DE102023110871B4

DE102023110871B4 - Stator for an axial flux machine, axial flux machine and motor vehicle

Info

Publication number: DE102023110871B4
Application number: DE102023110871.9A
Authority: DE
Inventors: György Farkas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2023-04-27
Filing date: 2023-04-27
Publication date: 2025-10-09
Anticipated expiration: 2043-04-28
Also published as: DE102023110871A1

Abstract

Ständer (10) für eine Axialflussmaschine (12), mit einer mehrere elektrische Spulen (24) aufweisenden Ständerwicklung (22), wobei die Spulen (24) in Umfangsrichtung um eine Drehachse (18) eines Läufers (14) der Axialflussmaschine (12) nebeneinander und mit jeweiligen Spulenachsen (26) parallel zur Drehachse (18) angeordnet sind, wobei jede der Spulen (24) ein jeweiliges magnetisierbares Kernelement (28) und eine jeweilige Spulenwicklung (30) aufweist, wobei die Spulenwicklung (30) in axialer Richtung zumindest einen Zentralbereich (32) des Kernelements (28) umhüllt, wobei der Ständer (10) einen radial außen um die Spulen (24) umlaufenden Hauptkühlkanal (34) aufweist, wobei jede Spule (24) wenigstens einen sich in Bezug auf die Drehachse (18) radial erstreckenden Radialkühlkanal (36) aufweist, der mit einem radial äußeren Ende an den Hauptkühlkanal (34) fluidtechnisch angeschlossen ist, wobei der Ständer (10) einen radial innerhalb der Spulen (24) angeordneten Anschlusskühlkanal (38) aufweist, wobei ein jeweiliges radial inneres Ende eines jeweiligen Radialkühlkanals (36) an den Anschlusskühlkanal (38) fluidtechnisch angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Radialkühlkanal (36) zumindest teilweise in einem jeweiligen Kernelement (28) einer jeweiligen Spule (24) angeordnet ist, wobei zumindest der Hauptkühlkanal (34) oder der Anschlusskühlkanal (38) in einem an die Spulenwicklungen (30) angrenzenden Bereich wenigstens einen Haltedorn (46) zum Anordnen in einem jeweiligen Radialkühlkanal (36) aufweist, wobei der Haltedorn (46) in seiner Längserstreckungsrichtung eine Durchgangsöffnung (48) zum Führen eines Kühlmittels aufweist. Stator (10) for an axial flux machine (12), comprising a stator winding (22) having a plurality of electrical coils (24), wherein the coils (24) are arranged circumferentially around a rotational axis (18) of a rotor (14) of the axial flux machine (12) next to one another and with respective coil axes (26) parallel to the rotational axis (18), wherein each of the coils (24) has a respective magnetizable core element (28) and a respective coil winding (30), wherein the coil winding (30) encloses at least a central region (32) of the core element (28) in the axial direction, wherein the stator (10) has a main cooling channel (34) extending radially outwardly around the coils (24), wherein each coil (24) has at least one radial cooling channel (36) extending radially with respect to the rotational axis (18), which is fluidically connected to the main cooling channel (34) with a radially outer end, wherein the stator (10) has a connection cooling channel (38) arranged radially inside the coils (24), wherein a respective radially inner end of a respective radial cooling channel (36) is fluidically connected to the connection cooling channel (38), characterized in that a respective radial cooling channel (36) is arranged at least partially in a respective core element (28) of a respective coil (24), wherein at least the main cooling channel (34) or the connection cooling channel (38) has at least one holding mandrel (46) for arrangement in a respective radial cooling channel (36) in a region adjacent to the coil windings (30), wherein the holding mandrel (46) has a through-opening (48) for guiding a coolant in its longitudinal direction.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ständer für eine Axialflussmaschine, mit einer mehrere elektrische Spulen aufweisenden Ständerwicklung, wobei die Spulen in Umfangsrichtung um eine Drehachse eines Läufers der Axialflussmaschine nebeneinander und mit jeweiligen Spulenachsen parallel zur Drehachse angeordnet sind, wobei jede der Spulen ein jeweiliges magnetisierbares Kernelement und eine jeweilige Spulenwicklung aufweist, wobei die Spulenwicklung in axialer Richtung zumindest einen Zentralbereich des Kernelements umhüllt, wobei der Ständer einen radial außen um die Spulen umlaufenden Hauptkühlkanal aufweist, wobei jede Spule wenigstens einen sich in Bezug auf die Drehachse radial erstreckenden Radialkühlkanal aufweist, der mit einem radial äußeren Ende an den Hauptkühlkanal fluidtechnisch angeschlossen ist, wobei der Ständer einen radial innerhalb der Spulen angeordneten Anschlusskühlkanal aufweist, wobei ein jeweiliges radial inneres Ende eines jeweiligen Radialkühlkanals an den Anschlusskühlkanal fluidtechnisch angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Axialflussmaschine, mit einem Ständer sowie einem Läufer, wobei der Läufer gegenüber dem Ständer in Bezug auf eine Drehachse des Läufers über einen Luftspalt axial beabstandet und drehbar angeordnet ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Axialflussmaschine.The invention relates to a stator for an axial flux machine, having a stator winding comprising a plurality of electrical coils. The coils are arranged circumferentially around a rotational axis of a rotor of the axial flux machine, adjacent to one another, with respective coil axes parallel to the rotational axis. Each of the coils has a respective magnetizable core element and a respective coil winding. The coil winding encloses at least a central region of the core element in the axial direction. The stator has a main cooling channel extending radially outwardly around the coils. Each coil has at least one radial cooling channel extending radially with respect to the rotational axis, which is fluidically connected to the main cooling channel by a radially outer end. The stator has a connecting cooling channel arranged radially within the coils, wherein a respective radially inner end of each radial cooling channel is fluidically connected to the connecting cooling channel. The invention further relates to an axial flux machine, having a stator and a rotor, wherein the rotor is arranged so as to be rotatable and axially spaced from the stator with respect to a rotational axis of the rotor via an air gap. Finally, the invention also relates to a motor vehicle with an axial flux machine.

Kraftfahrzeuge mit Axialflussmaschinen, Axialflussmaschinen sowie Ständer für Axialflussmaschinen sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, so dass es diesbezüglich eines druckschriftlichen Nachweises dem Grunde nach nicht bedarf. Axialflussmaschinen, insbesondere im Motorbetrieb betriebene Axialflussmaschinen, gelegentlich auch Scheibenläufermotor genannt, sind eine Form einer elektrischen Maschine, bei der der Läufer im Wesentlichen eine Form einer Scheibe hat, die um eine im Mittelpunkt der Scheibe angeordneten Drehachse drehbar angeordnet ist. Je nach Konstruktion kann eine Maschinenwicklung ständerseitig und/oder läuferseitig vorgesehen sein. Die Wicklung weist in der Regel mehrere Spulen auf, die ein magnetisierbares Kernelement aufweisen können. Es sind jedoch auch Konstruktionen denkbar, bei denen die Spulen kernelementlos ausgebildet sein können. Die Axialflussmaschine ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass von den Spulen ein Magnetfeld erzeugt wird, welches zumindest im Bereich der Spulen im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Läufers ausgerichtet ist. Häufig ist ein äußerer Durchmesser der Axialflussmaschine deutlich größer als eine axiale Länge der Axialflussmaschine (Englisch: Axial Flux Machine, Pancake Machine, Disc Machine, Printed Machine).Motor vehicles with axial flux machines, axial flux machines, and stators for axial flux machines are extensively known in the prior art, so that in principle, no written proof is required in this regard. Axial flux machines, in particular axial flux machines operated in motor mode, occasionally also called disc rotor motors, are a type of electrical machine in which the rotor is essentially in the shape of a disc that is rotatable about an axis of rotation located at the center of the disc. Depending on the design, a machine winding can be provided on the stator side and/or the rotor side. The winding generally has several coils, which may have a magnetizable core element. However, designs are also conceivable in which the coils can be designed without core elements. The axial flux machine is characterized, among other things, by the fact that the coils generate a magnetic field which, at least in the region of the coils, is aligned essentially parallel to the axis of rotation of the rotor. Often, an outer diameter of the axial flux machine is significantly larger than an axial length of the axial flux machine (English: Axial Flux Machine, Pancake Machine, Disc Machine, Printed Machine).

