EP4324073A1 - Elektrische axialflussmaschine - Google Patents

Elektrische axialflussmaschine

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EP4324073A1
EP4324073A1 EP22716327.6A EP22716327A EP4324073A1 EP 4324073 A1 EP4324073 A1 EP 4324073A1 EP 22716327 A EP22716327 A EP 22716327A EP 4324073 A1 EP4324073 A1 EP 4324073A1
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EP
European Patent Office
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rotor
shaped stator
annular disk
stator body
shaped
Prior art date
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Pending
Application number
EP22716327.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Glueck
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4324073A1 publication Critical patent/EP4324073A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
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    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the present invention relates to an electrical axial flux machine, comprising a stator and a rotor, the rotor having a rotor shaft, in particular in the form of a hollow shaft, with at least one first disk-shaped rotor body arranged on the rotor shaft in a rotationally and non-displaceably fixed manner, with the stator having a first ring-shaped disk stator body and a second annular disk-shaped stator body, which are arranged coaxially to one another and to the rotor shaft and are spaced apart axially with the rotor being arranged in between, and a first air gap between the first annular disk-shaped stator body and the rotor spaced apart in the axial direction and between the second annular disk-shaped stator body and the rotor is formed with a second air gap, the rotor having a plurality of receiving slots distributed equidistantly over the circumference and running radially through the rotor body, in each of which a rotor magnet is fixed, where
  • An axial flux machine is a dynamo-electric machine in which the magnetic flux between the rotor and stator runs parallel to the axis of rotation of the rotor. Often, both the stator and the rotor are largely disc-shaped. Axial flow machines are particularly advantageous when the space available axially is limited in a given application. This is often the case, for example, with electric drive systems for electric vehicles.
  • an axial flux machine comprises at least one stator, which has windings for generating the axially aligned magnetic field. At least one rotor is fitted with permanent magnets, for example, whose magnetic field interacts with the magnetic field of the stator windings to generate a drive torque via an air gap.
  • a stator for an axial flow machine is known, which is designed in the form of a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the PCB is designed as a multilayer board, i.e. it comprises several layers with conductor tracks on top of each other. This allows the windings of a coil to be distributed over these multiple layers. It is also known from the document that one turn of a winding can extend over several layers of the multilayer circuit board.
  • Such axial flow machines are also used, for example, in unmanned drones. Due to the design of such axial flow machines, part of the magnetic field can also escape at the circumference of the rotor and then generates eddy currents in the motor housing. These lead to increased engine losses, which is regularly undesirable.
  • an electrical axial flux machine comprising a stator and a rotor, the rotor having a rotor shaft which is in particular formed as a hollow shaft and having at least one first rotor body which is designed in the shape of a disk and is arranged on the rotor shaft in a rotationally and non-displaceably fixed manner, the stator having a first annular disc-shaped stator body and a second annular disc-shaped stator body, which are arranged coaxially to each other and to the rotor shaft and axially to each other with the rotor being interposed are spaced apart 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 and a second air gap is formed between the second annular disk-shaped stator body and the rotor, the rotor having a plurality of equidistantly distributed, radially through has receiving slots running along the rotor body, in each of which a rotor
  • the motor housing which encloses the two stator bodies and sweeps over the rotor area, is provided with circumferential openings in the rotor area, which are preferably designed as axially extending slots.
  • the openings can be formed in the motor housing without major changes to the housing dimensions and at low cost. This also applies in particular when the motor housing is advantageously designed as a deep-drawn part.
  • the magnetic flux in an electrical axial flux machine according to the invention is directed in the air gap between the stator and rotor axially to a direction of rotation of the rotor of the axial flux machine.
  • 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 flow machine according to the invention can in particular be configured as an I type.
  • a plurality of rotor-stator configurations 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.
  • the rotor-stator configuration of the H-type and/or the I-type are of essentially identical design, 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.
  • the rotor of an electrical axial flow machine can preferably be designed as a laminated rotor, at least in part.
  • a laminated rotor is formed in layers in the axial direction.
  • the rotor of an axial flow machine can alternatively also have a rotor carrier or rotor body, which is equipped with magnetic sheets and/or SMC material and is equipped with magnetic elements designed as permanent magnets.
  • 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, has a receiving space for accommodating the magnetic elements and the Flow guide elements of the rotor forms.
  • the magnetic elements can be arranged or placed on the rotor carrier.
