DE102021123696A1 - Electrical axial flow machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine 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) wenigstens einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) umfasst, welcher koaxial zu der Rotorwelle (30) angeordnet ist, und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und dem Rotor (3) in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt ausgebildet ist, wobei die Axialflussmaschine (1) des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse (4) aufweist, dass in axialer Richtung zumindest den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und den Rotor (3) einfasst, wobei eine innere Mantelfläche (41) des Motorgehäuses (4) zumindest abschnittsweise eine erste Rändelung (42) aufweist, welche derart in die äußere Mantelfläche (22) ersten Statorkörpers (21) des Stators (2) eingreift, dass der erste Statorkörper (21) in dem zylinderförmigen Motorgehäuse (4) drehfest und axial fixiert ist.The 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 at least one first annular disc-shaped stator body (21) which is arranged coaxially to the rotor shaft (30), and being between the first annular disc-shaped stator body (21) and the rotor (3) a first air gap is formed at a distance in the axial direction, the axial flow machine (1) also having a cylindrical motor housing (4) which in the axial direction encloses at least the first stator body (21) in the form of a ring disk and the rotor (3), wherein an inner lateral surface (41) of the motor housing (4) at least in sections has a first knurling (42) which is so in the outer lateral surface (22) of the first stator body ers (21) of the stator (2) engages in that the first stator body (21) is non-rotatably and axially fixed in the cylindrical motor housing (4).
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 wenigstens einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welcher koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist, und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt ausgebildet ist, wobei die Axialflussmaschine des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse aufweist, dass in axialer Richtung zumindest den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und den Rotor einfasst.The present invention relates to 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 comprising at least one first annular disk-shaped stator body which is arranged coaxially to the rotor shaft, and wherein a first air gap is formed between the first annular disk-shaped stator body and the rotor, spaced apart in the axial direction, the axial flux machine also having a cylindrical ring-shaped motor housing that encloses at least the first annular disk-shaped stator body and the rotor in the axial direction .
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 Stirnraddifferential 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 Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig 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 beiden eingangs beschriebenen 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 the electric drive systems for electric or hybrid vehicles described at the outset.
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 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.
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.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.
Es ist grundsätzlich bekannt, derartige Statoren für Axialflussmaschinen mit einer Multilayerplatine auszugestalten. Unter einer Multilayerplatine oder Mehrlagenplatine ist eine Leiterplatte zu verstehen, die mehrere übereinanderliegende Ebenen aufweist, die jeweils mit Leiterbahnen bestückt sind. It is fundamentally known to design such stators for axial flow machines with a multilayer circuit board. A multi-layer circuit board or multi-layer circuit board is to be understood as meaning a printed circuit board that has a number of superimposed levels, each of which is equipped with conductor tracks.
Aus der
Es ist ferner grundsätzlich bekannt, derartige Leiterplatinen eines Stators in eine Motorgehäuse mittels einer Presspassung zu fixieren. Dies erfordert jedoch eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und enge Werkstücktoleranzen, welche praktisch nur schwer und wenn, nur mit einem hohen und kostenintensiven Fertigungsaufwand zu garantieren sind.It is also known in principle to fix such printed circuit boards of a stator in a motor housing by means of a press fit. However, this requires a high machining accuracy and tight workpiece tolerances, which are difficult to guarantee in practice and if so, only with a high and cost-intensive manufacturing effort.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung eine elektrische Axialflussmaschine bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermindert oder vollständig vermeidet und eine kostengünstige wie auch sichere Fixierung des Stators in dem Motorgehäuse erlaubt.It is therefore the object of the invention to provide an electrical axial flow machine, wel che reduces or completely avoids the disadvantages known from the prior art and allows the stator to be fixed in the motor housing in a cost-effective and secure manner.
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 wenigstens einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welcher koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist, und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt ausgebildet ist, wobei die Axialflussmaschine des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse aufweist, dass in axialer Richtung zumindest den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und den Rotor einfasst, wobei eine innere Mantelfläche des Motorgehäuses zumindest abschnittsweise eine erste Rändelung aufweist, welche derart in die äußere Mantelfläche ersten Statorkörpers des Stators eingreift, dass der erste Statorkörper in dem zylinderförmigen Motorgehäuse drehfest und axial fixiert ist.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 fixed and non-displaceable manner, the stator comprising at least one first annular disk-shaped stator body , which is arranged coaxially to the rotor shaft, and wherein a first air gap is formed between the first annular disk-shaped stator body and the rotor, spaced apart in the axial direction, the axial flux machine also having a cylindrical motor housing that in the axial direction contains at least the first annular disk-shaped stator body and the Framed rotor, wherein an inner surface of the motor housing has at least partially a first knurling, which engages in such a way in the outer surface of the first stator body of the stator that the first stator body in the cylindrical Mo gate housing is non-rotatable and axially fixed.
