DE102022001408A1 - axial flow machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine mit einem Stator (1), der ein Statorgehäuse (8) und darin angeordnet eine Mehrzahl von als Einzelzähne (2) ausgeführten Wicklungen aufweist, die jeweils ein mit Kupferdraht umwickeltes, Blechpaket umfassen, und zwischen denen jeweils radial verlaufende Zwischenräume (3) vorgesehen sind, wobei im Statorgehäuse (8) ein äußerer Sammelraum (4) radial außerhalb der Einzelzähne (2), ein innerer Sammelraum (5) radial innerhalb der Einzelzähne (2), ein Zulauf (10) und ein Rücklauf (11) angeordnet sind, wobei der Stator (1) dazu konfiguriert ist, durch den Zulauf (10) in einen der Sammelräume (4, 5), durch die Zwischenräume (3) in den anderen der Sammelräume (4, 5) und durch den Rücklauf (11) von einem Kühlfluid (KF) durchströmt zu werden, wobei eine auf den Strom des Kühlfluids (KF) wirkende Ventileinrichtung (6) vorgesehen ist, wobei die Ventileinrichtung (6) eine Mehrzahl von Ventilflügeln (7) oder Klappen aufweist, die aus einem ferromagnetischen Material gebildet sind oder ein solches aufweisen, und die dazu konfiguriert sind, ihre Form und/oder Lage unter Einfluss eines vom Stator (1) ausgehenden Magnetfelds infolge eines Stromflusses so zu verändern, dass ein Strömungsquerschnitt für das Kühlfluid (KF) im Stator (1) so verändert wird, dass ein Durchströmen des Stators (1) mit Kühlfluid (KF) im unbestromten Zustand zumindest weitgehend unterbleibt und dass die Durchströmung mit Kühlfluid (KF) mit zunehmendem Stromfluss steigt.The invention relates to an axial flux machine with a stator (1), which has a stator housing (8) and arranged therein a plurality of windings designed as individual teeth (2), each comprising a laminated core wrapped with copper wire, and between which there are radially running spaces (3) are provided, with the stator housing (8) having an outer collecting space (4) radially outside the individual teeth (2), an inner collecting space (5) radially inside the individual teeth (2), an inlet (10) and a return (11 ) are arranged, the stator (1) being configured to flow through the inlet (10) into one of the plenums (4, 5), through the interspaces (3) into the other of the plenums (4, 5) and through the return (11) to be flowed through by a cooling fluid (KF), a valve device (6) acting on the flow of the cooling fluid (KF) being provided, the valve device (6) having a plurality of valve vanes (7) or flaps, which one ferromagnetic en material are formed or have such, and are configured to change their shape and / or position under the influence of a stator (1) emanating magnetic field as a result of a current flow so that a flow cross-section for the cooling fluid (KF) in the stator ( 1) is changed in such a way that cooling fluid (KF) does not flow through the stator (1) in the de-energized state, at least to a large extent, and that the flow of cooling fluid (KF) increases with increasing current flow.
Description
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Verwendung als Antriebsmaschine in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to an axial flow machine according to the preamble of
Der Stator, insbesondere die Statorwicklung, einer elektrischen Axialflussmaschine muss im Betrieb je nach Betriebszustand der Maschine aktiv mit einem Kühlfluid gekühlt werden. Um den elektrischen oder mechanischen Leistungsbedarf einer Kühlfluidförderung so gering wie möglich zu halten, sollten die zu kühlenden Komponenten nur bei Bedarf mit Kühlfluid versorgt werden.The stator, in particular the stator winding, of an electrical axial flow machine must be actively cooled with a cooling fluid during operation, depending on the operating state of the machine. In order to keep the electrical or mechanical power requirement of a cooling fluid delivery as low as possible, the components to be cooled should only be supplied with cooling fluid when required.
