DE102022205748A1

DE102022205748A1 - Axial flux machine with stator cooling and motor vehicle with axial flux machine

Info

Publication number: DE102022205748A1
Application number: DE102022205748.1A
Authority: DE
Inventors: Marco Mechi; Daniel Marc; Davide Matteini
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-06-07
Filing date: 2022-06-07
Publication date: 2023-12-07
Also published as: WO2023237493A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine (AFM) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (KFZ), aufweisend einen kreisringförmig ausgebildeten Zahnhalter (ZH), eine Mehrzahl von in und/oder auf dem Zahnhalter (ZH) angeordneten Statorzähnen (SZ), wobei die Statorzähne (SZ) in Umfangsrichtung des Zahnhalters (ZH) nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind, einen Kühlkanal (KK), der schleifenartig zwischen den Statorzähnen (SZ) angeordnet ist, so dass der Kühlkanal (KK) bei jedem zweiten Statorzahn (SZ) auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite (IS) entlanggeführt ist, und bei einem dazwischen liegenden Statorzahn (SZ) auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite (AS) vorbeigeführt ist.The invention relates to an axial flux machine (AFM) for an at least partially electrically driven motor vehicle (motor vehicle), comprising a tooth holder (ZH) in the shape of a circular ring, a plurality of stator teeth (SZ) arranged in and/or on the tooth holder (ZH), the stator teeth (SZ) are arranged next to one another and at a distance from one another in the circumferential direction of the tooth holder (ZH), a cooling channel (KK) which is arranged in a loop between the stator teeth (SZ), so that the cooling channel (KK) is on one at every second stator tooth (SZ). is guided along the radially inwardly directed inner side (IS), and is guided past an intermediate stator tooth (SZ) on an radially outwardly directed outer side (AS).

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, die ringförmig angeordnet sind, wobei zwischen den Statorzähnen ein Kühlkanal mäanderförmig verläuft, so dass an jeden zweiten Statorzahn der Kühlkanal auf einer Innenseite vorbeigeführt ist, und bei dem dazwischenliegenden Statorzahn der Kühlkanal auf der Außenseite entlanggeführt ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine.The invention relates to an axial flux machine, wherein the axial flux machine has a plurality of stator teeth which are arranged in a ring, with a cooling channel running in a meandering manner between the stator teeth, so that the cooling channel is guided past every second stator tooth on an inside, and the cooling channel in the intermediate stator tooth is guided along the outside. The invention also relates to a motor vehicle with the axial flow machine according to the invention.

Axialflussmaschinen sind grundsätzlich bekannt. Ebenso ist bekannt, dass der Stator der Axialflussmaschine gekühlt werden sollte, um die Leistungsfähigkeit der Axialflussmaschine zu erhöhen. Zum Kühlen des Stators sind unterschiedliche Varianten bekannt. Zum einen ist bekannt, dass ein äußerer und ein innerer Kühlkanal vorgesehen ist, wobei zwischen dem äußeren Kühlkanal und dem inneren Kühlkanal die Statorzähne angeordnet sind. Das Kühlmedium kann über einen in radialer Richtung verlaufenden Spalt zwischen den Statorzähnen vom äußeren Kühlkanal in den inneren Kühlkanal fließen. Auf diese Weise wird das Kühlmedium direkt an den Statorzähnen vorbeigeführt. Nachteilig bei dieser Kühlung ist, dass hier vorzugsweise lediglich Öl als Kühlmittel verwendet werden kann, da beispielsweise bei einem wasserbasierten Kühlmedium Korrosionsschäden entstehen können.Axial flow machines are basically known. It is also known that the stator of the axial flux machine should be cooled in order to increase the performance of the axial flux machine. Different variants are known for cooling the stator. On the one hand, it is known that an outer and an inner cooling channel is provided, with the stator teeth being arranged between the outer cooling channel and the inner cooling channel. The cooling medium can flow from the outer cooling channel into the inner cooling channel via a gap running in the radial direction between the stator teeth. In this way, the cooling medium is guided directly past the stator teeth. The disadvantage of this cooling system is that only oil can preferably be used as a coolant, since, for example, corrosion damage can occur with a water-based cooling medium.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Axialflussmaschine mit einer Statorkühlung bereitzustellen, die eine erhöhte Kühlwirkung aufweist und für unterschiedliche Kühlmedien ausgelegt ist.It is an object of the invention to provide an axial flux machine with stator cooling, which has an increased cooling effect and is designed for different cooling media.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.The object is solved by the subject matter of independent patent claim 1. Preferred developments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description below and the drawings. Each feature can represent an aspect of the invention both individually and in combination, unless the description explicitly states otherwise.

