EP3912259A1 - Elektrischer motor - Google Patents

Elektrischer motor

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Publication number
EP3912259A1
EP3912259A1 EP19829090.0A EP19829090A EP3912259A1 EP 3912259 A1 EP3912259 A1 EP 3912259A1 EP 19829090 A EP19829090 A EP 19829090A EP 3912259 A1 EP3912259 A1 EP 3912259A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
rotor
fluid flow
rotation
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19829090.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hong Giang TO
Stefan TILLER
Maurice ANDREE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Original Assignee
GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GKN Sinter Metals Engineering GmbH filed Critical GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Publication of EP3912259A1 publication Critical patent/EP3912259A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/207—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium with openings in the casing specially adapted for ambient air
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/10—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor, the electric motor comprising at least one stator and one rotor.
  • the electric motor is an axial flux motor (AFM).
  • Electric motors generate heat during operation. If this heat is not sufficiently dissipated, the electric motor heats up, which can reduce efficiency.
  • an electric motor is to be specified which is of compact construction and which has an efficient cooling device.
  • An electric motor is proposed, at least having one
  • a rotor with at least one (preferably a plurality of) magnets and an axis of rotation and an outer peripheral surface.
  • the stator and the rotor are arranged side by side along the axis of rotation.
  • the rotor has a fluid guide structure between the axis of rotation and the outer peripheral surface.
  • the fluid guide structure has at least one surface which extends at least in a radial direction and is at least embodied at an angle to the circumferential direction or to an axial direction parallel to the axis of rotation (or to a plane arranged perpendicular to the axis of rotation).
  • a fluid flow conveyed by the fluid guide structure during operation of the motor can be conducted at least partially via the coils within the housing.
  • the rotor of the motor drive a fluid circuit, that is to say generate a fluid flow within the housing, which can be used to dissipate heat generated by the motor.
  • the coils are arranged next to one another in particular along a circumferential direction (on a common diameter).
  • the magnet is arranged along the axial direction along the coils.
  • the magnets of a plurality of magnets are arranged next to one another along a circumferential direction (on a common diameter, in particular along the axial direction in alignment with the coils).
  • the number of magnets can differ from or correspond to the number of coils.
  • the electric motor is an axial flux motor, which comprises at least one stator and one rotor, which are arranged coaxially to one another and alongside one another along an axial direction.
  • the stator of the electric motor has, in particular, a soft magnetic material, for example a so-called “soft magnetic composite” (SMC), or a combination of electrical sheets and SMC.
  • the coils of the stator include cores, which are preferably pressed and baked from a soft magnetic material.
  • the SMC material is not sintered. Rather, the temperature is controlled below a melting temperature, which is, however, sufficient for the cores to retain their geometry permanently.
  • the rotor has, in particular, permanent magnets and / or soft magnetic elements, for example in cutouts.
  • a permanent magnet synchronous or brushless DC motor, abbreviated BLDC can preferably be formed with permanent magnets, while a reluctance motor can be created as an electric motor, for example with soft magnetic elements.
  • the rotor is at least partially manufactured using sintering technology.
  • sintering technology allows complex structures, e.g. B. form fluid guide structures on the rotor.
  • stator in particular using SMC, as well as further details, also relating to a rotor, can be seen, for example, from WO 2016/066714 A1.
  • the electric motor has in particular an electrical power consumption (ie a maximum drive power) of less than 1,000 watts (nominal power), preferably less than 500 watts, particularly preferably less than 100 watts.
  • the fluid guide structure in the radial direction is arranged exclusively between the axis of rotation and the at least one magnet or the magnets.
  • the fluid guide structure extends in the radial direction exclusively over the extent of the magnet or the magnets or up to the outer peripheral surface of the rotor.
  • the rotor has an inner circumferential surface which is arranged at a distance from the axis of rotation.
  • the fluid guide structure extends between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface over at least a portion of at least 20%, preferably at least 50%, particularly preferably 100% of the extent of the rotor along the radial direction between the inner peripheral surface and the outer Circumferential surface.
  • the fluid guide structure and the at least one surface are formed by the one magnet or by at least one (in particular by the total number) of the magnets.
  • the at least one magnet or at least one of the magnets has a geometry by which the fluid guide structure is formed. The geometry of the magnet thus has at least one surface which extends at least in a radial direction and is at least designed to be inclined with respect to the circumferential direction or an axial direction parallel to the axis of rotation.
  • the fluid guide structure can be arranged on a side of the rotor facing the stator.
  • the fluid guide structure can alternatively or additionally be arranged on a side of the rotor facing away from the stator.
  • the fluid flow overflows at least part (in particular all) of the coils along the axial direction.
  • the stator between at least two coils arranged adjacent to one another has a channel which extends at least along the radial direction and via which the fluid flow can be conducted.
  • the channel extends across the coils in the radial direction.
  • the channel extends in the axial direction over the coils or at least over 80% of the extent of the coil along the axial direction.