  • 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, designed as a permanent magnet, of a rotor of an axial flux machine interacts with a rotating magnetic field which is generated by the stator winding coils, which are generally subjected to a three-phase current.
  • 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 rotationally test manner.
  • 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).
  • the first annular disk-shaped stator body and/or the second annular disk-shaped stator body are configured as a printed circuit board, in particular as a printed circuit, so that the stator body is particularly compact and inexpensive to produce.
  • the printed circuit board is preferably a multilayer printed circuit board with several 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 motor housing is formed from a first ring disk and a second ring disk, which are connected to one another in a form-fitting and/or cohesive manner by means of connecting webs extending in the axial direction.
  • a further possible embodiment is therefore the design of the motor housing as a multi-part motor housing in which the stators are each seated in electrically insulating housing parts and the connecting webs which connect the two housing parts.
  • the connecting webs can, for example, be connected to the washers in the form of needles in a material, form-fitting and/or non-positive manner. As a result, a current flow along the outer edge of the openings in the solid material can be prevented.
  • At least one of the ring disks is/are formed from one of the stator bodies designed as printed circuit boards, which enables a particularly compact design of the axial flow machine with a high level of component integration .
  • the openings in the lateral surface of the motor housing completely sweep over the rotor body in its axial extent.
  • a further possible improvement can thus be achieved in that the slot-like openings, for example, are significantly lengthened in the axial direction and extend beyond the stators in the axial direction in order to reduce eddy currents that run through the solid material of the motor housing at the outer edges of the openings .
  • the openings in the lateral surface of the motor housing at least partially, preferably completely, sweep over the first annular disk-shaped stator body and/or the second annular disk-shaped stator body in the axial direction.
  • first annular disk-shaped stator body and/or the second annular disk-shaped stator body is/are received in the motor housing in a rotationally fixed manner and is connected thereto, so that separate spacer elements between the stators can be dispensed with .
  • the openings have an essentially rectangular contour whose axial extent is greater than their circumferential extent, which has turned out to be a good compromise between structural stability of the motor housing and the reduction of eddy currents.
  • the motor housing made of a metallic Material and / or ceramic and / or a plastic and / or is formed from a composite material.
  • the invention can also be advantageously implemented such that the housing is a needle bearing cage, which is configured in particular as a pocket cage and is intended for use in a needle roller bearing. This makes it possible to use an already existing component, which is manufactured in large numbers, as a result of which the manufacturing costs of the axial flow machine can be further optimized.
  • FIG. 1 shows an axial flow machine in a perspective exploded view
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an axial flow machine in a perspective view, a side view and an axial sectional view
  • Figure 3 shows a second embodiment of an axial flow machine in a perspective view
  • FIG. 4 shows a third embodiment of an axial flow machine in a perspective view.
  • Figure 1 shows an electrical axial flux machine 1, comprising a stator 2 and a rotor 3, the rotor 3 having a rotor shaft 30, in particular designed as a hollow shaft, with a first rotor body 31, which is designed in the shape of a disk and is arranged on the rotor shaft 30 in a rotationally and non-displaceably fixed manner.
  • the stator 2 has a first ring-shaped stator body 21 and a second ring-shaped stator body 22, which are coaxial with each other and to the Rotor shaft 30 are arranged and spaced apart axially with the interposition of the rotor 3 vonei Nander.
  • the rotor 3 has a plurality of receiving slots 32 distributed equidistantly over the circumference and running radially through the rotor body 31, in each of which a rotor magnet 33 is fixed.
  • the axial flow machine 1 also includes a cylindrical motor housing 4 that encloses the first annular disc-shaped stator body 21 , the rotor 3 and the second annular disc-shaped stator body 22 in the axial direction.
  • the cylindrical ring-shaped motor housing 4 has in its lateral surface 41 a number of openings 42 distributed over the circumference, which is not shown in the illustration in FIG. 1, but can be seen from the corresponding illustrations in FIG.
  • the openings 42 in the lateral surface 41 of the motor housing 4 completely sweep over the rotor body 31 in its axial extent.
  • the openings 42 have an essentially rectangular contour whose axial extent is greater than their circumferential extent.
  • the motor housing 4 is formed from a metallic material.
  • the motor housing 4 shown in FIG. 2 can in particular also be a needle bearing cage, which is configured in particular as a pocket cage and is intended for use in a needle roller bearing.
  • the first annular disk-shaped stator body 21 and the second annular disk-shaped stator body 22 are formed as a printed circuit board, in particular as a printed circuit, out, which is sometimes referred to as a PCB (Printed Circuit Board).
  • PCB Print Circuit Board
  • FIG 3 an embodiment of the axial flow machine is shown, in which the openings 42 in the lateral surface 41 of the motor housing 4 the first annular disk-shaped stator body 21 and the second annular disk-shaped stator body 22 completely sweep in the axial direction.
  • the first annular disk-shaped stator body 21 and the second annular disk-shaped stator body 22 are rotatably accommodated in the motor housing 4 and connected to it.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the axial flow machine in which the motor housing 4 is formed from a first annular disk 43 and a second annular disk 44, which are connected to one another in a form-fitting and/or cohesive manner by connecting webs 45 extending in the axial direction.
  • the annular disks 43, 44 have receptacles for the connecting webs 45 which are arranged equidistantly in the circumferential direction and into which the connecting webs 45 can be inserted, in particular with a positive and/or non-positive fit.
  • the connecting webs 45 can be formed from the same mate rial as the washers 43,44 or be different from this.
  • At least one of the ring disks 43, 44 can also be formed from one of the stator bodies 21, 22 designed as printed circuit boards.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine (1), umfassend einen Stator (2), und einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle (30) mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle (30) dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper (31) aufweist, wobei der Stator (2) einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle (30) angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors (3) voneinander beabstandet sind und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und dem Rotor (3) in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) und dem Rotor (3) ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor (3) eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper (31) verlaufender Aufnahmeschlitze (32) aufweist, in denen jeweils ein Rotormagnet (33) fixiert ist, wobei die Axialflussmaschine (1) des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse (4) aufweist, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21), den Rotor (3) sowie den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) einfasst wobei das zylinderringförmige Motorgehäuse (4) in seiner Mantelfläche (41) eine Mehrzahl von über den Umfang verteilte Öffnungen (42) aufweist.

Description

Elektrische Axialflussmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator, und einen Rotor, wobei der Rotor eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkör per und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwi schen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper verlaufender Aufnahmeschlitze auf weist, in denen jeweils ein Rotormagnet fixiert ist, wobei die Axialflussmaschine des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse aufweist, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper, den Rotor sowie den zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper einfasst.
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 aus gebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach bei elektrischen Antriebsystemen für Elektrofahr zeuge der Fall.
Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussma schine in ihrer vergleichsweise hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gege benen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt. In der Regel umfasst eine Axialflussmaschine mindestens einen Stator, der Wick lungen zur Erzeugung des axial ausgerichteten magnetischen Feldes aufweist. Min destens ein Rotor ist beispielsweise mit Permanentmagneten bestückt, deren mag netisches Feld in Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld der Statorwicklun gen über einen Luftspalt ein Antriebsmoment erzeugt.
Um eine besonders kompakt bauende und hochintegrierte Axialflussmaschine zu realisieren ist es des Weiteren bekannt, die Statoren als gedruckte Schaltungen auszubilden. Aus der EP 2863524 A1 ist beispielsweise ein Stator für eine Axial flussmaschine bekannt, der in Form eines Printed Circuit Boards (PCB) ausgebildet ist. Die PCB ist als Multilayerplatine ausgeführt, d.h. sie umfasst mehrere aufeinan derliegende Layer mit Leiterbahnen. Hierdurch können die Wicklungen einer Spule auf diese mehreren Layer verteilt werden. Aus der Schrift ist ebenfalls bekannt, dass sich eine Windung einer Wicklung auf mehrere Lagen der Multilayer-Platine erstrecken kann.
Derartige Axialflussmaschinen kommen beispielsweise auch bei unbemannten Drohnen zum Einsatz. Konstruktionsbedingt kann bei derartigen Axialflussmaschi nen ein Teil des Magnetfeldes auch am Umfang des Rotors austreten und erzeugt dann im Motorgehäuse Wirbelströme. Diese führen zu erhöhten Motorverlusten, was regelmäßig unerwünscht ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Axialflussmaschine be reitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermindert oder vollständig vermeidet und eine Axialflussmaschine mit verbessertem Wir kungsgrad unter Beibehaltung einer kompakten Bauform bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator, und einen Rotor, wobei der Rotor eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkör per und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwi schen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper verlaufender Aufnahmeschlitze auf weist, in denen jeweils ein Rotormagnet fixiert ist, wobei die Axialflussmaschine des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse aufweist, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper, den Rotor sowie den zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper einfasst, wobei das zylinderringförmige Motorge häuse in seiner Mantelfläche eine Mehrzahl von über den Umfang verteilte Öffnun gen aufweist.