Gemäß einem ersten Aspekt ist erfindungsgemäß eine Axialflussmaschine für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen, aufweisend einen kreisringförmig ausgebildeten Zahnhalter, eine Mehrzahl von in und/oder auf dem Zahnhalter angeordneten Statorzähnen, wobei die Statorzähne in Umfangsrichtung des Zahnhalters nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind, einen Kühlkanal, der schleifenartig zwischen den Statorzähnen angeordnet ist, so dass der Kühlkanal bei jedem zweiten Statorzahn auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite entlanggeführt ist, und bei einem dazwischen liegenden Statorzahn auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite vorbeigeführt ist.According to a first aspect, according to the invention, an axial flux machine is provided for an at least partially electrically driven motor vehicle, comprising a tooth holder in the shape of a circular ring, a plurality of stator teeth arranged in and/or on the tooth holder, the stator teeth being arranged next to one another and at a distance from one another in the circumferential direction of the tooth holder, a cooling channel which is arranged in a loop between the stator teeth, so that the cooling channel is guided along an inner side directed inwards in the radial direction for every second stator tooth, and is guided past an outer side directed in a radially outward direction in the case of a stator tooth lying in between.

Mit anderem Worten ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass eine Axialflussmaschine für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt wird. Die Axialflussmaschine weist einen kreisringförmig ausgebildeten Zahnhalter auf. Auf dem Zahnhalter und/oder in dem Zahnhalter ist eine Mehrzahl von Statorzähnen angeordnet, wobei die Statorzähne in Umfangsrichtung des Zahnhalters nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind. Mit anderen Worten ist der Zahnhalter dazu eingerichtet und/oder ausgebildet, die Statorzähne aufzunehmen, so dass diese lagesicher in dem Zahnhalter gehalten sind. Weiterhin ist ein Kühlkanal vorgesehen, durch den ein Kühlmedium führbar ist bzw. durch den ein Kühlmedium geführt wird. Der Kühlkanal ist schleifenartig und/oder mäanderartig zwischen den Statorzähnen angeordnet, so dass der Kühlkanal bei jedem zweiten Statorzahn auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite entlanggeführt ist, und bei einem dazwischen liegenden Statorzahn auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite vorbeigeführt ist. Ein innerer Abschnitt des Kühlkanals, der an der Innenseite vorbeiführt, und ein äußerer Abschnitt des Kühlkanals, der an der Außenseite vorbeiführt, ist über einen Verbindungsabschnitt verbunden, der zwischen den Statorzähnen, bezogen auf die radiale Richtung des Zahnhalters, verläuft. Bedingt dadurch, dass ein geschlossener Kühlkanal bereitgestellt wird, können unterschiedliche Kühlmedien, beispielsweise ein Fluid, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, oder ein Öl als Kühlmedium genutzt werden. Kühlmedium bedingte Korrosionsschäden können somit vermieden werden. Durch den schleifenförmig ausgebildeten Kühlkanal, der sowohl die Innenseite als auch die Außenseite von Statorzähnen kühlt, kann die Kühlwirkung erhöht werden. Somit wird eine Axialflussmaschine bereitgestellt, die eine erhöhte Kühlwirkung für unterschiedliche Kühlmedien aufweisen kann. Somit kann auch die Leistungsfähigkeit der Axialflussmaschine erhöht werden.In other words, according to a first aspect of the invention, it is provided that an axial flux machine is provided for an at least partially electrically driven motor vehicle. The axial flow machine has a tooth holder in the shape of a circular ring. A plurality of stator teeth are arranged on the tooth holder and/or in the tooth holder, the stator teeth being arranged next to one another and spaced apart from one another in the circumferential direction of the tooth holder. In other words, the tooth holder is set up and/or designed to accommodate the stator teeth so that they are held securely in the tooth holder. Furthermore, a cooling channel is provided through which a cooling medium can be guided or through which a cooling medium is guided. The cooling channel is arranged in a loop and/or meandering manner between the stator teeth, so that the cooling channel is guided along an inner side directed inwards in the radial direction for every second stator tooth, and is guided past an outer side directed in a radial direction outwards in the case of a stator tooth lying in between . An inner portion of the cooling channel passing the inside and an outer portion of the cooling channel passing the outside are connected via a connecting portion extending between the stator teeth with respect to the radial direction of the tooth holder. Due to the fact that a closed cooling channel is provided, different cooling media, for example a fluid, in particular a water-glycol mixture, or an oil can be used as a cooling medium. Corrosion damage caused by the cooling medium can thus be avoided. The cooling effect can be increased by the loop-shaped cooling channel, which cools both the inside and the outside of stator teeth. An axial flow machine is thus provided which can have an increased cooling effect for different cooling media. This means that the performance of the axial flux machine can also be increased.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass eine Breite des Kühlkanals wenigstens um das Dreifache, vorzugsweise um das Fünffache und besonders bevorzugt um das Siebenfache, größer ist als eine Dicke des Kühlkanals. Mit anderen Worten ist der Kühlkanal bezogen auf dessen äußerer Querschnittsgeometrie vorzugsweise rechteckig und insbesondere flach ausgebildet. Auf diese Weise kann der Kühlkanal platzsparend in die Zwischenräume und die einzelnen Statorzähne gelegt werden, wobei die Breite dann vorzugsweise in etwa der Dicke des Statorzahns, bezogen auf die Längsrichtung des Zahnhalters, entspricht. Auf diese Weise kann der Kühlkanal nicht nur platzsparend angeordnet sein, sondern zudem noch eine vergrößerte Kühlfläche aufweisen, wodurch die Kühlleistung des Stators und somit auch die Performance der Axialflussmaschine erhöht werden kann.An advantageous development of the invention is that a width of the cooling channel is at least three times, preferably five times and particularly preferably seven times larger than a thickness of the cooling channel. In other words, the cooling channel is preferably rectangular and in particular flat in relation to its outer cross-sectional geometry. In this way, the cooling channel can be placed in the spaces and the individual stator teeth to save space, the width then preferably being approximately the thickness of the stator tooth, based on the Longitudinal direction of the tooth holder. In this way, the cooling channel can not only be arranged to save space, but also have an enlarged cooling surface, whereby the cooling capacity of the stator and thus also the performance of the axial flux machine can be increased.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkanal wenigstens eine in Längsrichtung des Kühlkanals verlaufende Versteifungsrippe aufweist. Durch die Versteifungsrippe kann die strukturelle Steifigkeit des Kühlkanals erhöht werden.In a preferred development of the invention it is provided that the cooling channel has at least one stiffening rib running in the longitudinal direction of the cooling channel. The stiffening rib can increase the structural rigidity of the cooling channel.

