DE102021112488A1 - Electrical axial flow machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrische Axialflussmaschine (1), umfassend einen Stator (2), und einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) eine Rotorwelle (30) mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle (30) dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper (31) aufweist, wobei der Stator (2) einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle (30) angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors (3) voneinander beabstandet sind, und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und dem Rotor (3) in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt (32) und zwischen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) und dem Rotor (3) ein zweiter Luftspalt (33) ausgebildet ist, wobei der erste ringscheibenförmige Statorkörper (21) eine Mehrzahl von über den Umfang verteilter Öffnungen (23) aufweist, welche jeweils von einer Wicklung (25) eingefasst sind und von jeweils einem sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kern (24) durchgriffen werden, wobei wenigstens der erste Statorkörper (21) drehfest gegenüber dem Rotor (3) an einem Strukturbauteil (26) gelagert ist, während die Kerne (24) außerhalb des Momenten- und/oder Kraftflusses zwischen dem ersten Statorkörper (21) und dem Strukturbauteil (26) in den Öffnungen (23) fixiert sindThe invention relates to an electrical axial flow machine (1), comprising a stator (2) and a rotor (3), the rotor (3) having a rotor shaft (30) with at least a first disc-shaped design which can rotate on the rotor shaft (30). and non-displaceably arranged, rotor body (31), wherein the stator (2) comprises a first annular disk-shaped stator body (21) and a second annular disk-shaped stator body (22), which are arranged coaxially to one another and to the rotor shaft (30) and axially with the rotor arranged in between (3) are spaced apart from one another, and a first air gap (32) spaced apart in the axial direction between the first annular disk-shaped stator body (21) and the rotor (3) and a second air gap between the second annular disk-shaped stator body (22) and the rotor (3). Air gap (33) is formed, wherein the first annular disk-shaped stator body (21) has a plurality of openings (23) distributed over the circumference, each of which has a r winding (25) and each of which has a core (24) extending essentially in the axial direction passing through it, with at least the first stator body (21) being mounted on a structural component (26) in a rotationally fixed manner relative to the rotor (3), while the Cores (24) are fixed in the openings (23) outside of the momentum and/or force flow between the first stator body (21) and the structural component (26).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator, und einen Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind, und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der erste ringscheibenförmige Statorkörper eine Mehrzahl von über den Umfang verteilter Öffnungen aufweist, welche jeweils von einer Wicklung eingefasst sind und von jeweils einem sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kern durchgriffen werden.The present invention relates to an electrical axial flux machine, comprising a stator and a rotor, the rotor having a rotor shaft with at least one first rotor body which is designed in the shape of a disk and is arranged on the rotor shaft in a rotationally and non-displaceably fixed manner, the stator having a first annular disk-shaped stator body and a second annular disc-shaped stator bodies, which are arranged coaxially with one another and with the rotor shaft and are axially spaced apart from one another with the rotor being arranged in between, and wherein a first air gap is spaced apart in the axial direction between the first annular disc-shaped stator body and the rotor and a second air gap between the second annular disc-shaped stator body and the rotor Air gap is formed, wherein the first annular disc-shaped stator body has a plurality of openings distributed over the circumference, which are each bordered by a winding and each one is substantially in Axialr direction extending core are penetrated.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.A detailed description of an electric drive can be found in an article in the ATZ magazine, volume 113, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrative and flexible electric drive unit for electric Vehicles. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially with a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential. The drive unit is very compact and allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption due to the switchable 2-speed planetary gear set. Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operable drive train.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebs-weise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleich-zeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.In addition to purely electrically operated drive trains, hybrid drive trains are also known. Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and allow - for example in urban areas - a purely electric mode of operation with simultaneous sufficient range and availability, especially for cross-country trips. In addition, there is the possibility, in certain operating situations, to be driven simultaneously by the internal combustion engine and the electric motor.
Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach bei elektrischen Antriebsystemen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge der Fall.An axial flux machine is a dynamo-electric machine in which the magnetic flux between the rotor and stator runs parallel to the axis of rotation of the rotor. Often, both the stator and the rotor are largely disc-shaped. Axial flow machines are particularly advantageous when the space available axially is limited in a given application. This is often the case, for example, with electric drive systems for electric or hybrid vehicles.
Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussmaschine in ihrer vergleichsweise hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gegebenen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt. In der Regel umfasst eine Axialflussmaschine mindestens einen Stator, der Wicklungen zur Erzeugung des axial ausgerichteten magnetischen Feldes aufweist. Mindestens ein Rotor ist beispielsweise mit Permanentmagneten bestückt, deren magnetisches Feld in Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld der Statorwicklungen über einen Luftspalt ein Antriebsmoment erzeugt.In addition to the shortened axial length, another advantage of the axial flow machine is its comparatively high torque density. The reason for this is the larger air gap area compared to radial flux machines, which is available for a given installation space. Furthermore, a lower iron volume is required compared to conventional machines, which has a positive effect on the efficiency of the machine. As a rule, an axial flux machine includes at least one stator that has windings for generating the axially aligned magnetic field. At least one rotor is equipped with permanent magnets, for example, whose magnetic field generates a drive torque via an air gap in interaction with the magnetic field of the stator windings.
Für die genannten Permanentmagnete werden häufig auch sogenannte SMC-Magnete (Soft Magnetic Composite) verwendet. Dieses Material ist sehr spröde und nicht, wie normale Stähle, mit einem Pressverband verwendbar, da diese SMC-Teile in der Regel eine geringe zulässige Grenzspannung besitzen und eine hohe Bruchgefahr zeigen, da es sich um Pressteile aus einem Pulvermaterial handelt. Um diese Grenzspannung nicht zu überschreiten, ist eine formschlüssige Verbindung zu anderen Teilen ungünstig. Typischerweise finden SMC-Materialien jedoch aufgrund ihrer ungünstigen mechanischen Eigenschaften hauptsächlich in mechanisch wenig belasteten Teilen Verwendung.So-called SMC magnets (Soft Magnetic Composite) are also often used for the permanent magnets mentioned. This material is very brittle and, unlike normal steels, cannot be used with an interference fit, since these SMC parts usually have a low permissible limit stress and show a high risk of fracture, since they are pressed parts made of a powder material. In order not to exceed this limit stress, a positive connection to other parts is unfavorable. However, due to their unfavorable mechanical properties, SMC materials are typically used in parts that are not subject to mechanical loads.
Aus Bauraumgründen und Gründen der mechanischen Gestaltungsfreiheit sind diese Materialien jedoch klassischen geblechten Statoren überlegen. Insbesondere in Axialflussmotoren mit Platinenausführung ist eine Ausführung eines eisenbehafteten Stators als geblechtes Teil ungünstig.However, for reasons of installation space and mechanical design freedom, these materials are superior to classic laminated stators. Especially in axial flux motors with board design, a design is a iron-core stator as a laminated part unfavorable.
In dem oben genannten Stand der Technik sind die Axialflussmaschinen üblicherweise so aufgebaut, dass die magnetischen Kräfte über den Rückschluss des Stators aufgenommen und an das Gehäuse abgeleitet werden.In the prior art mentioned above, the axial flux machines are usually constructed in such a way that the magnetic forces are absorbed via the yoke of the stator and diverted to the housing.
Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Axialflussmanschine bereitzustellen, bei der die Gefahr eines Bruchs eines mit einem SMC-Material ausgebildeten Rückschlusses reduziert oder ganz vermieden ist.It is now the object of the present invention to provide an electrical axial flux machine in which the risk of breakage of a yoke formed with an SMC material is reduced or completely avoided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator, und einen Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind, und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der erste ringscheibenförmige Statorkörper eine Mehrzahl von über den Umfang verteilter Öffnungen aufweist, welche jeweils von einer Wicklung eingefasst sind und von jeweils einem sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kern durchgriffen werden, wobei wenigstens der erste Statorkörper drehfest gegenüber dem Rotor an einem Strukturbauteil gelagert ist, während die Kerne außerhalb des Momenten- und/oder Kraftflusses zwischen dem ersten Statorkörper und dem Strukturbauteil in den Öffnungen fixiert sind.This object is achieved by an electrical axial flow machine, comprising a stator and a rotor, the rotor having a rotor shaft with at least one first disk-shaped rotor body arranged on the rotor shaft in a rotationally and non-displaceably fixed manner, the stator having a first annular disk-shaped stator body and a second annular disc-shaped stator bodies, which are arranged coaxially with one another and with the rotor shaft and are axially spaced apart with the interposition of the rotor, and wherein a first air gap is spaced apart in the axial direction between the first annular disc-shaped stator body and the rotor and between the second annular disc-shaped stator body and the rotor second air gap is formed, wherein the first annular disk-shaped stator body has a plurality of openings distributed over the circumference, which are each bordered by a winding and each one is essentially in the axial direction Device extending core are penetrated, at least the first stator body is rotatably mounted on a structural component with respect to the rotor, while the cores are fixed outside of the torque and / or force flow between the first stator body and the structural component in the openings.
Die mangelnde Belastbarkeit von insbesondere aus SMC-Materialen geformten Kernen in kraftschlüssigen Verbindungen wird in der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine dadurch umgangen, dass statt einer kraftfreien Wicklung und einer Ableitung der Kräfte über die Kerne, kraftfreie Kerne mit einer mechanisch belastbaren Spule verbunden werden.The lack of resilience of cores formed in particular from SMC materials in non-positive connections is avoided in the axial flow machine according to the invention in that instead of a non-force winding and dissipating the forces via the cores, non-force cores are connected to a mechanically resilient coil.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order in which they are mentioned in the set of claims, and particularly preferred configurations of the subject matter of the invention are described below.
Der magnetische Fluss in einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet.The magnetic flux in an electrical axial flux machine (AFM) according to the invention is directed axially in the air gap between the stator and rotor to a direction of rotation of the rotor of the axial flux machine.
Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist und welche mit dem unabhängigen Anspruch 1 beansprucht ist.There are different types of axial flow machines. A known type is a so-called I-arrangement, in which the rotor is arranged axially next to a stator or between two stators, and which is claimed by
Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind und welche mit dem nebengeordneten, unabhängigen Anspruch 2 beansprucht ist. Another known type is a so-called H-arrangement, in which two rotors are arranged on opposite axial sides of a stator, and which is claimed with the
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor-Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.In principle, it is also possible for a plurality of rotor-stator configurations to be arranged axially next to one another as an I-type and/or H-type. It would also be possible in this context to arrange both one or more I-type rotor-stator configurations and one or more H-type rotor-stator configurations next to one another in the axial direction. In particular, it is also preferable that the rotor-stator configuration of the H-type and/or the I-type are each configured essentially identically, so that they can be assembled in a modular manner to form an overall configuration. Such rotor-stator configurations can in particular be arranged coaxially to one another and can be connected to a common rotor shaft or to a plurality of rotor shafts.
Der Rotor einer elektrischen Axialflussmaschine kann bevorzugt zumindest in Teilen als geblechter Rotor ausgebildet sein. Ein geblechter Rotor ist in axialer Richtung geschichtet ausgebildet. Der Rotor einer Axialflussmaschine kann alternativ auch einen Rotorträger bzw. Rotorkörper aufweisen, der entsprechend mit Magnetblechen und/oder SMC-Material und mit als Permanentmagneten ausgebildeten Magnetelementen bestückt ausgebildet ist.The rotor of an electrical axial flow machine can preferably be designed at least in parts as a laminated rotor. A laminated rotor is formed in layers in the axial direction. Alternatively, the rotor of an axial flow machine can also have a rotor carrier or rotor body, which is designed to be fitted with magnetic sheets and/or SMC material and with magnetic elements designed as permanent magnets.
