrier plates 36 lying area surrounded by a heat-conducting material, which, for example, in a flowable state between the radially inner and outer region annularly closed support plates 36 formed cavity injected thermoplastic material with the required good thermal conduction properties, which then after its solidification or curing the electromagnet components 28 in the in 3 apparent way surrounds and the electromagnet components additionally fixed to each other in the predetermined arrangement.

In 4 ist die Form des erstarrten Materialrings aus dem wärmeleitenden Material ohne die eingesetzten Elektromagnet-Bauelemente bzw. die abdeckenden Trägerplatten gezeigt. Es ist ersichtlich, dass ein in dieser Weise geformter ringförmiger Körper 42 nicht nur in der vorstehend erläuterten Weise durch Umspritzung der in den Trägerplatten 36 gehalterten Elektromagnet-Bauelementen 28 mit thermoplastischem Kunststoff herstellbar ist. Auch eine gesonderte Herstellung durch Gießen eines geeigneten Materials in einer entsprechenden Form, aber auch eine Herstellung durch spanende Bearbeitung aus einem geeigneten starren Material ist denkbar.In 4 the shape of the solidified material ring is shown from the thermally conductive material without the electromagnet components used or the covering carrier plates. It can be seen that an annular body formed in this way 42 not only in the manner described above by encapsulation in the carrier plates 36 supported electromagnet components 28 can be produced with thermoplastic material. Also, a separate production by casting a suitable material in a corresponding form, but also a production by machining of a suitable rigid material is conceivable.

Im letzterwähnten Fall der Herstellung des in 4 dargestellten ringförmigen Körpers 42 auf dem der Wärmeabfuhr von den Elektromagnet-Bauelementen 28 dienenden Körpers ist es zweckmäßig, wenn die Aufnahmeräume 44 für die anschließend gesondert zu montierenden Elektromagnet-Bauelemente mit im Vergleich zu den äußeren Abmessungen der Elektromagnet-Bauelemente etwas vergrößerten Abmessungen hergestellt werden, wobei dann die Zwischenräume zwischen den Elektromagnet-Bauelementen und den sie umgebenden Wänden der Ausnehmungen 44 zusätzlich mit zunächst fließfähigem aushärtendem oder abbindendem hoch wärmeleitendem Material ausgespritzt werden, um den gewünschten unbehinderten Wärmeübergang von den Spulen 30 der Elektromagnet-Bauelemente 28 auf den Ringkörper 42 zu ermöglichen.In the last-mentioned case of the production of the in 4 shown annular body 42 on the heat dissipation from the electromagnet components 28 serving body, it is useful if the recording rooms 44 be prepared for the then separately to be mounted solenoid components with compared to the outer dimensions of the electromagnet components slightly larger dimensions, in which case the spaces between the electromagnet components and the surrounding walls of the recesses 44 additionally sprayed with initially flowable curing or setting high heat conducting material to the desired unobstructed heat transfer from the coils 30 the electromagnet components 28 on the ring body 42 to enable.

In den 5a bis 5c ist dieses, den Wärmeübergang sichernde, zusätzlich eingespritzte ausgehärtete wärmeleitende Material mit 46 bezeichnet.In the 5a to 5c is this, the heat transfer securing, additionally injected cured thermally conductive material with 46 designated.

Wenn das für die Herstellung des Ringkörpers 42 vewendete Material auch eine hinreichende mechanische Festigkeit aufweist, ist auch ein Verzeicht auf zusätzliche Trägerplatten 36 denkbar. D.h. die Elektromagnet-Bauelemente 28 sind ausschließlich in dem Ringkörper 42 gehalten, der dann wieder in geeigneter Weise wärmeleitend mit der Gehäuse-Umfangswand 16 verbunden wird.If that is for the production of the ring body 42 Used material also has a sufficient mechanical strength, is also a Verzeicht on additional carrier plates 36 conceivable. That is, the electromagnet components 28 are exclusively in the ring body 42 held, which then again suitably thermally conductive with the housing peripheral wall 16 is connected.

Denkbar ist sogar, dass der Ringkörper 42 und die Gehäuse-Umfangswand 16 als integraler Gehäuse-Bauteil aus dem wärmeleitenden Material hergestellt werden können. Dadurch wird die Wärmeabfuhr verbessert und der konstruktive Aufbau der Maschine insgesamt vereinfacht.It is even conceivable that the ring body 42 and the housing peripheral wall 16 can be made as an integral housing component of the thermally conductive material. This improves the heat dissipation and simplifies the structural design of the machine as a whole.

Es ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels verwirklichbar sind, die sich beispielsweise auf eine Verbesserung der Kühlung durch zusätzliche Verrippung der Gehäuse-Umfangswand 16 beziehen. Bei einer Abwandlung derart, dass das Gehäuse relativ zum starr gehalterten Rotor drehangetrieben ist, ist eine sinngemäße Anordnung der Elektromagnet-Bauelemente 28 auf der – dann stillstehenden – Rotor-Nabe möglich, die dann zweckmäßig einen dem Hohlraum 40 der Gehäuse-Umfangswand 16 funktionell entsprechenden Hohlraum aufweisen sollte, der seinerseits von einer über Kanäle in der Rotorwelle 24 zu- und abgeführtes flüssiges Kühlmittel durchströmbar sein sollte.It can be seen that in the context of the inventive concept modifications and developments of the described embodiment can be realized, for example, to an improvement in the cooling by additional ribbing of the housing peripheral wall 16 Respectively. In a modification such that the housing is rotationally driven relative to the rigidly mounted rotor, a meaningful arrangement of the electromagnet components is provided 28 on the - then stationary - rotor hub possible, which then expedient a the cavity 40 the housing peripheral wall 16 should have functionally corresponding cavity, which in turn from one via channels in the rotor shaft 24 it should be possible to flow in and out of the liquid coolant.

