WO2023151754A1 - Axialflussmaschine, elektrischer achsantriebsstrang und kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2023151754A1
WO2023151754A1 PCT/DE2023/100083 DE2023100083W WO2023151754A1 WO 2023151754 A1 WO2023151754 A1 WO 2023151754A1 DE 2023100083 W DE2023100083 W DE 2023100083W WO 2023151754 A1 WO2023151754 A1 WO 2023151754A1
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axial flow
stator body
stator
flow machine
rotor
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PCT/DE2023/100083
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French (fr)
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Benjamin Stober
Stefan Riess
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H02K2205/09—Machines characterised by drain passages or by venting, breathing or pressure compensating means

Definitions

  • the present invention relates to an axial flux machine, comprising a rotor which is rotatably mounted relative to a stator, the stator having at least one first disc-shaped stator body and the rotor and the first stator body being arranged such that axially between the first stator body and the rotor a first, in a magnetically active gap a running in a radial plane is formed, and the stator is at least partially surrounded by a motor housing.
  • the invention also relates to an electric axle drive train and a motor vehicle.
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.
  • This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially with a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential.
  • the drive unit is very compact and allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption due to the switchable 2-speed planetary gear set.
  • Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operable drive train.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains of a hybrid vehicle include Usually a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and allow - for example in urban areas - a purely electric mode of operation with simultaneous sufficient range and availability, especially for overland journeys.
  • An axial flux machine is a dynamo-electric machine in which the magnetic flux between the rotor and stator runs parallel to the axis of rotation of the rotor. Often, both the stator and the rotor are largely disc-shaped. Axial flow machines are particularly advantageous when the space available axially is limited in a given application. This is often the case, for example, with the electric drive systems for electric or hybrid vehicles described at the outset.
  • an axial flux machine includes at least one stator that has windings for generating the axially aligned magnetic field. At least one rotor is equipped with permanent magnets, for example, whose magnetic field generates a drive torque via an air gap in interaction with the magnetic field of the stator windings.
  • an axial flux machine comprising a rotor which is mounted rotatably relative to a stator, the stator having at least one first disk-shaped stator body and the rotor and the first stator body being arranged such that axially between the first stator body and the rotor a first, magnetically active gap a running in a radial plane is formed, and the stator is surrounded at least in sections by a motor housing, with a ring-segment-shaped groove that is open towards the first stator body and extending in a radial plane being formed on the motor housing, and in the area of the ring-segment-shaped groove a
  • a plurality of cooling openings are provided in the motor housing, by means of which a cooling fluid that can be introduced into the ring-segment-shaped groove can be applied to the first stator body.
  • cooling fluid can be transferred and distributed particularly efficiently between the motor housing and the stator of the axial flow machine. Furthermore, the cooling fluid transfer and distribution by means of the ring-segment-shaped groove also allows an axially particularly compact design.
  • the configuration according to the invention allows only the housing to be adapted for different installation space situations, but the electrical machine as such can be designed identically in each case, as a result of which an installation space-specific adaptation can be correspondingly simplified and also produced more cost-effectively.
  • a cooling of the rotor of the electrical machine can also be realized by the planar cooling of a stator by the ring-segment-like groove, which further improves the cooling capacity.
  • the annular segment-shaped groove is located axially on one side of the
  • Axial flow machine and is open to the axial flow machine.
  • the axial flow machine has cooling openings that extend axially through the housing, as a result of which the cooling fluid can flow into the axial flow machine and thereby cools the first stator body of the axial flow machine.
  • a groove in the form of a ring segment can also be designed to be closed all the way round.
  • the magnetic flux in an electrical axial flux machine (AFM) according to the invention is directed axially in the magnetically effective gap between the stator and rotor to a direction of rotation of the rotor of the axial flux machine.
  • AFM electrical axial flux machine
  • the axial flow machine according to the invention can be configured as an I type.
  • I-type and/or H-type it is also possible for a plurality of rotor-stator configurations to be arranged axially next to one another as an I-type and/or H-type. It would also be possible in this context to arrange both one or more I-type rotor-stator configurations and one or more H-type rotor-stator configurations next to one another in the axial direction.
  • the rotor-stator configuration of the H-type and/or the I-type are each configured essentially identically, so that they can be assembled in a modular manner to form an overall configuration.
  • Such rotor-stator configurations can in particular be arranged coaxially to one another and can be connected to a common rotor shaft or to a plurality of rotor shafts.
  • the stator comprises at least one second disk-shaped stator body, which is arranged coaxially to the first stator body and to the rotor shaft, with one of the Rotor body is spaced from the first stator body, so that an I-configuration of an axial flux machine is realized.
  • a rotor can also have a rotor shaft.
  • a rotatably mounted shaft of an electrical machine is referred to as a rotor shaft, with which the rotor or rotor body is coupled in a torque-proof manner.
  • the rotor has a rotor shaft with at least one first rotor body which is designed in the shape of a disk and is arranged in a rotationally fixed manner on the rotor shaft, which allows cost-efficient production by dividing the rotor into magnetically active components (rotor body) and purely mechanical components (rotor shaft). .
  • this also makes it possible to design the various I and/or Fl configurations mentioned above in a particularly flexible manner.
  • the rotor of an electrical axial flow machine can preferably be designed at least in parts as a laminated rotor.
  • a laminated rotor is formed in layers in the axial direction.
  • the rotor of an axial flow machine can also have a rotor carrier or rotor body, which is designed to be fitted with magnetic sheets and/or SMC material and with magnetic elements designed as permanent magnets.
  • a rotor may include a rotor body.
  • a rotor body preferably has an inner part, via which the rotor can be connected to a shaft in a rotationally fixed manner, and an outer part, which outwardly delimits the rotor in the radial direction.
  • the rotor body can be designed with several rotor struts between the inner part and the outer part, via which the inner part and the outer part are connected to one another and which, together with the radial outer surface of the inner part and the radial inner surface of the outer part, form a receiving space for accommodating the magnetic elements and the flux-guiding elements of the rotor forms.
  • 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.
  • 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 axial flow machine can have a motor housing.
  • the motor housing encloses the axial flow machine at least in sections, preferably completely.
  • a motor housing can also accommodate the control and power electronics.
  • the motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid can be supplied to the axial flow machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces.
  • a motor housing can be formed in particular from a metallic material.
  • the motor housing can be formed from a cast metal material, such as gray cast iron or cast steel.
  • a plastic such as gray cast iron or cast steel.
  • the motor housing particularly preferably has a cylindrical ring-shaped basic shape.
  • the motor housing can be made in one piece or in several pieces. It can likewise be advantageous for one or more stator supports to be formed in one piece with the motor housing, at least in sections, which can further improve the ease of assembly of the axial flow machine.
  • a first disk-shaped stator body and/or a second disk-shaped stator body are/is designed as a printed circuit board, in particular as a printed circuit, which is also referred to as a printed circuit board PCB, whereby the stator body is particularly compact and inexpensive to produce.
  • the winding of the stator body is designed in one piece with the printed circuit board.
  • the printed circuit board is preferably a multilayer printed circuit board with a number of copper layers over which the stator windings extend.
  • Another possible embodiment is the design of the stator body as a sandwich of several multilayer circuit boards.
  • the circuit board is preferably formed from a composite of epoxy resin and glass fiber.
  • the axial flow machine is intended in particular for use within an electrically operable drive train of a motor vehicle.
  • the axial flow machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the axial flow machine particularly preferably has a power of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW.
  • the axial flow machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • the number of cooling openings corresponds to the number of coils in the first stator body, so that efficient cooling of each individual coil can be provided.
  • the annular segment-shaped groove is hydraulically conductively connected to a cooling channel section which extends outwards in the radial direction and which in turn is hydraulically connected to the output side of a heat exchanger via a hydraulic coupling means. It can hereby be achieved that the cooling fluid is conveyed from the heat exchanger via the cooling channel section into the ring-segment-shaped groove.
  • a pressure relief valve to be arranged between the ring-segment-shaped groove and the hydraulic coupling means, which pressure relief valve opens into an overflow channel on the outlet side.
  • a return channel is formed radially outside of the first stator body, by means of which cooling fluid can be discharged from the first stator body.
  • the invention can also be further developed in such a way that the stator comprises at least one second disc-shaped stator body, which is coaxial to the first stator body and spaced apart from the first stator body with the rotor being arranged axially in between, the cooling channel section at least adjoining a first one, extending axially through the axial flux machine extending hydraulic path is connected, so that the cooling fluid can be guided to the second disc-shaped stator body.
  • the advantage of this configuration is that the cooling oil can be transported axially from the first to the second stator body, although only one hydraulic connection, namely the coupling means, is required.
  • the axial flow machine has a second hydraulic path that extends axially through the axial flow machine and is connected to the cooling channel section. This can further improve the hydraulic cooling capacity and a better distribution of cooling fluid can be achieved.
  • a second ring-segment-shaped groove is formed on the motor housing and is open towards the second stator body and extends in a radial plane, and a plurality of cooling openings in the motor housing and/or in the area of the second ring-segment-shaped groove are provided on a connection housing of superordinate structure, by means of which a cooling fluid that can be introduced into the second ring-segment-shaped groove can be applied to the second stator body, with the second groove being connected to the first hydraulic path and/or second hydraulic path, which also leads to improved cooling capacity and cooling fluid distribution contributes.
  • an electric axle drive train for a motor vehicle comprising at least two axial flow machines according to one of claims 1-8, the rotors of which are arranged coaxially to one another. This makes it possible to drive two vehicle wheels on a vehicle axle separately, each with an axial flow machine.
  • An electrically operable drive train thus comprises two electric axial flux machines and preferably one gear arrangement each coupled to an electric axial flux machine.
  • the gear arrangement and the electrical axial flow machine form a structural unit. This can be formed, for example, by means of a drive train housing, in which the transmission arrangement and the electrical axial flow machine are accommodated together.
  • the electrical machine preferably has a motor housing and/or the transmission has a transmission housing, in which case the structural unit can then be effected by fixing the transmission in relation to the electrical machine.
  • the gearbox housing is a housing for accommodating a gearbox. It has the task of guiding existing shafts via the bearings and giving the wheels (possibly cam discs) those degrees of freedom under all loads grant, which they require, without impeding them in the rotation and possible path movement, as well as absorbing bearing forces and supporting torques.
  • a transmission housing can be single-shell or multi-shell, that is, undivided or divided. In particular, the transmission housing should also dampen both noise and vibrations and also be able to safely accommodate hydraulic fluid.
  • the transmission housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably made of aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of an archetype process such as casting or die-casting.
  • the transmission arrangement can be coupled to the electric machine, which is designed to generate a drive torque for the motor vehicle.
  • the drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque.
  • the gear arrangement is preferably designed as a planetary gear, very particularly preferably as a switchable, in particular two-speed planetary gear.
  • the object of the invention can also be achieved by a motor vehicle that has a first electric axle drive train according to claim 9 on a first vehicle axle and a second electric axle drive train according to claim 9 on a second vehicle axle.
  • a motor vehicle that has a first electric axle drive train according to claim 9 on a first vehicle axle and a second electric axle drive train according to claim 9 on a second vehicle axle.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by machine power without being tied to railroad tracks.
  • a motor vehicle can be selected, for example, from the group of passenger cars (cars), trucks (lorries), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COM) or tractors.
  • FIG. 1 shows a schematic hydraulic block circuit view of an axial flow machine in an axial section representation
  • FIG. 2 shows an axle drive train with two axial flow machines in an axial sectional view
  • FIG. 3 shows a first embodiment of hydraulic lines and paths of the axial flow machine in a cut-out cross-sectional view
  • FIG. 4 shows a second embodiment of hydraulic lines and paths of the axial flow machine in an isolated cross-sectional view
  • FIG. 5 shows a first cross-sectional view of the motor housing of the axial flow machine
  • FIG. 6 shows a second cross-sectional view of the motor housing of the axial flow machine
  • FIG. 7 shows a third cross-sectional view of the motor housing of the axial flow machine
  • FIG. 8 shows a motor vehicle with two electrically drivable vehicle axles in a schematic block diagram.
  • Figure 1 shows an axial flow machine 1, comprising a rotor 3 rotatably mounted relative to a stator 2, the stator 2 having a first disk-shaped stator body 21 and the rotor 3 and the first stator body 21 being arranged such that axially between the first stator body 21 and the rotor 3, a first magnetically active gap 28 running in a radial plane 9 is formed.
  • the stator 2 is at least partially surrounded by a motor housing 4 .
  • a plurality of cooling openings 6 are provided in the motor housing 4 , by means of which a cooling fluid 7 that can be introduced into the ring-segment-shaped groove 5 can be applied to the first stator body 21 .
  • the number of cooling openings 6 corresponds to the number of coils 10 of the first stator body 21.
  • the cooling openings 6 for the cooling fluid 7 are selected in such a way that the coils 10 or the stator bodies 21, 22 can be cooled as efficiently as possible.
  • the two axial flow machines 1 are directly and immediately axially adjacent to one another.
  • the axial flow machine 1 is therefore cooled here with a cooling fluid 7 which is pumped by a pump (not shown) from a sump (also not shown) through the heat exchanger 13 .
  • stator 2 comprises a second disc-shaped stator body 22, which is coaxial with the first stator body 21 and is spaced apart from the first stator body 21 with the rotor 3 being arranged axially in between, with the cooling channel section 11 adjoining at least a first, axially is connected through the axial flow machine 1 extending hydraulic path 23, so that the cooling fluid 7 to the second disc-shaped stator body 22 can be guided.
  • the axial flow machine 1 also has a second hydraulic path 24 which extends axially through the axial flow machine 1 and is connected to the cooling channel section 11 .
  • a second annular segment-shaped groove 26 is formed on the motor housing 4 and is open toward the second stator body 22 and extends in a radial plane 25, and in the region of the second ring-segment-shaped groove 26, a plurality of cooling openings 27 are provided in the motor housing 4, by means of which a cooling fluid 7 that can be introduced into the second ring-segment-shaped groove 26 can be applied to the second stator body 22, the second groove 26 being connected to the first hydraulic path 23 and/or second hydraulic path 24 is connected.
  • FIG. 2 shows a section through an electrically operable final drive train 30, such as that installed in the front axle 33 of a motor vehicle 31, for example, which is outlined in FIG. 8 as an example.
  • an electrically operable final drive train 30 such as that installed in the front axle 33 of a motor vehicle 31, for example, which is outlined in FIG. 8 as an example.
  • two independent axial flow machines 1 are installed, which are constructed in a mirrored manner.
  • such an axle drive train 30 consists of an axial flow machine 1 with a gear arrangement assigned to it, but not visible in FIG.
  • the rear axle 32 of a motor vehicle 31 can also consist of two mirrored and independent systems, as shown in FIG.
  • the axial flow machines 1 in the motor vehicle 31 are preferably of essentially identical design.
  • Figure 3 shows schematically the oil distribution channels of the axial flow machine 1, comprising the ring-segment-shaped groove 5.
  • a cooling channel section 11 leads into the ring-segment-shaped groove 5, which is arranged on the transmission side but is open to the axial flow machine 1.
  • the oil line in the annular segment-shaped groove 5 is only indicated here as an example.
  • a channel 18 between the hydraulic paths 23, 24 and to connect them hydraulically in this way. 3 shows an embodiment without this channel 18.
  • the annular groove 5 in the circumferential direction unlike that shown in FIG. 3, is not closed between the hydraulic paths 23,24 but is interrupted between the hydraulic paths 23,24 is.
  • the return channel 17 from the axial flow machine 1 can be seen in FIG. 4, which taps off the cooling fluid 7 in the direction of gravity at the highest point of the axial flow machine 1 and directs it into the sump, which is not specified in more detail.
  • the oil level in the axial flow machine 1 can also be set with low/stopped volume flows via the height in the direction of gravity of the feed point (outlet 12 of the heat exchanger 13) or the highest point of the cooling channel section 11 in the direction of gravity and the height of the cooling openings 6 in the direction of gravity. This can prevent the axial flow machine from overheating.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an axial flow machine 1 according to the invention.
  • several cooling openings 6 running axially are provided in the motor housing 4 , which guide the cooling fluid 7 to the first stator body 21 of the stator 2 on the transmission side.
  • the two hydraulic paths 23, 24 are located in the area of the electrical connections, which are not specified in more detail, in order to cool the second stator body 22, which is remote from the transmission.
  • the outlets from the ring-segment-shaped groove 5 are sealed here with connecting pieces to the axial flow machine 1 .
  • seals it is also conceivable for seals to be attached directly in the motor housing 4 at the outlets or on the axial flow machine 1, or even to be able to manage with a low level of leakage.
  • FIGs 6 and 7 show the cross-sectional side of the axial flow machine 1 facing away from the gearbox.
  • Figure 7 shows this by means of a sealing element 29 closed motor housing 4 of the axial flow machine 1
  • Figure 6 shows the open motor housing 4 without the sealing element 29.
  • Below the sealing element 29 are the cooling openings 27, which again lead the oil feed into the second stator body 22, where it cools the end windings etc. and then with the Return flow from the transmission-side, second stator body 22 can flow off in a groove-like return channel 17 on the outer diameter of the stator 2.
  • Both volume flows of cooling fluid 7 from the two stator bodies 21 , 22 are combined in the return channel 17 (stator bodies 21 , 22 on the transmission side and away from the transmission).
  • the cooling fluid 7 flows from the two stator bodies 21, 22 into the return channel 17 on the circumference of the stator 2 and is discharged from there at the highest point in the direction of gravity and fed to the sump.
  • the distribution of cooling fluid 7 and supply through the transmission housing is thus achieved within an axle drive train 30 for the first stator body on the transmission side, and the oil distribution is realized internally in the motor housing 4 of the axial flow machine 1 for the second stator body 22 facing away from the transmission.
  • FIGS. 3-4 also show that a return channel 17 is formed radially above the first stator body 21, by means of which cooling fluid 7 can be discharged from the first stator body 21.
  • FIG. 8 shows a motor vehicle 31 that has a first electric axle drive train 30, as known from FIG. 2, on a first vehicle axle 32 and a second electric axle drive train 30, as known from FIG. 2, on a second vehicle axle 33 has.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine (1), umfassend einen relativ zu einem Stator (2) drehbar gelagerten Rotor (3), wobei der Stator (2) mindestens einen ersten scheibenförmigen Statorkörper (21) aufweist und der Rotor (3) sowie der erste Statorkörper (21) so angeordnet sind, dass axial zwischen dem ersten Statorkörper (21) und dem Rotor (3) ein erster, in einer Radialebene (9) verlaufender magnetisch wirksamer Spalt (24a) gebildet ist, und der Stator (2) von einem Motorgehäuse (4) zumindest abschnittsweise umfasst ist, wobei an dem Motorgehäuse (4) eine zum ersten Statorkörper (21) hin offene sowie sich in einer Radialebene (8) erstreckende ringsegmentförmige Nut (5) ausgebildet ist und in dem Bereich der ringsegmentförmigen Nut (5) eine Mehrzahl an Kühlöffnungen (6) in dem Motorgehäuse (4) vorgesehen sind, mittels derer ein in die ringsegmentförmige Nut (5) einbringbares Kühlfluid (7) auf den ersten Statorkörper (21) applizierbar ist.

Description

Axialflussmaschine, elektrischer Achsantriebsstranq und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, umfassend einen relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Stator mindestens einen ersten scheibenförmigen Statorkörper aufweist und der Rotor sowie der erste Statorkörper so angeordnet sind, dass axial zwischen dem ersten Statorkörper und dem Rotor ein erster, in einer Radialebene verlaufender magnetisch wirksamer Spalt a gebildet ist, und der Stator von einem Motorgehäuse zumindest abschnittsweise umfasst ist. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Achsantriebsstrang und ein Kraftfahrzeug.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach beiden eingangs beschriebenen elektrischen Antriebsystemen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge der Fall.
Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussmaschine in ihrer vergleichsweise hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gegebenen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
In der Regel umfasst eine Axialflussmaschine mindestens einen Stator, der Wicklungen zur Erzeugung des axial ausgerichteten magnetischen Feldes aufweist. Mindestens ein Rotor ist beispielsweise mit Permanentmagneten bestückt, deren magnetisches Feld in Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld der Statorwicklungen über einen Luftspalt ein Antriebsmoment erzeugt.
Bei der Entwicklung der für E-Achsen und Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der Axialflussmaschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt. Dennoch sind diese Kühlstrategien oft unzureichend und/oder mit hohen Kosten in der technischen Realisierung verbunden. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu beheben oder zumindest abzumildern und eine Axialflussmaschine mit einem effektiven und kostengünstigen Kühlsystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialflussmaschine, umfassend einen relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Stator mindestens einen ersten scheibenförmigen Statorkörper aufweist und der Rotor sowie der erste Statorkörper so angeordnet sind, dass axial zwischen dem ersten Statorkörper und dem Rotor ein erster, in einer Radialebene verlaufender magnetisch wirksamer Spalt a gebildet ist, und der Stator von einem Motorgehäuse zumindest abschnittsweise umfasst ist, wobei an dem Motorgehäuse eine zum ersten Statorkörper hin offene sowie sich in einer Radialebene erstreckende ringsegmentförmige Nut ausgebildet ist und in dem Bereich der ringsegmentförmigen Nut eine Mehrzahl an Kühlöffnungen in dem Motorgehäuse vorgesehen sind, mittels derer ein in die ringsegmentförmige Nut einbringbares Kühlfluid auf den ersten Statorkörper applizierbar ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine besonders effiziente Kühlfluidübergabe und -Verteilung zwischen dem Motorgehäuse und dem Stator der Axialflussmaschine erfolgen kann. Ferner erlaubt die Kühlfluidübergabe und - Verteilung mittels der ringsegmentförmigen Nut auch einen axial besonders kompakten Aufbau.
Ferner erlaubt die erfindungsgemäße Konfiguration, für unterschiedliche Bauraumsituationen lediglich die Gehäuse anzupassen, die elektrische Maschine als solches aber jeweils identisch auszuführen, wodurch eine bauraumspezifische Adaption entsprechend vereinfacht und auch kostengünstiger herstellbar ist.
Durch flächige Kühlung eines Stators durch die ringsegmentartige Nut kann beispielsweise auch eine Kühlung des Rotors der elektrischen Maschine realisiert werden, was die Kühlleistung weiter verbessert.
Die ringsegmentförmige Nut befindet sich axial auf einer Seite der
Axialflussmaschine und ist zu der Axialflussmaschine hin offen. In dem Gehäuse der Axialflussmaschine befinden sich durch das Gehäuse axial hindurcherstreckende Kühlöffnungen, wodurch das Kühlfluid in die Axialflussmaschine strömen kann und hierdurch den ersten Statorkörper der Axialflussmaschine kühlt.
Es versteht sich, dass eine ringsegmentförmige Nut auch umlaufend geschlossen ausgebildet sein kann.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der magnetische Fluss in einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine (AFM) ist im magnetisch wirksamen Spalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine kann als I- Typ konfiguriert sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor- Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Stator wenigstens einen zweiten scheibenförmigen Statorkörper umfasst, welcher koaxial zum ersten Statorkörper und zu der Rotorwelle angeordnet unter axialer Zwischenanordnung eines der Rotorkörper vom ersten Statorkörper beabstandet ist, so dass eine I-Konfiguration einer Axialflussmaschine realisiert ist.
Ein Rotor kann ferner eine Rotorwelle aufweisen. Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine bezeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehfest gekoppelt ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass der Rotor eine Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle drehfest angeordneten Rotorkörper aufweist, was eine kosteneffiziente Fertigung durch Aufteilung des Rotors in magnetisch wirksame Bauteile (Rotorkörper) und rein mechanische Bauteile (Rotorwelle). Insbesondere ist es hierdurch auch möglich die vorangestellten verschiedenen I- und/oder Fl- Konfigurationen besonders flexibel auszubilden.
Der Rotor einer elektrischen Axialflussmaschine kann bevorzugt zumindest in Teilen als geblechter Rotor ausgebildet sein. Ein geblechter Rotor ist in axialer Richtung geschichtet ausgebildet. Der Rotor einer Axialflussmaschine kann alternativ auch einen Rotorträger bzw. Rotorkörper aufweisen, der entsprechend mit Magnetblechen und/oder SMC-Material und mit als Permanentmagneten ausgebildeten Magnetelementen bestückt ausgebildet ist.
Ein Rotor kann einen Rotorkörper umfassen. Ein Rotortkörper weist in bevorzugter Weise ein Innenteil, über das der Rotor drehfest mit einer Welle verbindbar ist, und ein Außenteil auf, das den Rotor in radialer Richtung nach außen begrenzt. Der Rotorkörper kann zwischen Innenteil und Außenteil mit mehreren Rotorstreben ausgebildet sein, über das das Innenteil und das Außenteil miteinander verbunden sind und welches gemeinsam mit der radialen Außenfläche des Innenteils und der radialen Innenfläche des Außenteils einen Aufnahmeraum für die Aufnahme der Magnetelemente und der Flussleitelemente des Rotors bildet. Alternativ zu dem Aufnahmeraum können die Magnetelemente auf dem Rotorträger angeordnet bzw. aufgesetzt sein. Ein Magnetelement kann als Permanentmagnet in Form eines Stabmagneten oder in Form kleinerer als Klötze ausgebildeter Magnetblöcke gebildet sein. Die Magnetelemente sind in der Regel in, an oder auf einem Rotorträger angeordnet. Das als Permanentmagnet ausgebildete Magnetelement eines Rotors einer Axialflussmaschine steht in Wechselwirkung mit einem rotierenden Magnetfeld, welches durch die in der Regel mit einem Drehstrom beaufschlagten Statorwicklungspulen erzeugt ist.
Der Stator einer elektrischen Axialflussmaschine weist bevorzugt einen Statorkörper mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen auf. Der Statorkörper kann in Umfangsrichtung gesehen einteilig oder segmentiert ausgebildet sein. Der Statorkörper kann aus einem Statorblechpaket mit mehreren laminierten Elektroblechen gebildet sein. Alternativ kann der Statorkörper auch aus einem verpresstem weichmagnetischem Material, wie dem sogenannten SMC- Material (Soft Magnetic Compound) gebildet sein.
Die Axialflussmaschine kann ein Motorgehäuse aufweisen. Das Motorgehäuse umhaust die Axialflussmaschine zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der Axialflussmaschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann.
Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Besonders bevorzugt weist das Motorgehäuse eine zylinderringförmige Grundform auf. Das Motorgehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, dass ein oder mehrere Statorträger zumindest abschnittsweise einteilig mit dem Motorgehäuse ausgebildet sind, was die Montagefreundlichkeit der Axialflussmaschine weiter verbessern kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster scheibenförmiger Statorkörper und/oder ein zweiter scheibenförmiger Statorkörper als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schaltung, welche auch als Printed-Circuit-Board PCB bezeichnet wird, ausgebildet sind/ist, wodurch der Statorkörper besonders kompakt und kostengünstig herstellbar ist. Die Wicklung des Statorkörpers ist dabei einstückig mit der Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte ist bevorzugt eine Multilayer-Platine mit mehreren Kupferlagen, über die sich die Statorwicklungen erstrecken. Eine weitere mögliche Ausführungsform ist die Ausführung des Statorkörpers als Sandwich mehrerer Multilayer-Platinen. Die Leiterplatte ist bevorzugt aus einem Verbund aus Epoxyharz und Glasfaser gebildet.
Die Axialflussmaschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die Axialflussmaschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die Axialflussmaschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die Axialflussmaschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Kühlöffnungen der Anzahl an Spulen des ersten Statorkörpers entspricht, so dass eine effiziente Kühlung jeder einzelnen Spule bereitgestellt werden kann.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die ringsegmentförmige Nut mit einem sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Kühlkanalabschnitt hydraulisch leitend verbunden ist, welcher seinerseits über ein hydraulisches Kopplungsmittel mit der Ausgangsseite eines Wärmetauschers hydraulisch verbunden ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass das Kühlfluid vom Wärmetauscher über den Kühlkanalabschnitt in die ringsegmentförmige Nut gefördert wird.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass zwischen der ringsegmentförmigen Nut und dem hydraulischen Kopplungsmittel ein Überdruckventil angeordnet ist, welches ausgangsseitig in einen Überlaufkanal mündet. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass das hydraulische System der Statorkühlung vor einem Überdruck und möglicherweise daraus resultierenden Beschädigungen geschützt werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass radial außerhalb des ersten Statorkörpers ein Rücklaufkanal ausgebildet ist, mittels dessen Kühlfluid von dem ersten Statorkörper abführbar ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass hierdurch mehrere Statoren an das Kühlsystem anschließbar sind. Ferner kann hierdurch die Möglichkeit einer Stromschienenkühlung geschaffen werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Stator wenigstens einen zweiten scheibenförmigen Statorkörper umfasst, welcher koaxial zum ersten Statorkörper und unter axialer Zwischenanordnung des Rotors vom ersten Statorkörper beabstandet ist, wobei der Kühlkanalabschnitt wenigstens an einen ersten, sich axial durch die Axialflussmaschine erstreckenden Hydraulikpfad angeschlossen ist, so dass das Kühlfluid zu dem zweiten scheibenförmigen Statorkörper führbar ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Kühlöl axial von dem ersten zu dem zweiten Statorkörper transportiert werden kann, wobei es jedoch nur eines hydraulischen Anschlusses, nämlich des Kopplungsmittels, bedarf.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Axialflussmaschine einen zweiten, sich axial durch die Axialflussmaschine erstreckenden und mit dem Kühlkanalabschnitt verbundenen Hydraulikpfad aufweist. Hierdurch kann eine weitere Verbesserung der hydraulischen Kühlleistung und eine bessere Verteilung an Kühlfluid erreicht werden.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass an dem Motorgehäuse eine zum zweiten Statorkörper hin offene sowie sich in einer Radialebene erstreckende zweite ringsegmentförmige Nut ausgebildet ist und in dem Bereich der zweiten ringsegmentförmigen Nut eine Mehrzahl an Kühlöffnungen in dem Motorgehäuse und/ oder an einem Anbindungsgehäuse von übergeordneter Struktur vorgesehen sind, mittels derer ein in die zweite ringsegmentförmige Nut einbringbares Kühlfluid auf den zweiten Statorkörper applizierbar ist, wobei die zweite Nut mit dem ersten Hydraulikpfad und/oder zweiten Hydraulikpfad verbunden ist, was ebenfalls zu einer verbesserten Kühlleistung und Kühlfluidverteilung beiträgt.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens zwei Axialflussmaschinen, nach einem der Ansprüche 1 -8, deren Rotoren koaxial zueinander angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, zwei Fahrzeugräder einer Fahrzeugachse separat mit jeweils einer Axialflussmaschine anzutreiben.
Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang umfasst somit zwei elektrische Axialflussmaschinen und bevorzugt jeweils eine mit einer elektrischen Axialflussmaschine gekoppelten Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Axialflussmaschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Axialflussmaschine gemeinsam aufgenommen sind.
Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urform verfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Die Getriebeanordnung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet, ganz besonders bevorzugt als ein schaltbares, insbesondere zweigängiges Planetengetriebe.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch dadurch gelöst sein, durch ein Kraftfahrzeug, dass einen ersten elektrischen Achsantriebsstrang nach Anspruch 9 an einer ersten Fahrzeugachse und einen zweiten elektrischen Achsantriebsstrang nach Anspruch 9 an einer zweiten Fahrzeugachse aufweist. Hierdurch ist es insbesondere ermöglicht, dass jedes Fahrzeugrad eines zweiachsigen Kraftfahrzeugs durch eine ihm jeweils zugeordnete Axialflussmaschine antreibbar ist.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische hydraulische Blockschaltansicht einer Axialflussmaschine in einer Axialschnittdarstellung,
Figur 2 einen Achsantriebsstrang mit zwei Axialflussmaschinen in einer Axialschnittansicht,
Figur 3 eine erste Ausführungsform von hydraulischen Leitungen und Pfaden der Axialflussmaschine in einer freigestellten Querschnittsansicht,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform von hydraulischen Leitungen und Pfaden der Axialflussmaschine in einer freigestellten Querschnittsansicht,
Figur 5 eine erste Querschnittsansicht auf das Motorgehäuse der Axialflussmaschine,
Figur 6 eine zweite Querschnittsansicht auf das Motorgehäuse der Axialflussmaschine,
Figur 7 eine dritte Querschnittsansicht auf das Motorgehäuse der Axialflussmaschine,
Figur 8 ein Kraftfahrzeug mit zwei elektrisch antreibbaren Fahrzeugachsen in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Die Figur 1 zeigt eine Axialflussmaschine 1 , umfassend einen relativ zu einem Stator 2 drehbar gelagerten Rotor 3, wobei der Stator 2 einen ersten scheibenförmigen Statorkörper 21 aufweist und der Rotor 3 sowie der erste Statorkörper 21 so angeordnet sind, dass axial zwischen dem ersten Statorkörper 21 und dem Rotor 3 ein erster, in einer Radialebene 9 verlaufender magnetisch wirksamer Spalt 28 gebildet ist.
Der Stator 2 ist von einem Motorgehäuse 4 zumindest abschnittsweise umfasst. An dem Motorgehäuse 4 ist eine zum ersten Statorkörper 21 hin offene sowie sich in einer Radialebene 8 erstreckende ringsegmentförmige Nut 5 ausgebildet. In dem Bereich der ringsegmentförmigen Nut 5 ist eine Mehrzahl an Kühlöffnungen 6 in dem Motorgehäuse 4 vorgesehen, mittels derer ein in die ringsegmentförmige Nut 5 einbringbares Kühlfluid 7 auf den ersten Statorkörper 21 applizierbar ist. Die Anzahl der Kühlöffnungen 6 entspricht hierbei der Anzahl an Spulen 10 des ersten Statorkörpers 21 .Wie in der Figur 1 angedeutet, können auch die Spulen 10 von dem Kühlfluid 7 umströmt werden, beispielsweise indem entsprechende Kanäle in dem Statorkörper 21 vorgesehen werden. Dabei sind die Kühlöffnungen 6 für das Kühlfluid 7 so gewählt, dass eine möglichst effiziente Kühlung der Spulen 10 bzw. der Statorkörper 21 ,22 sichergestellt werden kann.
Aus Bauraumgründen liegen die beiden Axialflussmaschinen 1 direkt und unmittelbar axial aneinander an. Die Axialflussmaschine 1 wird hier also mit einem Kühlfluid 7 gekühlt, welches von einer nicht dargestellten Pumpe aus einem ebenfalls nicht gezeigten Sumpf durch den Wärmetauscher 13 gepumpt wird.
In der Figur 1 ist ferner gezeigt, dass der Stator 2 einen zweiten scheibenförmigen Statorkörper 22 umfasst, welcher koaxial zum ersten Statorkörper 21 und unter axialer Zwischenanordnung des Rotors 3 vom ersten Statorkörper 21 beabstandet ist, wobei der Kühlkanalabschnitt 11 wenigstens an einen ersten, sich axial durch die Axialflussmaschine 1 erstreckenden Hydraulikpfad 23 angeschlossen ist, so dass das Kühlfluid 7 zu dem zweiten scheibenförmigen Statorkörper 22 führbar ist. Die Axialflussmaschine 1 weist ferner einen zweiten, sich axial durch die Axialflussmaschine 1 erstreckenden und mit dem Kühlkanalabschnitt 11 verbundenen Hydraulikpfad 24 auf.
Auch ist in der Figur 1 gezeigt, dass an dem Motorgehäuse 4 eine zum zweiten Statorkörper 22 hin offene sowie sich in einer Radialebene 25 erstreckende zweite ringsegmentförmige Nut 26 ausgebildet ist und in dem Bereich der zweiten ringsegmentförmigen Nut 26 eine Mehrzahl an Kühlöffnungen 27 in dem Motorgehäuse 4 vorgesehen sind, mittels derer ein in die zweite ringsegmentförmige Nut 26 einbringbares Kühlfluid 7 auf den zweiten Statorkörper 22 applizierbar ist, wobei die zweite Nut 26 mit dem ersten Hydraulikpfad 23 und/oder zweiten Hydraulikpfad 24 verbunden ist.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt durch einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 30, wie er beispielsweise in der Vorderachse 33 eines Kraftfahrzeugs 31 verbaut sein kein, dass exemplarisch in der Figur 8 skizziert ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei unabhängige Axialflussmaschinen 1 verbaut, die gespiegelt aufgebaut sind. Ein derartiger Achsantriebsstrang 30 besteht in dem gezeigten Beispiel aus jeweils einer Axialflussmaschine 1 mit einem dieser zugeordneten, aber nicht in der Figur 2 sichtbaren, Getriebeanordnung.
Wie aus der Figur 8 ersichtlich, kann auch die Hinterachse 32 eines Kraftfahrzeugs 31 wiederum aus zwei gespiegelten und unabhängigen Systemen, wie in der Figur 2 gezeigt, bestehen. Bevorzugt sind die Axialflussmaschinen 1 in dem Kraftfahrzeug 31 im Wesentlichen identisch ausgeführt.
Figur 3 zeigt schematisch die Ölverteilungskanäle der Axialflussmaschine 1 , umfassend die ringsegmentförmige Nut 5. Von der Ausgangsseite 12 des Wärmetauschers 13 führt ein Kühlkanalabschnitt 11 in die ringsegmentförmige Nut 5, die getriebeseitig angeordnet, aber offen zur Axialflussmaschine 1 hin gestaltet ist. Die Ölleitung in den ringsegmentförmige Nut 5 ist hier nur bespielhaft angedeutet. Um eine Gleichverteilung des Kühlfluids 7 zu verbessern, ist es z.B. sinnvoll, einen Kanal 18 zwischen Hydraulikpfaden 23,24 anzuordnen und diese so hydraulisch zu verbinden. Die Figur 3 zeigte eine Ausführungsform ohne diesen Kanal 18. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass die ringförmige Nut 5 in Umfangsrichtung, anders als in der Figur 3 gezeigt, zwischen den Hydraulikpfaden 23,24 nicht geschlossen verläuft sondern zwischen den Hydraulikpfaden 23,24 unterbrochen ist.
Von der ringsegmentförmige Nut 5 führen zwei Abgänge in radialer Richtung nach oben zu den axial verlaufenden Hydraulikpfaden 23,24, um die Ölkühlung des zweiten Statorkörpers 22 auf der getriebeabgewandten Seite der Axialflussmaschine 1 zu ermöglichen.
Weiterhin ist der Rücklaufkanal 17 aus der Axialflussmaschine 1 in der Figur 4 zu sehen, der in Schwerkraftrichtung am höchsten Punkt der Axialflussmaschine 1 das Kühlfluid 7 abgreift und in den nicht näher bezeichneten Sumpf leitet.
Über die Höhe in Schwerkraftrichtung des Einspeisepunktes (Ausgang 12 des Wärmetauschers 13) bzw. den in Schwerkraftrichtung höchsten Punkt des Kühlkanalabschnitts 11 und die Höhe der Kühlöffnungen 6 in Schwerkraftrichtung kann das Ölniveau in der Axialflussmaschine 1 auch bei niedrigen/gestopptem Volumenströmen eingestellt werden. Somit kann einer Überhitzung der Axialflussmaschine vorgebeugt werden.
Mit dem Volumenstrom können auch gleichzeitig weitere Komponenten versorgt werden, dies kann beispielsweise über eine Reihen- oder Parallelschaltung erfolgen. In diesem Fall werden nach der Axialflussmaschine weitere Komponenten (Getriebeverzahnungen, Lager usw.) über Blenden mit Kühlfluid versorgt. Über die Blenden, auch im Abgang zum Sumpf, kann die Aufteilung und Druck eingestellt werden. Dies ist jedoch in den Figuren nicht gezeigt.
Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine 1 . Getriebeseitig sind hier mehrere axial verlaufende Kühlöffnungen 6 in dem Motorgehäuse 4 vorgesehen, die das Kühlfluid 7 zu dem getriebeseitigen ersten Statorkörper 21 des Stators 2 führt.
Im Bereich der nicht näher bezeichneten elektrischen Anschlüsse befinden sich die zwei Hydraulikpfade 23,24, um den dem Getriebe abgewandten, zweiten Statorkörper 22 zu kühlen. Die Abgänge aus der ringsegmentförmige Nut 5 werden hier mit Verbindungsstücken zur Axialflussmaschine 1 hin abgedichtet. Natürlich ist es auch denkbar, das Dichtungen direkt im Motorgehäuse 4 an den Abgängen oder an der Axialflussmaschine 1 angebracht werden oder gar mit einer niedrigen Leckage ausgekommen werden kann.
Die Figuren 6 und 7 zeigen die getriebeabgewandte Querschnittsseite der Axialflussmaschine 1. Figur 7 zeigt das mittels eines Dichtungselements 29 geschlossene Motorgehäuse 4 der Axialflussmaschine 1 und Figur 6 zeigt das offene Motorgehäuse 4 ohne das Dichtungselement 29. Unter dem Dichtungselement 29 befindet sich die Kühlöffnungen 27, die wieder den Ölzulauf in den zweiten Statorkörper 22 führen, dort die Wickelköpfe usw. kühlt und dann mit dem Rückfluss aus der getriebeseitigen, zweiten Statorkörper 22 in einem nutartigen Rücklaufkanal 17 am Außendurchmesser des Stators 2 abfliesen kann. Um das Kühlfluid 7 von den beiden Hydraulikpfaden 23,24 an die einzelnen Kühlöffnungen 27 verteilen zu können, befindet sich unter dem Dichtungselement 29 eine Kontur bzw. Kanalstrukturen, die das Kühlfluid 7 in Umfangsrichtung verteilen.
In dem Rücklaufkanal 17 werden beide Volumenströme an Kühlfluid 7 aus den beiden Statorkörpern 21 ,22 zusammengefasst (getriebeseitige und getriebeabgewandte Statorkörper 21 ,22). Aus den beiden Statorkörpern 21 ,22 fliest das Kühlfluid 7 also in den Rücklaufkanal 17 am Umfang des Stators 2 zusammen und wird von dort am in Schwerkraftrichtung höchsten Punkt ausgeleitet und dem Sumpf zugeführt.
Es wird somit innerhalb eines Achsantriebsstrangs 30 für den getriebeseitigen, ersten Statorkörper die Verteilung an Kühlfluid 7 und Zuführung durch das Getriebegehäuse erreicht und für den getriebeabgewandten, zweiten Statorkörper 22 die Ölverteilung intern im Motorgehäuse 4 der Axialflussmaschine 1 realisiert.
Wie in der Figur 3 und 4 gezeigt, ist die ringsegmentförmige Nut 5 mit einem sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Kühlkanalabschnitt 11 hydraulisch leitend verbunden, welcher seinerseits über ein hydraulisches Kopplungsmittel 14 mit der Ausgangsseite 12 eines Wärmetauschers 13 hydraulisch verbunden ist. Die Figuren 3-4 zeigen des Weiteren, dass radial oberhalb des ersten Statorkörpers 21 ein Rücklaufkanal 17 ausgebildet ist, mittels dessen Kühlfluid 7 von dem ersten Statorkörper 21 abführbar ist.
Wie in der Ausführungsform der Figur 3 dargestellt, ist zwischen der ringsegmentförmigen Nut 5 und dem hydraulischen Kopplungsmittel 14 ein Überdruckventil 15 angeordnet, welches ausgangsseitig in einen Überlaufkanal 16 mündet.
Schließlich zeigt die Figur 8 ein Kraftfahrzeug 31 , das einen ersten elektrischen Achsantriebsstrang 30, wie er aus der Figur 2 bekannt ist, an einer ersten Fahrzeugachse 32 und einen zweiten elektrischen Achsantriebsstrang 30, wie er aus der Figur 2 bekannt ist, an einer zweiten Fahrzeugachse 33 aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Axialflussmaschine
2 Stator
3 Rotor
4 Motorgehäuse
5 Nut
6 Kühlöffnungen
7 Kühlfluid
8 Radialebene
9 Radialebene
10 Spulen
11 Kühlkanalabschnitt
12 Ausgangsseite
13 Wärmetauscher
14 Kopplungsmittel
15 Überdruckventil
16 Überlaufkanal
17 Rücklaufkanal
18 Kanal
21 Statorkörper
22 Statorkörper
23 Hydraulikpfad
24 Hydraulikpfad
25 Radialebene
26 Nut
27 Kühlöffnungen
28 Spalt
29 Dichtungselement
30 Achsantriebsstrang
31 Kraftfahrzeug
32 Fahrzeugachse
33 Fahrzeugachse

Claims

Ansprüche Axialflussmaschine (1 ), umfassend einen relativ zu einem Stator (2) drehbar gelagerten Rotor (3), wobei der Stator (2) mindestens einen ersten scheibenförmigen Statorkörper (21 ) aufweist und der Rotor (3) sowie der erste Statorkörper (21 ) so angeordnet sind, dass axial zwischen dem ersten Statorkörper (21 ) und dem Rotor (3) ein erster, in einer Radialebene (9) verlaufender magnetisch wirksamer Spalt (28) gebildet ist, und der Stator (2) von einem Motorgehäuse (4) zumindest abschnittsweise umfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Motorgehäuse (4) eine zum ersten Statorkörper (21 ) hin offene sowie sich in einer Radialebene (8) erstreckende ringsegmentförmige Nut (5) ausgebildet ist und in dem Bereich der ringsegmentförmigen Nut (5) eine Mehrzahl an Kühlöffnungen (6) in dem Motorgehäuse (4) vorgesehen sind, mittels derer ein in die ringsegmentförmige Nut (5) einbringbares Kühlfluid (7) auf den ersten Statorkörper (21 ) applizierbar ist. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kühlöffnungen (6) der Anzahl an Spulen (10) des ersten Statorkörpers (21 ) entspricht. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringsegmentförmige Nut (5) mit einem sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Kühlkanalabschnitt (11 ) hydraulisch leitend verbunden ist, welcher seinerseits über ein hydraulisches Kopplungsmittel (14) mit der Ausgangsseite (12) eines Wärmetauschers (13) hydraulisch verbunden ist. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ringsegmentförmigen Nut (5) und dem hydraulischen Kopplungsmittel (14) ein Überdruckventil (15) angeordnet ist, welches ausgangsseitig in einen Überlaufkanal (16) mündet. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb des ersten Statorkörpers (21 ) ein Rücklaufkanal (17) ausgebildet ist, mittels dessen Kühlfluid (7) von dem ersten Statorkörper (21 ) abführbar ist. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) wenigstens einen zweiten scheibenförmigen Statorkörper (22) umfasst, welcher koaxial zum ersten Statorkörper (21 ) und unter axialer Zwischenanordnung des Rotors (3) vom ersten Statorkörper (21 ) beabstandet ist, wobei der Kühlkanalabschnitt (11 ) wenigstens an einen ersten, sich axial durch die Axialflussmaschine (1 ) erstreckenden Hydraulikpfad (23) angeschlossen ist, so dass das Kühlfluid (7) zu dem zweiten scheibenförmigen Statorkörper (22) führbar ist. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialflussmaschine (1 ) einen zweiten, sich axial durch die Axialflussmaschine (1 ) erstreckenden und mit dem Kühlkanalabschnitt (11 ) verbundenen Hydraulikpfad (24) aufweist. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Motorgehäuse (4) eine zum zweiten Statorkörper (22) hin offene sowie sich in einer Radialebene (25) erstreckende zweite ringsegmentförmige Nut (26) ausgebildet ist und in dem Bereich der zweiten ringsegmentförmigen Nut (26) eine Mehrzahl an Kühlöffnungen (27) in dem Motorgehäuse (4) und/ oder an einem Anbindungsgehäuse von übergeordneter Struktur vorgesehen sind, mittels derer ein in die zweite ringsegmentförmige Nut (26) einbringbares Kühlfluid (7) auf den zweiten Statorkörper (22) applizierbar ist, wobei die zweite Nut (26) mit dem ersten Hydraulikpfad (23) und/oder zweiten Hydraulikpfad (24) verbunden ist. Elektrischer Achsantriebsstrang (30) für ein Kraftfahrzeug (31 ), umfassend wenigstens zwei Axialflussmaschinen (1 ), nach einem der Ansprüche 1 -8, deren Rotoren (3) koaxial zueinander angeordnet sind. Kraftfahrzeug (31 ), dass einen ersten elektrischen Achsantriebsstrang (30) nach Anspruch 9 an einer ersten Fahrzeugachse (32) und einen zweiten elektrischen Achsantriebsstrang (30) nach Anspruch 9 an einer zweiten Fahrzeugachse (33) aufweist.
PCT/DE2023/100083 2022-02-14 2023-02-02 Axialflussmaschine, elektrischer achsantriebsstrang und kraftfahrzeug WO2023151754A1 (de)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2835895A2 (de) * 2013-08-08 2015-02-11 Yasa Motors Ltd Kühlung von Axialströmungsmotoren - zentrifugal
CN209526603U (zh) * 2019-04-18 2019-10-22 上海盘毂动力科技股份有限公司 一种轴向磁场电机及其定子
WO2020072734A1 (en) * 2018-10-04 2020-04-09 Montana Technologies, Llc Rotor and stator for high speed axial flux machine
CN111725909A (zh) * 2019-03-19 2020-09-29 上海盘毂动力科技股份有限公司 一种定子组件以及轴向磁场电机
CN112467922A (zh) * 2020-12-11 2021-03-09 浙江盘毂动力科技有限公司 一种轴向磁场电机及其冷却流道结构
EP3913777A1 (de) * 2019-01-14 2021-11-24 Shanghai Pangood Power Technology Co., Ltd. Kühlsystem, statoranordnung und axialmagnetfeldmotor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2835895A2 (de) * 2013-08-08 2015-02-11 Yasa Motors Ltd Kühlung von Axialströmungsmotoren - zentrifugal
WO2020072734A1 (en) * 2018-10-04 2020-04-09 Montana Technologies, Llc Rotor and stator for high speed axial flux machine
EP3913777A1 (de) * 2019-01-14 2021-11-24 Shanghai Pangood Power Technology Co., Ltd. Kühlsystem, statoranordnung und axialmagnetfeldmotor
CN111725909A (zh) * 2019-03-19 2020-09-29 上海盘毂动力科技股份有限公司 一种定子组件以及轴向磁场电机
CN209526603U (zh) * 2019-04-18 2019-10-22 上海盘毂动力科技股份有限公司 一种轴向磁场电机及其定子
CN112467922A (zh) * 2020-12-11 2021-03-09 浙江盘毂动力科技有限公司 一种轴向磁场电机及其冷却流道结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ERIK SCHNEIDERFRANK FICKLBERND CEBULSKIJENS LIEBOLD: "Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge", ZEITSCHRIFT ATZ, vol. 113, May 2011 (2011-05-01), pages 360 - 365, XP055969462

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