  • the channel is designed to be permeable to the fluid flow along the axial direction towards the rotor.
  • a fluid flow can be generated by rotation of the rotor and guided in the radial direction over the channel and along the coil surface.
  • the fluid flow can be conducted through the stator in the radial direction between the axis of rotation and the plurality of coils along the axial direction.
  • the fluid flow is directed over the coils along the axial direction.
  • the fluid flow is conducted downstream (opposite the flow direction of the fluid flow) of the rotor via the coils.
  • the fluid flow is directed upstream of the rotor via the coils.
  • the fluid guide structure or the rotor is at least partially listed in the manner of a fan wheel, so that a fluid flow is driven by the rotation of the rotor, in particular (at least essentially) in the radial direction.
  • a fluid flow can be sucked in via the rotor, in particular starting from the axis of rotation, and conveyed outward via the rotor in the radial direction.
  • a fluid flow can start from the external Ren circumferential surface sucked and conveyed inward in the radial direction via the rotor.
  • the fluid guide structure is designed in such a way that at least 1%, preferably at least 5%, particularly preferably at least 10% or at least 20% of a current drive power of the motor for conveying the fluid flow is required.
  • the fluid guide structure is designed in such a way that at least 1%, preferably at least 5%, particularly preferably at least 10% or at least 20% of a nominal output of the motor is required to convey the fluid flow.
  • the current drive power can be determined from the current operating parameters of electrical current and electrical voltage.
  • the drive power of the motor required to convey the fluid flow can be determined in particular in a test facility.
  • the parameter “the drive power required to convey the fluid flow” can be used in particular to describe the execution of the fluid guide structure. In particular, this parameter can be used to describe heat dissipation caused by the fluid flow out of the housing or away from the motor (that is to say a cooling capacity which is provided by the motor itself).
  • the fluid flow is used exclusively for cooling or tempering the engine.
  • the fluid of the fluid stream is not intended for any technical application other than cooling the engine.
  • the fluid is in particular air or a gas.
  • the fluid can also be a liquid, in particular special electrically non-conductive.
  • the engine can be operated at all (planned) operating points exclusively through the self-provided cooling capacity (due to the promotion of the flow idstroms) are cooled sufficiently so that overheating of the motor can be excluded.
  • additional cooling of the motor can be provided.
  • the motor for driving z. B. used a pump.
  • the pump then conveys a medium other than the fluid of the fluid flow provided for cooling the motor.
  • the housing has an inlet and an outlet for exchanging the fluid flow.
  • at least one (preferably both) of an inlet and outlet is arranged on an end face of the housing (in particular along the axial direction in alignment with the stator and / or rotor).
  • the inlet and outlet are arranged on an identical end face of the housing.
  • the motor comprises a heat exchanger outside the housing, by means of which a fluid volume of the fluid flow circulating in the motor can be cooled.
  • the fluid of the fluid flow is conveyed in a closed circuit.
  • the fluid flow is conducted within the housing in such a way that the largest possible part of the coils or the coil surface is flowed over by the fluid flow.
  • Most of the thermal energy generated in the electric motor is generated in the coils.
  • heat can be dissipated as efficiently as possible.
  • FIG. 1 an electric motor in a perspective view in an explosion representation
  • Fig. 2 the electric motor of Figure 1 in a side view in an explosion view
  • Fig. 3 a part of a first embodiment of an engine in a per perspective view
  • Fig. 4 a part of a stator and a rotor in a perspective
  • Fig. 1 shows an electric motor 1 in a perspective view in an exploded view.
  • Fig. 2 shows the electric motor 1 of FIG. 1 in a side view in an exploded view. 1 and 2 are described together below.
  • the motor 1 designed as an axial flux motor comprises a housing 2 and a stator 3 with four coils 4 and a rotor 5 with four magnets 6 and an axis of rotation 7 and an outer circumferential surface 8 arranged therein.
  • the stator 3 and the rotor 5 are along the axis of rotation 7 arranged side by side.
  • the rotor 5 of the motor 1 drives a fluid circuit, thus generates a fluid flow 14 within the housing 2, which can be used to dissipate heat generated by the motor 1.
  • the housing 2 has an inlet 17 (aligned with the axis of rotation 7) and a (multi-part) outlet 18 for exchanging the fluid flow 14.
  • Inlet 17 and outlet 18 are arranged on an end face of the housing 2 (ie along the axial direction 12 aligned with the stator 3 and rotor 5).
  • the motor 1 comprises a heat exchanger 19, via which a fluid volume 20 of the fluid flow 14 circulating in the motor 1 can be cooled.
  • the fluid of the fluid stream 14 is conveyed in a closed circuit.
  • the fluid stream 14 is conducted within the housing 2 in such a way that the largest possible part of the coils 4 or the coil surface flows over from the fluid stream 14.