Ein Rotorkörper weist in bevorzugter Weise ein Innenteil, über das der Rotor drehfest mit einer Welle verbindbar ist, und ein Außenteil auf, das den Rotor in radialer Richtung nach außen begrenzt. Der Rotorkörper kann zwischen Innenteil und Außenteil mit mehreren Rotorstreben ausgebildet sein, über das das Innenteil und das Außenteil miteinander verbunden sind und welches gemeinsam mit der radialen Außenfläche des Innenteils und der radialen Innenfläche des Außenteils einen Aufnahmeraum für die Aufnahme der Magnetelemente und der Flussleitelemente des Rotors bildet. Alternativ zu dem Aufnahmeraum können die Magnetelemente auf dem Rotorträger angeordnet bzw. aufgesetzt sein.A rotor body preferably has an inner part, via which the rotor can be connected to a shaft in a rotationally fixed manner, and an outer part, which outwardly delimits the rotor in the radial direction. The rotor body can be designed with several rotor struts between the inner part and the outer part, via which the inner part and the outer part are connected to one another and which, together with the radial outer surface of the inner part and the radial inner surface of the outer part, form a receiving space for accommodating the magnetic elements and the flux-guiding elements of the rotor forms. alternative to The magnetic elements can be arranged or placed on the rotor carrier in the receiving space.
Ein Magnetelement kann als Permanentmagnet in Form eines Stabmagneten oder in Form kleinerer als Klötze ausgebildeter Magnetblöcke gebildet sein. Die Magnetelemente sind in der Regel in, an oder auf einem Rotorträger angeordnet. A magnet element can be in the form of a permanent magnet in the form of a bar magnet or in the form of smaller magnet blocks designed as blocks. The magnetic elements are usually arranged in, on or on a rotor carrier.
Das als Permanentmagnet ausgebildete Magnetelement eines Rotors einer Axialflussmaschine steht in Wechselwirkung mit einem rotierenden Magnetfeld welches durch die in der Regel mit einem Drehstrom beaufschlagten Statorwicklungspulen erzeugt ist.The magnetic element, designed as a permanent magnet, of a rotor of an axial flux machine interacts with a rotating magnetic field which is generated by the stator winding coils, which are generally subjected to a three-phase current.
Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine bezeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehfest gekoppelt ist.A rotatably mounted shaft of an electrical machine is referred to as a rotor shaft, with which the rotor or rotor body is coupled in a torque-proof manner.
Der Stator einer elektrischen Axialflussmaschine weist bevorzugt einen Statorkörper mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen auf. Der Statorkörper kann in Umfangsrichtung gesehen einteilig oder segmentiert ausgebildet sein.The stator of an electrical axial flow machine preferably has a stator body with a plurality of stator windings arranged in the circumferential direction. Viewed in the circumferential direction, the stator body can be designed in one piece or in segments.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster ringscheibenförmiger Statorkörper und/oder ein zweiter ringscheibenförmiger Statorkörper als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schaltung, welche auch als Printed-Circuit-Board PCB bezeichnet wird, ausgebildet sind, wodurch der Statorkörper besonders kompakt und kostengünstig herstellbar ist. Die Wicklung des Statorkörpers ist dabei einstückig mit der Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte ist bevorzugt eine Multilayer-Platine mit mehreren Kupferlagen, über die sich die Statorwicklungen erstrecken. Eine weitere mögliche Ausführungsform ist die Ausführung des Statorkörpers als Sandwich mehrerer Multilayer-Platinen. Die Leiterplatte ist bevorzugt aus einem Verbund aus Epoxyharz und Glasfaser gebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a first annular disk-shaped stator body and/or a second annular disk-shaped stator body are designed as a printed circuit board, in particular as a printed circuit, which is also referred to as a printed circuit board PCB, which makes the stator body particularly compact and can be produced inexpensively. The winding of the stator body is designed in one piece with the printed circuit board. The printed circuit board is preferably a multilayer printed circuit board with a number of copper layers over which the stator windings extend. Another possible embodiment is the design of the stator body as a sandwich of several multilayer circuit boards. The circuit board is preferably formed from a composite of epoxy resin and glass fiber.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der erste ringscheibenförmige Statorkörper und/oder der zweite ringscheibenförmigen Statorkörper drehfest in dem Motorgehäuse aufgenommen und mit diesem verbunden sind/ist, so dass beispielsweise auf gesonderte Abstandselemente zwischen den Statoren verzichtet werden kann.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the first stator body in the form of a ring disk and/or the second stator body in the form of a ring disk are received in the motor housing in a rotationally fixed manner and are connected to it, so that separate spacer elements between the stators can be dispensed with, for example.