[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2024033235A1 - Axialflussmaschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Axialflussmaschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2024033235A1
WO2024033235A1 PCT/EP2023/071621 EP2023071621W WO2024033235A1 WO 2024033235 A1 WO2024033235 A1 WO 2024033235A1 EP 2023071621 W EP2023071621 W EP 2023071621W WO 2024033235 A1 WO2024033235 A1 WO 2024033235A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
cooling
flow
cooling air
axial
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/071621
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Rehm
Christopher Beck
Robert Lehmann
Uli Bendrich
Mike Fuchslocher
Original Assignee
Mercedes-Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes-Benz Group AG filed Critical Mercedes-Benz Group AG
Publication of WO2024033235A1 publication Critical patent/WO2024033235A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/225—Heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • Axial flow machine especially for a motor vehicle
  • the invention relates to an axial flow machine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an axial flow machine is already known, for example, from WO 2015/019107 A2, WO 2016/185173 A1, EP 2 835 895 A2 and EP 1 559604 A1.
  • the axial flux machine has a rotor which has a rotor carrier, magnets held on the rotor carrier and cooling channels running within the rotor carrier. Cooling air can each flow through the cooling channels to cool the rotor.
  • the respective cooling channel has a respective inlet through which the cooling air can be introduced into the respective cooling channel. Furthermore, the respective cooling channel has at least one respective outlet through which the cooling air can be removed.
  • the object of the present invention is to further develop an axial flux machine of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous and needs-based cooling of the rotor can be realized.
  • the axial flow machine has a valve device assigned to the inlets, by means of which a flow cross section through which the cooling air can flow of the respective entry is adjustable, that is, changeable.
  • the valve device is between one that closes the inlets and thus the respective Flow cross section to zero reducing closed position and at least one open position releasing the inlets relative to the rotor movable, in particular rotatable, so that in the open position the flow cross section is greater than zero.
  • the open position cooling air can flow through the respective inlet and thus flow into the respective cooling channel via the respective inlet.
  • the closed position no cooling air can flow through the respective inlet and thus flow into the respective cooling channel via the inlet.
  • the invention is based in particular on the following findings: Heat is generated by electromagnetic losses in electrical machines. This should be dissipated to avoid a reduction in performance, damage or destruction of the machine. Especially in axial flux machines (AFM), a maximum temperature should not be exceeded in order not to undesirably impair the strength of adhesive connections between the magnets, for example designed as permanent magnets, and the rotor carrier. At high outputs, natural convection is not sufficient for this. Liquid-cooled rotors are very complex. External ribs on the rotor would lead to high ventilation losses. According to the invention, the valve device is therefore provided which, for example, can be opened and closed automatically and/or depending on the temperature or can adjust the flow cross sections.
  • the cooling channels run within the rotor carrier, the cooling channels are internal cooling channels through which heat can be particularly advantageously dissipated from the rotor.
  • the valve device In operating states in which cooling of the rotor via the cooling channels is not necessary or undesirable, the valve device is, for example, in the closed position. This allows particularly low-loss operation to be achieved. In operating states in which cooling of the rotor via the cooling channels is advantageous or desirable, the valve device can be in the open position, whereby heat can be dissipated particularly effectively and efficiently from and in particular from the rotor.
  • the valve device is, for example, a disk, in particular a closure perforated diaphragm, which can be rotated, for example, about an axis of rotation about which the rotor of the axial flux machine is rotatable relative to a stator of the axial flux machine.
  • the valve device is assigned an actuator, also referred to as an actuator, by means of which the valve device can be moved, in particular rotatable, relative to the rotor.
  • the actuator can be automatic and/or temperature-controlled.
  • the actuator can be designed as a bimetal or made of a Shape memory alloy can be formed.
  • the actuator is an electrically operable actuator, in particular an electric motor, so that, for example, the valve device can be moved relative to the rotor by means of the actuator using electrical energy.
  • the invention enables demand-based cooling and thus increased performance and increased reliability of the axial flow machine compared to conventional solutions.
  • a particularly efficient operation of the axial flux machine can be achieved by reducing losses.
  • the previous and following statements can easily be transferred to radial flow machines, so that the invention can also be used in radial flow machines.
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic front view of a first embodiment of a rotor of an axial flux machine
  • FIG. 2 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of the rotor of the axial flux machine according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of an upper half of a rotor of an axial flux machine in a second embodiment
  • Fig. 4 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of an upper half of a third embodiment of a rotor of an axial flux machine.
  • identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic front view of a rotor 14 of an electrical machine designed as an axial flux machine 10, in particular for a motor vehicle.
  • the axial flux machine 10 is designed to drive the motor vehicle, in particular purely electrically.
  • 1 and 2 show a first embodiment of the rotor 14 of the axial flux machine 10.
  • the axial flux machine 10 has a stator 12 and a rotor 14, which can be driven by means of the stator 12 and thereby about an axis of rotation 16 is rotatable relative to the stator 12.
  • the rotor 14 has a rotor carrier 18 and magnets 20.
  • the magnets 20 are formed separately from the rotor carrier 18 and are held on the rotor carrier 18, in particular in that the respective magnet 20 is connected to the rotor carrier 18 by a respective adhesive connection.