  • the fluid flow 14 enters the housing 2 via the inlet 17, flows along the axis of rotation 7 through the stator 3 to the rotor 5. Between the rotor 5 and the stator 3, the fluid flow 14 is deflected in the radial direction 10 and flows in the direction to the outer peripheral surface 8 of the rotor 5.
  • the fluid flow 14 is redirected by the housing 2 and flows along the axial direction 12 over the coils 4 and the stator 3 to the multi-part outlet 18 in the housing 2.
  • FIGS. 1 and 2 show part of a first embodiment variant of a motor 1 in a perspective view. Reference is made to the comments on FIGS. 1 and 2.
  • the stator 3 and the rotor 5 of the motor 1 are shown.
  • the rotor 5 has a fluid guide structure 9 between the axis of rotation 7 and the outer circumferential surface 8 (more precisely: and the magnets 6).
  • the fluid guide structure 9 or the rotor 5 is at least partially listed in the manner of a fan wheel, so that a fluid flow 14 is driven by the rotation of the rotor 5.
  • a fluid flow 14 can thus be sucked in via the rotor 5, in particular starting from the axis of rotation 7, and conveyed outward in the radial direction 10 via the rotor 5.
  • a fluid flow 14 can be sucked in starting from the outer circumferential surface 8 and can be conveyed inward in the radial direction 10 via the rotor 5.
  • the fluid stream 14 can here depending on the direction of rotation of the ro tor 5 along the radial direction 10 from the outer circumferential surface 8 to the axis of rotation 7 or from the axis of rotation 7 to the outer circumferential surface 8 promoted become.
  • the fluid guide structure 9 is shown more clearly in FIG. 5.
  • FIG. 4 shows a part of a stator 3 and a rotor 5 in a perspective view. Reference is made to the comments on FIGS. 1 to 3.
  • the rotor 5 is shown here transparently.
  • the fluid (partial) flows 14 are shown here as arrows.
  • the fluid flow 14 is passed through the stator 3 in the radial direction 10 between the axis of rotation 7 and the plurality of coils 4 along the radial direction 10.
  • the stator 5 between each two coils 4 arranged adjacent to one another, has a channel 16, which extends at least along the radial direction 10 and via which the fluid flow 14 can be conducted.
  • the channel 16 extends across the coils 4 in the radial direction 10.
  • the channel 16 extends in the axial direction 12 over the coils 4.
  • the channel 16 is designed to be permeable or open for the fluid flow 14 along the axial direction 12 to the rotor 5.
  • a fluid flow 14 can be generated by rotation of the rotor 5 and guided in the radial direction 10 over the channel 16 and along the coil surface.
  • the rotor 5 shows a rotor 5 in a perspective view.
  • the rotor 5 has a fluid guide structure between the axis of rotation 7 and the outer circumferential surface 8
  • the fluid guide structure 9 has, between the axis of rotation 7 and the magnets 6, an incline which extends at least in the radial direction 10 and is thereby inclined relative to the circumferential direction 11 and an axial direction 12 parallel to the axis of rotation 7 (or to a plane arranged perpendicular to the axis of rotation 7) - te surface 13.
  • the fluid guide structure 9 has in the area of the magnets 6 a surface 13 extending in the radial direction 10 and thereby inclined with respect to the circumferential direction 11 (and parallel with respect to the axial direction 12).
  • the magnets 6 are also designed in the form of a fan wheel.
  • the fluid guide structures 9 and the surfaces 13 are (at least) formed by the magnets 6.
  • the magnets 6 have a geometry by which the fluid guide structure 9 is formed.
  • FIGS. 1 to 5 show part of a second embodiment variant of a motor 1 in a perspective view.
  • the stator 3 and the rotor 5 of the motor 1 are shown. Reference is made to the comments on FIGS. 1 to 5.
  • a fluid guide structure 9 is arranged on a side 15 of the rotor 5 facing away from the stator 3.
  • the fluid guide structure 9 has in the area of the magnets 6 a surface 13 extending in the radial direction 10 and thereby inclined with respect to the circumferential direction 11 (and parallel with respect to the axial direction 12).
  • a fluid flow 14 is conveyed outward from the axis of rotation 7 in the radial direction 10 to the outer circumferential surface 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Elektrischer Motor (1), zumindest aufweisend ein Gehäuse (2) und darin angeordnet einen Stator (3) mit zumindest einer Mehrzahl von Spulen (4) und einen Rotor (5) mit zumindest einem Magneten (6) und einer Drehachse (7) sowie einer äußeren Umfangsfläche (8); wobei der Stator (3) und der Rotor (5) entlang der Drehachse (7) nebeneinander angeordnet sind, wobei der Rotor (5) zwischen der Drehachse (7) und der äußeren Umfangsfläche (8) eine Fluidleitstruktur (9) aufweist, wobei die Fluidleitstruktur (9) zumindest eine sich zumindest in eine radiale Richtung (10) erstreckende und dabei zumindest gegenüber einer Umfangsrichtung (11) oder einer zur Drehachse (7) parallelen axialen Richtung (12) geneigt ausgeführte Oberfläche (13) aufweist, wobei ein im Betrieb des Motors (1) durch die Fluidleitstruktur (9) geförderter Fluidstrom (14) innerhalb des Gehäuses (2) zumindest teilweise über die Spulen (4) leitbar ist.