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Motorgehäuse aus einem metallischen Material und/oder Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Verbundmaterial geformt ist.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the motor housing is formed from a metallic material and/or ceramic and/or a plastic and/or from a composite material.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass wenigstens der erste Statorkörper als Multilayer-PCB ausgeführt ist und/oder mehrere Trägerplatten schichtartig aneinander gestapelt angeordnet sind.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that at least the first stator body is designed as a multilayer PCB and/or a plurality of carrier plates are arranged stacked on one another in layers.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Kerne aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial gebildet sind. Insbesondere können die Kerne mit einem ringförmigen Körper ausgeformt sein, aus welchem die Kerne in axialer Richtung herausragen, so dass sich eine kronenartige Raumform ergibt. Die Kerne und der ringförmige Körper sind bevorzugt monolithisch ausgeformt.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, provision can be made for the cores to be formed from a soft-magnetic composite material. In particular, the cores can be formed with an annular body, from which the cores protrude in the axial direction, resulting in a crown-like three-dimensional shape. The cores and the annular body are preferably formed monolithically.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Kerne formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig in den Öffnungen fixiert sind. Des Weiteren kann die Erfindung in diesem Zusammenhang auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Kerne mittels einer Klebstoffverbindung in den Öffnungen fixiert sind. Die Kraftfreistellung der weichmagnetischen Kerne geschieht somit über eine formschlüssige Klebeverbindung zwischen den zahnartigen Kernen des Rückschlusses und der Statorplatine bzw. der Trägerplatte. Die Klebeverbindung wird dabei bevorzugt so platziert, dass die Kräfte möglichst nahe am Entstehungsort, also dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator, aus den Kernen ausgeleitet werden.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, provision can be made for the cores to be fixed in the openings in a form-fitting and/or force-fitting and/or cohesive manner. Furthermore, the invention can also be further developed in this connection to the effect that the cores are fixed in the openings by means of an adhesive connection. The force release of the soft-magnetic cores thus occurs via a form-fitting adhesive connection between the tooth-like cores of the yoke and the stator board or the carrier plate. The adhesive connection is preferably placed in such a way that the forces are dissipated from the cores as close as possible to the point of origin, i.e. the air gap between rotor and stator.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Klebstoffverbindung elastisch ist, wodurch eine vergleichmäßigte Kraftübertragung zwischen den Öffnungen und den Kernen bewirkt werden kann.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, provision can also be made for the adhesive connection to be elastic, as a result of which a more even transmission of force between the openings and the cores can be brought about.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der erste Statorkörper im Bereich der Öffnungen und/oder die Kerne Aufnahmestrukturen zur Aufnahme des Klebstoffs der Klebstoffverbindung aufweisen. Zur Herstellung der kraftentstehungsnahen Kraftausleitung können also in die weichmagnetischen Kerne gezielt Klebetaschen zur Aufnahme des Klebstoffs eingebracht werden. Somit ist ein kraftfreies Fügen der empfindlichen weichmagnetischen Kerne möglich.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the first stator body has receiving structures for receiving the adhesive of the adhesive connection in the area of the openings and/or the cores. In order to produce the force generation close to the force dissipation, adhesive pockets for receiving the adhesive can be introduced into the soft magnetic cores in a targeted manner. Thus, a force-free joining of the sensitive soft magnetic cores is possible.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Strukturbauteil ein Motorgehäuse der Axialflussmaschine ist.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the structural component is a motor housing of the axial flow machine.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der erste Statorkörper und der zweite Statorkörper im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, was die Bauteilkomplexität reduziert und die Fertigungskosten senkt.Finally, the invention can also be implemented in an advantageous manner such that the first stator body and the second stator body are of essentially identical design, which reduces the complexity of the components and lowers the production costs.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.