Die Steuerung des Kühlfluidstroms kann beispielsweise über elektrisch geschaltete Ventile bewerkstelligt werden. Nachteilig ist hierbei der vorzuhaltende Bauraum und die erforderliche elektrische Ansteuerung und die Kosten separater Fluidventile.The cooling fluid flow can be controlled, for example, via electrically switched valves. Disadvantages here are the installation space to be provided and the required electrical control and the costs of separate fluid valves.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Axialflussmaschine anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel axial flow machine.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by an axial flow machine with the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine umfasst einen Stator und einen Rotor, wobei der Stator ein Statorgehäuse und darin angeordnet eine Mehrzahl von als Einzelzähne ausgeführten Wicklungen aufweist, die jeweils ein mit Kupferdraht umwickeltes, Blechpaket umfassen, und zwischen denen jeweils radial verlaufende Zwischenräume vorgesehen sind, wobei im Statorgehäuse ein äußerer Sammelraum radial außerhalb der Einzelzähne, ein innerer Sammelraum radial innerhalb der Einzelzähne, ein Zulauf und ein Rücklauf angeordnet sind, wobei der Stator dazu konfiguriert ist, durch den Zulauf in einen der Sammelräume, durch die Zwischenräume in den anderen der Sammelräume und durch den Rücklauf von einem Kühlfluid durchströmt zu werden, wobei eine auf den Strom des Kühlfluids wirkende Ventileinrichtung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist die Ventileinrichtung eine Mehrzahl von Ventilflügeln oder Klappen auf, die aus einem ferromagnetischen Material gebildet sind oder ein solches aufweisen, und die dazu konfiguriert sind, ihre Form und/oder Lage unter Einfluss eines vom Stator ausgehenden Magnetfelds infolge eines Stromflusses so zu verändern, dass ein Strömungsquerschnitt für das Kühlfluid im Stator so verändert wird, dass ein Durchströmen des Stators mit Kühlfluid im unbestromten Zustand zumindest weitgehend unterbleibt und dass die Durchströmung mit Kühlfluid mit zunehmendem Stromfluss steigt.An axial flux machine according to the invention comprises a stator and a rotor, the stator having a stator housing and arranged therein a plurality of windings designed as individual teeth, each comprising a laminated core wrapped with copper wire, and between which radially running spaces are provided, with the stator housing an outer plenum radially outside of the discrete teeth, an inner plenum radially inward of the discrete teeth, an inlet and a return, the stator being configured to flow through the inlet into one of the plenums, through the spaces in the other of the plenums and through the Return to be flowed through by a cooling fluid, wherein a valve means acting on the flow of the cooling fluid is provided. According to the invention, the valve device has a plurality of valve vanes or flaps which are formed from a ferromagnetic material or have such a material and which are configured to change their shape and/or position under the influence of a magnetic field emanating from the stator as a result of a current flow in such a way that that a flow cross-section for the cooling fluid in the stator is changed in such a way that cooling fluid does not flow through the stator in the current-free state, at least to a large extent, and that the flow of cooling fluid increases with increasing current flow.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Steuerung des Kühlfluidstroms durch den Stator der Axialflussmaschine durch das im Betrieb bestehende Statormagnetfeld.The present invention enables the flow of cooling fluid through the stator of the axial flow machine to be controlled by the stator magnetic field that exists during operation.
Die bedarfsgerechte Kühlfluidversorgung des Stators kann somit ohne separat vorzuhaltende und anzusteuernde Ventile im Umfeld der elektrischen Maschine dargestellt werden. In Folge dessen kann eine elektrohydraulische Steuereinheit des elektrischen Antriebs vereinfacht werden.The need-based supply of cooling fluid to the stator can thus be implemented without valves that have to be kept available and controlled separately in the environment of the electrical machine. As a result, an electrohydraulic control unit of the electric drive can be simplified.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Stators einer Axialflussmaschine mit Ventilflügeln in einem geschlossenen Zustand, und -
2 eine schematische Ansicht des Stators, wobei die Ventilflügel unter Einfluss eines vom Stator ausgehenden Magnetfelds infolge eines Stromflusses geöffnet sind.
-
1 a schematic view of a stator of an axial flow machine with valve vanes in a closed state, and -
2 a schematic view of the stator, wherein the valve vanes are opened under the influence of a magnetic field emanating from the stator as a result of a current flow.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, beispielsweise zum Antrieb eines überwiegend oder ausschließlich elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die elektrische Maschine ist beispielsweise eine Axialflussmaschine mit öl- oder kühlmitteldurchströmtem Stator. Der öl- oder kühlmitteldurchströmte Stator soll bedarfsgerecht mit Kühlfluid versorgt werden und/oder die Kühlfluidzufuhr soll bei nicht bestromtem Stator blockiert werden.The present invention relates to an electric machine, for example for driving a predominantly or exclusively electrically driven vehicle. The electrical machine is, for example, an axial flow machine with a stator through which oil or coolant flows. The stator through which oil or coolant flows should be supplied with cooling fluid as required and/or the cooling fluid supply should be blocked when the stator is not energized.
Das Kühlfluid KF wird auf geeignete Weise um die Einzelzähne 2 geleitet. Prinzipbedingt werden hierzu auf eine Drehachse der Axialflussmaschine bezogen radial verlaufende Zwischenräume 3 zwischen den Einzelzähnen 2 verwendet, da ein Luftspalt zwischen dem Stator 1 und einer Rotorscheibe der Axialflussmaschine in axialer Richtung möglichst klein gehalten werden sollte, um elektromagnetische Verluste zu begrenzen.The cooling fluid KF is routed around the
Das Kühlfluid KF passiert bei der Durchströmung des Stators 1 einen äußeren Sammelraum 4 radial außerhalb der Einzelzähne 2, als Kühlkanal dienende Spalte oder Zwischenräume 3 zwischen den Einzelzähnen 2 und einen inneren Sammelraum 5 radial innerhalb der Einzelzähne 2. Die Sammelräume 4, 5 und die einzelnen Zwischenräume 3 können hydraulisch in verschiedener Reihenfolge durchströmt werden.As it flows through the
Um den elektrischen oder mechanischen Leistungsbedarf der Förderung des Kühlfluids KF so gering wie möglich zu halten, sollten die zu kühlenden Komponenten nur bei Bedarf mit Kühlfluid KF versorgt werden.In order to keep the electrical or mechanical power requirement for conveying the cooling fluid KF as low as possible, the components to be cooled should only be supplied with cooling fluid KF when required.
