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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine mit einer Kühleinrichtung, insbesondere eine Axialflussmaschine, die dazu ausgelegt ist, eine Stellfläche eines Luftfahrzeugs, einen Propeller oder einen Turbofan zu betätigen.
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In Flugsteuerungssystemen kommen typischerweise hydraulische Servo-Aktuatoren zum Einsatz. Sie erzeugen eine Fluglageänderung über die Steuerung von hydraulischem Druck in Hydraulikzylindern, welcher die Betätigung von Steuerflächen (bspw. Seiten-, Quer- oder Höhenruder) eines Luftfahrzeugs ermöglicht. Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung von Flugzeugsystemen werden zu diesem Zweck allerdings zunehmend elektromechanische Stellantriebe (EMAs) eingesetzt.
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Hierbei handelt es sich typischerweise um rotatorische EMAs, deren Drehachse parallel zur Drehachse der Steuerklappe bzw. Steuerfläche ist. Über eine Hebelkinematik wird dann das Drehmoment auf die Klappe umgelenkt. Zusätzlich werden anstelle von Hydraulikzylindern auch linear betätigte EMAs verwendet.
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Der wesentliche Vorteil an der Verwendung von Axialflussmaschinen ist, dass durch deren Einsatz auf das in herkömmlichen elektrischen Antrieben erforderliche Untersetzungsgetriebe verzichtet werden kann. Die dadurch reduzierte Komplexität bzw. Fehleranfälligkeit ermöglicht eine elektromechanische Ansteuerung von sicherheitskritischen Stellelementen in Luftfahrzeugen, da ein Klemmen im Pfad der Kraftübertragung ausgeschlossen werden kann und sich damit auf Flugzeugebene einfache Systemarchitekturen ergeben. Gleichzeitig entfallen die bei Getrieben typischen Probleme des Verschleißes bzw. der Wartung/Schmierung.
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Das Problem der Komplexität und der Fehlerwahrscheinlichkeit von elektromechanischen Stellantrieben reduziert sich wesentlich, wenn -wie mit Axialflussmaschinen möglich- auf eine Getriebeübersetzung verzichtet werden kann. Bei einem solchen Direktantrieb (direct-drive Prinzip), muss jedoch die erforderliche Ausgangslast direkt vom Motor (Single- oder Multistack) aufgebracht werden. Für solche Anwendungen bietet die Axialflussmaschine gegenüber konventionellen Motorbauweisen (typischerweise in Form von Radialflussmaschinen) eine höhere Drehmomentdichte, d.h. mit ihr lässt sich bei vergleichbarer Motormasse ein höheres Antriebsmoment erzeugen.
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Darüber hinaus ist es ein wesentlicher Vorteil, wenn eine Axialflussmaschine kompakte Abmessungen aufweist und über eine Kühleinrichtung verfügt. Insbesondere im Luftfahrtbereich ist es von Vorteil, wenn die Dimensionen eines Stellantriebs (beispielsweise verkörpert durch eine Axialflussmaschine) gering ausfallen, da dann besonders wenige Einschränkungen in Bezug auf deren Einsatzort vorliegen. Somit ist es dann beispielsweise möglich diese Axialflussmaschinen auch in besonders engen Raumverhältnissen in dem Flügelbereich eines Luftfahrzeugs anzuordnen. Die kompakte Bauweise ermöglich den Einsatz als Stellmotor für einen Propeller oder Turbofan.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn eine Axialflussmaschine mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen von Komponenten der Maschine ausgestattet ist. So ist es beispielsweise wünschenswert, dass der Stator mit seiner darin angeordneten mindestens einen Statorwicklung gekühlt werden kann, damit die thermische Beanspruchung des Stators und der in der Nähe befindlichen Komponenten auf ein akzeptables Maß abgesenkt werden kann. Selbiges gilt natürlich auch für die weiteren Bestandteile der Axialflussmaschine, zu denen auch die optional vorsehbare Leistungselektronik zum Ansteuern der Axialflussmaschine zählt. Auch hier ist es von Vorteil, wenn eine Kühlung vorgesehen ist, die die Leistungselektronik bei einer starken Beanspruchung kühlen kann. Ist eine solche Kühlung nicht vorhanden, kann es unter Umständen passieren, dass die volle Leistungsfähigkeit der Axialflussmaschine nicht über einen längeren Zeitraum zur Verfügung gestellt werden kann, da die dann entstehenden Temperaturen nicht auf effektive Art und Weise abgeleitet und somit abgesenkt werden können.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung eine Axialflussmaschine mit einer Kühleinrichtung vorzusehen, die in Bezug auf ihre Abmessungen besonders kompakt ist und einen einfachen strukturellen Aufbau aufweist.