In diesem Zusammenhang liegt eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass die Versteifungsrippe im Innenraum des Kühlkanals ausgebildet ist. Durch die innenliegende Versteifungsrippe kann einerseits die Formtreue des Kühlkanals gewährleistet werden. Andererseits kann die strukturelle Steifigkeit des Kühlkanals erhöht sein. Insbesondere bewirkt die innenliegende Versteifungsrippe in einem Biege- und/oder Umlenkbereich des Kühlkanals, einen ausreichenden und definierten Abstand zwischen den zwei zueinander parallel verlaufenden Seiten des Kühlkanals, so dass die Strömung des Kühlmediums im Biege- und/oder Umlenkbereich nicht oder nicht nennenswert reduziert ist. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Kühlleistung der Axialflussmaschine aus.In this context, an advantageous development is that the stiffening rib is formed in the interior of the cooling channel. On the one hand, the internal stiffening rib ensures that the cooling channel maintains its shape. On the other hand, the structural rigidity of the cooling channel can be increased. In particular, the internal stiffening rib in a bending and/or deflection region of the cooling channel causes a sufficient and defined distance between the two mutually parallel sides of the cooling channel, so that the flow of the cooling medium in the bending and/or deflection region is not reduced or is not significantly reduced . This has an advantageous effect on the cooling performance of the axial flow machine.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Versteifungsrippe wenigstens zwei voneinander fluidtechnisch getrennte Volumina im Kühlkanal ausbildet. Anders ausgedrückt verläuft die innenliegende Versteifungsrippe von einer ersten Innenwand des Kühlkanals bis zu einer von der ersten Innenwand beabstandet und parallel angeordneten zweiten Innenwand des Kühlkanals.According to a preferred development of the invention, it is provided that the stiffening rib forms at least two volumes in the cooling channel that are fluidly separated from one another. In other words, the internal stiffening rib runs from a first inner wall of the cooling channel to a second inner wall of the cooling channel which is spaced apart from the first inner wall and arranged parallel.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Kühlmedium durch beide von der innenliegenden Versteifungsrippe getrennten Volumina in der gleichen Strömungsrichtung durchströmt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Anströmung des Kühlkanals auswirken, wodurch Herstellungskosten reduziert werden können.In principle, it can be provided that the cooling medium flows through both volumes separated from the internal stiffening rib in the same flow direction. This can have an advantageous effect on the flow to the cooling channel, which can reduce manufacturing costs.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die über die innenliegende Versteifungsrippe getrennten Volumina gegenläufig mit dem Kühlmedium durchströmt werden. Somit kann eine gleichmäßigere Kühlung innerhalb des Stators erzielt werden, wodurch thermische Spannungen in der Axialflussmaschine reduziert werden können.It can advantageously be provided that the volumes separated by the internal stiffening rib are flowed through in opposite directions with the cooling medium. This means that more uniform cooling can be achieved within the stator, which means that thermal stresses in the axial flux machine can be reduced.