Die vorliegende Erfindung nutzt ein durch Stromfluss bei Momentabgabe der Axialflussmaschine entstehendes Magnetfeld der Statorwicklungen zum Betätigen einer auf den Strom des Kühlfluids KF wirkenden Ventileinrichtung 6.The present invention uses a magnetic field of the stator windings, which is produced by current flow when the axial flow machine delivers torque, to actuate a
Die Ventileinrichtung 6 ist so ausgebildet, dass ein Durchströmen des Stators 1 mit Kühlfluid KF im unbestromten Zustand der Axialflussmaschine weitgehend unterbleibt. Mit zunehmendem Stromfluss durch die Statorwicklungen soll sich der Strom des Kühlfluids KF erhöhen, da der Wärmeeintrag in den Stator 1 im Wesentlichen proportional zum Stromfluss durch die Statorwicklungen ist.The
Hierzu weist die Ventileinrichtung 6 Ventilflügel 7 oder Klappen aus vollständig oder zumindest teilweise ferromagnetischem Material auf, die ihre Form und/oder Lage unter Einfluss des vom Stator 1 ausgehenden Magnetfelds so verändern, dass ein Strömungsquerschnitt für das Kühlfluid KF im Stator 1 freigegeben oder in seiner Größe in geeignetem Maß verändert wird.For this purpose, the
In
Die Ventilflügel 7 sind insbesondere gehäusefest gelagert. Im unbestromten Zustand der Statorwicklung sollte der dem Kühlfluid KF durch die Ventilflügel 7 zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt kleiner sein als im bestromten Zustand. Idealerweise kann der Strömungsquerschnitt im unbestromten Zustand der Statorwicklung Null sein.The
Im bestromten Zustand der Statorwicklung sollte der dem Kühlfluid KF zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt größer sein als im unbestromten Zustand. Beim Übergang vom bestromten in den unbestromten Zustand sollten sich die Ventilflügel 7 von selbst wieder in eine Ausgangslage zurückbewegen und den Strömungsquerschnitt verkleinern. Dies kann durch eine elastische Ausführung der Ventilflügel 7 selbst, eine entsprechende Befederung und/oder eine Ausrichtung entgegen einer Strömungsrichtung erreicht werden.When the stator winding is energized, the flow cross-section available for the cooling fluid KF should be larger than in the de-energized state. During the transition from the energized to the de-energized state, the
Die Geometrie der Ventilflügel 7 kann so gewählt sein, dass sich der Strömungsquerschnitt proportional zum vom Stromfluss verursachten Wärmeeintrag ändert.The geometry of the
In der gezeigten Ausführungsform sind die Ventilflügel 7 paarweise mit je einem festen Ende an einem Fixpunkt 12 am Statorgehäuse 8 im Bereich des äußeren Sammelraums 4 befestigt. Ein freies Ende jedes Ventilflügels 7 weist in Richtung eines benachbarten Paars von Ventilflügeln 7 und bestimmt zusammen mit dem freien Ende eines der Ventilflügel 7 des benachbarten Paars den Querschnitt eines der Zwischenräume 3. In der Ausgangslage können die freien Enden dieser Ventilflügel 7 beispielsweise aneinander anliegen oder nahezu aneinander anliegen.In the embodiment shown, the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Statorstator
- 22
- Einzelzahnsingle tooth
- 33
- Zwischenraumspace
- 44
- äußerer Sammelraumouter plenum
- 55
- innerer Sammelrauminner gathering space
- 66
- Ventileinrichtungvalve device
- 77
- Ventilflügelvalve vane
- 88th
- Statorgehäusestator housing
- 99
- Hauptfluidstrommain fluid stream
- 1010
- ZulaufIntake
- 1111
- Rücklaufreturn
- 1212
- Fixpunkt fixed point
- KFKF
- Kühlfluidcooling fluid
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 2606561 B1 [0004, 0015]EP 2606561 B1 [0004, 0015]
- GB 2482928 A [0015]GB 2482928A [0015]
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DE102022001408.4A DE102022001408A1 (en) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | axial flow machine |
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Publications (1)
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DE102022001408A1 true DE102022001408A1 (en) | 2022-06-09 |
Family
ID=81655406
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DE102022001408.4A Pending DE102022001408A1 (en) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | axial flow machine |
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DE (1) | DE102022001408A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022119278A1 (en) | 2022-07-05 | 2024-01-11 | GM Global Technology Operations LLC | Thermal connection system for a stator core of an axial flux electric motor |
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-
2022
- 2022-04-25 DE DE102022001408.4A patent/DE102022001408A1/en active Pending
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