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Dies gelingt mit einer Axialflussmaschine, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dabei in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine, die insbesondere zum Betätigen von Stellflächen eines Luftfahrzeugs dient, umfasst einen Rotor, der dazu ausgelegt ist, sich um eine Rotationsachse der Axialflussmaschine zu drehen, einen Stator, der gegenüber dem Rotor starr angeordnet ist, und eine Kühleinrichtung zum Erzeugen eines den Stator zu kühlenden Fluidstroms. Die Axialflussmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung um die Rotationsachse den Fluidstrom anzutreiben.
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Der Rotor kann dabei als Pumpenrad zum Pumpen eines Fluids wirken, das zum Kühlen des Stators und vorzugsweise von weiteren Komponenten der Axialflussmaschine genutzt wird.
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Demnach ist also nach der Erfindung vorgesehen, dass für den Antrieb eines Fluidstroms zur Kühlung von zumindest dem Stator der Axialflussmaschine der Rotor der Axialflussmaschine verwendet wird. Dieser ist dabei so ausgestaltet, dass er bei einer Rotation um seine Rotationsachse einen zur Kühlung verwendeten Fluidstrom antreibt. Ein positiver Nebeneffekt hieran ist, dass eine höhere Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, die im Regelfall eine erhöhte Temperatur des Stators und der weiteren Komponenten nach sich zieht, in der Regel auch zu einer höheren Kühlleistung des Stators bzw. weiterer Komponenten (beispielsweise einer Leistungselektronik der Axialflussmaschine) führt, welche bei einer Nutzung des Rotors als Antrieb für den Fluidstrom zu Kühlung automatisch bereitgestellt wird. Rotiert der Rotor schneller wird auch der zur Kühlung verwendete Fluidstrom mit höherer Geschwindigkeit angetrieben, sodass die Kühlwirkung für die heiß werdenden Komponenten der Axialflussmaschine ebenfalls vergrößert wird.
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Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotor der einzige (aktive) Antrieb für den Fluidstrom ist. Es muss demnach nicht erforderlich sein, einen weiteren Antrieb zum Erzeugen/Antreiben des Fluidstroms vorzusehen, sondern man kann hierzu allein auf den Rotor der Axialflussmaschine zurückgreifen.
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Dies vereinfacht die Struktur der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine signifikant, da somit auf eine externe Komponente zum Antreiben des Fluidstroms verzichtet werden kann, was gleichzeitig auch die Fehleranfälligkeit und die Herstellungskosten senkt. Es ist demnach nicht erforderlich, ein zum Rotor separates Element vorzusehen, das einen Fluidstrom antreiben kann. Herkömmlicherweise verwendete Kühlfluidpumpen können ersatzlos entfallen, da der Antrieb des Fluidstroms durch den bereits vorhandenen Rotor der Axialflussmaschine erzeugt wird.
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Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Fluidstrom durch den Stator hindurchströmt oder an dem Stator vorbeiströmt. Für eine effektive Kühlung des Stators kann nach der vorliegenden Erfindung das direkte Vorbeiströmen des Fluidstroms an dem Stator oder auch ein Hindurchströmen durch den Stator vorgesehen sein. Somit kommt es zu einer effektiven Wärmeableitung von dem Stator auf die Fluidströmung, so dass der Stator durchgehend mit hoher Leistung betrieben werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zur besseren Übertragung von thermischer Leistung an den Fluidstrom Kühlelemente vorgesehen sind, die mit dem Stator oder einer anderen zu kühlenden Komponente der Axialflussmaschine in Kontakt stehen und eine effektive Ableitung von dem Stator bzw. der anderen Komponente bewirken. Diese Kühlelemente können dann durch ein Umströmen von der Fluidströmung gekühlt werden, sodass eine effektive Ableitung von Wärme erfolgt. Als Kühlelemente kommen beispielsweise Kühlrippen oder dergleichen infrage, die mit dem zu kühlenden Element (Stator oder andere Komponente der Axialflussmaschine) in Verbindung stehen und eine effektive Ableitung der Temperatur dieser Komponente(n) bewirken.