Description

Elektrischer Motor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Motor, wobei der elektrische Motor zumindest einen Stator sowie einen Rotor umfasst. Insbesondere ist der elektrische Motor ein Axialflussmotor (AFM).
Elektrische Motoren generieren im Betrieb Wärme. Wird diese Wärme nicht in ausreichendem Maße abgeführt, erhitzt sich der elektrische Motor, wodurch die Effizienz sinken kann.
Es ist bekannt, elektrische Motoren mit Kühlungen auszustatten, wobei über ein Gehäuse des Motors die Wärme an eine Umgebung oder an ein Kühlfluid abge führt wird.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest zu lindem oder gar zu lösen. Insbesondere soll ein elektrischer Motor angegeben werden, der kompakt aufgebaut ist und dabei eine effiziente Kühleinrichtung aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird ein elektrischer Motor gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen stand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln auf geführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombi nierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein elektrischer Motor vorgeschlagen, zumindest aufweisend
• ein Gehäuse und darin angeordnet • einen Stator mit zumindest einer Mehrzahl von Spulen und
• einen Rotor mit zumindest einem (bevorzugt einer Mehrzahl von) Magneten und einer Drehachse sowie einer äußeren Umfangsfläche.
Der Stator und der Rotor sind entlang der Drehachse nebeneinander angeordnet. Der Rotor weist zwischen der Drehachse und der äußeren Umfangsfläche eine Fluidleitstruktur auf. Die Fluidleitstruktur weist zumindest eine, sich zumindest in eine radiale Richtung erstreckende und dabei zumindest gegenüber der Umfangs richtung oder einer zur Drehachse parallelen axialen Richtung (oder zu einer senk recht zur Drehachse angeordneten Ebene) geneigt ausgeführte Oberfläche auf. Ein im Betrieb des Motors durch die Fluidleitstruktur geförderter Fluidstrom ist inner halb des Gehäuses zumindest teilweise über die Spulen leitbar.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Rotor des Motors einen Fluidkreislauf antreibt, also einen Fluidstrom innerhalb des Gehäuses erzeugt, der zum Abführen von durch den Motor generierter Wärme eingesetzt werden kann.
Die Spulen sind insbesondere entlang einer Umfangsrichtung (auf einem gemein samen Durchmesser) nebeneinander angeordnet. Insbesondere ist der Magnet ent lang der axialen Richtung fluchtend zu den Spulen angeordnet. Insbesondere sind die Magneten einer Mehrzahl von Magneten entlang einer Umfangsrichtung (auf einem gemeinsamen Durchmesser, insbesondere entlang der axialen Richtung fluchtend zu den Spulen) nebeneinander angeordnet. Die Anzahl der Magnete kann sich von der Anzahl der Spulen unterscheiden oder ihr entsprechen.
Insbesondere ist der elektrische Motor ein Axialflussmotor, der zumindest einen Stator und einen Rotor umfasst, die koaxial zueinander und entlang einer axialen Richtung nebeneinander angeordnet sind. Der Stator des elektrischen Motors weist insbesondere ein weichmagnetisches Material auf, zum Beispiel ein sogenanntes„Soft Magnetic Composite“ (SMC), oder eine Kombination aus Elektroblechen und SMC. Die Spulen des Stators um fassen Kerne, die bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material verpresst und verbackt hergestellt sind. Das SMC -Material wird hierbei nicht gesintert. Viel mehr erfolgt eine Temperierung auf unterhalb einer Schmelztemperatur, die je doch ausreichend ist, dass die Kerne ihre Geometrie dauerhaft bewahren.
Der Rotor weist insbesondere Permanentmagnete und/oder weichmagnetische Elemente zum Beispiel in Aussparungen auf. Bevorzugt kann mit Permanentmag neten ein permanenterregter Synchron- oder bürstenloser Gleichstrommotor, ab gekürzt BLDC, gebildet werden, während beispielsweise mit weichmagnetischen Elementen ein Reluktanzmotor als elektrischer Motor geschaffen werden kann. Insbesondere ist der Rotor zumindest teilweise sintertechnisch hergestellt. Insbe sondere lassen sich sintertechnisch sehr einfach komplexe Strukturen, z. B. Fluid- leitstrukturen an dem Rotor ausbilden.
Der Aufbau eines Stators, insbesondere unter Nutzung von SMC sowie weitere Einzelheiten, auch betreffend einen Rotor, gehen beispielsweise aus der WO 2016/066714 Al hervor.