Denkbar ist, dass in dem Kühlkanal lediglich eine innere Versteifungsrippe vorgesehen ist. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass eine Mehrzahl von zueinander beabstandeter Versteifungsrippen im Kühlkanal ausgebildet ist. Eine Mehrzahl von zueinander beabstandeter Versteifungsrippen kann vorteilhaft sein, wenn der Kühlkanal vorzugsweise eine Breite aufweist, die wenigstens um das Fünffache größer ist als die Dicke des Kühlkanals. Somit kann eine erhöhte Formtreue im Biege- und/oder Umlenkbereich des Kühlkanals gegeben sein, was sich vorteilhaft auf die Strömung des Kühlmediums im Kühlkanal und somit auch auf die Kühlwirkung der Axialflussmaschine auswirken kann.It is conceivable that only one inner stiffening rib is provided in the cooling channel. A preferred embodiment of the invention is that a plurality of spaced apart stiffening ribs is formed in the cooling channel. A plurality of spaced apart stiffening ribs can be advantageous if the cooling channel preferably has a width that is at least five times larger than the thickness of the cooling channel. This means that there can be increased dimensional stability in the bending and/or deflection area of the cooling channel, which can have an advantageous effect on the flow of the cooling medium in the cooling channel and thus also on the cooling effect of the axial flow machine.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Kühlkanal aus einem Metall und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Ein derartiger Kühlkanal ist preiswert herstellbar und lässt sich sehr leicht schleifenförmig und/oder mäanderförmig zwischen die Statorzähne anordnen. Somit können die Herstellungskosten des Stators reduziert sein. Zudem kann ein derartiger Kühlkanal auch sehr einfach mit innenliegenden Versteifungsrippen hergestellt und/oder ausgebildet werden.An advantageous development of the invention is that the cooling channel is made of a metal and/or a plastic. Such a cooling channel can be produced inexpensively and can be arranged very easily in a loop and/or meandering manner between the stator teeth. The manufacturing costs of the stator can therefore be reduced. In addition, such a cooling channel can also be manufactured and/or designed very easily with internal stiffening ribs.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Zwischenraum zwischen dem Statorzahn und dem Kühlkanal mit einem elektrisch isolierenden Vergussmaterial vergossen ist. Vorzugsweise ist der Zwischenraum mit einem Kunststoff oder einem Harz vergossen. Durch den Verguss kann eine erhöhte thermische Anbindung des Kühlkanals an den Statorzahn und an den Zahnhalter erfolgen. Durch die thermische Anbindung kann die Kühlwirkung erhöht werden, was sich positiv auf die Leistungsfähigkeit der Axialflussmaschine auswirken kann.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that an intermediate space between the stator tooth and the cooling channel is cast with an electrically insulating potting material. The gap is preferably cast with a plastic or a resin. The casting allows for an increased thermal connection of the cooling channel to the stator tooth and to the tooth holder. The thermal connection can increase the cooling effect, which can have a positive effect on the performance of the axial flow machine.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Breite des Kühlkanals in axialer Richtung des Zahnhalters größer als 60% einer Breite des Statorzahns, bezogen auf die axiale Richtung des Zahnhalters, ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Auf diese Weise kann mit lediglich einem schleifenförmig ausgebildeten und/oder verlegten Kühlkanal eine große Kühlfläche bereitgestellt werden, um die Statorzähne entsprechend zu kühlen.According to a preferred development of the invention, it is provided that a width of the cooling channel in the axial direction of the tooth holder is greater than 60% of a width of the stator tooth, based on the axial direction of the tooth holder, the limits being included. In this way, a large cooling surface can be provided with just one loop-shaped and/or installed cooling channel in order to cool the stator teeth accordingly.