Erfindungsgemäß wird das Motorgehäuse, das die beiden Statorkörper umhaust und den Rotorbereich überstreicht, im Rotorbereich umlaufend mit Öffnungen ver sehen, welche bevorzugt als axial verlaufenden Schlitze ausgestaltet sind. Dadurch können umlaufende bzw. wandernde Wirbelströme weitestgehend unterdrückt und so der Wirkungsgrad der Axialflussmaschine optimiert werden. Das Ausbilden der Öffnungen in dem Motorgehäusesind ohne größere Änderungen an den Gehäuse abmessungen und kostengünstig möglich. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn das Motorgehäuse in vorteilhafter Weise als Tiefziehteil ausgeführt wird.
Der magnetische Fluss in einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussma schine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotations richtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Ty pen 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 Roto ren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Die er findungsgemäße Axialflussmaschine kann insbesondere als I-Typ konfiguriert . Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurati- onen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfi- gurationen 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.
Der Rotor einer elektrischen Axialflussmaschine kann bevorzugt zumindest in Tei len als geblechter Rotor ausgebildet sein. Ein geblechter Rotor ist in axialer Rich tung geschichtet ausgebildet. Der Rotor einer Axialflussmaschine kann alternativ auch einen Rotorträger bzw. Rotorkörper aufweisen, der entsprechend mit Magnet blechen und/oder SMC-Material und mit als Permanentmagneten ausgebildeten Magnetelementen bestückt ausgebildet ist.
Ein Rotorkörper weist in bevorzugter Weise ein Innenteil, über das der Rotor dreh fest mit einer Welle verbindbar ist, und ein Außenteil auf, das den Rotor in radialer Richtung nach außen begrenzt. Der Rotorkörper kann zwischen Innenteil und Au ßenteil mit mehreren Rotorstreben ausgebildet sein, über das das Innenteil und das Außenteil miteinander verbunden sind und welches gemeinsam mit der radialen Au ßenfläche des Innenteils und der radialen Innenfläche des Außenteils einen Aufnah meraum für die Aufnahme der Magnetelemente und der Flussleitelemente des Ro tors bildet. Alternativ zu dem Aufnahmeraum können die Magnetelemente auf dem Rotorträger angeordnet bzw. aufgesetzt sein.
Ein Magnetelement kann als Permanentmagnet in Form eines Stabmagneten oder in Form kleinerer als Klötze ausgebildeter Magnetblöcke gebildet sein. Die Magne telemente sind in der Regel in, an oder auf einem Rotorträger angeordnet. Das als Permanentmagnet ausgebildete Magnetelement eines Rotors einer Axialflussma schine steht in Wechselwirkung mit einem rotierenden Magnetfeld welches durch die in der Regel mit einem Drehstrom beaufschlagten Statorwicklungspulen erzeugt ist. Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine be zeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehtest gekoppelt ist.
Der Stator einer elektrischen Axialflussmaschine weist bevorzugt einen Statorkörper mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen auf. Der Stator körper 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 ver- presstem weichmagnetischem Material, wie dem sogenannten SMC-Material (Soft Magnetic Compound) gebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste ringscheibenförmige Statorkörper und/oder der zweite ringscheibenförmi gen Statorkörper als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schaltung, ausgebil det sind, wodurch der Statorkörper besonders kompakt und kostengünstig herstell bar ist. Die Leiterplatte ist bevorzugt eine Multilayer-Platine mit mehreren Kupferla gen, über die sich die Statorwicklungen erstrecken. Eine weitere mögliche Ausfüh rungsform ist die Ausführung des Statorkörpers als Sandwich mehrerer Multilayer- Platinen.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Motorgehäuse aus einer ersten Ringscheibe und einer zweiten Ringscheibe gebildet ist, welche durch sich in axialer Richtung erstre ckende Verbindungsstege formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander ver bunden sind. Eine weitere mögliche Ausführungsform ist somit die Ausführung des Motorgehäuses als mehrteiliges Motorgehäuse, bei dem die Statoren jeweils in elektrisch isolierenden Gehäuseteilen sitzen und die Verbindungsstege, die die bei den Gehäuseteile verbinden. Die Verbindungsstege können beispielsweise als Na deln Stoff-, form und/oder kraftschlüssig mit den Ringescheiben verbunden sein. Dadurch kann ein Stromfluss entlang der Außenkante der Öffnungen im Vollmate rial unterbunden werden. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung vorgesehen sein, dass das wenigstens eine der Ringscheiben, aus einer der als Leiterplatten ausgebildeten Statorkörper, gebildet ist/sind, wodurch eine beson ders kompakte Ausbildung der Axialflussmaschine mit einer hohen Komponentenin tegration ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Öffnungen in der Mantelfläche des Motorgehäu ses den Rotorkörper in seiner axialen Erstreckung vollständig überstreichen. Eine weitere mögliche Verbesserung kann somit erreicht werden, indem die beispiels weise schlitzartigen Öffnungen in axialer Richtung deutlich verlängert werden und in axialer Richtung über die Statoren hinaus reichen, um Wirbelströme, die an den Au ßenkanten der Öffnungen durch das Vollmaterial des Motorgehäuses verlaufen, zu reduzieren. Daher ist es insbesondere zu bevorzugen, dass die Öffnungen in der Mantelfläche des Motorgehäuses den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und/oder den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper in axialer Richtung zumin dest abschnittsweise, bevorzugt vollständig überstreichen.