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Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Fluidstrom einen Kühlkreislauf bildet, der zum Abgeben von Wärme mit einem Wärmetauscher zusammenwirkt.
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Dabei ist von Vorteil, dass der Kühlkreislauf fluidisch abgeschlossen sein kann, sodass nicht mit einem Eintrag von Verunreinigungen von außen zu rechnen ist und ein sich zur Kühlung besonders gut eignendes Fluid genutzt werden kann. Umgekehrt gilt aber auch, dass ein fluidisch abgeschlossener Kreislauf die Verwendung von Kühlmittel ermöglicht, welches flüchtig oder weniger gut umweltverträglich ist.
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Ferner kann hierbei vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher in einem Gehäuse angeordnet ist, das auch den Rotor und den Stator umgibt. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform geschaffen, bei der der Kühlkreislauf mit seinem Fluid durch das Gehäuse gekapselt und lediglich der Wärmetauscher noch mit entsprechenden Zuleitungen zu versorgen ist, sofern erforderlich. Der Wärmetauscher kann auch so ausgestaltet sein, dass dieser zum Ableiten von Wärme einfach entsprechend mit der Umgebungsluft zusammenwirkt, sodass keine separaten Anschlüsse zum Zuleiten bzw. Ableiten eines Fluids erforderlich sind.
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Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotor Strukturen aufweist, die bei einer Rotation des Rotors um die Rotationsachse zu einer Druckdifferenz in Axialrichtung zwischen den unterschiedlichen flächigen Seiten des Rotors führen, vorzugsweise wobei diese Strukturen mindestens einer die beiden flächigen Seiten verbindender Durchbruch ist, dessen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung nach einer bevorzugten Ausführung in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Rotor -zumindest in einem Abschnitt- die Form eines Propellers aufweist, der bei einer Rotation um die Rotationsachse ein Fluid von einer Niederdruckseite hin zu einer Hochdruckseite drängt. Die Niederdruck- oder Hochdruckseite können dabei in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet sein, sodass es zu einem Fördern von Fluid in Axialrichtung kommt.
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Nach der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass der Rotor dazu ausgelegt ist, ein Fluid in Radialrichtung anzutreiben.
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So kann nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Rotor Strukturen aufweist, die bei einer Rotation des Rotors um die Rotationsachse zu einer Druckdifferenz in Radialrichtung zwischen Innen- und Außendurchmesser des Rotors führen.
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Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Rotor in seinem Inneren mindestens einen Kanal aufweist, der bei einer Rotation des Rotors den Fluidstrom radial im Rotor von innen nach außen oder von außen nach innen leitet.
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Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Rotor dazu ausgelegt ist, den Fluidstrom radial in einem Spalt zwischen Rotor und Stator von innen nach außen oder von außen nach innen zu leiten. Hierfür können beispielsweise entsprechende Strukturen (bspw. schaufelartige Erhebungen, die vorzugsweise spiralartig von der Rotationsachse abgehen) auf einer oder auf beiden flächigen Seiten des Rotors vorhanden sein, die bei einem Rotieren des Rotors um die Rotationsachse zu dem gewünschten Antreiben der Fluidströmung in die entsprechende Richtung führen.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotor mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt worden ist und/oder Faserverbundstrukturen aufweist. Insbesondere die Umsetzung, bei der der Rotor einen Kanal in seinem Inneren aufweist, in dem Fluid radial von innen nach außen oder von außen nach innen gefördert wird, ist mit einem additiven Fertigungsverfahren leichter umzusetzen. Herkömmliche Fertigungsverfahren wie das Fräsen oder das Gießen stoßen hierbei schnell an ihre Grenzen, da die innere Kanalstruktur in dem Rotor derart komplex sein kann, dass diese nur mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens umsetzbar ist.
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Vorzugsweise kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Fluidstrom ein Luftstrom oder ein Flüssigkeitsstrom ist, der vorzugsweise für eine hydraulische Leistungserzeugung nutzbar ist.
