Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator, und einen Rotor, wobei der Rotor eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkör per und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwi schen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper verlaufender Aufnahmeschlitze auf weist, in denen jeweils ein Rotormagnet fixiert ist, wobei die Axialflussmaschine des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse aufweist, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper, den Rotor sowie den zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper einfasst.

Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig aus gebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach bei elektrischen Antriebsystemen für Elektrofahr zeuge der Fall.

Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussma schine in ihrer vergleichsweise hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gege benen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt. In der Regel umfasst eine Axialflussmaschine mindestens einen Stator, der Wick lungen zur Erzeugung des axial ausgerichteten magnetischen Feldes aufweist. Min destens ein Rotor ist beispielsweise mit Permanentmagneten bestückt, deren mag netisches Feld in Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld der Statorwicklun gen über einen Luftspalt ein Antriebsmoment erzeugt.

Um eine besonders kompakt bauende und hochintegrierte Axialflussmaschine zu realisieren ist es des Weiteren bekannt, die Statoren als gedruckte Schaltungen auszubilden. Aus der EP 2863524 A1 ist beispielsweise ein Stator für eine Axial flussmaschine bekannt, der in Form eines Printed Circuit Boards (PCB) ausgebildet ist. Die PCB ist als Multilayerplatine ausgeführt, d.h. sie umfasst mehrere aufeinan derliegende Layer mit Leiterbahnen. Hierdurch können die Wicklungen einer Spule auf diese mehreren Layer verteilt werden. Aus der Schrift ist ebenfalls bekannt, dass sich eine Windung einer Wicklung auf mehrere Lagen der Multilayer-Platine erstrecken kann.

Derartige Axialflussmaschinen kommen beispielsweise auch bei unbemannten Drohnen zum Einsatz. Konstruktionsbedingt kann bei derartigen Axialflussmaschi nen ein Teil des Magnetfeldes auch am Umfang des Rotors austreten und erzeugt dann im Motorgehäuse Wirbelströme. Diese führen zu erhöhten Motorverlusten, was regelmäßig unerwünscht ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Axialflussmaschine be reitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermindert oder vollständig vermeidet und eine Axialflussmaschine mit verbessertem Wir kungsgrad unter Beibehaltung einer kompakten Bauform bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator, und einen Rotor, wobei der Rotor eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle mit zumindest einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind und wobei zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkör per und dem Rotor in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwi schen dem zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper und dem Rotor ein zweiter Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper verlaufender Aufnahmeschlitze auf weist, in denen jeweils ein Rotormagnet fixiert ist, wobei die Axialflussmaschine des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorgehäuse aufweist, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper, den Rotor sowie den zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper einfasst, wobei das zylinderringförmige Motorge häuse in seiner Mantelfläche eine Mehrzahl von über den Umfang verteilte Öffnun gen aufweist.

Erfindungsgemäß wird das Motorgehäuse, das die beiden Statorkörper umhaust und den Rotorbereich überstreicht, im Rotorbereich umlaufend mit Öffnungen ver sehen, welche bevorzugt als axial verlaufenden Schlitze ausgestaltet sind. Dadurch können umlaufende bzw. wandernde Wirbelströme weitestgehend unterdrückt und so der Wirkungsgrad der Axialflussmaschine optimiert werden. Das Ausbilden der Öffnungen in dem Motorgehäusesind ohne größere Änderungen an den Gehäuse abmessungen und kostengünstig möglich. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn das Motorgehäuse in vorteilhafter Weise als Tiefziehteil ausgeführt wird.

Der magnetische Fluss in einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussma schine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotations richtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Ty pen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Roto ren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Die er findungsgemäße Axialflussmaschine kann insbesondere als I-Typ konfiguriert . Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurati- onen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfi- gurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I- Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor- Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.

Der Rotor einer elektrischen Axialflussmaschine kann bevorzugt zumindest in Tei len als geblechter Rotor ausgebildet sein. Ein geblechter Rotor ist in axialer Rich tung geschichtet ausgebildet. Der Rotor einer Axialflussmaschine kann alternativ auch einen Rotorträger bzw. Rotorkörper aufweisen, der entsprechend mit Magnet blechen und/oder SMC-Material und mit als Permanentmagneten ausgebildeten Magnetelementen bestückt ausgebildet ist.

Ein Rotorkörper weist in bevorzugter Weise ein Innenteil, über das der Rotor dreh fest mit einer Welle verbindbar ist, und ein Außenteil auf, das den Rotor in radialer Richtung nach außen begrenzt. Der Rotorkörper kann zwischen Innenteil und Au ßenteil mit mehreren Rotorstreben ausgebildet sein, über das das Innenteil und das Außenteil miteinander verbunden sind und welches gemeinsam mit der radialen Au ßenfläche des Innenteils und der radialen Innenfläche des Außenteils einen Aufnah meraum für die Aufnahme der Magnetelemente und der Flussleitelemente des Ro tors bildet. Alternativ zu dem Aufnahmeraum können die Magnetelemente auf dem Rotorträger angeordnet bzw. aufgesetzt sein.

Ein Magnetelement kann als Permanentmagnet in Form eines Stabmagneten oder in Form kleinerer als Klötze ausgebildeter Magnetblöcke gebildet sein. Die Magne telemente sind in der Regel in, an oder auf einem Rotorträger angeordnet. Das als Permanentmagnet ausgebildete Magnetelement eines Rotors einer Axialflussma schine steht in Wechselwirkung mit einem rotierenden Magnetfeld welches durch die in der Regel mit einem Drehstrom beaufschlagten Statorwicklungspulen erzeugt ist. Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine be zeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehtest gekoppelt ist.

Der Stator einer elektrischen Axialflussmaschine weist bevorzugt einen Statorkörper mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen auf. Der Stator körper kann in Umfangsrichtung gesehen einteilig oder segmentiert ausgebildet sein. Der Statorkörper kann aus einem Statorblechpaket mit mehreren laminierten Elektroblechen gebildet sein. Alternativ kann der Statorkörper auch aus einem ver- presstem weichmagnetischem Material, wie dem sogenannten SMC-Material (Soft Magnetic Compound) gebildet sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste ringscheibenförmige Statorkörper und/oder der zweite ringscheibenförmi gen Statorkörper als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schaltung, ausgebil det sind, wodurch der Statorkörper besonders kompakt und kostengünstig herstell bar ist. Die Leiterplatte ist bevorzugt eine Multilayer-Platine mit mehreren Kupferla gen, über die sich die Statorwicklungen erstrecken. Eine weitere mögliche Ausfüh rungsform ist die Ausführung des Statorkörpers als Sandwich mehrerer Multilayer- Platinen.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Motorgehäuse aus einer ersten Ringscheibe und einer zweiten Ringscheibe gebildet ist, welche durch sich in axialer Richtung erstre ckende Verbindungsstege formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander ver bunden sind. Eine weitere mögliche Ausführungsform ist somit die Ausführung des Motorgehäuses als mehrteiliges Motorgehäuse, bei dem die Statoren jeweils in elektrisch isolierenden Gehäuseteilen sitzen und die Verbindungsstege, die die bei den Gehäuseteile verbinden. Die Verbindungsstege können beispielsweise als Na deln Stoff-, form und/oder kraftschlüssig mit den Ringescheiben verbunden sein. Dadurch kann ein Stromfluss entlang der Außenkante der Öffnungen im Vollmate rial unterbunden werden. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung vorgesehen sein, dass das wenigstens eine der Ringscheiben, aus einer der als Leiterplatten ausgebildeten Statorkörper, gebildet ist/sind, wodurch eine beson ders kompakte Ausbildung der Axialflussmaschine mit einer hohen Komponentenin tegration ermöglicht wird.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Öffnungen in der Mantelfläche des Motorgehäu ses den Rotorkörper in seiner axialen Erstreckung vollständig überstreichen. Eine weitere mögliche Verbesserung kann somit erreicht werden, indem die beispiels weise schlitzartigen Öffnungen in axialer Richtung deutlich verlängert werden und in axialer Richtung über die Statoren hinaus reichen, um Wirbelströme, die an den Au ßenkanten der Öffnungen durch das Vollmaterial des Motorgehäuses verlaufen, zu reduzieren. Daher ist es insbesondere zu bevorzugen, dass die Öffnungen in der Mantelfläche des Motorgehäuses den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und/oder den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper in axialer Richtung zumin dest abschnittsweise, bevorzugt vollständig überstreichen.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der erste ringscheibenförmige Statorkörper und/oder der zweite ringscheibenförmigen Statorkörper drehfest in dem Motorgehäuse aufge nommen und mit diesem verbunden sind/ist, so dass auf gesonderte Abstandsele mente zwischen den Statoren verzichtet werden kann.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Öffnungen eine im Wesentlichen rechteckförmige Kontur besitzen, deren axiale Erstreckung größer ist als ihre umfängliche Erstreckung, was sich als ein guter Kompromiss aus struktureller Stabilität des Motorgehäuses und der Reduktion von Wirbelströmen herausgestellt hat.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstan des kann vorgesehen sein, dass das Motorgehäuse aus einem metallischen Material und/oder Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Verbund material geformt ist.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Gehäuse ein Nadellagerkäfig ist, welches insbesondere als Ta schenkäfig konfiguriert und zur Verwendung in einem Nadelwälzlager vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, auf ein bereits existierendes Bauteil, welches in hohen Stückzahlen gefertigt wird, zurückzugreifen, wodurch die Herstellkosten der Axial flussmaschine weiter optimierbar sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allge meinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine Axialflussmaschine in einer perspektivischen Explosionsdarstel lung,

Figur 2 eine erste ausführungsform einer Axialflussmaschine in einer perspekti vischen Ansicht, einer Seitenansicht sowie einer Axialschnittansicht,

Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Axialflussmaschine in einer per spektivischen Ansicht, und

Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Axialflussmaschine in einer perspekti vischen Ansicht.

Die Figur 1 zeigt eine elektrische Axialflussmaschine 1 , umfassend einen Stator 2, und einen Rotor 3, wobei der Rotor 3 eine insbesondere als Hohlwelle ausgeformte Rotorwelle 30 mit einem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle 30 dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper 31 aufweist. Der Stator 2 besitzt einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und einen zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper 22, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle 30 angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors 3 vonei nander beabstandet sind.

Zwischen dem ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und dem Rotor 3 ist in axialer Richtung beabstandet ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten ring scheibenförmigen Statorkörper 22 und dem Rotor 3 ein zweiter Luftspalt ausgebil det. Der Rotor 3 besitzt eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilter, radial durch den Rotorkörper 31 verlaufender Aufnahmeschlitze 32, in denen jeweils ein Rotormagnet 33 fixiert ist.

Die Axialflussmaschine 1 umfasst des Weiteren ein zylinderringförmiges Motorge häuse 4, dass in axialer Richtung den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 , den Rotor 3 sowie den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22 einfasst.

Das zylinderringförmige Motorgehäuse 4 weist in seiner Mantelfläche 41 eine Mehr zahl von über den Umfang verteilte Öffnungen 42 auf, was in der Darstellung der Fi gur 1 nicht gezeigt ist, jedoch aus den entsprechenden Abbildungen der Figur 2 er sichtlich wird. Die Öffnungen 42 in der Mantelfläche 41 des Motorgehäuses 4 über streichen den Rotorkörper 31 in seiner axialen Erstreckung vollständig. Die Öffnun gen 42 besitzen eine im Wesentlichen rechteckförmige Kontur, deren axiale Erstre ckung größer ist als ihre umfängliche Erstreckung. Das Motorgehäuse 4 ist aus ei nem metallischen Material geformt.

Das in der Figur 2 gezeigte Motorgehäuse 4 kann insbesondere auch ein Nadella gerkäfig sein, welches insbesondere als Taschenkäfig konfiguriert und zur Verwen dung in einem Nadelwälzlager vorgesehen ist.

Der erste ringscheibenförmige Statorkörper 21 und der zweite ringscheibenförmige Statorkörper 22 sind als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Schaltung, ausge bildet, was gelegentlich als PCB (Printed Circuit Board) bezeichnet wird.

In der Figur 3 ist eine Ausführungsform der Axialflussmaschine gezeigt, bei der die Öffnungen 42 in der Mantelfläche 41 des Motorgehäuses 4 den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22 in axialer Richtung vollständig überstreichen. Der erste ringschei benförmige Statorkörper 21 und der zweite ringscheibenförmigen Statorkörper 22 sind hierbei drehfest in dem Motorgehäuse 4 aufgenommen und mit diesem verbun den.

In der Figur 4 ist eine Ausführungsform der Axialflussmaschine widergegeben, bei der das Motorgehäuse 4 aus einer ersten Ringscheibe 43 und einer zweiten Ring scheibe 44 gebildet ist, welche durch sich in axialer Richtung erstreckende Verbin dungsstege 45 formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen die Ringscheiben 43,44 in Um fangsrichtung äquidistant angeordnete Aufnahmen für die Verbindungsstege 45, in welche die Verbindungsstege 45 eingesetzt werden können, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig. Die Verbindungsstege 45 können aus dem gleichen Mate rial wie die Ringscheiben 43,44 gebildet sein oder von diesem verschieden sein. Wenigstens eine der Ringscheiben 43,44 kann auch aus einem der als Leiterplatten ausgebildeten Statorkörpern 21 ,22 gebildet sein.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen be schränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verste hen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfin dung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleich artiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste

1 Axialflussmaschine

2 Stator 3 Rotor

4 Motorgehäuse

21 Statorkörper

22 Statorkörper

30 Rotorwelle

31 Rotorkörper

32 Aufnahmeschlitze

33 Rotormagnet

41 Mantelfläche

42 Öffnungen

43 Ringscheibe

44 Ringscheibe 45 Verbindungsstege