Alternativ dazu liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass eine Breite des Kühlkanals in axialer Richtung des Zahnhalters kleiner als 50% einer Breite des Statorzahns, bezogen auf die axiale Richtung des Zahnhalters, ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind, und ein zweiter Kühlkanal vorgesehen ist, dessen Verlauf in Umfangsrichtung des Statorzahns um einen Statorzahn versetzt zum Kühlkanal angeordnet ist. Auf diese Weise sind wenigstens zwei Kühlkanäle vorgesehen, die in axialer Richtung des Zahnhalters zumindest abschnittsweise nebeneinander angeordnet sind. Durch den Versatz des zweiten Kühlkanals um einen Statorzahn können alle Statorzähne zumindest abschnittsweise sowohl auf der in radialer Richtung des Zahnhalters gerichteten Innenseite des Statorzahns als auch auf der in radialer Richtung des Zahnhalters gerichteten Außenseite des Statorzahns gekühlt werden, so dass die Kühlwirkung in Summe erhöht ist.Alternatively, a preferred development of the invention is that a width of the cooling channel in the axial direction of the tooth holder is less than 50% of a width of the stator tooth, based on the axial direction of the tooth holder, including the limits, and a second cooling channel is provided, the course of which is arranged offset from the cooling channel by a stator tooth in the circumferential direction of the stator tooth. In this way, at least two cooling channels are provided, which are arranged next to one another at least in sections in the axial direction of the tooth holder. Due to the offset of the second cooling channel Around a stator tooth, all stator teeth can be cooled at least in sections both on the inside of the stator tooth directed in the radial direction of the tooth holder and on the outside of the stator tooth directed in the radial direction of the tooth holder, so that the overall cooling effect is increased.

Denkbar ist, dass der Kühlkanal und der zweite Kühlkanal getrennt voneinander angesteuert und mit einem Kühlmedium durchströmt werden.It is conceivable that the cooling channel and the second cooling channel are controlled separately from one another and a cooling medium flows through them.

Alternativ dazu liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass der Kühlkanal und der zweite Kühlkanal fluidtechnisch miteinander gekoppelt sind. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Kühlkanal und der zweite Kühlkanal gegenläufig durchströmt werden. Somit kann eine gleichmäßigere Kühlwirkung erzielt werden.Alternatively, an advantageous development of the invention is that the cooling channel and the second cooling channel are fluidly coupled to one another. In this context, it is advantageously provided that the cooling channel and the second cooling channel flow through in opposite directions. This means that a more uniform cooling effect can be achieved.

Die vorstehend beschriebene strukturelle Ausgestaltung des Kühlkanals gilt gleichermaßen auch für die strukturelle Ausgestaltung des zweiten Kühlkanals.The structural design of the cooling channel described above also applies to the structural design of the second cooling channel.

Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine.In a second aspect, the invention relates to a motor vehicle with the axial flow machine according to the invention.

Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Axialflussmaschine sitzt vorzugsweise in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Sie ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet, das Kraftfahrzeug anzutreiben.The motor vehicle is preferably an at least partially electrically powered motor vehicle. The axial flux machine is preferably located in a drive train of the motor vehicle. It is set up and/or trained to drive the motor vehicle.

Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale der Axialflussmaschine auch Merkmale des Kraftfahrzeugs sein. Dies gilt auch umgekehrt.It should be noted that all features described above and below in relation to one aspect of the present invention apply equally to every other aspect of the present invention. In particular, all features of the axial flow machine can also be features of the motor vehicle. This also applies vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Further features and advantages of the present invention result from the subclaims and the following exemplary embodiments. The exemplary embodiments are not to be understood as restrictive, but rather as exemplary. They are intended to enable the person skilled in the art to carry out the invention. The applicant reserves the right to make individual and/or several of the features disclosed in the exemplary embodiments the subject of patent claims, or to include such features in existing patent claims. The exemplary embodiments are explained in more detail using drawings.

In diesen zeigen:

1 eine dreidimensionale Ansicht eines Stators einer Axialflussmaschine, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Detailansicht des Stators im Bereich eines schleifenförmig ausgebildeten Kühlkanals, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine Detailansicht des Kühlkanals mit inneren Versteifungsrippen, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Kraftfahrzeug mit der Axialflussmaschine.

Show in these:

1 a three-dimensional view of a stator of an axial flux machine, according to a preferred embodiment of the invention;
2 a detailed view of the stator in the area of a loop-shaped cooling channel, according to the preferred embodiment of the invention;
3 a detailed view of the cooling channel with internal stiffening ribs, according to a preferred embodiment of the invention;
4 a motor vehicle with the axial flux machine.