Der elektrische Motor weist insbesondere eine elektrische Leistungsaufnahme (also eine maximale Antriebsleistung) von weniger als 1.000 Watt (Nennleistung), bevorzugt von weniger als 500 Watt, besonders bevorzugt von weniger als 100 Watt auf.
Insbesondere kann durch den Motor eine bei vorgegebenem Bauraum im Ver gleich zu bekannten Motoren größere Nennleistung bereitgestellt werden. Insbesondere ist die Fluidleitstruktur in der radialen Richtung ausschließlich zwi schen der Drehachse und dem mindestens einen Magneten bzw. den Magneten angeordnet. Alternativ erstreckt sich die Fluidleitstruktur in der radialen Richtung ausschließlich über die Erstreckung des Magneten bzw. der Magnete bzw. bis zur äußeren Umfangsfläche des Rotors.
Insbesondere weist der Rotor eine innere Umfangsfläche auf, die beabstandet von der Drehachse angeordnet ist. Insbesondere erstreckt sich die Fluidleitstruktur zwischen der inneren Umfangsfläche und der äußeren Umfangsfläche über zu mindest einen Anteil von mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 50 %, beson ders bevorzugt von 100 % der Erstreckung des Rotors entlang der radialen Rich tung zwischen der inneren Umfangsfläche und der äußeren Umfangsfläche. Insbesondere ist die Fluidleitstruktur und die zumindest eine Oberfläche (zumin dest) durch den einen Magneten oder durch zumindest einen (insbesondere durch die Gesamtzahl) der Magnete gebildet. Insbesondere weist also der mindestens eine Magnet bzw. mindestens einer der Magnete (insbesondere alle Magnete) eine Geometrie auf, durch die die Fluidleitstruktur gebildet ist. Die Geometrie des Magneten weist also zumindest eine, sich zumindest in eine radiale Richtung er streckende und dabei zumindest gegenüber der Umfangsrichtung oder einer zur Drehachse parallelen axialen Richtung geneigt ausgeführte Oberfläche auf.
Die Fluidleitstruktur kann auf einer dem Stator zugewandten Seite des Rotors an- geordnet sein.
Die Fluidleitstruktur kann alternativ oder zusätzlich auf einer von dem Stator ab gewandten Seite des Rotors angeordnet sein. Insbesondere überströmt der Fluidstrom zumindest einen Teil (insbesondere alle) der Spulen entlang der axialen Richtung.
Insbesondere weist der Stator zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten (bevorzugt zwischen allen) Spulen einen sich zumindest entlang der radialen Richtung erstreckenden Kanal auf, über den der Fluidstrom leitbar ist. Insbesondere erstreckt sich der Kanal in der radialen Richtung über die Spulen hinweg. Insbesondere erstreckt sich der Kanal in der axialen Richtung über die Spulen hinweg oder zumindest über 80 % der Erstreckung der Spule entlang der axialen Richtung.
Insbesondere ist der Kanal entlang der axialen Richtung hin zum Rotor für den Fluidstrom durchlässig ausgeführt. Insbesondere kann so ein Fluidstrom durch eine Rotation des Rotors erzeugt und in der radialen Richtung über den Kanal und entlang der Spulenoberfläche geführt werden.
Insbesondere ist der Fluidstrom in der radialen Richtung zwischen der Drehachse und der Mehrzahl von Spulen entlang der axialen Richtung durch den Stator hin durch leitbar. Insbesondere wird der Fluidstrom entlang der axialen Richtung über die Spulen geleitet. Insbesondere wird der Fluidstrom stromabwärts (gegenüber der Strömungsrichtung des Fluidstroms) des Rotors über die Spulen geleitet. Al ternativ wird der Fluidstrom stromaufwärts des Rotors über die Spulen geleitet.
Insbesondere ist die Fluidleitstruktur bzw. der Rotor zumindest teilweise nach Art eines Lüfterrades aufgeführt, so dass durch die Rotation des Rotors ein Fluidstrom angetrieben wird, insbesondere (zumindest im Wesentlichen) in der radialen Rich tung. Insbesondere kann über den Rotor, insbesondere ausgehend von der Dreh achse, ein Fluidstrom angesaugt und über den Rotor in der radialen Richtung nach außen gefördert werden. Alternativ kann ein Fluidstrom ausgehend von der äuße- ren Umfangsfläche angesaugt und über den Rotor in der radialen Richtung nach innen gefördert werden.
Insbesondere ist die Fluidleitstruktur so ausgeführt, dass mindestens 1 %, bevor zugt mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 10 % oder mindestens 20 % einer aktuellen Antriebsleistung des Motors zum Fördern des Fluidstroms er forderlich ist. Insbesondere ist die Fluidleitstruktur so ausgeführt, dass mindestens 1 %, bevorzugt mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 10 % oder min destens 20 % einer Nennleistung des Motors zum Fördern des Fluidstroms erfor derlich ist.