  • the respective magnet 20 is a respective permanent magnet.
  • the rotor 14 also has cooling channels 22 running within the rotor carrier 18.
  • cooling air can flow through the respective cooling channel 22, in particular in the radial direction of the rotor 14 from the inside to the outside.
  • the respective cooling channel 22 also referred to as a cooling air channel, has a respective inlet 24, via which the air, in particular from an environment 26 of the rotor 14, can be introduced into the respective cooling channel 22.
  • the respective cooling channel 22 has a respective outlet 28, via which the cooling air flowing through the respective cooling channel 22 can be removed from the respective cooling channel 22 and, for example, into the environment 26.
  • the respective outlets 28 are further out in the radial direction of the rotor 14 than the respective inlets 24, which are also referred to as inlets.
  • the respective inlet 24, also referred to as an inlet, runs parallel to the axial direction or obliquely to the axial direction of the rotor 14 and thus to the axial flow machine 10.
  • each inlet 24 has a starting cooling channel 22 then several outlets 28 with a respective cooling channel 22 and thus several cooling channels 22 are assigned and fluidly connected.
  • two outlets 28 are also assigned to the one inlet 24 with the one cooling channel 22, which then separates into two cooling channels 22, and are fluidly connected.
  • the branching ratio of the cooling channels can be determined here, since the cooling should take place over the entire circumference, which increases with the radius towards the outside, so that the cooling channels 22 cannot be widened arbitrarily for reasons of stability and so that they can branch out in order to be able to cover the increasing circumference to the outside.
  • the rotor 14 also has a rotor shaft 30, also simply referred to as a shaft.
  • the rotor carrier 18 is connected to the rotor shaft 30 in a rotationally fixed manner. It is conceivable that the rotor carrier 18 is connected separately from the rotor shaft 30 and in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 30.
  • the rotor 14 of the axial flow machine 10 has a valve device 32 assigned to the inlets 24 and common to the inlets 24, by means of which a respective flow cross section of the respective inlet 24 through which the cooling air can flow.
  • the valve device 32 can be rotated about the axis of rotation 16 relative to the rotor 14, whereby the, in particular all, flow cross sections of the, in particular all, inlets 24 can be adjusted, in particular simultaneously.
  • the valve device 32 can be rotated about the axis of rotation 16 relative to the rotor 14 between a closed position and at least one open position and thus moved.
  • the inlets 24 are fluidically blocked by means of the valve device 32, so that the flow cross sections are reduced to zero. This means that no cooling air from the environment 26 can flow through the inlets 24.
  • the valve device 32 releases the inlets 24, so that in the open position the flow cross sections are greater than zero. Air as cooling air from the environment 26 can therefore flow through the inlets 24 and thus flow into the cooling channels 22.
  • the valve device 32 can be rotated into several open positions that differ from one another, in which the flow cross sections have respective values that are larger than zero.
  • the valve device 32 is assigned an actuator 34, by means of which the valve device 32 can be rotated about the axis of rotation 16 relative to the rotor 14 in order to thereby adjust the flow cross sections.
  • the actuator 34 is, for example a bimetal.
  • the actuator 34 is formed from a shape memory alloy.
  • the actuator 34 can be deformed non-destructively by temperature changes of the rotor 14, the temperature changes of which are accompanied by temperature changes of the actuator 34, the valve device 32 being rotatable about the axis of rotation 16 relative to the rotor 14 by deforming the actuator 34.
  • valve device 32 functions as a valve by means of which the flow cross sections and thus a respective amount of cooling air flowing through the flow cross sections can be adjusted.
  • the valve device 32 is designed as a pinhole or as a type of pinhole.
  • the valve device 32 has at least or exactly one through opening 36.
  • the respective inlet 24 is overlapped by a respective one of the through openings 36, whereby the respective inlet 24 is released.
  • the inlets 24 are closed by means of respective wall regions of the valve device 32 adjoining the through openings 36, in that the inlets 24 are covered by the wall regions in the axial direction of the axial flow machine 10 towards the environment 26.
  • the respective inlet 24 runs obliquely to the axial direction of the rotor 14, so that the respective inlet 24 can be flowed through by the cooling air along a first flow direction, the first flow direction therefore also running obliquely to the axial direction of the rotor 14.
  • the respective outlet 28 also runs obliquely to the axial direction of the rotor 14, so that the cooling air can flow through the respective outlet 28 along a respective, second flow direction.
  • the second flow direction therefore also runs obliquely to the axial direction of the rotor 14, the second flow direction having a different inclination to the axial direction of the rotor 14 than the first flow direction, in particular the axial component of the two inclines of the flow directions is reversed and in particular, for example, the radial component the two slopes of the flow directions are the same. Furthermore, it is conceivable that at least one of the two respective flow directions runs parallel to the axial direction of the rotor 14, as is shown at the inlet 24 in a second embodiment in FIG.
  • Fig. 3 shows a detail of a second embodiment of the rotor 14, in which the respective inlet 24 runs in the axial direction of the rotor 14 and the respective outlet 28 runs in the radial direction of the rotor 14, so that the respective, first flow direction in the axial direction of the Rotor 14 runs, illustrated by arrow 40, and the respective second flow direction runs in the radial direction of rotor 14, illustrated by arrows 38.
  • valve device 32 is designed, for example, as a cylindrical, thin-walled pipe section with radial openings.
  • Fig. 4 shows a section of a third embodiment of a rotor 14 of an axial flux machine 10.
  • a heat pipe 44 also known as a heat pipe, which, as illustrated by an arrow 46, is from the Cooling air can flow through at least one outlet 28 and thus flow out of the associated cooling channel 22 via the at least one outlet.
  • the heat pipe 44 is a possible embodiment of a heat sink that can absorb heat from or from the cooling air flowing through the at least one outlet 28 and, for example, transfer it to another, in particular liquid, cooling medium or working medium, in particular via cooling fins 48 with which the heat pipe 44 can be provided can.
  • the other coolant or working medium can be, for example, water, i.e. cooling water, or oil, so that water or oil cooling can be implemented.
  • the heat pipe 44 and, for example, the cooling fins 48 are arranged in a circuit.
  • the rotor 14 can be cooled not only by the cooling channel 22, but also by an air flow through the air gap 50 between the stator 12 and the rotor 14, which is formed in disk shape in axial flux machines.
  • the air gap 50 can also be used as a further cooling channel, whereby air gap cooling can be implemented or realized.
  • the air flow through the air gap 50 as a cooling channel is guided on the outer circumference of the rotor 14 back to a rotor rear side of the rotor 14, with the cooling air in the circuit being on the Rear of rotor can be guided.
  • the heat can, for example, be extracted directly in the circuit mentioned within a housing of the axial flow machine 10 through the heat pipe 44 and optionally the cooling fins 48 and led to the outside, that is to say to an environment of the housing, in particular the axial flow machine 10 as a whole, and there in one Heat exchanger, for example, to air, oil or water, i.e. to another or the previously mentioned other coolant.
  • the rotor carrier 18 has at least one connecting channel 52, designed for example as a bore, via which the air gap 50 is fluidly connected to the cooling channel 22.
  • the cooling air can be divided into a first partial flow and a second partial flow.
  • the first partial flow flows through the cooling channel 22, and the second partial flow flows through the connecting channel 52 and thus through the air gap 50.
  • the partial streams are combined, for example, into a total stream, which is then divided downstream of the heat pipe 44 into the first partial stream and the second partial stream.
  • connection channels 52 for example designed as connecting bores, at least some of the cooling air can be supplied to the air gap 50 between the stator 12 and the rotor 14, whereby the air gap cooling is realized.
  • This air gap cooling is supported by a suction effect of an emerging skin cooling air flow, in particular on a front side of the rotor 14 facing the heat pipe 44.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine (10), mit einem Rotor (14), welcher einen Rotorträger (18), an dem Rotorträger (18) gehaltene Magneten (20) und innerhalb des Rotorträgers (18) verlaufende Kühlkanäle (22) aufweist, welche jeweils von Kühlluft zum Kühlen des Rotors (14) durchströmbar sind und jeweils einen Eintritt (24), über welchen die Kühlluft in den jeweiligen Kühlkanal (22) einleitbar ist, und einen Austritt (28) aufweisen, über welchen die Kühlluft aus dem jeweiligen Kühlkanal (22) abführbar ist. Vorgesehen ist eine den Eintritten (24) zugeordnete Ventileinrichtung (32), mittels welcher ein von der Kühlluft durchströmbarer Strömungsquerschnitt des jeweiligen Eintritts (24) einstellbar ist.

Description

Axialflussmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Axialflussmaschine ist beispielsweise bereits der WO 2015/019107 A2, der WO 2016/185173 A1, der EP 2 835 895 A2 sowie der EP 1 559604 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Axialflussmaschine weist einen Rotor auf, welcher einen Rotorträger, an dem Rotorträger gehaltene Magnete und innerhalb des Rotorträgers verlaufende Kühlkanäle aufweist. Die Kühlkanäle sind jeweils von Kühlluft zum Kühlen des Rotors durchströmbar. Der jeweilige Kühlkanal weist einen jeweiligen Eintritt auf, überweichen die Kühlluft in den jeweiligen Kühlkanal einleitbar ist. Des Weiteren weist der jeweilige Kühlkanal mindestens einen jeweiligen Austritt auf, über welchen die Kühlluft abführbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Axialflussmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Kühlung des Rotors realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Axialflussmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Kühlung des Rotors realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Axialflussmaschine eine den Eintritten zugeordnete Ventileinrichtung aufweist, mittels welcher ein von der Kühlluft durchströmbarer Strömungsquerschnitt des jeweiligen Eintritts einstellbar, das heißt veränderbar ist. Insbesondere ist die Ventileinrichtung zwischen einer die Eintritte verschließenden und somit den jeweiligen Strömungsquerschnitt auf null reduzierenden Schließstellung und wenigstens einer die Eintritte freigebenden Offenstellung relativ zu dem Rotor bewegbar, insbesondere drehbar, sodass in der Offenstellung der Strömungsquerschnitt größer als null ist. Somit kann in der Offenstellung Kühlluft den jeweiligen Eintritt durchströmen und somit über den jeweiligen Eintritt in den jeweiligen Kühlkanal einströmen. In der Schließstellung kann keine Kühlluft den jeweiligen Eintritt durchströmen und somit über den Eintritt in den jeweiligen Kühlkanal einströmen.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Durch elektromagnetische Verluste in elektrischen Maschinen entsteht Wärme. Diese sollte abgeführt werden, um eine Leistungsreduzierung, eine Beschädigung oder eine Zerstörung der Maschine zu vermeiden. Speziell bei Axialflussmaschinen (AFM) sollte eine maximale Temperatur nicht überschritten werden, um eine Festigkeit von Klebeverbindungen zwischen den beispielsweise als Permanentmagnete ausgebildeten Magneten und dem Rotorträger nicht unerwünscht zu beeinträchtigen. Bei hohen Leistungen reicht hierfür eine natürliche Konvektion nicht aus. Flüssigkeitsgekühlte Rotoren sind sehr aufwendig. Äußere Rippen am Rotor würden zu hohen Ventilationsverlusten führen. Erfindungsgemäß ist daher die Ventileinrichtung vorgesehen, welche beispielsweise automatisch und/oder temperaturabhängig geöffnet und geschlossen beziehungsweise die Strömungsquerschnitte einstellen kann. Da die Kühlkanäle innerhalb des Rotorträgers verlaufen, sind die Kühlkanäle innenliegende Kühlkanäle, über welche Wärme besonders vorteilhaft aus dem Rotor abgeführt werden kann. In Betriebszuständen, in welchen über die Kühlkanäle eine Kühlung des Rotors nicht erforderlich oder nicht erwünscht ist, befindet sich die Ventileinrichtung beispielsweise in der Schließstellung. Hierdurch kann ein besonders verlustarmer Betrieb realisiert werden. In Betriebszuständen, in welchen eine Kühlung des Rotors über die Kühlkanäle vorteilhaft oder erwünscht ist, kann sich die Ventileinrichtung in der Offenstellung befinden, wodurch Wärme besonders effektiv und effizient aus und insbesondere von dem Rotor abgeführt werden kann.
Die Ventileinrichtung ist beispielsweise eine Scheibe, insbesondere eine Verschluss- Lochblende, welche beispielsweise um eine Drehachse, um welche der Rotor der Axialflussmaschine relativ zu einem Stator der Axialflussmaschine, drehbar ist. Beispielsweise ist der Ventileinrichtung ein auch als Aktuator bezeichneter Aktor zugeordnet, mittels welchem die Ventileinrichtung relativ zu dem Rotor bewegbar, insbesondere drehbar, ist. Der Aktor kann selbsttätig und/oder temperaturgeregelt sein. Beispielsweise kann der Aktor als ein Bimetall ausgebildet oder aus einer Formgedächtnislegierung gebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass der Aktor ein elektrisch betreibbarer Aktor, insbesondere Elektromotor, ist, sodass beispielsweise mittels des Aktors unter Nutzung von elektrischer Energie die Ventileinrichtung relativ zu dem Rotor bewegt werden kann. Die Erfindung ermöglicht eine bedarfsgerechte Kühlung und somit gegenüber herkömmlichen Lösungen eine erhöhte Leistungsfähigkeit und eine erhöhte Zuverlässigkeit der Axialflussmaschine. Insbesondere kann durch eine Verlustreduzierung ein besonders effizienter Betrieb der Axialflussmaschine realisiert werden. Die vorigen und folgenden Ausführungen können ohne Weiteres auch auf Radialflussmaschinen übertragen werden, sodass die Erfindung auch bei Radialflussmaschinen Anwendung finden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines Rotors einer Axialflussmaschine;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Rotors der Axialflussmaschine gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer oberen Hälfte eines Rotors einer Axialflussmaschine in einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer oberen Hälfte einer dritten Ausführungsform eines Rotors einer Axialflussmaschine. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Vorderansicht einen Rotor 14 einer als Axialflussmaschine 10 ausgebildeten, elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Axialflussmaschine 10 dazu ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch anzutreiben. Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des Rotors 14 der Axialflussmaschine 10. Wie in Zusammenschau mit Fig. 4 erkennbar ist, weist die Axialflussmaschine 10 einen Stator 12 und einen Rotor 14 auf, welcher mittels des Stators 12 antreibbar und dadurch um eine Drehachse 16 relativ zu dem Stator 12 drehbar ist. Hierbei zeigt Fig. 4 nur einen schematischen Ausschnitt einer solchen Axialflussmaschine 10, welche mindestens einen Stator 12 und mindestens einen Rotor 14 aufweist, so dass die Darstellung keinerlei Einschränkung auf den Typ der Axialflussmaschine 10 ergibt und rein beispielsweise zu sehen ist. Aus Fig. 1 und 2 ist erkennbar, dass der Rotor 14 einen Rotorträger 18 und Magnete 20 aufweist. Beispielsweise sind die Magnete 20 separat von dem Rotorträger 18 ausgebildet und an dem Rotorträger 18 gehalten, insbesondere dadurch, dass der jeweilige Magnet 20 mit dem Rotorträger 18 durch eine jeweilige Klebeverbindung verbunden ist. Insbesondere ist der jeweilige Magnet 20 ein jeweiliger Permanentmagnet. Der Rotor 14 weist außerdem innerhalb des Rotorträgers 18 verlaufende Kühlkanäle 22 auf. Da die Kühlkanäle 22 innerhalb des Rotorträgers 18 verlaufen, sind jeweilige Teilbereiche der Kühlkanäle 22 in Fig. 1 nicht erkennbar, wobei diese Teilbereiche in Fig. 1 durch gestrichelte Linien veranschaulicht sind. Der jeweilige Kühlkanal 22 ist von Kühlluft durchströmbar, insbesondere in radialer Richtung des Rotors 14 von innen nach außen. Hierfür weist der jeweilige, auch als Kühlluftkanal bezeichnete Kühlkanal 22 einen jeweiligen Eintritt 24 auf, über weichen die Luft, insbesondere aus einer Umgebung 26 des Rotors 14, in den jeweiligen Kühlkanal 22 einleitbar ist. Des Weiteren weist der jeweilige Kühlkanal 22 einen jeweiligen Austritt 28 auf, über welchen die den jeweiligen Kühlkanal 22 durchströmende Kühlluft aus dem jeweiligen Kühlkanal 22 abführbar und beispielsweise in die Umgebung 26 führbar ist. Es ist erkennbar, dass die jeweiligen Austritte 28 in radialer Richtung des Rotors 14 weiter außen liegen als die jeweiligen Eintritte 24, welche auch als Einlässe bezeichnet werden. Der jeweilige, auch als Einlass bezeichnete Eintritt 24 verläuft parallel zur axialen Richtung oder schräg zur axialen Richtung des Rotors 14 und damit zur Axialflussmaschine 10.
Auch ist in Fig. 1 erkennbar, dass in der ersten Ausführungsform sich die Kühlkanäle 22 im Rotorträger 18 aufteilen, so dass jedem Eintritt 24 mit einem anfangenden Kühlkanal 22 dann mehrere Austritte 28 mit einem jeweiligen Kühlkanal 22 und damit mehreren Kühlkanälen 22 zugeordnet und fluidisch verbunden ist. Beispielsweise sind in der ersten Ausführungsform dem einen Eintritt 24 mit dem einen Kühlkanal 22, der sich dann in zwei Kühlkanäle 22 auftrennt auch zwei Austritte 28 zugeordnet und fluidisch verbunden. Je nach Größe und Ausführung eines Rotors kann hier das Verzweigungsverhältnis der Kühlkanäle bestimmt werden, da die Kühlung über den kompletten Umfang erfolgen soll, der ja mit dem Radius nach außen hin zunimmt, so dass hier die Kühlkanäle 22 aus Stabilitätsgründen nicht beliebig verbreitert werden können und damit sich verzweigen um auch den größer-werdenden Umfang nach außen hin abdecken zu können.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass der Rotor 14 auch eine einfach auch als Welle bezeichnete Rotorwelle 30 aufweist. Beispielsweise ist der Rotorträger 18 drehfest mit der Rotorwelle 30 verbunden. Dabei ist es denkbar, dass der Rotorträger 18 separat von der Rotorwelle 30 und drehfest mit der Rotorwelle 30 verbunden ist.
Um nun eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Kühlung des Rotors 14 realisieren zu können, weist der Rotors 14 der Axialflussmaschine 10, wie besonders gut aus Fig. 1 erkennbar ist, eine den Eintritten 24 zugeordnete und den Eintritten 24 gemeinsame Ventileinrichtung 32 auf, mittels welcher ein jeweiliger, von der Kühlluft durchströmbarer Strömungsquerschnitt des jeweiligen Eintritts 24 durchströmbar ist. Die Ventileinrichtung 32 ist um die Drehachse 16 relativ zu dem Rotor 14 drehbar, wodurch die, insbesondere alle, Strömungsquerschnitte der, insbesondere aller, Eintritte 24, insbesondere gleichzeitig, einstellbar sind. Insbesondere kann die Ventileinrichtung 32 um die Drehachse 16 relativ zu dem Rotor 14 zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verdreht und somit bewegt werden. In der Schließstellung sind die Eintritte 24 mittels der Ventileinrichtung 32 fluidisch versperrt, sodass die Strömungsquerschnitte auf null reduziert sind. Somit kann keine Kühlluft aus der Umgebung 26 die Eintritte 24 durchströmen. In der Offenstellung gibt die Ventileinrichtung 32 die Eintritte 24 frei, sodass in der Offenstellung die Strömungsquerschnitte größer als null sind. Somit kann Luft als Kühlluft aus der Umgebung 26 die Eintritte 24 durchströmen und somit in die Kühlkanäle 22 einströmen. Insbesondere kann die Ventileinrichtung 32 in mehrere, voneinander unterschiedliche Offenstellungen gedreht werden, in welchen die Strömungsquerschnitte jeweilige, gegenüber null größere Werte aufweist.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass der Ventileinrichtung 32 ein Aktor 34 zugeordnet ist, mittels welchem die Ventileinrichtung 32 um die Drehachse 16 relativ zu dem Rotor 14 drehbar ist, um dadurch die Strömungsquerschnitte einzustellen. Der Aktor 34 ist beispielsweise ein Bimetall. Ferner ist denkbar, dass der Aktor 34 aus eine Formgedächtnislegierung gebildet ist. Somit ist beispielsweise der Aktor 34 durch Temperaturänderungen des Rotors 14, dessen Temperaturänderungen mit Temperaturänderungen des Aktors 34 einhergehen, zerstörungsfrei verformbar, wobei durch Verformen des Aktors 34 die Ventileinrichtung 32 um die Drehachse 16 relativ zu dem Rotor 14 drehbar ist. Dadurch werden die Strömungsquerschnitte automatisch und in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen des Rotors 14 eingestellt, das heißt verändert, sodass eine besonders einfache, kostengünstige und bedarfsgerechte Kühlung des Rotors 14 darstellbar ist. Insgesamt ist erkennbar, dass die Ventileinrichtung 32 als Ventil fungiert, mittels welchem die Strömungsquerschnitte und somit eine jeweilige, die Strömungsquerschnitte durchströmende Menge der Kühlluft einstellbar sind.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Ventileinrichtung 32 als eine Lochblende oder als eine Art Lochblende ausgebildet. Je Eintritt 24 weist die Ventileinrichtung 32 wenigstens oder genau eine Durchgangsöffnung 36 auf. In der Offenstellung ist der jeweilige Eintritt 24 von einer jeweiligen der Durchgangsöffnungen 36 überlappt, wodurch der jeweilige Eintritt 24 freigegeben ist. In der Schließstellung sind die Eintritte 24 mittels jeweiliger, sich an die Durchgangsöffnungen 36 anschließender Wandungsbereiche der Ventileinrichtung 32 verschlossen, dadurch, dass die Eintritte 24 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zur Umgebung 26 hin durch die Wandungsbereiche überdeckt sind.
Bei der ersten Ausführungsform verläuft der jeweilige Eintritt 24 schräg zur axialen Richtung des Rotors 14, sodass der jeweilige Eintritt 24 entlang einer ersten Strömungsrichtung von der Kühlluft durchströmbar ist, wobei die erste Strömungsrichtung somit auch schräg zur axialen Richtung des Rotors 14 verläuft. Auch verläuft der jeweilige Austritt 28 bei der ersten Ausführungsform ebenfalls schräg zur axialen Richtung des Rotors 14, sodass der jeweilige Austritt 28 entlang einer jeweiligen, zweiten Strömungsrichtung von der Kühlluft durchströmbar ist. Die zweite Strömungsrichtung verläuft somit auch schräg zur axialen Richtung des Rotors 14, wobei die zweite Strömungsrichtung eine andere Schräge zur axialen Richtung des Rotors 14 aufweist als die erste Strömungsrichtung, insbesondere ist die axiale Komponente der beiden Schrägen der Strömungsrichtungen umgekehrt und insbesondere beispielsweise die radiale Komponente der beiden Schrägen der Strömungsrichtungen gleich. Ferner ist es denkbar, dass mindestens eine der beiden jeweilige Strömungsrichtung parallel zur axialen Richtung des Rotors 14 verläuft, wie dies beim Eintritt 24 in einer zweiten Ausführungsform in Fig.3 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt in einem Ausschnitt eine zweite Ausführungsform des Rotors 14, bei der der jeweilige Eintritt 24 in axialer Richtung des Rotors 14 verläuft und der jeweilige Austritt 28 in radialer Richtung des Rotors 14 verläuft, sodass die jeweilige, erste Strömungsrichtung in axialer Richtung des Rotors 14 verläuft, veranschaulicht durch den Pfeil 40, und die jeweilige, zweite Strömungsrichtung in radialer Richtung des Rotors 14 verläuft, veranschaulicht durch die Pfeile 38.
In der zweite Ausführungsform des Rotors 14 in Fig. 3 ist die Ventileinrichtung 32 beispielsweise als zylindrisches dünnwandiges Rohrstück mit radialen Öffnungen ausgeführt.
Schließlich zeigt Fig. 4 einen Ausschnitt einer dritte Ausführungsform eines Rotors 14 einer Axialflussmaschine 10. Bei der dritten Ausführungsform ist wenigstens einem der Austritte 28 ein auch als Heat Pipe bezeichnetes Wärmerohr 44 zugeordnet, welches, wie durch einen Pfeil 46 veranschaulicht ist, von der den wenigstens einen Austritt 28 durchströmenden und somit über den wenigstens einen Austritt aus dem zugehörigen Kühlkanal 22 ausströmenden Kühlluft durchströmbar ist. Das Wärmerohr 44 ist eine mögliche Ausführungsform einer Wärmesenke, die Wärme von oder aus der den wenigstens einen Austritt 28 durchströmenden Kühlluft aufnehmen und beispielsweise an ein anderes, insbesondere flüssiges Kühlmedium oder Arbeitsmedium übertragen kann, insbesondere über Kühlrippen 48, mit denen das Wärmerohr 44 versehen sein kann. Bei dem anderen Kühlmittel oder Arbeitsmedium kann es sich beispielsweise um Wasser, mithin Kühlwasser, oder aber um Öl handeln, sodass eine Wasser- beziehungsweise Ölkühlung darstellbar ist. Beispielsweise sind das Wärmerohr 44 und beispielsweise auch die Kühlrippen 48 in einem Kreislauf angeordnet.
In einer vorteilhaften weiteren Ausführung ist der Rotor 14 nicht nur durch den Kühlkanal 22 kühlbar, sondern auch noch durch eine Luftströmung durch den Luftspalt 50 zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 14, der bei Axialflussmaschinen in Scheibenform gebildet ist. Der Luftspalt 50 kann in seiner Scheibenform auch als ein weiterer Kühlkanal genutzt sein, wodurch eine Luftspaltkühlung realisierbar oder realisiert ist. Die Luftströmung durch den Luftspalt 50 als Kühlkanal ist am äußeren Umfang des Rotors 14 zurück auf eine Rotorrückseite des Rotors 14 geführt, wobei die Kühlluft in dem Kreislauf auf die Rotorrückseite geführt werden kann. Die Wärme kann dabei beispielsweise direkt in dem genannten Kreislauf innerhalb eines Gehäuses der Axialflussmaschine 10 durch das Wärmerohr 44 und gegebenenfalls die Kühlrippen 48 entzogen und nach außen, das heißt an eine Umgebung des Gehäuses, insbesondere der Axialflussmaschine 10 insgesamt, geführt werden und dort in einem Wärmetauscher zum Beispiel an Luft, Öl oder Wasser, das heißt an ein anderes oder das zuvor genannte, andere Kühlmittel abgeführt werden.
Beispielsweise weist der Rotorträger 18 wenigstens einen beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Verbindungskanal 52 auf, über weichen der Luftspalt 50 fluidisch mit dem Kühlkanal 22 verbunden ist. Somit kann beispielsweise stromab des Wärmerohrs 44 die Kühlluft in einen ersten Teilstrom und in einen zweiten Teilstrom aufgeteilt werden. Der erste Teilstrom strömt durch den Kühlkanal 22 hindurch, und der zweite Teilstrom strömt durch den Verbindungskanal 52 und somit durch den Luftspalt 50 hindurch. Stromauf des Wärmerohrs 44 werden die Teilströme beispielsweise zu einem Gesamtstrom vereinigt, welcher dann stromab des Wärmerohrs 44 in den ersten Teilstrom und den zweiten Teilstrom aufgeteilt wird. Durch die beispielsweise als Verbindungsbohrungen ausgebildeten Verbindungskanäle 52 kann somit dem Luftspalt 50 zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 14 zumindest ein Teil der Kühlluft zugeführt werden, wodurch die Luftspaltkühlung realisiert ist. Diese Luftspaltkühlung wird durch eine Sogwirkung eines austretenden Hautkühlluftstroms insbesondere auf einer dem Wärmerohr 44 zugewandten Vorderseite des Rotors 14 unterstützt.
Bezugszeichenliste
10 Axialflussmaschine
12 Stator
14 Rotor
16 Drehachse
18 Rotorträger
20 Magnet
22 Kühlkanal
24 Eintritt
26 Umgebung
28 Austritt
30 Rotorwelle
32 Ventileinrichtung
34 Aktor
36 Durchgangsöffnung
38 Pfeil
40 Pfeil
42 Pfeil
44 Wärmerohr
46 Pfeil
48 Kühlrippen
50 Luftspalt
52 Verbindungskanal

Claims

Patentansprüche Axialflussmaschine (10), mit einem Rotor (14), welcher einen Rotorträger (18), an dem Rotorträger (18) gehaltene Magneten (20) und innerhalb des Rotorträgers (18) verlaufende Kühlkanäle (22) aufweist, welche jeweils von Kühlluft zum Kühlen des Rotors (14) durchströmbar sind und jeweils einen Eintritt (24), über weichen die Kühlluft in den jeweiligen Kühlkanal (22) einleitbar ist, und einen Austritt (28) aufweisen, über weichen die Kühlluft aus dem jeweiligen Kühlkanal (22) abführbar ist, gekennzeichnet durch eine den Eintritten (24) zugeordnete Ventileinrichtung (32), mittels welcher ein von der Kühlluft durchströmbarer Strömungsquerschnitt des jeweiligen Eintritts (24) einstellbar ist. Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (32) zwischen einer die Eintritte (24) verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Eintritte (24) freigebenden Offenstellung relativ zu dem Rotor (14) bewegbar ist. Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der Strömungsquerschnitte die Ventileinrichtung (32) um eine Drehachse (16), um welche der Rotor (14) relativ zu einem Stator (12) der Axialflussmaschine (10) drehbar ist, relativ zu dem Rotor (14) drehbar ist. Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Austritt (28) in radialer Richtung oder in axialer Richtung der Axialflussmaschine (10) verläuft. Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem der Austritte (28) ein Wärmerohr (44) zugeordnet ist, welches zumindest in einem Teilbereich von der den wenigstens einen Austritt (28) durchströmendem Kühlluft anströmbar ist.