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Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ferner eine Leistungselektronik vorgesehen ist, die zum Ansteuern der Axialflussmaschine dient, wobei vorzugsweise der Fluidstrom auch dazu genutzt wird, die Leistungselektronik zu kühlen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik axial nach außen versetzt zu dem Stator angeordnet ist und vorzugsweise ein in Axialrichtung bestehender Spalt zwischen der Leistungselektronik und dem Stator zum Durchleiten des Fluidstroms dient. Vorteilhafterweise sind in diesem Spalt von dem Stator und/oder der Leistungselektronik abgehende Kühlelemente (Kühlrippen oder dergleichen) vorgesehen, die eine Ableitung der Temperatur in das Fluid. Ist die Leistungselektronik axial nach außen gegenüber dem Stator versetzt angeordnet, kann in einem Bereich zwischen der Leistungselektronik und dem Stator ein Pfad zum Durchführen eines Fluidstroms vorgesehen sein, wobei dieser Pfad sich dann in radialer Richtung erstreckt. Auch kann vorgesehen sein, dass in dem Bereich zwischen dem Stator und der Leistungselektronik ein Kühlelemente bzw. ein Kühlkörper angebracht ist, der das Abgeben von thermischer Energie an das durch den Pfad strömenden Fluid verbessert. Der Kühlkörper kann dabei eine Vielzahl von Kühlrippen oder dergleichen sein, die sowohl mit dem Stator als auch mit der Leistungselektronik in Verbindung steht und das effektive Ableiten von Wärme dieser Komponenten ermöglicht.
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Nach einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik radial nach außen versetzt zu dem Stator angeordnet ist und vorzugsweise ein in Radialrichtung bestehender Spalt zwischen der Leistungselektronik und dem Stator und/oder Rotor zum Durchleiten des Fluidstroms oder zum Anordnen von Kühlelementen bzw. eines Kühlkörpers dient. Nach dieser Fortbildung ist die Leistungselektronik nun radial gegenüber dem Stator bzw. dem Rotor versetzt angeordnet und erstreckt sich vorteilhafterweise in der Umfangsrichtung des Rotors/ Stators. Der in radialer Richtung vorgesehene Abstand zwischen dem Stator/Rotor und der Leistungselektronik wird dann zum Leiten eines Fluids genutzt, an das die abzugebende Wärme von der Leistungselektronik bzw. dem Stator oder den Statoren eingeleitet wird.
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Zudem kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass in dem Bereich zwischen Stator und Rotor kein Fluidstrom zum Kühlen des Stators vorgesehen ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Fluidstrom in Radialrichtung ober- und/oder unterhalb des Stators in Axialrichtung strömt. Dadurch kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator verringert wird, sodass die Magnetkräfte besser wirken. Dabei ist nun nicht erforderlich, dass in dem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator ein Fluid zum Kühlen des Stators strömt, da dieses beispielsweise an der zum Rotor abgewandten Seite des Stators verlaufen kann. Um hierbei nun einen Kühlkreislauf zu bilden, kann radial unterhalb und radial oberhalb des mindestens einen Stators ein Pfad zum Leiten von Fluid geschaffen werden, sodass bei einem entsprechend ausgebildeten Rotor ein Kühlkreislauf durch den Rotor hindurch erzeugt werden kann.
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Weiter kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass eine drehfest mit dem Rotor in Verbindung stehende Welle der Axialflussmaschine eine Hohlwelle ist, die vorzugsweise dazu ausgelegt ist, in ihrem Inneren den Fluidstrom zu leiten. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass diese Hohlwelle eine Öffnung im Bereich des Rotors besitzt, sodass eine Fluidströmung entlang eines Inneren der Hohlwelle zum Rotor geführt oder von dem Rotor weg abgeführt werden kann. Durch das Vorsehen einer Hohlwelle kann auf einfache Art und Weise ein Kühlkreislauf durch die Fluidströmung geschlossen werden, ohne das Erfordernis einen Stator radial entsprechend weit entfernt von der Welle zu positionieren, um eine Fluidpassage zwischen Welle und Stator zu erzeugen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Axialflussmaschine,
- 2: eine erfindungsgemäße Axialflussmaschinen nach einer ersten Ausführungsform,
- 3: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine mit einer Kühleinrichtung,
- 4: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine mit einer Kühleinrichtung, und
- 5: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine mit einer Kühleinrichtung.