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 aufge nommen und mit diesem verbunden sind/ist, so dass auf gesonderte Abstandsele mente zwischen den Statoren verzichtet werden kann.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Öffnungen eine im Wesentlichen rechteckförmige Kontur besitzen, deren axiale Erstreckung größer ist als ihre umfängliche Erstreckung, was sich als ein guter Kompromiss aus struktureller Stabilität des Motorgehäuses und der Reduktion von Wirbelströmen herausgestellt hat.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstan des kann vorgesehen sein, dass das Motorgehäuse aus einem metallischen Material und/oder Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Verbund material geformt ist.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Gehäuse ein Nadellagerkäfig ist, welches insbesondere als Ta schenkäfig konfiguriert und zur Verwendung in einem Nadelwälzlager vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, auf ein bereits existierendes Bauteil, welches in hohen Stückzahlen gefertigt wird, zurückzugreifen, wodurch die Herstellkosten der Axial flussmaschine weiter optimierbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allge meinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine Axialflussmaschine in einer perspektivischen Explosionsdarstel lung,
Figur 2 eine erste ausführungsform einer Axialflussmaschine in einer perspekti vischen Ansicht, einer Seitenansicht sowie einer Axialschnittansicht,
Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Axialflussmaschine in einer per spektivischen Ansicht, und
Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Axialflussmaschine in einer perspekti vischen Ansicht.
Die Figur 1 zeigt eine elektrische Axialflussmaschine 1 , umfassend einen Stator 2, und einen Rotor 3, wobei der Rotor 3 eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle 30 mit einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle 30 dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper 31 aufweist. Der Stator 2 besitzt einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und einen zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper 22, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle 30 angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors 3 vonei nander beabstandet sind.
Zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und dem Rotor 3 ist in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper 22 und dem Rotor 3 ein zweiter Luftspalt ausgebil det. 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.
Die Axialflussmaschine 1 umfasst des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorge häuse 4, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 , den Rotor 3 sowie den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22 einfasst.
Das zylinderringförmige Motorgehäuse 4 weist in seiner Mantelfläche 41 eine Mehr zahl von über den Umfang verteilte Öffnungen 42 auf, was in der Darstellung der Fi gur 1 nicht gezeigt ist, jedoch aus den entsprechenden Abbildungen der Figur 2 er sichtlich wird. Die Öffnungen 42 in der Mantelfläche 41 des Motorgehäuses 4 über streichen den Rotorkörper 31 in seiner axialen Erstreckung vollständig. Die Öffnun gen 42 besitzen eine im Wesentlichen rechteckförmige Kontur, deren axiale Erstre ckung größer ist als ihre umfängliche Erstreckung. Das Motorgehäuse 4 ist aus ei nem metallischen Material geformt.
Das in der Figur 2 gezeigte Motorgehäuse 4 kann insbesondere auch ein Nadella gerkäfig sein, welches insbesondere als Taschenkäfig konfiguriert und zur Verwen dung in einem Nadelwälzlager vorgesehen ist.
Der erste ringscheibenförmige Statorkörper 21 und der zweite ringscheibenförmige Statorkörper 22 sind als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schaltung, ausge bildet, was gelegentlich als PCB (Printed Circuit Board) bezeichnet wird.