In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Stators ST einer Axialflussmaschine AFM gezeigt. Die Axialflussmaschine AFM weist einen kreisringförmig ausgebildeten Zahnhalter ZH auf. Auf dem Zahnhalter ZH und/oder in dem Zahnhalter ZH ist eine Mehrzahl von Statorzähnen SZ angeordnet, wobei die Statorzähne SZ in Umfangsrichtung des Zahnhalters ZH nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 12 Statorzähne nebeneinander angeordnet, die eine dreieckförmige Ausgestaltung, ähnlich einem gleichschenkeligen Dreieck, aufweisen. Jeder Statorzahn SZ weist einen Kern KE und eine auf dem Kern KE aufgewickelte Wicklung WI auf. Der Zahnhalter ZH ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet, die Statorzähne SZ aufzunehmen, so dass diese lagesicher in dem Zahnhalter ZH gehalten sind.In 1 a three-dimensional view of a stator ST of an axial flux machine AFM is shown. The axial flow machine AFM has a tooth holder ZH in the shape of a circular ring. A plurality of stator teeth SZ are arranged on the tooth holder ZH and/or in the tooth holder ZH, the stator teeth SZ being arranged next to one another and at a distance from one another in the circumferential direction of the tooth holder ZH. In the present exemplary embodiment, 12 stator teeth are arranged next to one another and have a triangular configuration, similar to an isosceles triangle. Each stator tooth SZ has a core KE and a winding WI wound on the core KE. The tooth holder ZH is set up and/or designed to accommodate the stator teeth SZ so that they are held in a secure position in the tooth holder ZH.

Weiterhin ist ein Kühlkanal KK vorgesehen, durch den ein Kühlmedium führbar ist bzw. durch den ein Kühlmedium geführt wird. Der Kühlkanal KK ist schleifenartig und/oder mäanderartig zwischen den Statorzähnen SZ angeordnet, so dass der Kühlkanal KK bei jedem zweiten Statorzahn SZ auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite IS entlanggeführt ist, und bei einem dazwischen liegenden Statorzahn SZ auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite AS vorbeigeführt ist. Ein innerer Abschnitt des Kühlkanals KK, der an der Innenseite IS vorbeiführt, und ein äußerer Abschnitt des Kühlkanals KK, der an der Außenseite vorbeiführt, sind über einen Verbindungsabschnitt VA fluidtechnisch verbunden. Der Verbindungsabschnitt VA verläuft zwischen den Statorzähnen SZ, bezogen auf die radiale Richtung des Zahnhalters ZH. Bedingt dadurch, dass ein geschlossener Kühlkanal KK bereitgestellt wird, können unterschiedliche Kühlmedien, beispielsweise ein Fluid, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, oder ein Öl als Kühlmedium genutzt werden. Kühlmedium bedingte Korrosionsschäden am Stator ST können somit vermieden werden. Durch den schleifenförmig ausgebildeten Kühlkanal KK, der sowohl die Innenseite IS als auch die Außenseite AS von Statorzähnen SZ kühlt, kann die Kühlwirkung erhöht werden. Somit wird eine Axialflussmaschine AFM bereitgestellt, die eine erhöhte Kühlwirkung für unterschiedliche Kühlmedien aufweisen kann. Somit kann auch die Leistungsfähigkeit der Axialflussmaschine AFM erhöht werden.Furthermore, a cooling channel KK is provided, through which a cooling medium can be guided or through which a cooling medium is guided. The cooling channel KK is arranged in a loop and/or meandering manner between the stator teeth SZ, so that the cooling channel KK is guided along an inner side IS that is directed inwards in the radial direction for every second stator tooth SZ, and on a radial direction for a stator tooth SZ located in between the outward-facing outside AS is guided past. An inner section of the cooling channel KK, which leads past the inside IS, and an outer section of the cooling channel KK, which leads past the outside, are fluidly connected via a connecting section VA. The connecting section VA runs between the stator teeth SZ, based on the radial direction of the tooth holder ZH. Due to the fact that a closed cooling channel KK is provided, different cooling media, for example a fluid, in particular a water-glycol mixture, or an oil can be used as a cooling medium. Cooling medium-related corrosion damage to the stator ST can therefore be avoided. The cooling effect can be increased by the loop-shaped cooling channel KK, which cools both the inside IS and the outside AS of stator teeth SZ. An axial flow machine AFM is thus provided which can have an increased cooling effect for different cooling media. This means that the performance of the AFM axial flux machine can also be increased.

Der Kühlkanal KK ist vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet und weist zumindest auf einer Außenseite des Kühlkanals KK eine Kunststoffbeschichtung auf. Die Kunststoffbeschichtung kann vor der Anordnung des Kühlkanals KK zwischen den Statorzähnen SZ auf der metallischen Außenseite des Kühlkanals KK angeordnet sein. Über die Kunststoffbeschichtung kann die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Statorzähnen SZ reduziert werden. Nach der Anordnung des Kühlkanals KK zwischen den Statorzähnen SZ wird ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den Statorzähnen SZ und dem Kühlkanal KK mit einem elektrisch isolierenden Vergussmaterial vergossen, so dass eine erhöhte thermische Anbindung des Kühlkanals KK an die Statorzähne SZ bereitgestellt wird.The cooling channel KK is preferably made of a metal and has a plastic coating at least on an outside of the cooling channel KK. The plastic coating can be arranged on the metallic outside of the cooling channel KK between the stator teeth SZ before the cooling channel KK is arranged. The plastic coating can reduce the risk of short circuits between the stator teeth SZ. After the cooling channel KK has been arranged between the stator teeth SZ, a gap or space between the stator teeth SZ and the cooling channel KK is cast with an electrically insulating potting material, so that an increased thermal connection of the cooling channel KK to the stator teeth SZ is provided.