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1 zeigt den Grundaufbau einer Axialflussmaschine 1, die um eine Rotationsachse X rotierbar antreibbar ist. Dabei ist eine Welle 9 vorgesehen, die mittig zu der Rotationsachse X angeordnet ist und bei einem Betrieb der Axialflussmaschine 1 um diese Rotationsachse X dreht. Drehfest mit der Welle 9 verbunden ist ein sich radial nach außen erstreckender Rotor 2, welcher umlaufend um die Welle 11 herum angeordnet ist. Da der Rotor 2 eine scheibenähnliche Grundform aufweisen kann, wird dieser Teil der Axialflussmaschine 1 manchmal auch als Rotorscheibe bezeichnet.
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In Axialrichtung zu den flächigen Seiten des Rotors 2 versetzt ist mindestens ein Stator 3 angeordnet, der zum Einprägen eines Magnetfelds auf den Rotor 2 ausgebildet ist. Wie der Name der Axialflussmaschine 1 bereits verrät, ist der magnetische Fluss von dem Stator 3 zu dem Rotor 2 dabei in Axialrichtung orientiert und besitzt im Wesentlichen keine radiale Komponente beim Übertritt vom Stator 3 hin zum Rotor 2. Der Magnetfluss ist dabei also zwischen den Komponenten Rotor 2 und Stator 3 etwa parallel zur Orientierung der Rotationsachse X. Die Rotation des Rotors 2 entsteht dann mit Hilfe von durch die Scheibe 5 getragenen Permanentmagneten 10 (vgl. 2), die sich von einem entsprechend eingeprägten Magnetfeld des Stators 3 abstoßen. Zum Einprägen des Magnetfelds weist der Stator 3 entsprechende Elektromagneten auf, deren Magnetfeld über Statorwicklungen gesteuert werden kann, so dass es zu einer Rotation des Rotors 2 um die Rotationsachse X kommt.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine mit einer durch den Rotor 2 angetriebenen Fluidströmung 5. Mittig erkennt man die Welle 9, um die sich der Rotor 2, der sich radial dazu erstreckt, rotieren lässt. Die Welle 9 ist dabei genau in der Rotationsachse X angeordnet.
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Der Rotor 2 weist dabei Permanentmagneten 10 auf, die mit den Statoren 3 zusammenwirken, sodass es zu einem Drehen des Rotors 2 kommt. In Axialrichtung von den Statoren 3 beabstandet ist dabei eine Leistungselektronik 8 vorgesehen, die zum Ansteuern der Axialflussmaschine 1 dient. Auf der von dem Rotor 2 abgewandten Seite des Stators 3 ist dabei die Leistungselektronik 8 mit etwas Abstand in Axialrichtung angeordnet. Zwischen der Leistungselektronik 8 und dem Stator 3 kann dabei ein Kühleinrichtung 4 bzw. ein Kühlkörper oder eine Vielzahl von Kühlelementen vorgesehen sein, die eine Fluidleitungsrichtung in etwa radialer Richtung aufweist. Der Rotor 2 ist dazu ausgelegt, bei einem Drehen um die Rotationsachse X eine Fluidströmung von einem radial äußeren Abschnitt hin zu einem radial inneren Abschnitt anzutreiben und diese dann nahe dem radial inneren Abschnitt in etwa senkrecht zu den beiden flächigen Seiten des Rotors 2 abzugeben. Im Fortgang wird diese Fluidströmung dann umgelenkt, sodass sie durch die optional vorhandene Kühleinheit 4 oder den Spalt zwischen dem Stator 3 und einer axial dazu nach außen hin versetzt angeordneten Leistungselektronik 8 hindurchströmt, sodass sie Wärme von dem Stator 3 oder der Leistungselektronik 8 aufnehmen kann. Die Wärmeabgabe des Stators 3 ist dabei durch den Pfeil A, die Wärmeabgabe der Leistungselektronik 8 ist dabei durch den Pfeil B dargestellt.
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Vorteilhaft an der vorliegenden Ausführung ist, dass die Axialflussmaschine 1 eine sehr hohe Leistungsdichte aufweisen kann, da sie über eine aktive Kühlung verfügt. Zudem wird der durch den Rotor 2 angetriebene Fluidstrom gesteigert, wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 2 erhöht. Auch ist trotz einer nun vorhandenen aktiven Kühlung, die mithilfe des Rotors 2 umgesetzt wird, kein weiteres Bauteil erforderlich, das nicht bereits ohnehin schon bei eine Axialflussmaschine 1 vorhanden gewesen wäre. Insgesamt sind somit weniger Komponenten vorhanden als dies typischerweise bei einer herkömmlichen aktiv gekühlten Axialflussmaschine der Fall ist, sodass auch die Kosten zur Herstellung verringert werden können.