PCT/EP2023/071621 2022-08-08 2023-08-03 Axialflussmaschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug WO2024033235A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022002863.8A DE102022002863A1 (de) 2022-08-08 2022-08-08 Axialflussmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102022002863.8 2022-08-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024033235A1 true WO2024033235A1 (de) 2024-02-15

Family

ID=83114720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/071621 WO2024033235A1 (de) 2022-08-08 2023-08-03 Axialflussmaschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022002863A1 (de)
WO (1) WO2024033235A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022004791A1 (de) 2022-12-19 2024-06-20 Mercedes-Benz Group AG Rotoranordnung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine und Verfahren zum Kühlen eines Rotors

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5795154A (en) * 1980-12-03 1982-06-12 Hitachi Ltd Cooling unit for current collector of rotary electric machine
JP2001258210A (ja) * 2000-03-13 2001-09-21 Mitsubishi Electric Corp エレベーター用ギヤレス巻上機
EP1559604A1 (de) 2004-01-29 2005-08-03 Magnet-Motor Gesellschaft für magnetmotorische Technik mbH Gekühlte elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug
US20090146512A1 (en) * 2005-08-31 2009-06-11 Mitsubishi Electric Corporation Cooling device of electric motor for vehicle
US20130328422A1 (en) * 2012-06-06 2013-12-12 Alstom Hydro France Rotor for an electric machine and method for retrofit
EP2835895A2 (de) 2013-08-08 2015-02-11 Yasa Motors Ltd Kühlung von Axialströmungsmotoren - zentrifugal
JP5957605B2 (ja) * 2013-05-30 2016-07-27 株式会社日立製作所 アキシャルギャップ型回転電機
WO2016185173A1 (en) 2015-05-19 2016-11-24 Yasa Motors Limited Axial flux machine

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5795154A (en) * 1980-12-03 1982-06-12 Hitachi Ltd Cooling unit for current collector of rotary electric machine
JP2001258210A (ja) * 2000-03-13 2001-09-21 Mitsubishi Electric Corp エレベーター用ギヤレス巻上機
EP1559604A1 (de) 2004-01-29 2005-08-03 Magnet-Motor Gesellschaft für magnetmotorische Technik mbH Gekühlte elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug
US20090146512A1 (en) * 2005-08-31 2009-06-11 Mitsubishi Electric Corporation Cooling device of electric motor for vehicle
US20130328422A1 (en) * 2012-06-06 2013-12-12 Alstom Hydro France Rotor for an electric machine and method for retrofit
JP5957605B2 (ja) * 2013-05-30 2016-07-27 株式会社日立製作所 アキシャルギャップ型回転電機
EP2835895A2 (de) 2013-08-08 2015-02-11 Yasa Motors Ltd Kühlung von Axialströmungsmotoren - zentrifugal
WO2015019107A2 (en) 2013-08-08 2015-02-12 Yasa Motors Limited Cooling of axial flux motors - centrifugal
WO2016185173A1 (en) 2015-05-19 2016-11-24 Yasa Motors Limited Axial flux machine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022002863A1 (de) 2022-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007061597B4 (de) Elektrische Maschine mit Doppelaxiallüfter
EP2002526A1 (de) Elektrische maschine
DE102019117637A1 (de) Anordnung zum Kühlen einer Elektromaschine bei einem Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben der Anordnung
DE19963796A1 (de) Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage mit einem Ansauggebläse
DE102012016208A1 (de) Aggregat und Gehäuse mit einem Kühlmantel
EP3544156B1 (de) Gehäuse mit kühlkanälen für eine elektrische maschine
DE102018117463A1 (de) Stator für einen Elektromotor, Elektromotor mit dem Stator sowie elektrischer Antrieb mit dem Elektromotor
DE102013020332A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine
DE102019107190A1 (de) Ventil und Wärmesystem mit einem solchen Ventil
DE102004034313A1 (de) Kühlmittelleitungsanordnung
DE112012005979T5 (de) Verbrennungsmotor
WO2021176309A1 (de) Rotoranordnung mit flüssigkeitsgekühltem rotor
EP2025911A1 (de) Abgaskühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
EP2379384A1 (de) Fahrzeugkühlkreislauf mit einem retarder oder einer hydrodynamischen kupplung
WO2024033235A1 (de) Axialflussmaschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug
DE102011085194B3 (de) Abgaskühler für ein Abgasrückführsystem sowie ein Abgasrückführsystem mit einem derartigen Abgaskühler
WO2014118158A1 (de) Kühlkreislauf für ein kraftfahrzeug mit einem hydrodynamischen retarder
WO2021069132A1 (de) Elektrische maschine mit bypass-kühlkanal
WO2022023363A1 (de) Elektrische maschine
DE102014009926A1 (de) Rotor mit Kühlkanal und Motor mit solchem
DE102008013675B4 (de) Innere Gestaltung des Gehäuses einer Kühlmittelpumpe mit mehreren Auslasskanälen
EP2496803B1 (de) Kühlsystem einer brennkraftmaschine
EP1008471B1 (de) Kühl- und Heizungskreislauf sowie Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge mit zusätzlicher Kühlmittel-Heizeinrichtung
DE102023003167B3 (de) Thermostatventil für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie Fahrzeug mit wenigstens einem solchen Thermostatventil
EP3051191B1 (de) Ventileinrichtung, insbesondere zum einstellen eines kühlmittelstroms in einem kühlsystem für eine brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23754215

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1