Denkbar ist jedoch auch, dass der metallische Kühlkanal KK beschichtungsfrei ausgebildet ist und zwischen die Statorzähne SZ eingelegt wird. Im Anschluss wird der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den Statorzähnen SZ und dem Kühlkanal KK mit dem elektrisch isolierenden Vergussmaterial vergossen, wodurch eine erhöhte thermische Anbindung zwischen dem Kühlkanal KK und den Statorzähnen SZ ermöglicht wird.However, it is also conceivable that the metallic cooling channel KK is designed to be coating-free and is inserted between the stator teeth SZ. The gap or space between the stator teeth SZ and the cooling channel KK is then cast with the electrically insulating potting material, which enables an increased thermal connection between the cooling channel KK and the stator teeth SZ.

In 2 ist eine Detailansicht des Stators ST im Bereich des schleifenförmig ausgebildeten Kühlkanals KK gezeigt. Der Kühlkanal KK weist einen Einlass EL, über den das Kühlmedium in den Kühlkanal KK eintreten kann, und einen Auslass AL, über den das Kühlmedium aus dem Kühlkanal KK austreten kann. Das Kühlmedium ist vorzugsweise ein Fluid, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch.In 2 a detailed view of the stator ST is shown in the area of the loop-shaped cooling channel KK. The cooling channel KK has an inlet EL, via which the cooling medium can enter the cooling channel KK, and an outlet AL, via which the cooling medium can exit the cooling channel KK. The cooling medium is preferably a fluid, in particular a water-glycol mixture.

3 zeigt eine Detailansicht des Kühlkanals KK. Der Kühlkanal KK weist eine Breite b auf, die um das Siebenfache größer ist als eine Dicke d des Kühlkanals KK. Mit anderen Worten ist der Kühlkanal KK bezogen auf dessen äußerer Querschnittsgeometrie vorzugsweise rechteckig und insbesondere flach ausgebildet. Auf diese Weise kann der Kühlkanal KK platzsparend in die Zwischenräume der einzelnen Statorzähne SZ angeordnet werden, wobei die Breite dann vorzugsweise in etwa der Dicke des Statorzahns SZ, bezogen auf die Längsrichtung des Zahnhalters ZH, entspricht. Auf diese Weise kann der Kühlkanal KK nicht nur platzsparend angeordnet sein, sondern zudem noch eine vergrößerte Kühlfläche aufweisen, wodurch die Kühlleistung des Stators ST und somit auch die Performance der Axialflussmaschine AFM erhöht werden kann. 3 shows a detailed view of the cooling channel KK. The cooling channel KK has a width b that is seven times larger than a thickness d of the cooling channel KK. In other words, the cooling channel KK is preferably rectangular and in particular flat in relation to its outer cross-sectional geometry. In this way, the cooling channel KK can be arranged in the spaces between the individual stator teeth SZ to save space, the width then preferably corresponding approximately to the thickness of the stator tooth SZ, based on the longitudinal direction of the tooth holder ZH. In this way, the cooling channel KK can not only be arranged to save space, but also have an enlarged cooling surface, whereby the cooling capacity of the stator ST and thus also the performance of the axial flux machine AFM can be increased.

Der Kühlkanal KK weist wenigstens eine in Längsrichtung des Kühlkanals KK verlaufende innere Versteifungsrippe VR auf. Durch die Versteifungsrippe VR kann die strukturelle Steifigkeit des Kühlkanals KK erhöht werden. Zudem kann die Formtreue des Kühlkanals KK in einem Biege- und/oder Umlenkbereich ULB des Kühlkanals KK erhöht sein, um einen ausreichenden und definierten Abstand zwischen den zwei zueinander parallel verlaufenden Seiten des Kühlkanals KK sicherzustellen. Somit wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums im Biege- und/oder Umlenkbereich ULB nicht oder nicht nennenswert reduziert. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Kühlleistung der Axialflussmaschine AFM aus.The cooling channel KK has at least one inner stiffening rib VR running in the longitudinal direction of the cooling channel KK. The stiffening rib VR can increase the structural rigidity of the cooling channel KK. In addition, the shape accuracy of the cooling channel KK can be increased in a bending and/or deflection area ULB of the cooling channel KK in order to ensure a sufficient and defined distance between the two mutually parallel sides of the cooling channel KK. The flow velocity of the cooling medium in the bending and/or deflection area ULB is therefore not reduced or not significantly reduced. This has an advantageous effect on the cooling performance of the AFM axial flow machine.