Die aktuelle Antriebsleistung ist aus den aktuellen Betriebsparametern elektri scher Strom und elektrische Spannung ermittelbar. Die zum Fördern des Flu idstroms erforderliche Antriebsleistung des Motors ist insbesondere in einer Ver suchsanlage ermittelbar. Der Parameter„der zum Fördern des Fluidstroms erfor derlichen Antriebsleistung“ kann insbesondere zur Beschreibung der Ausführung der Fluidleitstruktur verwendet werden. Insbesondere kann durch diesen Parame ter eine durch den Fluidstrom bewirkte Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse bzw. weg von dem Motor beschrieben werden (also eine Kühlleistung, die durch den Motor selber bereitgestellt wird).
Insbesondere wird der Fluidstrom ausschließlich zum Kühlen bzw. Temperieren des Motors eingesetzt. Insbesondere wird das Fluid des Fluidstrom für keine ande re technische Anwendung als die Kühlung des Motors vorgesehen. Das Fluid ist insbesondere Luft oder ein Gas. Das Fluid kann aber auch eine Flüssigkeit, insbe sondere elektrisch nichtleitend, sein.
Insbesondere kann der Motor in allen (vorgesehenen) Betriebspunkten ausschließ lich durch die selber bereitgestellte Kühlleistung (infolge der Förderung des Flu- idstroms) ausreichend gekühlt werden, so dass eine Überhitzung des Motors aus geschlossen werden kann.
Alternativ kann eine zusätzliche Kühlung des Motors vorgesehen sein.
Insbesondere wird der Motor zum Antrieb z. B. einer Pumpe eingesetzt. Durch die Pumpe wird dann ein anderes Medium als das Fluid des zur Kühlung des Motors vorgesehenen Fluidstroms gefördert.
Insbesondere weist das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass zum Austausch des Fluidstroms auf. Insbesondere ist zumindest einer (bevorzugt beide) von Ein lass und Auslass an einer Stirnseite des Gehäuses (also insbesondere entlang der axialen Richtung fluchtend zum Stator und/oder Rotor) angeordnet. Insbesondere sind Einlass und Auslass an einer identischen Stirnseite des Gehäuses angeordnet.
Insbesondere umfasst der Motor außerhalb des Gehäuses einen Wärmetauscher, über den ein in dem Motor umlaufendes Fluidvolumen des Fluidstroms abkühlbar ist. Insbesondere wird das Fluid des Fluidstroms in einem geschlossenen Kreislauf gefördert.
Insbesondere wird der Fluidstrom innerhalb des Gehäuses so geleitet, dass ein möglichst großer Teil der Spulen bzw. der Spulenoberfläche von dem Fluidstrom überströmt wird. In den Spulen wird insbesondere der größte Teil der in dem elektrischen Motor erzeugten Wärmeenergie erzeugt. Infolge einer Beaufschla gung der Spulen mit dem Fluidstrom, kann Wärme möglichst effizient abgeführt werden.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“,„zwei te“,„dritte“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängig keit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Elmfeld werden nachfolgend anhand der Fi guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Fi guren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinie ren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläu terungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : einen elektrischen Motor in perspektivischer Ansicht in einer Explosi onsdarstellung; Fig. 2: den elektrischen Motor nach Fig. 1 in einer Seitenansicht in einer Ex plosionsdarstellung;
Fig. 3: einen Teil einer ersten Ausführungsvariante eines Motors in einer per spektivischen Ansicht;
Fig. 4: einen Teil eines Stators und eines Rotors in einer perspektivischen
Ansicht;
Fig. 5: einen Rotor in einer perspektivischen Ansicht; und Fig. 6: einen Teil einer zweiten Ausführungsvariante eines Motors in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 1 zeigt einen elektrischen Motor 1 in perspektivischer Ansicht in einer Explo sionsdarstellung. Fig. 2 zeigt den elektrischen Motor 1 nach Fig. 1 in einer Seiten ansicht in einer Explosionsdarstellung. Die Fig. 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Der als Axialflussmotor ausgeführte Motor 1 umfasst ein Gehäuse 2 und darin angeordnet einen Stator 3 mit vier Spulen 4 und einen Rotor 5 mit vier Magneten 6 und einer Drehachse 7 sowie einer äußeren Umfangsfläche 8. Der Stator 3 und der Rotor 5 sind entlang der Drehachse 7 nebeneinander angeordnet. Der Rotor 5 des Motors 1 treibt einen Fluidkreislauf an, also erzeugt einen Flu idstrom 14 innerhalb des Gehäuses 2, der zum Abführen von durch den Motor 1 generierter Wärme eingesetzt werden kann.
Das Gehäuse 2 weist einen Einlass 17 (fluchtend zur Drehachse 7) und einen (mehrteiligen) Auslass 18 zum Austausch des Fluidstroms 14 auf. Einlass 17 und Auslass 18 sind an einer Stirnseite des Gehäuses 2 (also entlang der axialen Rich tung 12 fluchtend zum Stator 3 und Rotor 5) angeordnet.