Durch die bei einer Rändelung vorhandenen scharfen Kanten schneidet die Rändelung in das Material des Statorkörpers und verdrängt entsprechend das Material des Statorkörpers.Due to the sharp edges present in knurling, the knurling cuts into the material of the stator body and correspondingly displaces the material of the stator body.
Hierdurch kann ein Presssitzes zwischen dem Statorkörper und dem Motorgehäuse realisiert werden, welcher nur sehr geringe Genauigkeits- und Toleranzanforderungen besitzt, so dass dieser kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere die Genauigkeit des Durchmessers des Statorkörpers kann bevorzugt +-100µm betragen. Dabei ist dann keine Nachbearbeitung des Statorkörpers notwendig, was die Fertigungskosten weiter positiv beeinflusst. Die Rändelung ist so ausgestaltet und konfiguriert, dass der Statorkörper eine Verdrehsicherheit und axiale Klemmung gegenüber dem Motorgehäuse entsprechend der auf ihn wirkenden Motorkräfte aufweist.As a result, a press fit can be realized between the stator body and the motor housing, which has only very low accuracy and tolerance requirements, so that it can be produced inexpensively. In particular, the accuracy of the diameter of the stator body can preferably be +−100 μm. In this case, no post-processing of the stator body is then necessary, which has a further positive effect on the production costs. The knurling is designed and configured in such a way that the stator body is secured against twisting and is axially clamped relative to the motor housing in accordance with the motor forces acting on it.
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. 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. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine kann als I- oder H-Typ konfiguriert sein. 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.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. 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. Another known type is a so-called H-arrangement, in which two rotors are arranged on opposite axial sides of a stator. The axial flux machine according to the invention can be configured as an I or H type. 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 Rotortkörper 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. As an alternative to the receiving space, the magnetic elements can be arranged or placed on the rotor carrier.
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. 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.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. The magnetic element of a rotor of an axial flow machine, designed as a permanent magnet, is in Interaction with a rotating magnetic field which is generated by the stator winding coils, which are usually charged with 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. Der Statorkörper kann aus einem Statorblechpaket mit mehreren laminierten Elektroblechen gebildet sein. Alternativ kann der Statorkörper auch aus einem verpresstem weichmagnetischem Material, wie dem sogenannten SMC-Material (Soft Magnetic Compound) gebildet 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. The stator body can be formed from a laminated stator core with a plurality of laminated electrical laminations. Alternatively, the stator body can also be formed from a pressed soft magnetic material, such as the so-called SMC material (Soft Magnetic Compound).
Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine weist ein Motorgehäuse auf. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.The axial flow machine according to the invention has a motor housing. The motor housing encloses the electric machine. A motor housing can also accommodate the control and power electronics. The motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid can be supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces. In addition, the motor housing protects the electrical machine and any electronics that may be present from external influences.
Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Besonders bevorzugt weist das Motorgehäuse eine zylinderringförmige Grundform auf. Das Motorgehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein.A motor housing can be formed in particular from a metallic material. Advantageously, the motor housing can be formed from a cast metal material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic. The motor housing particularly preferably has a cylindrical basic shape. The motor housing can be made in one piece or in several pieces.
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.
Die Rändelung besitzt bevorzugt radial nach innen aus der inneren Mantelfläche des Motorgehäuses herausragende Strukturen. Beispielsweise kann eine der Strukturen ausgewählt sein aus der Gruppe der Rändel mit achsparallelen Rillen, Linksrändel, Rechtsrändel, Links-Rechtsrändel mit erhöhten Spitzen (Fischhaut), Kreuzrändel mit erhöhten Spitzen und/oder Kreisrändeln. Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen dieser Strukturen bei einer Rändelung denkbar. Besonders bevorzugt sind in dem Zusammenhang mit der Erfindung scharfkantige Strukturen, die geeignet sind, sich in die Mantelfläche eines Statorkörpers zu schneiden. Es ist auch möglich, dass die Strukturen der Rändelung so ausgeformt sind, dass sie die Mantelfläche eines Statorkörpers lokal verstemmen oder verpressen.The knurling preferably has structures that protrude radially inwards from the inner lateral surface of the motor housing. For example, one of the structures can be selected from the group of knurls with axially parallel grooves, left-hand knurls, right-hand knurls, left-right knurls with raised tips (checkering), crossed knurls with raised tips and/or circular knurls. Of course, any combination of these structures is also conceivable with knurling. Sharp-edged structures that are suitable for cutting into the lateral surface of a stator body are particularly preferred in connection with the invention. It is also possible for the structures of the knurling to be shaped in such a way that they caulk or press the lateral surface of a stator body locally.