Claims

Electric machine ( 10 ) of the axial field type with a housing ( 12 ) and a rotatably mounted in the housing relative to this rotor with rotor shaft led out of the housing ( 24 ), a plurality of spaced apart from the rotor axis of rotation at angular intervals stationary in the housing arranged electromagnet components ( 28 ) each having a coil winding ( 30 ) of one or more conductors supporting soft magnetic coil core ( 32 ) and arranged at angular intervals, each with a pole face to the end faces of the coil cores ( 32 ) oppositely oriented, non-rotatably mounted in or on the rotor permanent magnet ( 27 ) in the circumferential direction successively opposite polarity of their pole faces, wherein the coil cores ( 32 ) of the electromagnet components ( 28 ) so parallel to the axis of rotation of the rotor shaft ( 24 ) are arranged in the housing interior, that their opposite end faces each lie in two spaced-apart, planes and the ends of the coil winding ( 30 ) forming electrical conductors of the individual electromagnet components are interconnected via an electrical or electronic control device to at least two electrical terminals and the rotor at least two radially extending to the front surfaces of the coil cores outer carrier ( 26a ; 26b ), in which the permanent magnets ( 27 ) are held aligned with the respective associated coil core end faces, characterized in that the electromagnet components ( 28 ) at least in the inner wall of the peripheral surface ( 16 ) of the housing facing radially outer region of their coil windings ( 30 ) via a thermally conductive material ( 42 ; 46 ) with the inside of the housing peripheral wall ( 16 ) (in large heat-conducting connection.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the heat-conducting Ma material ( 42 ; 46 ) the electromagnet components ( 28 ) except for the pole faces of the permanent magnets ( 27 ) in Ro tor aligned end faces of the coil cores ( 30 ) largely encloses.

Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-conducting material ( 42 ; 46 ) at least in the radially outer, the inner side of the peripheral wall ( 16 ) of the housing ( 12 ) opposite region of the coil windings ( 30 ) of the electromagnet components ( 28 ) forms a one-piece, kreisringfärmig closed heat conducting body.

Electrical machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electromagnet components ( 28 ) in the region of the pole faces of the permanent magnets ( 27 ) facing end faces of the coil cores ( 32 ) are formed as pole shoes, and that the pole pieces by means of mechanically and / or thermally stable support plates ( 36 ) with the housing ( 12 ) are connected.

Electrical machine according to claim 4, characterized in that the carrier plates ( 36 ) are made of a non-magnetic material.

Electrical machine according to claim 5, characterized in that the carrier plates ( 36 ) are made of a ceramic material.

Electrical machine according to claim 5, characterized in that the carrier plates ( 36 ) consist of aluminum or an aluminum alloy, and that the pole pieces towards the pole faces of the permanent magnets ( 27 ) via carrier plates ( 36 ) protrude.

Electrical machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that a liquid cooling of the driven electrical machine ( 10 ) is provided non-rotatably held components.

Electric machine according to claim 8 with a rotary rotor shaft, characterized in that the housing ( 12 ) is liquid cooled.

Electrical machine according to claim 9, characterized in that the wall of the housing ( 12 ) with at least one cavity ( 40 ), which can be flowed through by a cooling liquid.

Electric machine according to Claim 8, with a rotatably mounted housing on the statically held rotor shaft, characterized in that the permanent magnets ( 27 ) holding rotor rotatably with the rotor shaft ( 24 ) connecting hub is provided with at least one cavity, which is traversed by a cooling liquid.

Electrical machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the heat-conductive material as a preformed support member ( 42 ) is formed, in which the electromagnet components ( 28 ) are mounted.

Electrical machine according to claim 12, characterized in that the electromagnet components ( 28 ) after mounting in the preformed carrier component ( 42 ) additionally with a curable or hardening heat-conducting material ( 46 ) are connected to the carrier component.

Electrical machine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the housing ( 12 ) at least in its with the electromagnet components ( 28 ) is made in communicating areas of the thermally conductive material.

Electrical machine according to one of claims 1 to 14, characterized in that the ends of the coils ( 30 ) forming conductors with the downstream control device connecting lines initially at least in sections in the heat-conducting material ( 42 ; 46 ) are embedded.

Electrical machine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the heat-conducting material ( 42 ; 46 ) is formed by a plastic material with the required high thermal conductivity and temperature resistance.

Electrical machine according to claim 16, characterized in that the heat-conducting material ( 42 ; 46 ) is formed by a thermoplastic material.

Electrical machine according to claim 17, characterized in that the heat-conducting material ( 42 ; 46 ) is a polyphenylsulfide (PPS).