Der Motor 1 umfasst außerhalb des Gehäuses 2 einen Wärmetauscher 19, über den ein in dem Motor 1 umlaufendes Fluidvolumen 20 des Fluidstroms 14 ab kühlbar ist. Das Fluid des Fluidstroms 14 wird in einem geschlossenen Kreislauf gefördert. Der Fluidstrom 14 wird innerhalb des Gehäuses 2 so geleitet, dass ein möglichst großer Teil der Spulen 4 bzw. der Spulenoberfläche von dem Fluidstrom 14 über strömt wird. Der Fluidstrom 14 tritt über den Einlass 17 in das Gehäuse 2 ein, strömt entlang der Drehachse 7 durch den Stator 3 hindurch bis zum Rotor 5. Zwischen Rotor 5 und Stator 3 wird der Fluidstrom 14 in die radiale Richtung 10 umgelenkt und strömt in Richtung hin zur äußeren Umfangsfläche 8 des Rotors 5. Der Fluidstrom 14 wird durch das Gehäuse 2 erneut umgelenkt und strömt entlang der axialen Richtung 12 über die Spulen 4 und den Stator 3 hinweg zum mehrteiligen Auslass 18 im Gehäuse 2.
Fig. 3 zeigt einen Teil einer ersten Ausführungsvariante eines Motors 1 in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 und 2 wird verwiesen.
Dargestellt sind der Stator 3 und der Rotor 5 des Motors 1. Der Rotor 5 weist zwi schen der Drehachse 7 und der äußeren Umfangsfläche 8 (genauer: und den Mag neten 6) eine Fluidleitstruktur 9 auf. Die Fluidleitstruktur 9 bzw. der Rotor 5 ist zumindest teilweise nach Art eines Lüfterrades aufgeführt, so dass durch die Rota- tion des Rotors 5 ein Fluidstrom 14 angetrieben wird. Damit kann über den Rotor 5, insbesondere ausgehend von der Drehachse 7, ein Fluidstrom 14 angesaugt und über den Rotor 5 in der radialen Richtung 10 nach außen gefördert werden. Alter nativ kann ein Fluidstrom 14 ausgehend von der äußeren Umfangsfläche 8 ange saugt und über den Rotor 5 in der radialen Richtung 10 nach innen gefördert wer- den.
Der Fluidstrom 14 kann hier also in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Ro tors 5 entlang der radialen Richtung 10 von der äußeren Umfangsfläche 8 hin zur Drehachse 7 oder von der Drehachse 7 hin zur äußeren Umfangsfläche 8 gefördert werden. Im Bereich der Drehachse 7 und im Bereich der äußeren Umfangsfläche
8 strömt der Fluidstrom 14 entlang der axialen Richtung 12.
Die Fluidleitstruktur 9 ist in Fig. 5 deutlicher dargestellt.
Fig. 4 zeigt einen Teil eines Stators 3 und eines Rotors 5 in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 3 wird verwiesen.
Der Rotor 5 ist hier transparent dargestellt. Die Fluid(teil-)ströme 14 sind hier als Pfeile dargestellt. Der Fluidstrom 14 wird in der radialen Richtung 10 zwischen der Drehachse 7 und der Mehrzahl von Spulen 4 entlang der radialen Richtung 10 durch den Stator 3 hindurch geleitet.
Dafür weist der Stator 5 zwischen jeweils zwei zueinander benachbart angeordne- ten Spulen 4 einen sich zumindest entlang der radialen Richtung 10 erstreckenden Kanal 16 auf, über den der Fluidstrom 14 leitbar ist. Der Kanal 16 erstreckt sich in der radialen Richtung 10 über die Spulen 4 hinweg. Der Kanal 16 erstreckt sich in der axialen Richtung 12 über die Spulen 4. Der Kanal 16 ist entlang der axialen Richtung 12 hin zum Rotor 5 für den Fluidstrom 14 durchlässig bzw. offen ausge- führt. Ein Fluidstrom 14 kann durch eine Rotation des Rotors 5 erzeugt und in der radialen Richtung 10 über den Kanal 16 und entlang der Spulenoberfläche geführt werden.
Fig. 5 zeigt einen Rotor 5 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotor 5 weist zwischen der Drehachse 7 und der äußeren Umfangsfläche 8 eine Fluidleitstruktur
9 auf. Die Fluidleitstruktur 9 weist zwischen der Drehachse 7 und den Magneten 6 eine sich zumindest in die radiale Richtung 10 erstreckende und dabei gegenüber der Umfangsrichtung 11 und einer zur Drehachse 7 parallelen axialen Richtung 12 (bzw. zu einer senkrecht zur Drehachse 7 angeordneten Ebene) geneigt ausgeführ- te Oberfläche 13 auf. Die Fluidleitstruktur 9 weist im Bereich der Magneten 6 eine sich in die radiale Richtung 10 erstreckende und dabei gegenüber der Um fangsrichtung 11 geneigt (und gegenüber der axialen Richtung 12 parallel) ausge führte Oberfläche 13 auf.