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In 2 besitzt der Rotor 2 einen Fluidkanal, der von einem radial äußeren Bereich, also beispielsweise seiner äußeren umlaufenden Stirnseite hin zu einem radial inneren Bereich verläuft, bevor der Fluidkanal dann zu den beiden auf den flächigen Seiten des Rotors 2 liegenden Öffnungen umgelenkt wird. Aufgrund der spezifischen Konstruktion des Rotors wird bei einem Rotieren des Rotors 2 um die Rotationsachse X eine Fluidströmung von radial außen nach radial innen erzeugt, wie sie entsprechend den die Fluidströmung 5 kennzeichnenden Pfeilen in der Figur dargestellt ist.
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Dem Fachmann ist aber bewusst, dass es ebenso gut möglich ist, die Fluidströmung 5 in entgegengesetzter Richtung vorzusehen, wobei auch hier das gewünschte Ziel einer Fluidströmung 5 zum Kühlen des Stators 3 bzw. einer Leistungselektronik 8 erreicht wird.
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3 zeigt eine Fortbildung der vorliegenden Erfindung, bei der die Fluidströmung 5 einen Kühlkreislauf bildet. Anders als nach der 2 ist die Struktur 7 zum Antreiben der Fluidströmung 5 nun nicht mehr dazu ausgebildet, die Fluidströmung 5 radial durch ein Inneres des Rotors 2 zu leiten. Die Struktur 7 ist nun dazu ausgebildet, bei einer Rotation des Rotors 2 um die Rotationsachse X entsprechend einer Pumpe ein Fluid von eine Niederdruckseite (in der Darstellung links vom Rotor 2) auf eine Hochdruckseite (in der Darstellung rechts vom Rotor 2) zu fördern. Diese Struktur 7 ist dabei radial nach innen versetzt gegenüber den Permanentmagneten 10 in dem Rotor 2 angeordnet. Ein vom Rotor 2 abgestoßenes Fluid wird dann in radialer Richtung umgelenkt, sodass es zwischen den Spalt von Stator 3 und Leistungselektronik 8 radial nach oben strömt. Dort erfolgt eine erneute Umlenkung des Fluidstroms 5, sodass es nun in Axialrichtung strömt, bevor es in eine Richtung radial nach unten umgelenkt wird und erneut durch einen Spalt zwischen Stator 3 und Leistungselektronik 8 strömt. Nach Durchströmen dieses Spalts findet sich das Fluid auf eine Niederdruckseite und wird durch den Rotor 2 erneut beschleunigt, sodass sich der Kühlmittelkreislauf schließt.
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Zum Verbessern der Wirkungsleistung dieses Kühlmittelkreislaufs kann vorgesehen sein, dass ein Wärmetauscher 6 vorgesehen ist, der in der dargestellten Figur radial nach außen versetzt zu dem Rotor 2, dem Stator 3 und der Leistungselektronik 8 angeordnet ist. Der Wärmetauscher ist dazu ausgelegt, die von den Statoren 3 und den jeweiligen Leistungselektronik 8 abgegebene Energie aus dem Fluid aufzunehmen und abzuleiten. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher 6 an einem Gehäuse angeordnet ist, der auch den Rotor 2 und den mindestens einen Stator 3 umgibt. Bei diesem Gehäuse handelt es sich typischerweise um das Gehäuse der Axialflussmaschine 1, sodass eine besonders kompakte Bauform erreicht werden kann.