Die Rändelung kann spanlos hergestellt sein, beispielweise durch Rändeldrücken. Es ist auch möglich, die Rändelung mittels spanender Fertigungsverfahren auszuformen, beispielsweise mittels Rändelfräsen.The knurling can be produced without cutting, for example by knurling. It is also possible to shape the knurling by means of machining manufacturing processes, for example by means of knurling.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Rändelung über eine geschlossene Kreisringbahn an der inneren Mantelfläche des Motorgehäuses ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch eine besonders große Kontaktfläche für den Presssitz bereitgestellt werden kann, was zu entsprechend hohen Abstützkräften und - momenten führt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the first knurling is formed via a closed circular path on the inner surface of the motor housing. The advantage of this configuration lies in the fact that a particularly large contact surface can be provided for the press fit, which leads to correspondingly high supporting forces and torques.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Statorkörper des Stators als eine Leiterplatte konfiguriert ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass der Stator besonders kompakt und kostengünstig herstellbar ist.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the first stator body of the stator is configured as a printed circuit board. It can hereby be achieved that the stator can be produced particularly compactly and inexpensively.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Statorkörper einen sich von der äußeren Mantelfläche radial nach innen erstreckenden kreisringförmigen Fixierbereich aufweist, in welchen die erste Rändelung des Motorgehäuses eingreift und/oder welcher durch die erste Rändelung des Motorgehäuses verformt ist, wobei der Fixierbereich des ersten Statorkörpers nicht von einer Statorwicklung durchgriffen ist. Es wird durch den Fixierbereich somit eine Art ringförmiger „Opferzone“ in dem Statorkörper angelegt. Diese Zone bzw. der Fixierbereich kann teilweise durch die Rändelung weggeschnitten und/oder stark verformt werden, ohne die elektrischen Leiterbahnen in den Nachbarbereichen zu beeinflussen. Durch eine, beispielsweise zahnartige, Rändelung werden in dem Fixierbereich Bereiche hoher Pressung entstehen, die ein Halten des Statorkörpers ermöglicht, wobei der entstehende Formschluss der Rändelung auch gut auf ihn einwirkende Drehmomente abstützen kann. Da die Rändelung nur abschnittsweise und nicht vollflächig presst, verursacht die Pressung keine tiefergehende Zerstörung in dem Statorkörper außerhalb des Fixierbereichs.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, provision can be made for the first stator body to have an annular fixing region which extends radially inwards from the outer lateral surface and into which the first knurling of the motor housing engages and/or which extends through the first knurling of the motor housing is deformed, wherein the fixing area of the first stator body is not penetrated by a stator winding. A kind of ring-shaped “sacrificial zone” is thus created in the stator body by the fixing area. This zone or the fixing area can be partially cut away by the knurling and/or severely deformed without affecting the electrical conductor tracks in the neighboring areas. For example, tooth-like knurling creates areas of high pressure in the fixing area, which enables the stator body to be held, with the resulting form fit of the knurling also being able to support torques acting on it well. Since the knurling only presses in sections and not over the entire surface, the pressing does not cause any deeper destruction in the stator body outside of the fixing area.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Rändelung aus einem metallischen oder keramischen Material gebildet ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die Rändelung besonders formstabil und abriebfest ausgeführt werden kann. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die erste Rändelung einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Motorgehäuse ausgeformt ist, wodurch die Fertigung und die Montage besonders günstig realisierbar wird.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, provision can be made for the first knurling to be formed from a metallic or ceramic material. In this way, the effect can be achieved in particular that the knurling can be designed to be particularly dimensionally stable and abrasion-resistant. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the first knurling is formed in one piece, in particular monolithically, with the motor housing, as a result of which production and assembly can be implemented particularly cheaply.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Fixierbereich des ersten Statorkörpers aus einem Kunststoff geformt ist, insbesondere aus einem faserverstärkten Epoxydharz. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Fixierbereich des ersten Statorkörpers einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem ersten Statorkörper ausgebildet ist, was erneut eine gute Fertigung und Montage begünstigt.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the fixing area of the first stator body is formed from a plastic, in particular from a fiber-reinforced epoxy resin. It can also be advantageous to develop the invention further such that the fixing area of the first stator body is designed in one piece, in particular monolithically, with the first stator body, which again promotes good manufacture and assembly.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Statorkörper und dem Motorgehäuse eine Presspassung ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that a press fit is formed between the first stator body and the motor housing.