Durch die inneren Versteifungsrippe VR bzw. die Mehrzahl der inneren Versteifungsrippen VR werden mehrere voneinander fluidtechnisch getrennte Volumina im Kühlkanal KK ausbildet. Diese können entweder in der gleichen Richtung durchströmt werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die über die innenliegende Versteifungsrippe VR getrennten Volumina gegenläufig mit dem Kühlmedium durchströmt werden. Somit kann eine gleichmäßigere Kühlung innerhalb des Stators ST erzielt werden, wodurch thermische Spannungen in der Axialflussmaschine AFM reduziert werden können.The inner stiffening rib VR or the majority of the inner stiffening ribs VR form a plurality of fluidically separated volumes in the cooling channel KK. These can either be flowed through in the same direction. However, it is also conceivable that the volumes separated by the internal stiffening rib VR are flowed through in opposite directions with the cooling medium. This means that more uniform cooling can be achieved within the stator ST, whereby thermal stresses in the axial flux machine AFM can be reduced.

In 4 ist ein Kraftfahrzeug KFZ mit der Axialflussmaschine AFM gezeigt. Das Kraftfahrzeug KFZ ist ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug KFZ. Die Axialflussmaschine AFM sitzt im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs KFZ. Sie ist dazu eingerichtet, das Kraftfahrzeug KFZ zumindest teilweise elektrisch anzugreiben.In 4 A motor vehicle is shown with the axial flow machine AFM. The motor vehicle is an at least partially electrically powered motor vehicle. The axial flow machine AFM is located in the drive train of the motor vehicle. It is designed to at least partially power the motor vehicle electrically.

Claims

Axial flux machine (AFM) for an at least partially electrically driven motor vehicle (motor vehicle), comprising a circular ring-shaped tooth holder (ZH), a plurality of stator teeth (SZ) arranged in and/or on the tooth holder (ZH), the stator teeth (SZ) being in Circumferential direction of the tooth holder (ZH) are arranged next to one another and spaced apart from one another, a cooling channel (KK) which is arranged in a loop between the stator teeth (SZ), so that the cooling channel (KK) is positioned in a radial direction at every second stator tooth (SZ). is guided along the inwardly directed inside (IS), and with a stator tooth (SZ) lying in between, on a radial direction the outside facing outside (AS).

Axial flow machine Claim 1 , characterized in that a width b of the cooling channel (KK) is at least three times larger than a thickness of the cooling channel (KK).

Axial flow machine according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (KK) has at least one stiffening rib (VR) running in the longitudinal direction of the cooling channel (KK).

Axial flow machine Claim 3 , characterized in that the stiffening rib (VR) is formed in the interior of the cooling channel (KK).

Axial flow machine Claim 4 , characterized in that the stiffening rib (VR) forms at least two fluidically separated volumes in the cooling channel (KK).

Axial flow machine according to one of the Claims 4 until 5 , characterized in that a plurality of spaced apart stiffening ribs (VR) is formed in the cooling channel (KK).

Axial flow machine according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (KK) is made of a metal and/or a plastic.

Axial flux machine according to one of the preceding claims, characterized in that a space between the stator tooth (SZ) and the cooling channel (KK) is cast with an electrically insulating potting material.

Axial flux machine according to one of the preceding claims, characterized in that a width b of the cooling channel (KK) in the axial direction of the tooth holder (ZH) is greater than 60% of a width of the stator tooth, based on the axial direction of the tooth holder (ZH), where the borders are included.

Axial flow machine according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that a width b of the cooling channel (KK) in the axial direction of the tooth holder (ZH) is less than 50% of a width of the stator tooth (SZ), based on the axial direction of the tooth holder (ZH), the limits being with are included.

Axial flow machine Claim 10 , characterized in that a second cooling channel is provided, the course of which is arranged offset from the cooling channel (KK) by a stator tooth (SZ) in the circumferential direction of the stator tooth (SZ).

Axial flow machine according to one of the Claims 10 or 11 , characterized in that the cooling channel (KK) and the second cooling channel are fluidly coupled to one another.

Motor vehicle (KFZ) with an axial flow machine (AFM) according to one of the preceding claims.