Axialflussmaschinen können ein kleines Gewicht und/oder ein kleines Trägheitsmoment aufweisen. Daher können mit Axialflussmaschinen unter anderem große Drehbeschleunigungen erreicht werden. Mit einer Axialflussmaschine kann ferner eine hohe Leistungsdichte erreicht werden, was unter anderem durch eine spezifische Bauform der Spulen erreicht werden kann, die in axialer Richtung lediglich eine kleine Erstreckung aufzuweisen brauchen. Durch eine dünne Bauweise der Wicklung auf einer Scheibe kann die jeweilige Spule eine vergleichsweise große Oberfläche aufweisen, die entsprechend gut gekühlt werden kann. Gleichwohl zeigt es sich als problematisch, dass lediglich eine geringe Wärmekapazität vorhanden ist. Bereits bei kurzzeitiger Überlastung kann daher das Problem einer Beschädigung der Axialflussmaschine, insbesondere im Bereich der Wicklung, bestehen.Axial flux machines can be lightweight and/or have a small moment of inertia. This means that, among other things, high rotational accelerations can be achieved with axial flux machines. Furthermore, a high power density can be achieved with an axial flux machine, which can be achieved, among other things, by a specific design of the coils, which only need to have a small axial extension. By constructing the winding thinly on a disc, the respective coil can have a comparatively large surface area, which can be cooled accordingly. However, the fact that the heat capacity is low proves to be problematic. Even brief overloading can therefore result in damage to the axial flux machine, particularly in the winding area.

Eine derartige Axialflussmaschine offenbart zum Beispiel die EP 3 764 526 A1 . Auch wenn sich diese Konstruktion bewährt hat, verbleibt weiterhin ein Problem hinsichtlich der Kühlung, insbesondere bei Überlast, wie zuvor erläutert. Damit bei der EP 3 764 526 A1 die Kühlung der Wicklung bestimmungsgemäß funktioniert, ist es erforderlich, dass die axialen Enden des die Ständerwicklung aufweisenden Ständers mit einer Platte vollständig fluiddicht abgedichtet werden. Ansonsten wäre die dort offenbarte Funktionalität nicht realisierbar. Dadurch vergrößert sich jedoch auch der Luftspalt, wodurch der Wirkungsgrad reduziert ist. Die erreichbare Leistungsdichte ist hierdurch begrenzt.Such an axial flow machine reveals, for example, the EP 3 764 526 A1 Although this design has proven itself, there remains a problem with cooling, especially during overload, as explained above. EP 3 764 526 A1 For the cooling of the winding to function as intended, the axial ends of the stator containing the stator winding must be completely sealed with a fluid-tight plate. Otherwise, the functionality disclosed therein would not be feasible. However, this also increases the air gap, reducing efficiency. This limits the achievable power density.

Auch die CN 112 910 183 B offenbart eine Axialflussmaschine des Stands der Technik. Diese Lehre hat die thermische Problematik der EP 3 764 526 A1 bereits erkannt und lehrt, in der Wicklung einer jeden Spule ein Wärmerohr (englisch: heat pipe) anzuordnen, um die Kühlung der Wicklung zu verbessern. Die Wärmerohre sind in der jeweiligen Spulenwicklung radial ausgerichtet und an einem um die Spulen außen umlaufenden Hauptkühlkanal angeschlossen, sodass deren radial äußere Enden durch ein den Hauptkühlkanal durchströmendes Kühlmittel gekühlt werden können. Gleichwohl erweist sich auch diese Konstruktion als nachteilig, weil die Funktion der Wärmerohre an die Nutzung der Gravitationskraft gebunden ist und somit eine spezifische Ausrichtung der Axialflussmaschine in Bezug auf die Gravitationskraft erfordert, damit die Funktion der Wärmerohre gewährleistet werden kann. Dies ist jedoch für viele Anwendungen ungünstig beziehungsweise nicht realisierbar.Also the CN 112 910 183 B discloses a state-of-the-art axial flux machine. This teaching has addressed the thermal problems of EP 3 764 526 A1 This has already been recognized and taught by scientists to arrange a heat pipe in the winding of each coil to improve cooling of the winding. The heat pipes are radially aligned in the respective coil winding and connected to a main cooling channel running around the outside of the coils, so that their radially outer ends can be cooled by a coolant flowing through the main cooling channel. However, this design also proves to be disadvantageous because the function of the heat pipes is tied to the use of gravitational force and thus requires a specific alignment of the axial flux machine with respect to the gravitational force in order to ensure the function of the heat pipes. However, this is unfavorable or not feasible for many applications.

Ferner erweist es sich im Stand der Technik als nachteilig, dass der für die Spulenwicklungen zur Verfügung stehende Raum durch die im Stand der Technik bekannten Konstruktionen nicht optimal genutzt wird. Dies wirkt sich unter anderem auf die Leistungsdichte sowie auch auf dynamische Eigenschaften der elektrischen Maschine aus.Furthermore, it has proven disadvantageous in the prior art that the space available for the coil windings is not optimally utilized by the designs known in the prior art. This affects, among other things, the power density as well as dynamic properties of the electric machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlfunktionalität für eine Axialflussmaschine bereitzustellen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, die dynamischen Eigenschaften der Axialflussmaschine, insbesondere die Leistungsdichte, zu verbessern.The invention is based on the object of providing improved cooling functionality for an axial flow machine. Furthermore, it is an object of the invention to improve the dynamic properties of the axial flow machine, in particular the power density.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Ständer für eine Axialflussmaschine, eine Axialflussmaschine sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes a stator for an axial flux machine, an axial flux machine and a motor vehicle according to the independent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous further training results from features of the dependent claims.

In Bezug auf einen gattungsgemäßen Ständer für eine Axialflussmaschine wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass ein jeweiliger Radialkühlkanal zumindest teilweise in einem jeweiligen Kernelement einer jeweiligen Spule angeordnet ist.With regard to a generic stator for an axial flux machine, the invention proposes in particular that a respective radial cooling channel is arranged at least partially in a respective core element of a respective coil.

In Bezug auf eine gattungsgemäße Axialflussmaschine wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der Ständer gemäß der Erfindung ausgebildet ist.With regard to a generic axial flux machine, the invention proposes in particular that the stator is designed according to the invention.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Axialflussmaschine gemäß der Erfindung ausgebildet ist.With regard to a generic motor vehicle, the invention proposes in particular that the axial flux machine is designed according to the invention.

Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, die Kühlfunktion in die magnetisierbaren Kernelemente der Spulen zu verlagern. Hierzu können vorteilhaft die Radialkühlkanäle genutzt werden. Die Radialkühlkanäle erstrecken sich im Wesentlichen radial zwischen dem Hauptkühlkanal und dem Anschlusskühlkanal. Vorzugsweise sind sie linear ausgebildet. Sie können aber auch zum teilweise gekrümmt ausgebildet sein. Die Radialkühlkanäle sind zumindest teilweise im Bereich der Kernelemente angeordnet beziehungsweise dort ausgebildet. Vorzugsweise sind sie vollständig in den Kernelementen angeordnet beziehungsweise dort ausgebildet. Dadurch besteht die Möglichkeit, den für die jeweilige Spulenwicklung nutzbaren Raum zu vergrößern beziehungsweise besser auszunutzen, als es der Stand der Technik erlaubt. Im Bereich der Spulenwicklung brauchen daher im Wesentlichen keine Kühlmaßnahmen sowie die Kühlung unterstützende Elemente vorgesehen zu werden. The invention is based, among other things, on the idea of shifting the cooling function to the magnetizable core elements of the coils. Radial cooling channels can advantageously be used for this purpose. The radial cooling channels extend essentially radially between the main cooling channel and the connecting cooling channel. They are preferably linear. However, they can also be partially curved. The radial cooling channels are at least partially arranged or formed in the region of the core elements. Preferably, they are arranged or formed entirely in the core elements. This makes it possible to enlarge the space available for the respective coil winding or to utilize it better than is permitted by the prior art. Therefore, essentially no cooling measures or cooling-supporting elements need to be provided in the region of the coil winding.

Vielmehr kann die Kühlung der Spulen unter verstärkter Nutzung der Kernelemente verbessert werden, wobei zugleich ein Füllfaktor vergrößert werden kann. Insgesamt kann dadurch eine verbesserte Kühlung und/oder Leistungsdichte der Axialflussmaschine erreicht werden. Insbesondere können innenliegende Abschnitte jeweiliger Spulenwicklungen über das jeweilige Kernelement besser gekühlt werden. Die erhöhte Kühlwirkung wird dadurch unterstützt, dass die Radialkühlkanäle gemäß der Erfindung in den jeweiligen Kernelementen ausgebildet sind.Rather, coil cooling can be improved by making greater use of the core elements, while simultaneously increasing the fill factor. Overall, this can achieve improved cooling and/or power density of the axial flux machine. In particular, internal sections of the respective coil windings can be more effectively cooled via the respective core element. The increased cooling effect is supported by the radial cooling channels formed in the respective core elements according to the invention.

Dadurch, dass bei der Erfindung die Radialkühlkanäle in den jeweiligen Kernelementen ausgebildet sind, brauchen separate Kühlkanäle, insbesondere separate Radialkühlkanäle, nicht mehr vorgesehen zu sein. Es können hierdurch Material, Kosten und Arbeit eingespart werden. Es ist nämlich bei der Erfindung möglich, die Radialkühlkanäle unmittelbar an den Hauptkühlkanal und den Anschlusskühlkanal fluidtechnisch anzuschließen. Dadurch kann eine Kühlmittelströmung zumindest teilweise in radialer Richtung erfolgen, also zum Beispiel entweder vom Anschlusskühlkanal zum Hauptkühlkanal oder umgekehrt. Der Anschlusskühlkanal und der Hauptkühlkanal können mit einer entsprechenden Kühlmittelquelle verbunden sein, die zugleich ausgestaltet ist, die Kühlmittelströmung und eine Kühlung des Kühlmittels bereitzustellen. Das Kühlmittel kann zum Beispiel eine Flüssigkeit wie Öl, Wasser oder dergleichen sein. Das Kühlmittel kann jedoch auch teilweise gasförmig sein und beispielsweise Luft, Stickstoff, ein Edelgas und/oder dergleichen aufweisen.Because the radial cooling channels are formed in the respective core elements in the invention, separate cooling channels, in particular separate radial cooling channels, no longer need to be provided. This can save material, costs, and labor. The invention makes it possible to fluidically connect the radial cooling channels directly to the main cooling channel and the connecting cooling channel. This allows coolant to flow at least partially in a radial direction, for example, either from the connecting cooling channel to the main cooling channel or vice versa. The connecting cooling channel and the main cooling channel can be connected to a corresponding coolant source, which is designed to simultaneously provide the coolant flow and cooling of the coolant. The coolant can, for example, be a liquid such as oil, water, or the like. However, the coolant can also be partially gaseous and comprise, for example, air, nitrogen, a noble gas, and/or the like.

Das magnetisierbare Kernelement kann aus einem magnetisierbaren Werkstoff wie Eisen, Kobalt, Nickel, einer magnetisierbaren Eisenverbindung, Legierungen hiervon oder dergleichen gebildet sein. Das Kernelement kann aus einem homogenen Werkstoff gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, das Kernelement mit einer Schichtstruktur zu versehen, beispielsweise nach Art eines Blechpakets, bei dem einzelne Bleche, die das Kernelement bilden, gegeneinander elektrisch isoliert sind, um zum Beispiel eine Wirbelstromausbildung zu reduzieren, oder auch nach Art eines magnetisierbaren Ferrits oder dergleichen. Vorzugsweise ist an jedem Kernelement genau eine einzige Spulenwicklung angeordnet.The magnetizable core element can be formed from a magnetizable material such as iron, cobalt, nickel, a magnetizable iron compound, alloys thereof, or the like. The core element can be formed from a homogeneous material. However, it is also possible to provide the core element with a layered structure, for example, in the manner of a laminated core, in which individual sheets forming the core element are electrically insulated from one another, for example, to reduce eddy current formation, or in the manner of a magnetizable ferrite or the like. Preferably, exactly one coil winding is arranged on each core element.

Der Anschlusskühlkanal und der Hauptkühlkanal können entsprechende Anschlusselemente aufweisen, die es ermöglichen, eine fluiddichte Verbindung mit dem jeweiligen Radialkühlkanal herzustellen, wobei vorzugsweise keine weiteren Anschluss- beziehungsweise Dichtungselemente erforderlich zu sein brauchen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein jeweiliges Kernelement einer jeweiligen Spule die jeweilige Spulenwicklung zumindest teilweise trägt. Es kann vorgesehen sein, dass die Spulenwicklung auf das Kernelement aufgewickelt wird, um jeweilige Spule zu bilden. Die Spulenwicklung kann aus einem geeigneten elektrischen Leiter gebildet sein, der aus einem Werkstoff wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber, Legierungen hiervon und/oder dergleichen gebildet sein kann. Die Spulenwicklungen können mit einem elektrischen Energiewandler beziehungsweise Energieumformer verbunden sein, um für den bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer elektrischen Spannung beziehungsweise einem elektrischen Strom in geeigneter Weise beaufschlagt zu werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Spulen zumindest teilweise innerhalb der Axialflussmaschine miteinander elektrisch verbunden sind, um eine vorgegebene Schaltungsart der Ständerwicklung erreichen zu können.The connecting cooling channel and the main cooling channel can have corresponding connecting elements that enable a fluid-tight connection to be established with the respective radial cooling channel, wherein preferably no further connecting or sealing elements are required. Preferably, a respective core element of a respective coil at least partially supports the respective coil winding. It can be provided that the coil winding is wound onto the core element to form the respective coil. The coils The winding can be formed from a suitable electrical conductor, which can be made of a material such as copper, aluminum, silver, alloys thereof, and/or the like. The coil windings can be connected to an electrical energy converter or energy transformer in order to be suitably supplied with an electrical voltage or an electrical current for intended operation. It can also be provided that the coils are at least partially electrically connected to one another within the axial flux machine in order to achieve a predetermined type of connection of the stator winding.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der jeweilige Radialkühlkanal das jeweilige Kernelement radial vollständig durchragt. Besonders vorteilhaft sind am radial inneren und äußeren Ende des Kernelements entsprechende Mündungen beziehungsweise Anschlusselemente vorgesehen, die es ermöglichen, den Radialkühlkanal mit dem Anschlusskühlkanal und dem Hauptkühlkanal entsprechend zu verbinden. Das Kernelement erstreckt sich vorzugsweise zumindest über die axiale Erstreckung der Wicklung. Es kann jedoch auch über die axiale Erstreckung der Wicklung hinausragen.Preferably, the respective radial cooling channel extends radially completely through the respective core element. Particularly advantageously, corresponding openings or connecting elements are provided at the radially inner and outer ends of the core element, which allow the radial cooling channel to be connected to the connecting cooling channel and the main cooling channel. The core element preferably extends at least over the axial extent of the winding. However, it can also extend beyond the axial extent of the winding.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Kernelement zumindest einen Wicklungskopf einer jeweiligen Spulenwicklung der jeweiligen Spule in axialer Richtung überragt und der Radialkühlkanal außerhalb eines Bereichs der axialen Erstreckung der jeweiligen Spulenwicklung angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Radialkühlkanal somit außerhalb der Spulenwicklung angeordnet, und zwar in einem Bereich, der den Wicklungskopf axial überragt, das heißt, einem an die Spulenwicklung angrenzenden Bereich des Kernelements. Der Radialkühlkanal braucht also zumindest teilweise nicht im Bereich der Spulenwicklung im Kernelement angeordnet zu sein. Gleichwohl kann natürlich vorgesehen sein, dass der Radialkühlkanal nicht ausschließlich linear ausgebildet zu sein braucht. Der Radialkühlkanal kann auch derart ausgebildet sein, dass er sich innerhalb des Kernelements zumindest teilweise in einen Bereich erstreckt, der innerhalb der jeweiligen Spulenwicklung angeordnet ist. Auch Kombinationen hiervon können vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Radialkühlkanal jedoch als linearer Radialkühlkanal ausgebildet. Der Radialkühlkanal ist daher vorzugsweise vollständig in dem Bereich des Kernelements ausgebildet, der den Wicklungskopf außerhalb der Spulenwicklung überragt.According to a further development, it is proposed that the core element projects beyond at least one winding head of a respective coil winding of the respective coil in the axial direction, and that the radial cooling channel is arranged outside a region of the axial extent of the respective coil winding. The radial cooling channel is thus preferably arranged outside the coil winding, specifically in a region that projects axially beyond the winding head, i.e., a region of the core element adjacent to the coil winding. The radial cooling channel therefore does not need to be arranged, at least partially, in the region of the coil winding in the core element. Nevertheless, it can of course be provided that the radial cooling channel does not need to be designed exclusively linearly. The radial cooling channel can also be designed such that it extends at least partially within the core element into a region that is arranged within the respective coil winding. Combinations of these can also be provided. However, the radial cooling channel is preferably designed as a linear radial cooling channel. The radial cooling channel is therefore preferably formed entirely in the region of the core element that projects beyond the winding head outside the coil winding.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Kernelement gegenüberliegende Wicklungsköpfe der Spulenwicklung in axialer Richtung überragt und der jeweils wenigstens eine Radialkühlkanal außerhalb des Bereichs der axialen Erstreckung der jeweiligen Spulenwicklung im Kernelement angeordnet ist. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, das Kernelement an zwei gegenüberliegenden Enden zu kühlen, wodurch die Kühlfunktionalität weiter verbessert werden kann.It is further proposed that the core element projects axially beyond opposite winding ends of the coil winding, and that at least one radial cooling channel is arranged in the core element outside the region of the axial extension of the respective coil winding. This creates the possibility of cooling the core element at two opposite ends, thereby further improving the cooling functionality.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit bei dieser Ausgestaltung, die Radialkühlkanäle zugleich auch für eine mechanische Fixierungsfunktionalität zu nutzen. Es besteht nämlich die Möglichkeit, dass die Radialkühlkanäle zumindest teilweise vom Hauptkühlkanal und/oder vom Anschlusskühlkanal bereitgestellt werden, so dass entsprechend ausgebildete Kühlkanäle der Kernelemente auf die röhrenförmig ausgebildeten Kühlkanäle des Hauptkühlkanals und/oder des Anschlusskühlkanals aufgesteckt werden können, indem die Röhren in die Kühlkanäle der Kernelemente eingeführt werden. Die Kühlkanäle der Kernelemente werden bei dieser Konstruktion also nicht unmittelbar mit dem Kühlmittel beaufschlagt. Dies erleichtert auch eine fluidtechnische Ankopplung. Über den Hauptkühlkanal beziehungsweise den Anschlusskühlkanal können dann die einzelnen Spulen zugleich auch mechanisch fixiert werden. Durch diese Konstruktion kann also nicht nur eine verbesserte Kühlung, sondern zugleich auch eine vereinfachte mechanische Konstruktion erreicht werden.Furthermore, this design offers the possibility of simultaneously using the radial cooling channels for a mechanical fixing function. This is because the radial cooling channels can be provided at least partially by the main cooling channel and/or the connecting cooling channel, so that correspondingly designed cooling channels of the core elements can be plugged onto the tubular cooling channels of the main cooling channel and/or the connecting cooling channel by inserting the tubes into the cooling channels of the core elements. In this design, the cooling channels of the core elements are therefore not directly exposed to the coolant. This also facilitates fluidic coupling. The individual coils can then be mechanically fixed via the main cooling channel or the connecting cooling channel. This design not only achieves improved cooling, but also a simplified mechanical construction.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass ein über den jeweiligen Wicklungskopf axial hinausragender Bereich des jeweiligen Kernelements eine größere Kernquerschnittsfläche als im Bereich der jeweiligen Spulenwicklung aufweist. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die Führung des magnetischen Flusses durch das Kernelement im bestimmungsgemäßen Betrieb der Axialflussmaschine durch den Radialkühlkanal möglichst wenig zu behindern. Es ist somit beispielsweise möglich, die für den magnetischen Fluss bereitgestellte Querschnittsfläche in axialer Erstreckungsrichtung des Kernelements möglichst zumindest konstant zu halten. Dies ermöglicht es, die Leistungsdichte weiter zu verbessern. Vorzugsweise ist der Radialkühlkanal in Umfangsrichtung im Wesentlichen mittig im Kernelement angeordnet beziehungsweise ausgebildet, wobei die Summe der Querschnittsflächen für den magnetischen Fluss im Bereich des Radialkühlkanals zumindest der Querschnittsfläche des Kernelements im Bereich der Spulenwicklung entspricht.It is further proposed that a region of the respective core element that projects axially beyond the respective winding overhang has a larger core cross-sectional area than in the region of the respective coil winding. This further development makes it possible to impede the guidance of the magnetic flux through the core element through the radial cooling channel as little as possible during normal operation of the axial flux machine. It is thus possible, for example, to keep the cross-sectional area provided for the magnetic flux in the axial extension direction of the core element at least constant. This makes it possible to further improve the power density. Preferably, the radial cooling channel is arranged or formed substantially centrally in the core element in the circumferential direction, wherein the sum of the cross-sectional areas for the magnetic flux in the region of the radial cooling channel corresponds at least to the cross-sectional area of the core element in the region of the coil winding.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Querschnittsfläche in axialer Richtung außerhalb der jeweiligen Spulenwicklung zumindest der Querschnittsfläche innerhalb der Spulenwicklung entspricht. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Flussführung des Kernelements durch den Radialkühlkanal möglichst wenig beeinträchtigt wird.Furthermore, it is proposed that the cross-sectional area in the axial direction outside the respective coil winding be at least equal to the cross-sectional area inside the coil winding. This ensures that the flux flow of the core element through the radial cooling channel is impaired as little as possible.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des Kernelements in axialer Richtung konstant ist. Dies ermöglicht es, einerseits eine gute Flussführung auch im Bereich des Radialkühlkanals erreichen zu können und zugleich das Kernelement möglichst kompakt zu halten.Preferably, the cross-sectional area of the core element is constant in the axial direction. This allows for good flow guidance even in the area of the radial cooling channel while simultaneously keeping the core element as compact as possible.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Radialkühlkanal einen Strömungsquerschnitt aufweist, der bei einem radial großen Abstand zur Drehachse größer als bei einem radial kleinen Abstand zur Drehachse ist. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Geometrie des Kernelements beziehungsweise einer jeweiligen Spule berücksichtigt wird, um den Radialkühlkanal auszubilden. So ist es beispielsweise möglich, aufgrund einer derartigen Konstruktion in einem radial inneren Bereich automatisiert eine höhere Kühlmittelströmung zu erreichen. Gerade ein radial innerer Bereich der Ständerwicklung kann dadurch besser gekühlt werden.According to a further development, it is proposed that the radial cooling channel has a flow cross-section that is larger at a large radial distance from the axis of rotation than at a small radial distance from the axis of rotation. This makes it possible to take into account the geometry of the core element or a respective coil in order to form the radial cooling channel. For example, such a design makes it possible to automatically achieve a higher coolant flow in a radially inner region. This allows for better cooling of the radially inner region of the stator winding.

Ferner ist vorgesehen, dass zumindest der Hauptkühlkanal oder der Anschlusskühlkanal in einem an die Spulenwicklungen angrenzenden Bereich wenigstens einen Haltedorn zum Anordnen in einem jeweiligen Radialkühlkanal aufweist. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die Konstruktion des Ständers sowie auch seine Herstellung zu vereinfachen. Der Radialkühlkanal kann somit nicht nur eine Kühlfunktion für die jeweilige Spule bereitstellen, sondern er kann auch zur Befestigung des Kernelements genutzt werden. Besonders vorteilhat erweist sich dies, wenn die Spulenwicklung zugleich auch durch das Kernelement gehalten ist. Der Haltedorn kann ausgebildet sein, den Radialkühlkanal zumindest teilweise zu durchragen. Vorzugsweise durchragt der Haltedorn den Radialkühlkanal vollständig. Der Haltedorn kann den Radialkühlkanal quer zu dessen Längserstreckung teilweise oder vollständig ausfüllen.Furthermore, it is provided that at least the main cooling channel or the connecting cooling channel has at least one holding mandrel for arrangement in a respective radial cooling channel in an area adjacent to the coil windings. This development makes it possible to simplify the design of the stator as well as its manufacture. The radial cooling channel can thus not only provide a cooling function for the respective coil, but can also be used to fasten the core element. This proves to be particularly advantageous if the coil winding is simultaneously held by the core element. The holding mandrel can be designed to at least partially penetrate the radial cooling channel. Preferably, the holding mandrel completely penetrates the radial cooling channel. The holding mandrel can partially or completely fill the radial cooling channel transversely to its longitudinal extent.

Der Haltedorn weist in seiner Längserstreckungsrichtung eine Durchgangsöffnung zum Führen eines Kühlmittels auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Haltedorn den Radialkühlkanal in seinem Querschnitt im Wesentlichen vollständig ausfüllt.The retaining mandrel has a through-hole for guiding a coolant along its longitudinal direction. This is particularly advantageous when the retaining mandrel essentially completely fills the radial cooling channel in its cross-section.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Radialkühlkanal einen Strömungsquerschnitt aufweist, der bei einem radial großen Abstand zur Drehachse größer als bei einem radial kleinen Abstand zur Drehachse ist. Dadurch besteht die Möglichkeit die Kühlungsfunktion weiter zu verbessern. Der Radialkühlkanal kann zum Beispiel konisch oder dergleichen ausgebildet sein.According to a further development, it is proposed that the radial cooling channel has a flow cross-section that is larger at a large radial distance from the axis of rotation than at a small radial distance from the axis of rotation. This makes it possible to further improve the cooling function. The radial cooling channel can, for example, be conical or similarly shaped.

Die für den erfindungsgemäßen Ständer angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch für die mit dem erfindungsgemäßen Ständer ausgerüstete elektrische Maschine beziehungsweise das mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ausgerüstete Kraftfahrzeug und umgekehrt.The advantages and effects stated for the stator according to the invention naturally also apply equally to the electrical machine equipped with the stator according to the invention or to the motor vehicle equipped with the electrical machine according to the invention and vice versa.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also encompasses combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also encompasses implementations that each comprise a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments are described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 in einer schematischen Seitenansicht ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung, die eine Axialflussmaschine umfasst;
2 in einer schematischen Seitenansicht die Axialflussmaschine gemäß 1;
3 in einer schematisch perspektivischen Ansicht einen Ständer der Axialflussmaschine gemäß 2 mit einer mehrere Spulen aufweisenden Ständerwicklung, die zwischen einem radial inneren Anschlusskühlkanal und einem radial äußeren Hauptkühlkanal angeordnet ist;
4 in einer schematischen Ansicht wie 3 den Ständer mit den in Umfangsrichtung am radial inneren Anschlusskühlkanal angeordneten Spulen ohne einen äußeren Hauptkühlkanal;
5 in einer schematischen radialen Draufsicht eine Spule der Ständerwicklung gemäß 4;
6 eine schematische Explosionsdarstellung einer der am Anschlusskühlkanal angeordneten Spulen;
7 eine schematische Draufsicht auf ein axiales Ende der Spule gemäß 5, 6;
8 eine schematische Schnittansicht der Spule gemäß 7 entlang einer Schnittlinie VIII-VIII in 7;
9 in einer schematisch perspektivischen Ansicht den Anschlusskühlkanal mit Haltedornen für die Spulen; und
10 in einer schematisch perspektivischen Ansicht ein Anordnen der Spulen am Anschlusskühlkanal gemäß 9 bei der Herstellung des Ständers.

Exemplary embodiments of the invention are described below. Shown are:

1 in a schematic side view of an electrically driven motor vehicle with an electric drive device comprising an axial flux machine;
2 in a schematic side view the axial flow machine according to 1 ;
3 in a schematic perspective view a stator of the axial flow machine according to 2 with a stator winding having a plurality of coils arranged between a radially inner connection cooling channel and a radially outer main cooling channel;
4 in a schematic view like 3 the stator with the coils arranged circumferentially on the radially inner connecting cooling channel without an outer main cooling channel;
5 in a schematic radial plan view a coil of the stator winding according to 4 ;
6 a schematic exploded view of one of the coils arranged on the connecting cooling channel;
7 a schematic plan view of an axial end of the coil according to 5 , 6 ;
8 a schematic sectional view of the coil according to 7 along a section line VIII-VIII in 7 ;
9 in a schematic perspective view of the connecting cooling channel with holding mandrels for the coils; and
10 in a schematic perspective view an arrangement of the coils at the terminal cooling channel according to 9 in the manufacture of the stand.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that can be considered independently of one another, each of which also develops the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, welches hier als Elektrofahrzeug 50 ausgebildet ist. Das Elektrofahrzeug 50 weist eine elektrische Antriebseinrichtung 52 auf, die eine Axialflussmaschine 12 zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 50 in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb umfasst. Die Axialflussmaschine 12 ist vorliegend als mehrphasige Axialflussmaschine 12 ausgebildet. Die elektrische Antriebseinrichtung 52 ist ferner über einen mehrphasigen Wechselrichter 56 als Energiewandler an eine Hochvoltbatterie 54 angeschlossen, die der elektrischen Energieversorgung der Antriebseinrichtung 52 dient. 1 shows a schematic side view of an electrically driven motor vehicle, which here is designed as an electric vehicle 50. The electric vehicle 50 has an electric drive device 52, which includes an axial flux machine 12 for driving the electric vehicle 50 in a normal driving mode. The axial flux machine 12 is designed here as a multi-phase axial flux machine 12. The electric drive device 52 is further connected via a multi-phase inverter 56 as an energy converter to a high-voltage battery 54, which serves to supply electrical energy to the drive device 52.

2 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Seitenansicht die Axialflussmaschine 12 gemäß 1. Die Axialflussmaschine 12 kann bei Bedarf auch derart ausgebildet sein, dass sie jeweils in einem Rad des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Elektrofahrzeugs 50 angeordnet sein kann. Die Axialflussmaschine 12 weist einen Ständer 10 sowie einen Läufer 14 auf. Der Läufer 14 ist gegenüber dem Ständer 10 in Bezug auf eine Drehachse 18 des Läufers 14 über einen Luftspalt 20 axial beabstandet und drehbar angeordnet. Der Läufer 14 ist vorliegend als Magnetscheibe ausgebildet und weist dem Ständer 10 gegenüberliegend einen Anschlusszapfen 16 auf, der konzentrisch zur Drehachse 18 am Läufer 14 befestigt ist. Der Anschlusszapfen 16 dient dazu, in einem Motorbetrieb mechanische Leistung zur Verfügung zu stellen beziehungsweise in einem Generatorbetrieb mechanische Leistung zuzuführen. 2 shows in a highly simplified schematic side view the axial flow machine 12 according to 1 . If necessary, the axial flux machine 12 can also be designed such that it can be arranged in a wheel of the motor vehicle or the electric vehicle 50. The axial flux machine 12 has a stator 10 and a rotor 14. The rotor 14 is axially spaced from the stator 10 with respect to a rotational axis 18 of the rotor 14 via an air gap 20 and is arranged so as to be rotatable. The rotor 14 is designed here as a magnetic disk and, opposite the stator 10, has a connecting pin 16 which is fastened to the rotor 14 concentrically to the rotational axis 18. The connecting pin 16 serves to provide mechanical power in motor operation or to supply mechanical power in generator operation.

Der Ständer 10 ist drehfest angeordnet und weist einen Anschlussflansch 58 zum Zuführen eines nicht weiter spezifizierten fluiden Kühlmittels, vorliegend Luft, auf. In einem Bereich der Drehachse 18 ist ferner ein weiterer Anschlussflansch 60 vorgesehen, an dem das Kühlmittel aus dem Ständer 10 abgeführt werden kann. Die Anschlussflansche 58, 60 sind mit einem nicht weiter dargestellten Kühlsystem verbunden, welches am Anschlussflansch 58 Kühlmittel zuführt, am Anschlussflansch 60 das Kühlmittel aus dem Ständer 10 abführt und das Kühlmittel kühlt, um es am Anschlussflansch 58 gekühlt wieder zur Verfügung zu stellen. Auch wenn vorliegend ein geschlossener Kühlkreislauf vorgesehen ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein offener Kühlkreislauf vorliegt, bei dem am Anschlussflansch 58 lediglich Kühlmittel zugeführt wird, welches am Anschlussflansch 58 lediglich aus dem Ständer 10 abgeführt wird.The stator 10 is arranged in a rotationally fixed manner and has a connecting flange 58 for supplying a fluid coolant (not further specified), in this case air. In a region of the rotational axis 18, a further connecting flange 60 is provided, through which the coolant can be discharged from the stator 10. The connecting flanges 58, 60 are connected to a cooling system (not shown in detail), which supplies coolant at the connecting flange 58, discharges the coolant from the stator 10 at the connecting flange 60, and cools the coolant in order to make it available again in a cooled state at the connecting flange 58. Even if a closed cooling circuit is provided in the present case, the invention is not limited to this. It can also be provided that there is an open cooling circuit in which only coolant is supplied at the connecting flange 58, which is only discharged from the stator 10 at the connecting flange 58.

3 zeigt in einer schematisch perspektivischen Ansicht einen Ständer 10 der Axialflussmaschine 12 gemäß 2. Der Ständer 10 weist eine mehrere Spulen 24 aufweisende Ständerwicklung 22 auf. Die Ständerwicklung 22 ist zwischen einem radial inneren Anschlusskühlkanal 38 und einem radial äußeren Hauptkühlkanal 34 angeordnet. Der Anschlusskühlkanal 38 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist einen umlaufenden Hohlraum 62 auf, der mit dem Anschlussflansch 60 strömungstechnisch verbunden ist. Dadurch ist es möglich, das Kühlmittel aus dem Ständer 10 abzuführen. 3 shows in a schematic perspective view a stator 10 of the axial flow machine 12 according to 2 The stator 10 has a stator winding 22 comprising a plurality of coils 24. The stator winding 22 is arranged between a radially inner connecting cooling channel 38 and a radially outer main cooling channel 34. The connecting cooling channel 38 is essentially annular and has a circumferential cavity 62 that is fluidly connected to the connecting flange 60. This makes it possible to drain the coolant from the stator 10.

Ferner ist aus 3 ersichtlich, dass der Ständer 10 den radial äußeren Hauptkühlkanal 34 aufweist. Auch der Hauptkühlkanal 34 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist einen umlaufenden Hohlraum 64 auf, der strömungstechnisch mit dem Anschlussflansch 58 gekoppelt ist. Auf diese Weise ist es möglich, dem Ständer 10 das Kühlmittel zuzuführen.Furthermore, 3 It can be seen that the stator 10 has the radially outer main cooling channel 34. The main cooling channel 34 is also essentially annular and has a circumferential cavity 64, which is fluidically coupled to the connecting flange 58. In this way, it is possible to supply the coolant to the stator 10.

4 zeigt eine schematische Ansicht wie 3, bei der der Ständer 10 ohne den äußeren Hauptkühlkanal 34 dargestellt ist. Aus 4 ist ersichtlich, dass die Spulen 24 umlaufend um den Anschlusskühlkanal 38 beziehungsweise in Umfangsrichtung um die Drehachse 18 des Läufers 14 nebeneinander angeordnet sind. Die Spulen 24 weisen jeweilige Spulenachsen 26 auf, die parallel zur Drehachse 18 angeordnet ist (vergleiche 5). 4 shows a schematic view of how 3 , in which the stator 10 is shown without the outer main cooling channel 34. From 4 It can be seen that the coils 24 are arranged next to one another circumferentially around the connecting cooling channel 38 or in the circumferential direction around the rotational axis 18 of the rotor 14. The coils 24 have respective coil axes 26, which are arranged parallel to the rotational axis 18 (see 5 ).

5 zeigt in einer schematisch radialen Draufsicht von außen eine Spule 24 der Ständerwicklung 22 gemäß 4. Aus 5 ist ferner ersichtlich, dass jede der Spulen 24 ein jeweiliges magnetisierbares Kernelement 28 aufweist, welches vorliegend aus einer geeigneten eisenhaltigen Legierung gebildet ist. Das Kernelement 28 kann beispielsweise nach Art eines Blechpakets oder dergleichen ausgebildet sein. Jede der Spulen 24 weist ferner eine jeweilige Spulenwicklung 30 auf. Die Spulenwicklung 30 ist vorliegend aus einem isolierten elektrischen Leiter gebildet, der auf das Kernelement 28 gewickelt ist. In alternativen Ausgestaltungen kann die Spulenwicklung 30 natürlich auch anders realisiert sein, beispielsweise mittels eines Bandleiters, unter Nutzung von Stäben, nach Art einer Nadelwicklung oder dergleichen. Der elektrische Leiter weist vorzugsweise einen Werkstoff auf, der eine hohe elektrische Leitfähigkeit bereitstellt, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber, Legierungen hiervon und/oder dergleichen. Wie aus 5 ersichtlich ist, umhüllt die Spulenwicklung 30 einen Zentralbereich 32 des Kernelements 28 in axialer Richtung. 5 shows in a schematic radial plan view from the outside a coil 24 of the stator winding 22 according to 4 . Out of 5 It is further apparent that each of the coils 24 has a respective magnetizable core element 28, which in this case is formed from a suitable iron-containing alloy. The core element 28 can, for example, be designed in the manner of a laminated core or the like. Each of the coils 24 further has a respective coil winding 30. The coil winding 30 is in this case made from an insulated electrical conductor wound on the core element 28. In alternative embodiments, the coil winding 30 can of course also be realized differently, for example by means of a strip conductor, using rods, in the manner of a needle winding or the like. The electrical conductor preferably comprises a material that provides high electrical conductivity, for example copper, aluminum, silver, alloys thereof and/or the like. As can be seen from 5 As can be seen, the coil winding 30 envelops a central region 32 of the core element 28 in the axial direction.

Die 6 bis 8 stellen den Aufbau der Ständerwicklung 22, insbesondere in Bezug auf eine einzelne der Spulen 24, deutlicher dar. Aus den 6 bis 8 ist ersichtlich, dass jede Spule 24 zwei sich in Bezug auf die Drehachse 18 radial erstreckende Radialkühlkanäle 36 aufweist. Ein jeweiliger der Radialkühlkanäle 36 ist mit einem radial äußeren Ende an den Hauptkühlkanal 34 fluidtechnisch angeschlossen. Ein jeweiliges radial inneres Ende eines jeweiligen Radialkühlkanals 36 ist an den Anschlusskühlkanal 38 fluidtechnisch angeschlossen. Wie aus den 5 bis 8 ersichtlich ist, ist der jeweilige Radialkühlkanal 36 im Wesentlichen im jeweiligen Kernelement 28 der jeweiligen Spule 24 angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Nutbereich für die Spulenwicklungen von für die Kühlung erforderlichen Elementen freigehalten werden kann. Zugleich kann erreicht werden, dass die Spulenwicklung 30 in axialer Richtung das Kernelement 28 im Wesentlichen vollständig umhüllen kann. Der jeweilige Radialkühlkanal 36 durchragt das jeweilige Kernelement 28 daher vollständig. Insbesondere ermöglicht es diese Ausgestaltung daher, einen hohen Füllfaktor zu erreichen.The 6 to 8 show the structure of the stator winding 22, particularly with respect to a single one of the coils 24, more clearly. 6 to 8 It can be seen that each coil 24 has two radial cooling channels 36 extending radially with respect to the rotational axis 18. A respective one of the radial cooling channels 36 is fluidically connected to the main cooling channel 34 by a radially outer end. A respective radially inner end of a respective radial cooling channel 36 is fluidically connected to the connecting cooling channel 38. As can be seen from the 5 to 8 As can be seen, the respective radial cooling channel 36 is arranged essentially in the respective core element 28 of the respective coil 24. This makes it possible to keep a groove area for the coil windings free of elements required for cooling. At the same time, it can be achieved that the coil winding 30 can essentially completely enclose the core element 28 in the axial direction. The respective radial cooling channel 36 therefore extends completely through the respective core element 28. In particular, this configuration therefore makes it possible to achieve a high fill factor.

Wie aus den 5 bis 8 ferner ersichtlich ist, weist eine jeweilige Spulenwicklung 30 zwei gegenüberliegende Wicklungsköpfe 40, 42 auf, die axial voneinander beabstandet sind. Das Kernelement 28 überragt die Wicklungsköpfe 40, 42 in axialer Richtung. Außerhalb des Bereichs der axialen Erstreckung der jeweiligen Spulenwicklung 30 ist jeweils ein Radialkühlkanal 36 im Kernelement 28 angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Das heißt, die Radialkühlkanäle 36 sind in axialer Richtung betrachtet außerhalb des Bereichs der Spulenwicklungen 30 ausgebildet beziehungsweise angeordnet. Dies ermöglicht es, zum einen den hohen Füllfaktor erreichen zu können und zum anderen zugleich eine verbesserte Kühlwirkung gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen. Dadurch können zumindest eine Leistungsdichte beziehungsweise ein Wirkungsgrad verbessert werden. Auch die Belastbarkeit im Überlastfall kann dadurch verbessert werden.As can be seen from the 5 to 8 As can also be seen, a respective coil winding 30 has two opposing winding heads 40, 42 that are axially spaced from one another. The core element 28 projects beyond the winding heads 40, 42 in the axial direction. Outside the region of the axial extension of the respective coil winding 30, a radial cooling channel 36 is arranged or formed in the core element 28. This means that the radial cooling channels 36 are formed or arranged outside the region of the coil windings 30, viewed in the axial direction. This makes it possible, on the one hand, to achieve a high fill factor and, on the other hand, to simultaneously achieve an improved cooling effect compared to the prior art. This makes it possible to at least improve the power density or efficiency. The load capacity in the event of an overload can also be improved.

Wie ferner anhand der 5 und 8 ersichtlich ist, weist der über den jeweiligen Wicklungskopf 40, 42 axial hinausragende Bereich 44 des jeweiligen Kernelements 28 eine größere Kernquerschnittsfläche als im Bereich der jeweiligen Spulenwicklung 30 auf. Dadurch kann erreicht werden, dass die Führung des magnetischen Flusses durch die axial jenseits der Wicklungsköpfe 40, 42 angeordneten Radialkühlkanäle 36 möglichst beeinträchtigt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die für den magnetischen Fluss zur Verfügung stehende Kernquerschnittsfläche im Bereich 44 gleich oder größer als die Kernquerschnittsfläche innerhalb der Spulenwicklung 30 ist. Besonders vorteilhaft ist der Bereich 44 so verbreitert, dass in Bezug auf die Spulenachse 26 auf jeder Seite der Spulenachse 26 jeweils zumindest die halbe Kernquerschnittsfläche zur Verfügung steht, die im Bereich der Spulenwicklung 30 zur Verfügung steht.As further shown by the 5 and 8 As can be seen, the region 44 of the respective core element 28 which projects axially beyond the respective winding overhang 40, 42 has a larger core cross-sectional area than in the region of the respective coil winding 30. This makes it possible to impair the guidance of the magnetic flux through the radial cooling channels 36 arranged axially beyond the winding overhangs 40, 42 as much as possible. It is preferably provided that the core cross-sectional area available for the magnetic flux in the region 44 is equal to or larger than the core cross-sectional area within the coil winding 30. Particularly advantageously, the region 44 is widened such that, with respect to the coil axis 26, on each side of the coil axis 26, at least half the core cross-sectional area is available that is available in the region of the coil winding 30.

In axialer Richtung betrachtet entspricht die Kernquerschnittsfläche außerhalb der jeweiligen Spulenwicklung 30 zumindest der Kernquerschnittsfläche innerhalb der jeweiligen Spulenwicklung 30. Insbesondere kann natürlich erreicht werden, dass die Kernquerschnittsfläche des Kernelements 28 in axialer Richtung betrachtet im Wesentlichen konstant ist.Viewed in the axial direction, the core cross-sectional area outside the respective coil winding 30 corresponds at least to the core cross-sectional area inside the respective coil winding 30. In particular, it can of course be achieved that the core cross-sectional area of the core element 28 is essentially constant when viewed in the axial direction.

Die 9 und 10 verdeutlichen ferner den Aufbau des Ständers 10. Insbesondere ist aus den 9 und 10 ferner ersichtlich, wie der Ständer 10 hergestellt werden kann. Aus 9 ist ersichtlich, dass der Anschlusskühlkanal 38 in einem an die Spulenwicklungen 30 angrenzenden Bereich Haltedorne 46 zum Anordnen in den jeweiligen Radialkühlkanälen 36 aufweist, wie dies anhand von 10 weiter verdeutlicht ist. Jeder Haltedorn 46 weist in seiner Längserstreckungsrichtung eine Durchgangsöffnung 48 zum Führen des Kühlmittels auf. Die Durchgangsöffnung 48 ist fluidtechnisch mit dem Hohlraum 62 verbunden, sodass das Kühlmittel, welches die Radialkühlkanäle 36 beziehungsweise die Durchgangsöffnungen 48 durchströmt, im Hohlraum 62 gesammelt und abgeführt werden kann.The 9 and 10 further illustrate the structure of the stand 10. In particular, the 9 and 10 It is also clear how the stand 10 can be manufactured. 9 It can be seen that the connecting cooling channel 38 has, in an area adjacent to the coil windings 30, holding mandrels 46 for arranging in the respective radial cooling channels 36, as can be seen from 10 Each retaining mandrel 46 has a through-opening 48 for guiding the coolant in its longitudinal direction. The through-opening 48 is fluidly connected to the cavity 62, so that the coolant flowing through the radial cooling channels 36 or the through-openings 48 can be collected and discharged in the cavity 62.

Die Haltedorne 46 ermöglichen zugleich auch eine Fixierung der Spulen 24, sodass eine einfache Montage des Ständers 10 erreicht werden kann. Es brauchen keine zusätzlichen Bauteile vorgesehen zu werden. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass die Spulen 24 mit ihren Kühlkanälen 36 auf die Haltedorne 46 lediglich aufgesteckt zu werden brauchen, so wie dies anhand von 6 und 10 ersichtlich ist. Sobald die Spulen 24 am Anschlusskühlkanal 38 angeordnet sind, kann der Hauptkühlkanal 34 angeordnet werden, wobei zugleich die radial äußeren Enden der Haltedorne 46 so mit dem Hauptkühlkanal 34 verbunden werden, dass die Durchgangsöffnungen 48 an den Hohlraum 64 strömungstechnisch angeschlossen werden. Dadurch ist es möglich, dass dem Hohlraum 62 zugeführtes Kühlmittel in die Durchgangsöffnungen 48 einströmt, diese radial nach innen durchströmt, um im Hohlraum 62 wieder gesammelt und abgeführt zu werden. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte und kostengünstige Konstruktion für die Axialflussmaschine 12 erreicht werden. The retaining pins 46 also allow for the coils 24 to be fixed in place, thus allowing for easy assembly of the stand 10. No additional components need to be provided. Rather, the coils 24 with their cooling channels 36 can simply be pushed onto the retaining pins 46, as shown in FIG. 6 and 10 As soon as the coils 24 are arranged on the connecting cooling channel 38, the main cooling channel 34 can be arranged, wherein at the same time the radially outer ends of the holding mandrels 46 are connected to the main cooling channel 34 in such a way that the through openings 48 are fluidically connected to the cavity 64. This makes it possible for the cavity 62 The supplied coolant flows into the through-openings 48, flows radially inward through them, and is collected and discharged again in the cavity 62. In this way, a very compact and cost-effective design for the axial flow machine 12 can be achieved.

Insgesamt ermöglicht es die Erfindung, eine verbesserte Axialflussmaschine bereitzustellen, die sich nicht nur durch einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsfähigkeit auszeichnet, sondern zugleich auch eine besonders einfache Konstruktion insbesondere in Bezug auf die Fertigung ermöglicht. Die Erfindung erreicht dies dadurch, dass einerseits ein Füllfaktor verbessert werden kann, weil im Bereich der jeweiligen Spulenwicklungen keine separaten Kühlelemente vorgesehen zu sein brauchen. Die Kühlfunktion wird unter anderem mittels der Kernelemente realisiert, die für diesen Zweck außerhalb des Bereichs der Spulenwicklungen Radialkühlkanäle 36 aufweisen.Overall, the invention makes it possible to provide an improved axial flux machine that is not only characterized by high efficiency and high performance, but also allows for a particularly simple design, particularly with regard to manufacturing. The invention achieves this by improving the fill factor, because separate cooling elements do not need to be provided in the area of the respective coil windings. The cooling function is realized, among other things, by means of the core elements, which have radial cooling channels 36 outside the area of the coil windings for this purpose.

Die Figurenbeschreibung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.The description of the figures serves only to explain the invention and is not intended to limit it.

Claims

Stator (10) for an axial flux machine (12), comprising a stator winding (22) having a plurality of electrical coils (24), wherein the coils (24) are arranged circumferentially around a rotational axis (18) of a rotor (14) of the axial flux machine (12) next to one another and with respective coil axes (26) parallel to the rotational axis (18), wherein each of the coils (24) has a respective magnetizable core element (28) and a respective coil winding (30), wherein the coil winding (30) encloses at least a central region (32) of the core element (28) in the axial direction, wherein the stator (10) has a main cooling channel (34) extending radially outwardly around the coils (24), wherein each coil (24) has at least one radial cooling channel (36) extending radially with respect to the rotational axis (18), which is fluidically connected to the main cooling channel (34) with a radially outer end, wherein the stator (10) has a connection cooling channel (38) arranged radially inside the coils (24), wherein a respective radially inner end of a respective radial cooling channel (36) is fluidically connected to the connection cooling channel (38), characterized in that a respective radial cooling channel (36) is arranged at least partially in a respective core element (28) of a respective coil (24), wherein at least the main cooling channel (34) or the connection cooling channel (38) has at least one holding mandrel (46) for arrangement in a respective radial cooling channel (36) in a region adjacent to the coil windings (30), wherein the holding mandrel (46) has a through-opening (48) for guiding a coolant in its longitudinal direction.

Stand after Claim 1 , characterized in that the respective radial cooling channel (36) extends radially completely through the respective core element (28).

Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the core element (28) projects beyond at least one winding head (40, 42) of a respective coil winding (30) of the respective coil (24) in the axial direction and the radial cooling channel (36) is arranged outside a region of the axial extent of the respective coil winding (30).

Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the core element (28) projects beyond opposite winding heads (40, 42) of the coil winding (30) in the axial direction and the respective at least one radial cooling channel (36) is arranged outside the region of the axial extension of the respective coil winding (30) in the core element (28).

Stator according to one of the preceding claims, characterized in that a region (44) of the respective core element (28) projecting axially beyond the respective winding head (40, 42) has a larger core cross-sectional area than in the region of the respective coil winding (30).

Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the radial cooling channel has a flow cross-section which is larger at a radially large distance from the axis of rotation than at a radially small distance from the axis of rotation.

Axial flux machine (12), with a stator (10) and a rotor (14), wherein the rotor (14) is arranged axially spaced and rotatable relative to the stator (10) with respect to an axis of rotation (18) of the rotor (14) via an air gap (20), characterized in that the stator (10) is designed according to one of the preceding claims.

Motor vehicle (50) with an axial flow machine (12), characterized in that the axial flow machine (12) according to Claim 7 is trained.