Hierdurch kann erreicht werden, dass ein besonders sicherer Sitz zwischen dem Rotorkörper und dem Motorgehäuse ausgebildet werden kann.In this way it can be achieved that a particularly secure seat can be formed between the rotor body and the motor housing.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die innere Mantelfläche des Motorgehäuses zumindest abschnittsweise eine zweite Rändelung aufweist, welche konfiguriert ist, in eine äußere Mantelfläche eines zweiten Statorkörpers des Stators einzugreifen, so dass der zweite Statorkörper des Stators in dem zylinderförmigen Motorgehäuse drehfest und axial fixiert ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass ein Stator einer in I-Bauweise konfigurierten Axialflussmaschine mit zwei Statorkörpern sicher in einem Motorgehäuse aufgenommen und fixiert werden kann. Bevorzugt sind die erste Rändelung und die zweite Rändelung im Wesentlichen identisch ausgebildet. Finally, the invention can also be advantageously implemented in such a way that the inner lateral surface of the motor housing has a second knurling, at least in sections, which is configured to engage in an outer lateral surface of a second stator body of the stator, so that the second stator body of the stator is in the cylindrical Motor housing is rotatably and axially fixed. The advantage that results from this is, in particular, that a stator of an axial flux machine configured in an I design with two stator bodies can be securely accommodated and fixed in a motor housing. The first knurling and the second knurling are preferably of essentially identical design.
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 zeigt:
-
1 eine Axialflussmaschine in einer Explosionsdarstellung und -
2 ein Motorgehäuse in einer freigestellten, perspektivischen Ansicht.
-
1 an axial flow machine in an exploded view and -
2 a motor housing in an isolated, perspective view.
Die
Der Rotor 3 besitzt eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper 31 verlaufender Aufnahmeschlitze 32, in denen jeweils ein Rotormagnet 33 fixiert ist.The
Der Stator 2 weist einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 auf, welcher koaxial zu der Rotorwelle 30 angeordnet ist. Zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und dem Rotor 3 ist in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt ausgebildet. Der erste Statorkörper 21 des Stators 2 ist als eine Leiterplatte konfiguriert.The
Wie in der
Der Fixierbereich 23 des ersten Statorkörpers 21 ist aus einem Kunststoff geformt ist, insbesondere aus einem faserverstärkten Epoxydharz, wobei der Fixierbereich 23 des ersten Statorkörpers 21 einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem ersten Statorkörper 21 ausgebildet ist.The fixing
Die Axialflussmaschine 1 besitzt es Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse 4, dass in axialer Richtung zumindest den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und den Rotor 3 einfasst. In der gezeigten Ausführungsform der
Eine innere Mantelfläche 41 des Motorgehäuses 4 besitzt zumindest abschnittsweise eine erste Rändelung 42, welche derart in die äußere Mantelfläche 22 des ersten Statorkörpers 21 des Stators 2 eingreift, dass der erste Statorkörper 21 in dem zylinderförmigen Motorgehäuse 4 drehfest und axial fixiert ist. Zwischen dem ersten Statorkörper 21 und dem Motorgehäuse 4 ist eine Presspassung ausgebildet, so dass der Statorkörper 21 drehfest und axial gesichert in dem Motorgehäuse 4 aufgenommen ist.An inner
In dem Ausführungsbeispiel der
Anhand der
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
- Motorgehäuse motor housing
- 2121
- Statorkörperstator body
- 2222
- Mantelflächelateral surface
- 2323
- Fixierbereichfusing area
- 2424
- Mantelflächelateral surface
- 2525
- Statorkörpers stator body
- 3030
- Rotorwellerotor shaft
- 3131
- Rotorkörperrotor body
- 3232
- Aufnahmeschlitzereceiving slots
- 3333
- Rotormagnet rotor magnet
- 4141
- Mantelflächelateral surface
- 4242
- Rändelungknurling
- 4343
- Rändelungknurling
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 2863524 A1 [0009]EP 2863524 A1 [0009]
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-
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- 2021-09-14 DE DE102021123696.7A patent/DE102021123696A1/en active Pending
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