In der Figur 3 ist eine Ausführungsform der Axialflussmaschine gezeigt, bei der die Öffnungen 42 in der Mantelfläche 41 des Motorgehäuses 4 den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22 in axialer Richtung vollständig überstreichen. Der erste ringschei benförmige Statorkörper 21 und der zweite ringscheibenförmigen Statorkörper 22 sind hierbei drehfest in dem Motorgehäuse 4 aufgenommen und mit diesem verbun den.
In der Figur 4 ist eine Ausführungsform der Axialflussmaschine widergegeben, bei der das Motorgehäuse 4 aus einer ersten Ringscheibe 43 und einer zweiten Ring scheibe 44 gebildet ist, welche durch sich in axialer Richtung erstreckende Verbin dungsstege 45 formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen die Ringscheiben 43,44 in Um fangsrichtung äquidistant angeordnete Aufnahmen für die Verbindungsstege 45, in welche die Verbindungsstege 45 eingesetzt werden können, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig. Die Verbindungsstege 45 können aus dem gleichen Mate rial wie die Ringscheiben 43,44 gebildet sein oder von diesem verschieden sein. Wenigstens eine der Ringscheiben 43,44 kann auch aus einem der als Leiterplatten ausgebildeten Statorkörpern 21 ,22 gebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen be schränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verste hen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfin dung 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 gleich artiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste
1 Axialflussmaschine
2 Stator 3 Rotor
4 Motorgehäuse
21 Statorkörper
22 Statorkörper
30 Rotorwelle
31 Rotorkörper
32 Aufnahmeschlitze
33 Rotormagnet
41 Mantelfläche
42 Öffnungen
43 Ringscheibe
44 Ringscheibe 45 Verbindungsstege

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Axialflussmaschine (1 ), umfassend
• einen Stator (2), und
• einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle (30) mit zumindest einem ersten scheibenför mig ausgebildeten, auf der Rotorwelle (30) dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper (31) aufweist, wobei
• der Stator (2) einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21 ) und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle (30) angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors (3) voneinander be- abstandet sind und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und dem Rotor (3) in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) und dem Rotor (3) ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor (3) eine Mehrzahl von äquidistant über den Um fang verteilten, radial durch den Rotorkörper (31) verlaufenden Auf nahmeschlitze (32) aufweist, in denen jeweils ein Rotormagnet (33) fixiert ist, wobei die Axialflussmaschine (1) des Weiteren
• ein zylinderringförmiges Motorgehäuse (4) aufweist, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21), den Ro tor (3) sowie den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) ein fasst dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderringförmige Motorgehäuse (4) in seiner Mantelfläche (41) eine Mehr zahl von über den Umfang verteilten Öffnungen (42) aufweist.
2. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste ringscheibenförmige Statorkörper (21 ) und/oder der zweite ringschei benförmige Statorkörper (22) als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schal tung, ausgebildet sind.
3. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (4) aus einer ersten Ringscheibe (43) und einer zweiten Ringscheibe (44) gebildet ist, welche durch sich in axialer Richtung erstreckende Verbindungsstege (45) formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander ver bunden sind.
4. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Ringscheiben (43,44) aus einer der als Leiterplatte ausge bildeten Statorkörper (21 ,22) gebildet ist/sind.
5. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in der Mantelfläche (41 ) des Motorgehäuses (4) den Rotor körper (31 ) in seiner axialen Erstreckung vollständig überstreichen.
6. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in der Mantelfläche (41 ) des Motorgehäuses (4) den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper (21) und/oder den zweiten ringscheibenför migen Statorkörper (22) in axialer Richtung zumindest abschnittsweise, bevor zugt vollständig überstreichen.
7. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste ringscheibenförmige Statorkörper (21) und/oder der zweite ringschei benförmigen Statorkörper (22) drehfest in dem Motorgehäuse (4) aufgenommen und mit diesem verbunden sind/ist.
8. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) eine im Wesentlichen rechteckförmige Kontur besitzen, de ren axiale Erstreckung größer ist als ihre umfängliche Erstreckung.
9. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (4) aus einem metallischen Material und/oder Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Verbundmaterial geformt ist.
10. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (4) ein Nadellagerkäfig ist, welcher insbesondere als Ta schenkäfig konfiguriert und zur Verwendung in einem Nadelwälzlager vorgese hen ist.
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