Es zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Axialflussmaschine, -
2 einen Stator der Axialflussmaschine in einer ersten Axialschnittansicht, und -
3 einen Stator der Axialflussmaschine in einer zweiten Axialschnittansicht.
-
1 a perspective exploded view of an axial flow machine, -
2 a stator of the axial flow machine in a first axial section view, and -
3 a stator of the axial flow machine in a second axial section view.
Die
Der Stator 2 besitzt einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle 30 angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors 3 voneinander beabstandet sind. Zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und dem Rotor 3 ist in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt 32 und zwischen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22 und dem Rotor 3 ein zweiter Luftspalt 33 ausgebildet. Wenigstens der erste Statorkörper 21 ist als Printed-Circuit-Board PCB ausgeführt, bei dem die Wicklung des Statorkörpers 21 einstückig mit einer Trägerplatte 27 ausgebildet ist.The
Der erste ringscheibenförmige Statorkörper 21 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilter Öffnungen 23 auf, welche jeweils von einer Wicklung 25 eingefasst sind und von jeweils einem sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kern 24, welcher sich in axialer Richtung aus einem ringförmigen Grundkörper heraus erstreckt, durchgriffen werden. Wenigstens der erste Statorkörper 21 ist drehfest gegenüber dem Rotor 3 an einem als Gehäusering 4 ausgebildeten Strukturbauteil 26 gelagert, während die Kerne 24 außerhalb des Momenten- und/oder Kraftflusses zwischen dem ersten Statorkörper 21 und dem Strukturbauteil 26 in den Öffnungen 23 fixiert sind. Der erste Statorkörper 21 und der zweite Statorkörper 22 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die Kerne 24 sind aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial gebildet, die stoffschlüssig mittels einer elastischen Klebstoffverbindung 28 in den Öffnungen 23 fixiert sind.The first annular disk-shaped
Aus den
Die
Die
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Axialflussmaschineaxial flow machine
- 22
- Statorstator
- 33
- Rotorrotor
- 44
- Gehäusering/Motorgehäuse housing ring/motor housing
- 2121
- Statorkörperstator body
- 2222
- Statorkörperstator body
- 2323
- Öffnungenopenings
- 2424
- Kerncore
- 2525
- Wicklungwinding
- 2626
- Strukturbauteilstructural component
- 2727
- Trägerplattebacking plate
- 2828
- Klebstoffverbindungadhesive connection
- 2929
- Aufnahmestrukturenreceiving structures
- 3030
- Rotorwellerotor shaft
- 3131
- Rotorkörperrotor body
- 3232
- Luftspaltair gap
- 3333
- Luftspaltair gap
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021112488.3A DE102021112488A1 (en) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | Electrical axial flow machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021112488.3A DE102021112488A1 (en) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | Electrical axial flow machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021112488A1 true DE102021112488A1 (en) | 2022-11-17 |
Family
ID=83806595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021112488.3A Ceased DE102021112488A1 (en) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | Electrical axial flow machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021112488A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0670476U (en) | 1993-03-05 | 1994-09-30 | 東京電気株式会社 | Brushless motor |
GB2485185A (en) | 2010-11-04 | 2012-05-09 | Pipera Technologies Ltd | Axial gap electrical machine having integrated stator |
EP3293871A1 (en) | 2016-09-07 | 2018-03-14 | ThyssenKrupp Elevator AG | Elevator door actuator |
-
2021
- 2021-05-12 DE DE102021112488.3A patent/DE102021112488A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB2485185A (en) | 2010-11-04 | 2012-05-09 | Pipera Technologies Ltd | Axial gap electrical machine having integrated stator |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |