CN111699612B - 定子、包括该定子的旋转场式机器及生产该定子的方法 - Google Patents

定子、包括该定子的旋转场式机器及生产该定子的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111699612B
CN111699612B CN201980012361.9A CN201980012361A CN111699612B CN 111699612 B CN111699612 B CN 111699612B CN 201980012361 A CN201980012361 A CN 201980012361A CN 111699612 B CN111699612 B CN 111699612B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
pole core
tooth
heat conducting
teeth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980012361.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111699612A (zh
Inventor
托马斯·莱贝尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Apigat Capital Holdings Ltd
Original Assignee
Apigat Capital Holdings Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Apigat Capital Holdings Ltd filed Critical Apigat Capital Holdings Ltd
Publication of CN111699612A publication Critical patent/CN111699612A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111699612B publication Critical patent/CN111699612B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/187—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to inner stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/30—Windings characterised by the insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H02K21/222—Flywheel magnetos
    • H02K21/225—Flywheel magnetos having I-shaped, E-shaped or similarly shaped armature cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

本发明涉及一种旋转场式机器的内部定子(S)，该内部定子(S)具有数目为N的定子齿(1)。两个定子齿各自形成数目为N/2的齿组(ZGi)其中，i＝1..N/2，其中，一个齿组(ZGi)各自由两个直接相邻布置的定子齿(1)形成，所述两个直接相邻布置的定子齿(1)与磁返回装置(25)一起作为磁路(MFi)的组成部分。每个定子齿(1)具有磁极芯部(1b)和形成在磁极芯部(1b)上的极靴(1a)，并且因此，内部定子包括半封闭的凹槽。磁极芯部(1b)由第一材料、例如硅铁制成。除此之外，在两个相邻的齿组(ZGi+ZGi+1)的两个定子齿(1)中的每个定子齿之间布置有沿定子(1)的轴向方向延伸的中间元件(21)，该中间元件(21)由不同的材料制成。中间元件(21)的第二材料与定子齿(1)的第一材料不同。

Description

定子、包括该定子的旋转场式机器及生产该定子的方法
本发明涉及旋转场式机器的内部定子，该内部定子具有数目为N的定子齿，所述数目为N的定子齿一起形成数目为N/2的齿组，并且每个定子齿在每种情况下具有一个磁极芯部和一个一体地形成在磁极芯部上的极靴，其中，磁极芯部由第一材料制造，并且在每种情况下，一个齿组由两个直接相邻布置的定子齿形成，所述两个直接相邻布置的定子齿与磁返回装置一起作为磁路的组成部分。
现有技术
已知的旋转场式机器或电动马达通常设计为永久励磁的内部转子或外部转子式马达。这些马达越来越多地用作两轮车辆、乘用机动车辆、重型货车的电驱动马达，并且用在海事部门和航空领域的螺旋桨驱动的驱动系统中。特别是在使用电池或锂离子电池来驱动的车辆、轮船以及最近的电动飞行器的情况下，效率是主要的设计参数，因为效率主要决定电池的尺寸，并且因此决定总体成本。然而，也有必要在整体考虑中考虑电动马达的成本，出于该原因，以成本有效的方式使用各种各样的材料是必要且有意义的。在航空领域中，特别是在以电动方式驱动的飞行器的情况下，不仅必须考虑效率，而且还必须考虑功率密度，出于该原因，通常优选使用永磁体。
为了实现高的效率和高的功率密度，除了使用永磁体以外，还采取了用于减少损耗的各种措施。在线圈中的铜损耗、与磁路相关的所有含铁马达部件中的铁损耗以及轴承中的摩擦损耗之间是有区别的。
为了减少铜损耗，单齿技术以及单齿或双齿的缠绕是有利的。利用单齿缠绕技术，励磁线圈可以以精确的方式缠绕，从而提高电动马达中的铜填充水平。在外部转子式马达的情况下，除了单齿技术外，也使用挠性定子的缠绕技术，如EP 2179488 B1中所述。
为了减少铁损耗，使用具有小的叠片厚度、特别是叠片厚度<＝0.3mm的Si-Fe叠片的叠片式定子以及叠片式转子，并且可选地，为了减小涡流损耗，还使用分段式永磁体。此外，越来越多地使用耐高温的材料、特别是具有高剩磁且同时具有高矫顽力场强度HCJ的永磁体。这种耐高温性导致非常高的成本，因为例如这种永磁体具有高的镝分数。此外，具有非常低的损耗(叠片厚度0.1mm-0.2mm)或高饱和度的定子叠片(例如钴-铁叠片)是非常昂贵的。
然而，现有技术很少公开解决以下问题的方法：如何可以通过为增加马达散热的高效的导热来提高马达的功率。
例如，在WO 2010/099974中，实现了具有高度复杂的水型冷却装置的双转子。冷却通道使用热固性塑料通过注射模制过程实现，并且冷却通道在励磁线圈之间从壳体延伸至绕组头部并在绕组头部处转向。这种冷却极其昂贵，并且此外这种冷却不是最佳的，因为损失了用于铜线圈的缠绕空间。
在WO 2010/099975中实现了另一种导热方法。在这种双转子式马达的情况下，定子利用具有良好导热特性的热固性塑料材料通过注射模制而封装。同时，在选择热固性塑料材料时，必须重视刚度，因为定子的通过注射模制的封装很大程度上有助于悬臂式定子在操作期间的稳定性。此外，在WO 2010/099975中公开的是，借助于灌封和热固性塑料材料的良好的导热特性，可以改善从励磁线圈的绕组头部到壳体的热传递。
然而，WO 2010/099975中公开的解决方案具有某些弱点。首先，在使用热固性塑料注射模制的情况下，必须首先考虑强度，因此在选择材料时不可能仅仅重视导热特性。此外，利用同时具有高强度和高导热性的材料，该方法非常昂贵，因为整个定子在涉及热固性塑料的注射模制过程中第一次获得其最终的稳定性和导热性。定子齿必须在注射模制期间以非常牢固的方式固定，因为在涉及热固性塑料的注射模制的情况下会使用高的注射压力。此外，必须大量使用非常昂贵的填料(导热体、例如氮化硼，强度提高性材料、比如说例如碳纤维或玻璃纤维)。最后，由于该原理，双转子式马达的概念仅允许在一个方向上进行导热。
将定子齿的绝缘件优化成具有良好的导热性的常用方法是使用由塑料构成的定子齿端部件，并且借助于具有可接受的传导率(0.12W/mK-0.3W/mK)且具有>2kV的足够介电强度的薄卡普顿(Kapton)膜对中央区域进行绝缘。然而，由于卡普顿膜的薄壁性质，更多的热可以经由该热路径传递。由于该薄膜，减短了从励磁线圈到定子的热路径，并且增加了铜填充率，因为薄壁式卡普顿膜在缠绕窗口中为铜线圈留出更多空间。然而，这种绝缘技术主要用于提高电动马达的铜填充率。这种绝缘技术不会导致冷却性能的提高，因为线圈通常不会支承抵靠在卡普顿膜上，并且因此在热的线圈和散热卡普顿膜以及励磁线圈之间会存在一定的气隙，该气隙是由于在缠绕技术中缺乏精度而出现的。
发明内容
本发明的目的是：在提高具有外部转子的旋转场式机器的连续功率的背景下，改善从线圈经由定子齿或内部定子的散热，并减轻内部定子的重量。
根据本发明，所述目的借助于根据权利要求1的前序部分的内部定子来实现，其中，在两个相邻齿组的两个相邻定子齿之间，在每种情况下布置有至少一个中间元件，所述中间元件特别地沿内部定子的轴向方向延伸并且所述中间元件由第二材料制造，并且该第二材料与磁极芯部的第一材料不同。
借助于根据本发明的位于齿组之间的中间元件，有利地减轻了定子的重量，并且通过有效散热、尤其经由齿组之间的中间件提高了马达的性能，使得连续功率相对于现有技术有利地大幅度增加。
以这种方式，有利的是，可以通过在内部定子的对磁通量没有重要性或重要性很小的区域中使用具有良好的导热特性和/或比磁极芯部材料的密度低的密度的材料而将这些区域用于导热或用于减轻重量。替代性地或另外，例如可以在这些区域中布置流体型的冷却装置或热管。此外，在内部定子的情况下，可以将中间件插入到磁返回的区域中，所述中间件是铁磁的，并且作为各向异性的材料布置成具有沿磁路的通量方向的方向的优选磁方向。
齿组各自通过其两个定子齿形成U形轭，每个齿组在每种情况下具有至少一个励磁线圈、优选地两个励磁线圈。中间元件在每种情况下布置在齿组或U形轭之间，所述中间元件由第二材料制造，该第二材料的密度ρ2比制造磁极芯部的第一材料的密度ρ1小至少两倍。利用中间元件，可以追求两个不同的优化方向。
在第一优化方向上，试图通过改善导热性和降低重量来优化功率或最大扭矩。在此，第二材料可以具有高于硅铁的导热率(80W/mK)的为至少150W/mK(例如镁的导热率)的、特别地高于200W/mK(铝的导热率)的导热率λ2。因此，第二材料有利地由铝或镁或这些材料的合金制成。
由于特定材料、比如说例如具有180℃的典型最大温度的铜线圈的操作的最大极限，因此电动马达的最大连续功率受散热器的温度和励磁线圈中的温度差的限制。如果线圈与散热器之间的导热率减半，这导致功率增加近似1.5-2倍。因此，有效的散热特别重要。
在此，热主要沿轴向从定子传导出，这在外部转子式马达的情况下特别重要。为了优化这种导热性，有利的是使用水型冷却装置或热管。因此，借助于水型冷却装置或热管，可以将轴向导热进一步提高10倍(水)至100倍以上(热管)。另外地或替代性地，水型冷却装置/热管冷却装置可以在支承内部定子(定子承载件)的内部环中使用。
在第二优化方向上，重点放在使重量最小化上。在这种情况下，第二材料具有比第一材料的密度ρ1小至少3倍、优选地小5倍的密度ρ2，并且/或者具有λ>5W/mK的导热率。对应的材料将是氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或碳化硅或氮化硼。此外，第二材料可以是非铁磁材料。因此，作为第二材料，可以使用轻质材料、例如塑料，以用于优化定子的重量的目的。
齿组的两个定子齿有利地经由磁返回装置连接以形成磁路。在此，在第一可能的实施方式中，磁返回装置可以一体地形成在属于一个齿组的定子齿的磁极芯部的避开极靴的端部上。在此，所述两个定子齿和磁返回装置可以由U形轭形成。
然而，在第二可能的实施方式的情况下，磁返回装置同样可以形成为独立部件，并且可以布置在属于一个齿组的定子齿的磁极芯部之间并支承抵靠在所述磁极芯部上。在此，定子齿紧固至内部环或一体地形成在内部环上，或者位于内部环中或抵靠在内部环上，其中，同样可以经由内部环与磁返回装置一起实现磁返回或部分返回。在这种情况下，内部环应当由铁磁材料制成。然而，内部环也可以仅用于紧固或安装定子齿。
在另一可能的实施方式中，相邻的齿组通过腹板彼此连接，所述腹板由与磁极芯部相同的材料构成并且与磁极芯部一体地制造，其中，腹板在磁通量方向上的横截面面积比磁返回装置在磁通量方向上的横截面面积小。因此，在该实施方式的情况下，情况是，定子的所有定子齿经由铁磁材料彼此连接，但是铁磁材料的横截面面积在两个相邻的齿组的定子齿之间有意减小以形成腹板，从而在此形成用于由不同材料构成的中间元件的空间，所述中间元件用于减轻定子重量和/或冷却定子。在此，中间元件位于相邻的定子齿的磁极芯部之间并且抵靠在这些磁极芯部上，使得从定子齿到中间元件的热传递在尽可能大的面积上发生。
如上面已经提到的那样，定子齿可以通过定子齿的磁极芯部的避开极靴的端部以非形状锁定的方式、借助于在径向方向和周向方向上形状锁定的特别地呈燕尾形导引部形式的连接而紧固至连接元件，或者借助于楔形元件紧固至连接元件，该连接元件特别地呈环的形式。
对于所描述的所有可能的实施方式，情况是，在中间元件中和/或中间元件中上，可以布置有特别地呈水型冷却装置或热管的水通道形式的至少一个导热装置，该导热装置沿定子的轴向方向延伸，并且尤其用于轴向方向上的散热。在此，所述导热装置可以设置在每个中间元件中或仅设置在一些中间元件中。
为了从励磁线圈径向向内到散热中间元件的径向散热，可以设置有绝缘的径向导热体，该径向导热体沿定子的轴向方向延伸并且该径向导热体具有大于2W/mK、优选地>5W/mK的热导率，该径向导热体布置在励磁线圈与定子齿之间。该径向导热体或者是U形齿组的绝缘件的一部分，或者优选地构造为模制件，该模制件适合于相邻的励磁线圈的线圈绕组几何形状，并且因此该模制件在大的面积上与线圈接触。在该实施方式中，具有良好的导热性并且同时电绝缘的且具有10W/mK至200W/mK的传导率的材料，比如氮化硼、碳化硅或氧化铝是优选的，因为线圈到中间元件的距离>2mm(也就是说，从励磁线圈到齿芯部1b的路径比常规的绝缘路径长4倍)，并且径向冷却仅在使用对应的材料时可以被有效地利用。
中间元件还可以用于将齿组或各个定子齿紧固至内部环。在此，齿组或定子齿可以径向接合到内部环的凹部中，其中，中间元件具有楔形的形状。如果中间元件本身例如借助于励磁线圈和/或灌封化合物保持就位，则由于楔形形状，定子齿也被固定地连接至内部环。
然而，不言而喻，也可以借助于形状锁定连接、特别是燕尾形导引部将定子齿或齿组紧固至内部环，其中，然后必须将定子齿轴向地推动到内部环上。
如果绕组凹槽中的绕组之间的空间用附加的灌封化合物灌封，则这将有利地具有至少0.25W/mK的热导率，并且在绕组的线圈导线之间将不再有任何夹杂空气。以这种方式，显著地改善了散热。
在所描述的实施方式中的所有实施方式中，定子齿的极靴可以一体地形成在磁极芯部上或紧固至磁极芯部。如果极靴和磁极芯部形成为两个部件，则极靴可以接合到磁极芯部的端侧部凹部中，或者磁极芯部可以接合到极靴的端侧部凹部中，其中，对于永久连接，极靴可以例如通过一体地形成在所述极靴上的对应的突出部或腹板被按压或粘合性地粘结到凹部中。
为了生产以这种方式形成的定子，同样要求保护一种生产方法，其中，首先，缠绕励磁线圈，并且然后将励磁线圈从外部推动到磁极芯部上，随后，在另一方法步骤中，将极靴紧固至磁极芯部。
为了优化铜填充率的目的，优选地，齿组的邻近线圈形成为具有不同的几何形状、例如楔形相对的平行绕组形式，或者形成为具有n层和(n+x)层的励磁线圈。在此，根据绕组几何形式将线圈依次推动到一个没有极靴的定子上，其中，首先，将具有(n+x)层的励磁线圈推动到每个第二定子齿1b上，并且然后将具有(n)层的励磁线圈推动到每个第二相邻的轭齿上，使得励磁线圈在推进过程期间不会发生接触。此外，定子齿1b在推进过程之前已经设置有绝缘件，如图4至图7中所讨论的。因此，每个齿组ZGi在每种情况下具有2个齿，所述两个齿在每种情况下具有分别包括n层和n+x层的不同线圈。为了防止补偿电流，这些线圈还优选地彼此串联地电连接。替代性地，线圈也可以缠绕到绕组体上并且与绕组体一起被推动到齿上。
同样可能的是，极靴借助于形状锁定连接、特别地借助于凹槽、例如燕尾形导引部紧固至磁极芯部，其中，为此目的，所述极靴可以沿轴向方向被推动到磁极芯部上。
根据本发明的内部定子也可以使用由热塑性塑料或热固性塑料构成的材料通过注射模制而完全封装，该材料具有λ>1、优选地λ>2.5W/mK的导热率。这同样产生非常好的散热。
具有优化的轴向定子冷却的上述实施方式可以特别有效地用于具有集成电子器件的外部转子式马达的优化中，其中，励磁线圈的绕组头部的冷却也是适合的补充。
绕组头部冷却是通过以下方式实现的：励磁线圈与径向延伸的壳体部件/冷却体仅具有很小的间距，并且定子在冷却体与定子之间被灌封。因此，外部转子式马达经由具有非常良好的导热性的多个平行路径(定子承载件、中间元件、绕组头部)进行冷却。在具有非常高的功率损耗的构型的情况下，在冷却体中另外一体结合有水通道，该水通道耗散了高功率损耗并且方便地连接至定子承载件和/或中间元件。
在冷却体中使用水通道的情况下，轴向布置的ECU的功率半导体也可以被共同冷却。这产生了非常紧凑的、高功率的动力组(具有集成电子器件的电动马达)。
在上述所有实施方式中，定子还可以设计成使得定子齿、特别是定子齿的磁极芯部由电绝缘件整体或区域性地覆盖或包围，该电绝缘件用于绕组相对于定子齿的电绝缘，其中，电绝缘件可以具有单部分或多部分的形式，并且该绝缘件的至少一个部分或区域或者整个绝缘件由具有大于1W/mK、优选地大于2.5W/mK的导热特性的材料形成。在此，电绝缘件可以具有两个绝缘体，所述两个绝缘体在每种情况下绕定子齿的一个端侧部接合，并且所述两个绝缘体特别在其面向励磁线圈的绕组的侧部处具有用于绕组的线圈导线的通道。同样可以的是，特别地呈板状形式的、特别地固定且尺寸稳定的至少一个导热元件支承抵靠在磁极芯部的和/或极靴的至少一个纵向侧部上，该导热元件布置在分别绕一个端侧部接合的两个绝缘体之间、特别地布置在绝缘体的凹部中，其中，至少一个导热元件具有大于5W/mK、优选地大于10W/mK、特别优选地大于20W/mK的导热率，所述至少一个导热元件特别地基于陶瓷或碳化硅制造或由氮化硼复合材料制造，并且/或者导热元件具有比绝缘体的导热率大至少两倍、优选地大五倍的导热率。