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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine sowie ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Axialflussmaschine in H-Anordnung.
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Aufgrund stetig steigender Anforderungen an Drehmoment- und Leistungsdichten bzw. weiterer Beschränkungen des Bauraums, gewinnt die Axialflussmaschine zusehends an Bedeutung, insbesondere für Applikationen im Automobil sowie in der Automatisierungstechnik. Vorteile der Axialflussmaschine gegenüber Radialflussmaschinen liegen in ihrer verkürzten axialen Länge und ihrer Effizienz. Bei gleichem Außendurchmesser wird eine höhere Drehmoment- bzw. Leistungsdichte erreicht.
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Im Folgenden sind zwei Bauformen der Axialflussmaschine zu unterschieden:
- Bei der sogenannten I-Anordnung (siehe 1 a) ist ein Rotor zwischen zwei Statorhälften angeordnet. Exemplarisch sei hier die Druckschrift CN 109194082 A angeführt, die eine Ausführungsform einer solchen Maschine zeigt.
- Bei der sogenannten H-Anordnung (siehe 1b) ist ein Stator zwischen zwei Rotorhälften angeordnet. Exemplarisch sei hier die Druckschrift EP 2 606 561 B1 erwähnt, die eine Ausführungsform einer solche Maschine zeigt.
- Für alternative Bauformen sei auf die Literatur verwiesen. Exemplarisch sei noch die EP1538727 erwähnt, eine Axialflussmaschine mit einem Stator und einem Rotor offenbart.
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So zeigt die
EP3485558 eine Axialflussmaschine in H-Anordnung wobei die elektrische Maschine als jochfreie Maschine bezeichnet wird. Die Wicklungen befinden sich auf Statorkernen, welche zwischen Kühlfahnen geklemmt oder eingegossen / verklebt werden, welche wiederum mit dem Außengehäuse verbunden sind. Die Kühlfahnen sind dabei insbesondere Bestandteil des Gehäuses ausgeprägt und als Blechpaket realisiert.
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Die
US9071117 BB zeigt eine Axialflussmaschine in H-Anordnung, bei der die Fixierung der Statorzähne realisiert ist, indem diese in Scheiben mit Taschen geklebt werden. Die Scheiben bilden insbesondere ein geschlossenes Gehäuse aus, welches mittels eines Kühlmediums durchströmt werden kann.
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Ebenfalls eine Axialflussmaschine in H-Anordnung ist in der
KR101070230 B1 gezeigt. Insbesondere ist hier ein Statorkern dargestellt, bei auf beiden Seiten einer Trägerscheibe, einander gegenüberliegend Statorzähne angeordnet sind, auf welche dann Einzelwicklungen aufgebracht sind.
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Insbesondere aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten, unterliegt der Stator oftmals gegenläufig Anforderungen: Einerseits ist eine hohe mechanische Stabilität sowie die Gewährleistung elektromagnetischer Eigenschaften gefordert, dem gegenüber stehen eine Reduktion im axialen Bauraum sowie Möglichkeiten zur Kühlung, die Aufgrund der benötigten Volumina weiter im Widerspruch zu einer optimalen Bauraumausnutzung stehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher Lösungen für eine optimierte Bauraumausnutzung unter Gewährleistung mechanischer Stabilität sowie elektromagnetischer Eigenschaften unter Beachtung geeigneter Kühlkonzepten bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt beinhaltet eine elektrische Maschine in Axialflussbauweise einen axial zwischen einem ersten Rotor und einem zweiten Rotor angeordneten Stator, der einen eine bauliche Einheit ausbildenden Statorkern beinhaltet. Dieser umfasst einen ersten Bereich, der zu einer ersten axialen Außenseite hin ausgerichtet ist, sowie einen zweiten Bereich, der zu einer zweiten axialen Außenseite hin ausgerichtet ist. In dem ersten Bereich sind in Umfangsrichtung abwechselnd Statorzähne und Wickelnuten an der ersten Außenseite ausgebildet, weiter ist eine erste Spulenanordnung beinhaltet, die abschnittsweise in den Wickelnuten des ersten Bereichs angeordnet ist. In dem zweiten Bereich sind in Umfangsrichtung abwechselnd Statorzähne und Wickelnuten an der zweiten Außenseite ausgebildet, weiter ist eine zweite Spulenanordnung beinhaltet, die abschnittsweise in den Wickelnuten des zweiten Bereichs angeordnet ist. Eine Stegstruktur weist einen Steg auf, der in axialer Richtung innenliegend zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich und in radialer Richtung zwischen dem Statorkern und einem äußeren ersten Gehäuseelement oder einem weiteren Element der elektrischen Maschine angeordnet ist.
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Insbesondere handelt es sich bei dem weiteren Element um ein zweites Gehäuseteil oder einen Rotor der elektrischen Maschine. Der innenliegende Steg ermöglicht in besonders vorteilhafterweise die Aufteilung des Statorraums in mehrere Volumina, welche für eine gerichtete Durchströmung des Stators mittels eines geeigneten Kühlmediums miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine umfasst die Stegstruktur einen ersten äußeren Steg, der in dem ersten Bereich an der ersten axialen Außenseite des Statorkerns und in radialer Richtung zwischen dem Statorkern und einem äußeren ersten Gehäuseelement oder in radialer Richtung zwischen dem Statorkern und einem weiteren Element der elektrischen Maschine angeordnet ist. Weiter umfasst die Stegstruktur einen zweiten äußeren Steg, der in dem zweiten Bereich an der zweiten axialen Außenseite des Statorkerns und in radialer Richtung zwischen dem Statorkern und einem äußeren ersten Gehäuseelement oder in radialer Richtung zwischen dem Statorkern und einem weiteren Element der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dadurch sind ein erstes äußeres Volumen im ersten Bereich zwischen dem erstem Gehäuseelement und der radialen Außenseite des Statorkerns, ein erstes inneres Volumen im ersten Bereich zwischen der radialen Innenseite des Statorkerns und dem weiteren Element der elektrischen Maschine, ein zweites inneres Volumen im zweiten Bereich zwischen der radialen Innenseite des Statorkerns und dem weiteren Element der elektrischen Maschine und ein zweites äußeres Volumen im zweiten Bereich zwischen dem erstem Gehäuseelement und der radialen Außenseite des Statorkerns ausgebildet
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist der innenliegende Steg im Bereich zwischen einer radialen Innenseite des Statorkerns und dem weiteren Element der elektrischen Maschine Öffnungen in axialer Richtung derart auf, dass das erste innere Volumen mit dem zweiten inneren Volumen fluidisch verbunden ist.
Das erste äußere Volumen ist über die Wickelnuten des ersten Bereichs mit dem ersten inneren Volumen verbunden und das zweite innere Volumen ist über die Wickelnuten des zweiten Bereichs mit dem zweiten äußeren Volumen verbunden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist das erste Gehäuseelement eine Zuleitung auf, die eine Verbindung zu dem ersten äußeren Volumen herstellt oder das erste Gehäuseelement weist eine Rückleitung auf, die eine Verbindung zu dem zweiten äußeren Volumen herstellt.
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Vorteilhafterweise gelangt das geeignete Kühlmedium über die Zuleitung zu dem ersten äußeren Volumen, in dem beispielsweise Wickelköpfe beinhaltet sind. Das erste äußere Volumen ermöglicht eine radiale Verteilung des geeigneten Kühlmediums. Das erste äußere Volumen ist dabei insbesondere durch den innenliegenden Steg von dem zweiten äußeren Volumen abgetrennt. Die Wickelnuten des ersten Bereichs bilden zusammen mit der ersten Spulenanordnung eine radiale Verbindung für das geeignete Kühlmittel zu dem ersten inneren Volumen aus, in dem beispielsweise Wickelköpfe beinhaltet sein können. Für die Kühlmittelströmung entlang von Leitern der ersten Spulenanordnung in den Wickelnuten, bilden die Leiter zusammen mit dem Querschnitt der Wickelnuten in radialer Richtung verlaufende Kanäle aus, beispielsweise indem der Querschnitt der Wickelnuten rechteckig ist und die Leiter einen runden Querschnitt haben. Wobei auch andere Kombinationen von Leitergeometrie und Nutquerschnitt möglich sind. Der innenliegende Steg verfügt über Öffnungen zur Verbindung des ersten inneren Volumens zu dem zweiten inneren Volumen. Insbesondere sind die Öffnungen derart positioniert, dass eine gleichmäßige Verteilung in Umfangsrichtung in dem ersten inneren Volumen erfolgt. Vorteilhafterweise sind die die Öffnungen derart positioniert, dass das Kühlmedium möglichst weit radial innen erst von dem ersten inneren Volumen zu dem zweiten inneren Volumen strömt, so dass eine möglichst gute Umströmung der im ersten inneren Volumen befindlichen ersten Spulenanordnung oder der im zweiten inneren Volumen befindlichen zweiten Spulenanordnungen erfolgt. Das zweite innere Volumen ermöglicht eine Verteilung in Umfangsrichtung des geeigneten Kühlmediums. Die Wickelnuten des zweiten Bereichs bilden zusammen mit der zweiten Spulenanordnung eine radiale Verbindung für das geeignete Kühlmittel zu dem zweiten äußeren Volumen aus, in dem beispielsweise Wickelköpfe beinhaltet sein können. Für die Kühlmittelströmung entlang von Leitern der zweiten Spulenanordnung in den Wickelnuten, bilden die Leiter zusammen mit dem Querschnitt der Wickelnuten in radialer Richtung verlaufende Kanäle aus, beispielsweise indem der Querschnitt der Wickelnuten rechteckig ist und die Leiter einen runden Querschnitt haben. Wobei auch andere Kombinationen von Leitergeometrie und Nutquerschnitt möglich sind. Eine Rückleitung im ersten äußeren Gehäuseelement ist mit dem zweiten äußeren Volumen verbunden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine besteht der innenliegende Steg oder der erste äußere Steg oder der zweite äußere Steg aus mehreren Stegkomponenten.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist eine erste Stegkomponente ein Ring, der radial zwischen dem ersten Gehäuseelement und der radialen Außenseite des Statorkerns angeordnet ist. Weiter ist eine zweite Stegkomponente ein Ring, der radial zwischen dem weiteren Element der elektrischen Maschine und der radialen Innenseite des Statorkerns angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die Fixierung des Statorkerns zu dem ersten äußeren Gehäuseelement über die erste Stegkomponente realisiert.
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Vorteilhafterweise ist mittels der ersten Stegkomponente der Statorkern gegen das erste äußere Gehäuseelement fixiert, sowie die Funktion einer Abdichtung für das geeignete Kühlmedium realisiert, welches in den zuvor beschriebenen Volumen zwecks Kühlung vorgesehen ist. Wobei auch eine von den Stegkomponenten getrennte Abdichtung vorgesehen werden kann. Umfasst der Statorkern mehrere Segmente, ist die erste Stegkomponente dazu geeignet, die Segmente zusammenzuhalten und in dem ersten äußeren Gehäuse zu fixieren.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine sind die Statorzähne des ersten Bereichs in Umfangsrichtung versetzt zu den Statorzähnen des zweiten Bereichs. Insbesondere kann durch diese Anordnung die mechanische Stabilität erhöht werden, ohne dass die axiale Baulänge erhöht wird, da durch die beabstandete Ausrichtung der Wickelnuten genügend Material zwischen einem Statorzahn des ersten Bereichs und einem diagonal benachbarten Statorzahn des zweiten Bereichs verbleibt. Dies wirkt sich ebenfalls positiv auf die elektro-magnetischen Eigenschaften des Statorkerns aus.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die erste Spulenanordnung in Form einer verteilten Wicklung realisiert und die zweite Spulenanordnung in Form einer verteilten Wicklung realisiert.
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Gemäß einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist das weitere Element der elektrischen Maschine ein inneres zweites Gehäuseelement und beinhaltet eine Aufnahme für die Lagerung des ersten Rotors und des zweiten Rotors.
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Insbesondere ist so eine kompakte Lageranordnung für eine erste Rotornabe des ersten Rotors und eine zweite Rotornabe des zweiten Rotors realisiert. Über die erste Rotornabe und die zweite Rotornabe werden die für Axial-Fluss-Maschinen mit Permanentmagneten in H-Anordnung typische auf jeden Rotor wirkenden magnetische Anziehungskräfte in Richtung Stator (axial, parallel zur Rotationsachse) gegeneinander abgestützt. Diese müssen dann nicht über die Lageranordnung abgestützt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beinhaltet ein Fahrzeug eine elektrische Maschine gemäß zuvor beschriebenem Aspekt und zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:
- 1 schematische Darstellungen von elektrischen Maschinen in Axialflussbauweise in I-Anordnung (1a) sowie in H-Anordnung (1b) gemäß Stand der Technik,
- 2 Schnitte durch wesentliche Elemente einer elektrischen Maschine,
- 3 eine perspektivische Darstellung sowie eine Aufsicht des Statorkerns der elektrischen Maschine aus 2,
- 4 einen perspektivischen Teilschnitt sowie einen Explosionsschnitt der elektrischen Maschine aus 2,
- 5 einen perspektivischen Teilschnitt wesentlicher Komponenten der elektrischen Maschine aus 2 sowie eine perspektivische Detailansicht,
- 6 eine Detailaufsicht des Statorkerns der elektrischen Maschine aus 2.
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Nachfolgend erfolgt die Beschreibung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt schematische Darstellungen von elektrischen Maschinen 1 in Axialflussbauweise in I-Anordnung 1a sowie in H-Anordnung 1b gemäß Stand der Technik. 1a zeigt die I-Anordnung einer elektrischen Maschine in Axialflussbauweise. Hierbei ist ein Rotor 2 axial zwischen zwei Hälften eines Stators 3 angeordnet. Der Rotor 2 mit Magneten 4 ist über zwei Luftspalte mit dem Spulenanordnungen 5 umfassenden Stator 3 wirkverbunden.
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1b zeigt die die H-Anordnung einer elektrischen Maschine 1 in Axialflussbauweise. Hierbei ist ein Stator 3 axial zwischen zwei Hälften eines Rotors 2 angeordnet. Der Rotor 2 mit Magneten 4 ist über zwei Luftspalte mit dem Spulenanordnungen 5 umfassenden Stator 3 wirkverbunden.
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2 zeigt Schnitte durch wesentliche Elemente einer elektrischen Maschine 1. Bei der Ausführungsform elektrischen Maschine 1 handelt es sich um eine Axialflussmaschine in H-Anordnung. Ein Rotor 2 ist dabei in einen ersten Rotor 2.1 und einen zweiten Rotor 2.2 unterteilt. Der Stator 3 ist axial zwischen den ersten Rotor 2.1 und dem zweiten Rotor 2.2 angeordnet. Der Stator 3 umfasst einen Statorkern 6, welcher radial außen über mehrere Stege mit dem Gehäuse 8 wirkverbunden ist, wobei in der Figur lediglich ein erstes äußeres Gehäuseelement 8.1 dargestellt ist. Ein zweites inneres Gehäuseelement 8.2 ist radial innen über Stege 7 mit dem Statorkern 6 wirkverbunden. Der erste Rotor 2.1 ist über eine Lagerung 11 mit dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 wirkverbunden, ebenso ist der zweite Rotor 2.2 über eine Lagerung 11 mit dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 wirkverbunden.
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Der erste Rotor 2.1 und der zweite Rotor 2.2 stützen sich in axialer Richtung gegenseitig ab, so dass die für Axial-Fluss-Maschinen in H-Anordnung mit Magneten 4, insbesondere Permanentmagneten typischen auf den ersten Rotor 2.1 sowie den zweiten Rotor 2.2. wirkenden magnetischen Anziehungskräfte in Richtung Stator 3 (axial, parallel zur Rotationsachse) gegeneinander abgestützt sind.
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In 2 ist erkennbar, dass der Statorkern 6 zu einer ersten axialen Außenseite hin einen ersten Bereich 6.1 und zu einer zweiten axialen Außenseite hin einen zweiten Bereich 6.2 umfasst. Der erste Bereich 6.1 bildet Statorzähne 9 und Wickelnuten 10 in Umfangsrichtung abwechselnd an der ersten axialen Außenseite zum ersten Rotor 2.1 hin aus, der zweite Bereich 6.2 bildet Statorzähne 9 und Wickelnuten 10 in Umfangsrichtung abwechselnd an der zweiten axialen Außenseite zum zweiten Rotor 2.2 hin aus. In 2a verläuft die Schnittebene im ersten Bereich 6.1 durch eine Wickelnut 10 und im zweiten Bereich 6.2 durch einen Statorzahn 9. Dies ist dadurch begründet, dass die Statorzähne 9 und die Wickelnuten 10 des ersten Bereichs 6.1 zu den Statorzähnen 9 und den Wickelnuten 10 des zweiten Bereichs 6.2 um die Rotationsachse 12 verdreht angeordnet sind, in anderen Worten also in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
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In 2 ist eine erste Spulenanordnug 5.1 gezeigt, welche abschnittsweise in der Wickelnut 10 des ersten Bereichs 6.1 verläuft. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Spulenanordnung 5.1 um eine verteilte Wicklung. Weiter ist eine zweite Spulenanordnung 5.2 im zweiten Bereich 6.2 dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass die erste Spulenanordnung 5.1 in Umfangsrichtung versetzt zur zweiten Spulenanordnung 5.2 angeordnet ist.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung sowie eine Aufsicht des Statorkerns 6 der elektrischen Maschine 1 aus 2.
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Hierbei ist insbesondre in 3 ersichtlich, dass der erste Bereich 6.1 in Umfangsrichtung zu dem zweiten Bereich 6.2 versetzt angeordnet ist. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die Statorzähne 9 des ersten Bereichs 6.1 den Wickelnuten 10 des zweiten Bereich 6.2 gegenüberliegend angeordnet. Weiter sind die Statorzähne 9 und die Wickelnuten gleichmäßig im ersten Bereich 6.1 als auch im zweiten Bereich 6.2 verteilt. Die gezeigte Ausführungsform des Statorkerns 6 ist mit ihren in Umfangsrichtung schmalen Statorzähnen 9 sowie den Wickelnuten 10 mit konstantem Querschnitt für eine verteilte Wicklung vorgesehen.
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In 3 ist ersichtlich, dass trotz einer kurzen axialen Baulänge des Storkerns 6 genügend Material als Tragstruktur zwischen einem Statorzahn 9 des ersten Bereichs 6.1 und einem diagonal benachbarten Statorzahn 9 des zweiten Bereichs 6.2 verbleibt. Dies wirkt sich ebenfalls positiv auf die elektro-magnetischen Eigenschaften des Statorkerns 6 aus.
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4 zeigt einen perspektivischen Teilschnitt (4a) sowie einen Explosionsschnitt (4b) der elektrischen Maschine aus 2. Auf eine Darstellung des ersten äußeren Gehäuseelements 8.1 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Neben der Funktion der Fixierung des Statorkerns 6 bilden die Stege 7 mit dem ersten äußeren Gehäuseelement 8.1 und dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 einzelne Volumina aus für die Kühlung des Stators 3 mittels eines geeigneten Kühlmittels. So ist ein erster äußerer Steg 7.1 in dem ersten Bereich 6.1 an der ersten axialen Außenseite des Statorkerns 6 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform besteht der erste äußere Steg 7.1 aus mehreren Stegkomponenten 7.4 und umfasst eine erste Stegkomponente 7.4.1 in Form eines Rings, der radial zwischen dem ersten Gehäuseelement 8.1 und der radialen Außenseite des Statorkerns 6 angeordnet ist, sowie eine zweite Stegkomponente 7.4.2 in Form eines Rings, der radial zwischen dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 und der radialen Innenseite des Statorkerns 6 angeordnet ist.
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Weiter ist ein zweiter äußerer Steg 7.2 in dem zweiten Bereich 6.2 an der zweiten axialen Außenseite des Statorkerns 6 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform besteht der zweite äußere Steg 7.2 aus mehreren Stegkomponenten 7.4 und umfasst eine erste Stegkomponente 7.4.1 in Form eines Rings, der radial zwischen dem ersten Gehäuseelement 8.1 und der radialen Außenseite des Statorkerns 6 angeordnet ist, sowie eine zweite Stegkomponente 7.4.2 in Form eines Rings, der radial zwischen dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 und der radialen Innenseite des Statorkerns 6 angeordnet ist.
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In axialer Richtung zwischen dem ersten Bereich 6.1 und dem zweiten Bereich 6.2 ist ein innenliegender Steg 7.3 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform besteht der innenliegende Steg 7.3 aus mehreren Stegkomponenten 7.4 und umfasst eine erste Stegkomponente 7.4.1 in Form eines Rings, der radial zwischen dem ersten Gehäuseelement 8.1 und der radialen Außenseite des Statorkerns 6 angeordnet ist, sowie eine zweite Stegkomponente 7.4.2 in Form eines Rings, der radial zwischen dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 und der radialen Innenseite des Statorkerns 6 angeordnet ist.
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Somit ergeben sich in der gezeigten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 vier Volumen durch die Anordnung von erstem äußeren Gehäuse 8.1, zweitem inneren Gehäuse 8.2, erstem äußeren Steg 7.1, zweitem äußeren Steg 7.2, innenliegendem Steg 7.3 sowie dem Rotorkern.
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Ein erstes äußeres Volumen 13.1 ist im ersten Bereich 6.1 zwischen dem erstem Gehäuseelement 8.1 und der radialen Außenseite des Statorkerns 6 sowie zwischen dem ersten äußeren Steg 7.1 und dem innenliegenden Steg 7.3 ausgebildet. Ein erstes inneres Volumen 13.2 ist im ersten Bereich 6.1 zwischen der radialen Innenseite des Statorkerns 6 und dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 sowie zwischen dem ersten äußeren Steg 7.1 und dem innenliegenden Steg 7.3 ausgebildet.
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Das erste äußere Volumen 13.2 ist dabei über die Wickelnuten 10 des ersten Bereichs 6.1 in Verbindung mit der ersten Spulenanordnung 5.1 mit dem ersten inneren Volumen 13.2 verbunden. Eine Abdichtung der Wickelnuten 10 in axialer Richtung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Ein zweites inneres Volumen 13.3 ist im zweiten Bereich 5.2 zwischen der radialen Innenseite des Statorkerns 6 und dem zweiten inneren Gehäuseelement 8.2 sowie zwischen dem zweiten äußeren Steg 7.2 und dem innenliegenden Steg 7.3 ausgebildet. Die zweite Stegkomponente 7.4.2 des innenliegenden Stegs 7.3 verfügt über Öffnungen 14 zur Verbindung des ersten inneren Volumens 13.2 zu dem zweiten inneren Volumen 13.3.
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Ein zweites äußeres Volumen 13.4 ist im zweiten Bereich 5.2 zwischen dem erstem Gehäuseelement 8.1 und der radialen Außenseite des Statorkerns 6 sowie zwischen dem zweiten äußeren Steg 7.2 und dem innenliegenden Steg 7.3 ausgebildet. Das zweite innere Volumen 13.3 ist dabei über die Wickelnuten 10 des zweiten Bereichs 6.2 in Verbindung mit der zweiten Spulenanordnung 5.2 mit dem zweiten äußeren Volumen 13.4 verbunden. Eine Abdichtung der Wickelnuten 10 in axialer Richtung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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5 zeigt einen perspektivischen Teilschnitt (5a) wesentlicher Komponenten der elektrischen Maschine 1 aus 2 sowie eine perspektivische Detailansicht ( 5b).
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Zur Zuleitung von geeignetem Kühlmittel in das erste äußere Volumen 13.1 ist eine Zuleitung 15 im ersten äußeren Gehäuseelement 8.1 beinhaltet. Um das geeignete Kühlmittel aus dem Stator 3 abzuleiten und somit einen Kühlmittelfluss zu ermöglichen, ist im ersten äußeren Gehäuseelement 8.1 eine Rückleitung 16 beinhaltet, die mit dem zweiten äußeren Volumen 13.4 verbunden ist.
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Die Zuleitung 15 ist mit dem ersten äußeren Volumen 13.1 derart angeordnet, dass das geeignete Kühlmittel zunächst im ersten äußeren Volumen 13.1 in Umfangsrichtung verteilt wird und somit insbesondere bei einer als verteilten Wicklung realisierten ersten Spulenanordnung 5.1 die im ersten äußeren Volumen 13.1 ausgebildeten Wickelköpfe thermisch reguliert.
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Ebenso erfolgt im ersten inneren Volumen 13.2 eine Verteilung des geeigneten Kühlmittels in Umfangsrichtung.
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Der innenliegende Steg 7.3 verfügt über mehrere Öffnungen 14 zur Verbindung des ersten inneren Volumens 13.2 zu dem zweiten inneren Volumen13.3. Insbesondere sind die Öffnungen 14 derart positioniert, dass eine gleichmäßige Verteilung in Umfangsrichtung in dem ersten inneren Volumen 13.2 erfolgt. Die Öffnungen 14 sind wie in 5, 5b gezeigt radial innen derart positioniert, dass das Kühlmedium möglichst weit radial innen von dem ersten inneren Volumen 13.2 zu dem zweiten inneren Volumen 13.3 strömt, so dass eine möglichst gute Umströmung der im ersten inneren Volumen 13.2 befindlichen Wickelköpfe der als verteilten Wicklung ausgeführten ersten Spulenanordnung 5.1 oder der im zweiten inneren Volumen 13.3 befindlichen Wickelköpfe der als verteilten Wicklung ausgeführten zweiten Spulenanordnungen 5.2 erfolgt.
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6 zeigt eine Detailaufsicht des Statorkerns der elektrischen Maschine aus 2. Die Wickelnuten 10 des ersten Bereichs 6.1 weisen zu den Wickelnuten 10 des zweiten Bereichs 6.2 auf einer äußeren radial umlaufenden Fläche in Umfangsrichtung einen Abstand du auf, die Wickelnuten 10 des ersten Bereichs 6.1 weisen zu den Wickelnuten 10 des zweiten Bereichs 6.2 auf der äußeren radial umlaufenden Fläche in axialer Richtung einen Abstand dA auf. Dabei definiert k = dA / du ein Verhältnis, wobei k < 1,5 ist, vorzugsweise k<0.5, k<0.25, k<0,1 k<0.05.
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Insbesondere bei schmalen Statorzähnen 9 wie bei verteilten Wicklungen erforderlich, ist k vorteilhafterweise kleiner 1 zu wählen, sodass trotz geringer axialer Baulänge des Statorkerns 6 mechanische Stabilität gewährleitstet ist. Insbesondere bei Einzelzahnwicklungen kann aufgrund breiterer Statorzähne 9 k<0.5, besonders bevorzugt k<0.25 gewählt werden, ohne dass dies zu Lasten der mechanischen Stabilität ginge.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Maschine
- 2
- Rotor
- 2.1
- Erster Rotor
- 2.2.
- Zweiter Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Magnete
- 5
- Spulenanordnung
- 5.1
- erste Spulenanordnung
- 5.2
- zweite Spulenanordnung
- 6
- Statorkern
- 6.1
- erster Bereich
- 6.2
- zweiter Bereich
- 7
- Stegstruktur
- 7.1
- erster äußerer Steg
- 7.2
- zweiter äußerer Steg
- 7.3
- innenliegender Steg
- 7.4
- Stegkomponente
- 7.4.1
- erste Stegkomponente
- 7.4.2
- zweite Stegkomponente
- 8
- Gehäuse
- 8.1
- erstes äußeres Gehäuseelement
- 8.2
- zweites inneres Gehäuseelement
- 9
- Statorzahn
- 10
- Wickelnut
- 11
- Lagerung
- 12
- Rotationsachse
- 13.1
- erstes äußeres Volumen
- 13.2
- erstes inneres Volumen
- 13.3
- zweites inneres Volumen
- 13.4
- zweites äußeres Volumen
- 14
- Öffnungen
- 15
- Zuleitung
- 16
- Rückleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 109194082 A [0003]
- EP 2606561 B1 [0003]
- EP 1538727 [0003]
- EP 3485558 [0004]
- US 9071117 [0005]
- KR 101070230 B1 [0006]