Hier sind also auch die Magnete 6 in Form eines Lüfterrades gestaltet. Damit sind die Fluidleitstrukturen 9 und die Oberflächen 13 (zumindest) durch die Magnete 6 gebildet. Die Magnete 6 weisen eine Geometrie auf, durch die die Fluidleitstruk tur 9 gebildet ist.
Fig. 6 zeigt einen Teil einer zweiten Ausführungsvariante eines Motors 1 in einer perspektivischen Ansicht. Dargestellt sind der Stator 3 und der Rotor 5 des Mo tors 1. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 5 wird verwiesen. Hier ist auf einer dem Stator 3 abgewandten Seite 15 des Rotors 5 eine Fluid leitstruktur 9 angeordnet. Die Fluidleitstruktur 9 weist im Bereich der Magneten 6 eine sich in die radiale Richtung 10 erstreckende und dabei gegenüber der Um fangsrichtung 11 geneigt (und gegenüber der axialen Richtung 12 parallel) ausge führte Oberfläche 13 auf. Infolge einer Rotation des Rotors 5 wird ein Fluidstrom 14 ausgehend von der Drehachse 7 in der radialen Richtung 10 nach außen hin zur äußeren Umfangsfläche 8 gefördert.
B ezugszei chenli ste
I Motor
2 Gehäuse
3 Stator
4 Spule
5 Rotor
6 Magnet
7 Drehachse
8 äußere Umfangsfläche
9 Fluidleitstruktur
10 radiale Ri chtung
I I Umfangsrichtung
12 axiale Richtung
13 Oberfläche
14 Fluidstrom
15 Seite
16 Kanal
17 Einlass
18 Auslass
19 Wärmetauscher
20 Fluidvolumen

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Motor (1), zumindest aufweisend ein Gehäuse (2) und darin angeordnet einen Stator (3) mit zumindest einer Mehrzahl von Spulen (4) und einen Rotor (5) mit zumindest einem Magneten (6) und einer Drehachse (7) sowie einer äußeren Umfangsfläche (8); wobei der Stator (3) und der Rotor (5) entlang der Drehachse (7) nebeneinander angeordnet sind, wobei der Rotor (5) zwischen der Drehachse (7) und der äußeren Umfangsfläche (8) eine Fluidleitstruktur (9) aufweist, wobei die Fluidleitstruktur (9) zu mindest eine sich zumindest in eine radiale Richtung (10) erstreckende und dabei zumindest gegenüber einer Umfangsrichtung (11) oder einer zur Drehachse (7) parallelen axialen Richtung (12) geneigt ausgeführte Oberflä che (13) aufweist, wobei ein im Betrieb des Motors (1) durch die Fluid- leitstruktur (9) geförderter Fluidstrom (14) innerhalb des Gehäuses (2) zu mindest teilweise über die Spulen (4) leitbar ist.
2. Motor (1) nach Patentanspruch 1, wobei die Fluidleitstruktur (9) ausschließ lich in der radialen Richtung (10) zwischen der Drehachse (7) und dem mindestens einen Magneten (6) angeordnet ist.
3. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Flu- idleitstruktur (9) und die zumindest eine Oberfläche (13) durch zumindest den einen Magneten (6) gebildet ist.
4. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Flu- idleitstruktur (9) auf einer von dem Stator (3) abgewandten Seite (15) des Rotors (5) angeordnet ist.
5. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Flu idstrom (14) zumindest einen Teil der Spulen (4) entlang der axialen Rich tung (12) überströmt.
6. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Sta tor (3) zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten Spu len (4) einen sich zumindest entlang der radialen Richtung (10) erstrecken den Kanal (16) aufweist, über den der Fluidstrom (14) leitbar ist.
7. Motor (1) nach Patentanspruch 6, wobei der Kanal (16) entlang der axialen
Richtung (12) hin zum Rotor (5) für den Fluidstrom (14) durchlässig ausge führt ist.
8. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Flu- idstrom (14) in der radialen Richtung (10) zwischen der Drehachse (7) und der Mehrzahl von Spulen (4) entlang der axialen Richtung (12) durch den Stator (3) hindurch leitbar ist.
9. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Flu- idleitstruktur (9) so ausgeführt ist, dass mindestens 1 % einer aktuellen An triebsleistung des Motors (1) zum Fördern des Fluidstroms (14) erforderlich ist.
10. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ge- häuse (2) einen Einlass (17) und einen Auslass (18) zum Austausch des Flu idstroms (14) aufweist.
11. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Mo tor (1) außerhalb des Gehäuses (2) einen Wärmetauscher (19) umfasst, über den ein in dem Motor (1) umlaufendes Fluidvolumen (20) des Fluidstroms (14) abkühlbar ist.
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