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4 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der nun axial nach außen weg von einem jeweiligen Stator 3 angeordnet nun nicht mehr eine Leistungselektronik 8, sondern ein Wärmetauscher 6 vorgesehen ist, der mit einem gewissen Abstand zu einem jeweiligen Stator 3 einen Spalt bildet, durch den eine Fluidströmung 5 geführt werden kann. In diesen Spalt kann auch eine Kühleinheit 4 vorgesehen sein, die das effektive Übertragen von Abwärme der Komponenten auf die Fluidströmung 5 ermöglicht. Die Leistungselektronik 8 ist nun radial beabstandet von dem Stator 3 bzw. dem Rotor 2 angeordnet und erstreckt sich dabei typischerweise in Umfangsrichtung des Rotors 2. Der Abstand zwischen dem Rotor 2 und der Leistungselektronik 8 bildet dabei einen Pfad zum Führen eine Fluidströmung 5, der Teil eines Kühlkreislaufs (ähnlich wie bereits in 3 erläutert) sein kann. Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass für einen effektiven Kühlvorgang der Leistungselektronik 8 eine Kühleinheit 4 vorgesehen sein kann (beispielsweise Kühlrippen oder dergleichen) die ein besonders effektives Interagieren mit der Fluidströmung 5 ermöglichen. Die Abwärme der Leistungselektronik 8 hin zu der Kühleinheit 4 ist dabei mit dem Pfeil B gekennzeichnet, wohingegen die Abwärme des Stators 3 hin zu dem Kühlelement 4, welches sich zwischen Stator 3 und dem Wärmetauscher 6 befindet, durch den Pfeil A gekennzeichnet ist.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine 1. Man kann erkennen, dass nun kein Wärmetauscher im Inneren der Axialflussmaschine 1 vorhanden ist, sondern dieser extern zu der Axialflussmaschine 1 angeordnet sein kann. Der Rotor 2 ist ähnlich wie bei den vorhergehenden Figuren an beiden seiner flächigen Seiten mit je einem Stator 3 in Wirkverbindung, die bei einer entsprechenden Bestromung der in den Statoren vorhandenen Wicklungen zu einem Rotieren des Rotors 2 führen. Die Welle 9 der Axialflussmaschine 1 ist dabei eine Hohlwelle, die im Bereich des Rotors 2 mindestens einen Auslass bzw. Einlass aufweist, aus dem ein Fluid zum Kühlen der Axialflussmaschine 1 austreten bzw. eintreten kann. Der Rotor 2 ist hierbei so ausgebildet, dass er eine Fluidströmung von einem radial inneren Abschnitt hin zu einem radial äußeren Abschnitt antreiben kann. Dies kann beispielsweise durch im Inneren des Rotors zwei vorgesehene Leitungen umgesetzt werden, wobei jedoch zusätzlich oder alternativ dazu auch das Antreiben in radialer Richtung durch an den flächigen Seiten des Rotors 2 eingeprägte Strukturen (bspw. Riffelungen oder andere Erhebungen) möglich ist. In dem radial äußeren Abschnitt wird dann ein angetriebenes Fluid zu den beiden flächigen Seiten des Rotors zwei etwa in Axialrichtung abgegeben und zur mindestens einen Kühleinheit 4, die mit der Leistungselektronik 8 in Verbindung steht, geführt. Im Anschluss hieran wird die Fluidströmung 5 auf der von dem Rotor 2 beabstandeten Seite eine Stators 3 entlanggeführt, sodass es auch hierzu einer Kühlung des Stators kommt. Wie immer, kann dabei eine Kühleinheit 4 vorgesehen sein, die die Effektivität der Wärmeableitung von dem Stator 3 (bzw. der Leistungselektronik 8) verbessert, wobei dies jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein muss. Nachdem nun die Fluidströmung 5 auf der Rückseite der Stators 3 radial nach unten gelenkt worden ist, gibt es eine Auslassöffnung im Gehäuse der Axialflussmaschine 1, die dazu geeignet ist, mit einem externen Wärmetauscher verbunden zu werden. Nach einem Durchströmen dieses externen Wärmetauschers wird das herabgekühlten dann in die Hohlwelle 9 eingeführt, von wo aus es zur Niederdruckseite des Rotors 2 gelangt und der Kreislauf von neuem beginnt.
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Dem Fachmann ist klar, dass der erfindungsgemäße Grundgedanke für eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Axialflussmaschinen 1 gültig ist. So ist der Grundgedanke unabhängig von der in den Figuren dargestellten Art der Axialflussmaschine 1 und lässt sich sehr wohl auch auf Umsetzungen mit nur einem Rotor 2 und nur einem Stator 3 anwenden. Selbiges gilt für beliebige Variationen von Rotoren und Statoren, sodass auch beispielsweise zwei Rotoren 2 mit nur einem dazwischenliegenden Stator 3 von der Erfindung umfasst sind.