导热元件也可以直接支承抵靠在磁极芯部的侧表面的一部分或整个侧表面上，并且导热元件可以由陶瓷制造或基于陶瓷制造并且可以具有电绝缘特性和>10W/mK的导热率两者，导热元件特别优选地为氧化铝或氮化物陶瓷或由碳化硅或氮化硼构成。在此，电绝缘件或至少一个绝缘体同样可以通过定子齿借助于注射模制进行封装而形成、特别地通过至少磁极芯部借助于注射模制进行封装而形成，其中，灌封材料为热塑性塑料或热固性塑料，其中，热固性塑料具有特别地大于1W/mK、优选地大于5W/mK的导热率。在此，通过由注塑模制进行封装而形成的电绝缘件(200)可以具有至少一个窗口状孔口或带薄壁区域的凹部，以用于特别地以形状锁定的方式接纳至少一个导热元件，其中，导热元件侧向地布置在磁极芯部上、特别地支承抵靠在磁极芯部上，并且导热元件具有大于5W/mK的导热率，导热元件特别地由氮化硼制造。
在上述所有可能的实施方式中，有利的是，属于一个齿组的两个定子齿的磁极芯部之间的磁阻低于属于不同齿组的两个相邻的定子齿的磁极芯部之间的磁阻。
下面将基于附图对根据本发明的定子的可能的实施方式进行更详细地讨论。
在附图中：
图1：示出了穿过根据本发明的内部定子的第一可能的实施方式的横截面的一部分，其中，该内部定子具有借助于腹板连接的齿组；
图2：示出了根据图1的具有单独制造的极靴的内部定子的可能变型，该内部定子已经用灌封化合物灌封；
图3：示出了具有内部环和紧固至内部环的定子齿的内部定子的另一可能的构型；
图4：示出了另一可能的实施方式，其中，齿组的定子齿形成为一件并且形成U形轭，其中，轭通过燕尾形导引部被紧固至内部环；
图5：示出了穿过根据本发明的具有多个可能的冷却路径的旋转场式机器的纵向截面；
图6a：示出了根据本发明的定子齿的立体图，其中，该定子齿具有两个端侧部绝缘体和轴向地布置在两个端侧部绝缘体之间的导热元件；
图6b：示出了在绝缘体的区域中穿过根据图2的定子齿的横截面图；
图6c和图6d：示出了绝缘体的侧视图；
图6e：示出了穿过导热元件的侧视图和横截面图；
图7：示出了如图6b中的定子齿，然而其中，端侧部的绝缘体以尽可能小的分离间隙覆盖定子齿的整个轴向长度，并且端侧部的绝缘体在每种情况下在至少一个磁极芯部的纵向侧部处一起形成用于接纳导热元件的窗口状凹部；
图8：示出了根据本发明的具有通过借助于注射模制进行封装而形成的绝缘件的定子齿，该绝缘件在每个磁极芯部的纵向侧部处形成两个凹部，以用于在每种情况下接纳一个导热元件；
图9：示出了根据本发明的具有绝缘件的定子齿，该绝缘件由包括具有良好的导热性的材料的热固性塑料通过借助于注射模制进行封装而形成；
图10：示出了内部定子的可能的实施方式，其中，在象限A至象限D中分别图示了内部定子的一种可能的实施方式。
图1示出了穿过根据一种可能的实施方式的外部转子式马达的根据本发明的内部定子S的横截面的一部分，其中，热流方向WF-A1、WF-A2通过箭头指示。
在内部定子S的情况下，在每种情况下，两个相邻的定子齿1在每种情况下形成一个齿组ZGi。此处，齿组ZGi形成大致U形轭。此处，齿组ZGi通过沿轴向方向AX延伸的腹板ST彼此连接。
中间元件21具有增加冷却功率的任务，并且因此有利地由具有良好的导热性的材料构成。如果中间元件21由导电性材料构成，则该中间元件21还必须相对于线圈5分离绝缘，这可以例如通过绝缘材料、绝缘件和/或附加的导热元件来实现，如图5、图6a至图6e以及图8至图10中所图示和所描述的。通过中间元件21，还可以减小内部定子S的重量。如果在励磁线圈5与磁极芯部1b之间布置有具有良好导热性的附加元件，则导热也可以直接从线圈5到中间元件21发生。该中间元件21的优点在于，此处，可以使用下述材料，该材料相比于在标准情况下位于那里的定子叠片具有更好的导热性。因此实现了另外的平行的热路径WF-A1和WF-A2，而不是仅从线圈5到定子齿1并且从定子齿1到旋转场式机器的壳体。
此处，每个定子齿1包括磁极芯部1b和一体形成的极靴1a，其中，齿组ZGi的定子齿1通过磁返回装置25彼此连接。此处，齿组的定子齿1可以由U形定子叠片形成。线圈5通过合适的绝缘件2、12a与定子齿1电绝缘，其中，绝缘件2或导热装置12a可以用于热从线圈沿定子齿1的方向WF-A1消散。将根据图5、图6a至图6e和图8至图10分别描述和说明绝缘和导热。
定子齿1和磁返回件25由第一材料、特别是铁磁材料MA1制造。中间元件21由不同的第二材料MA2制造，该第二材料MA2相比于第一材料MA1更轻并且/或者具有更好的传导性。齿组的定子齿与它们的磁返回元件25一起形成U形轭，该U形轭形成磁路MF的一部分。将齿组ZGi的定子齿1彼此连接的区域25形成磁返回件并且具有与磁极芯部1b的宽度B1相对应的径向宽度B2。腹板ST的径向宽度B3明显小于宽度B2，其中，因此空出在腹板ST与励磁线圈5之间的区域用于中间元件21。如果使用非各向异性材料，则宽度B1和B2相等。如果在磁极芯部1b中使用具有优选磁方向的各向异性材料，则B2大于B1。
外部转子(未示出)可以例如配备有永磁体。
水型冷却回路WK可以一体地结合到中间元件21中，并且/或者热管HP可以布置在中间元件21中或中间元件21上，该水型冷却回路或热管沿轴向方向延伸并且分别连接至热交换器或冷却体，该热交换器或冷却体可以布置成例如在轴向上与内部定子S邻近。热管HP也可以由具有非常好的导热性的模制元件、例如铜销或陶瓷销形成，通过所述模制元件，导热特性可以相对于中间元件的非铁磁基体材料进一步提高。通过所述销特别地优化了轴向导热，这在外部转子式马达的用于散热的构型中特别重要。
替代性地，也可以使用呈经典热管形式的热管，该经典热管具有填充有工作介质(例如水或氨)的密封封装的体积。与使用实心销、比如说例如铜的情况相比，通过热管可以将散热进一步提高多于100倍、特别地提高1000倍。
在图2中所图示的实施方式中，与图1中所图示和所描述的实施方式相比，磁通量的正弦构型所需的极靴1a单独制造，并且所述极靴1a在磁极芯部1b配备有励磁线圈5之后安装到定子芯部1b上。因此，具有对应的优化层构型的各个线圈5可以利用理想的缠绕技术预先缠绕。此处，具有多于两个线圈层的线圈甚至可以以尺寸精确的方式设置。这些线圈可以实现在线圈承载件2上，该线圈承载件2随后沿径向被推进，或者这些线圈可以实现为不具有缠绕体的励磁线圈5的形式，所述励磁线圈5安装到预先通过注射模制而封装或绝缘的定子芯部1b上。在装备过程之后，极靴1a被压上或粘合性地粘结上。如果定子在缠绕后进行灌封(灌封化合物V)，则对压配合连接或粘合性连接的要求不会特别高，因为极靴1a由于灌封过程而稳定。
因此，该实施方式对于优化铜填充率是有利的，因为可以根据绕组形式将线圈依次推动到没有极靴的一个定子上，其中，首先，将具有(n+x)层或与绕组几何形状相适应的楔形形状的励磁线圈推动到每个第二定子芯部1b上，并且然后将具有(n)层的励磁线圈推动到每个第二相邻的轭齿上，使得在推进过程期间不会与励磁线圈接触。此外，定子芯部1b在推进过程之前已经设置有绝缘件，如图4至图7中所讨论的。替代性地，线圈也可以缠绕到缠绕体上并且与缠绕体一起被推动到齿上。
在该实施方式中，U形轭1b、25与腹板ST形成为一件，所述腹板ST将各个齿组ZGi彼此连接。与图1中描述的关于B1、B2和B3的条件相同的条件在这里也适用。
图3示出了多部分内部定子S的另一可能的实施方式。在该实施方式中，各个定子齿1通过其端部1f布置在内部定子环R上，或者例如通过燕尾形导引部1g连接。在该实施方式中，在每种情况下，两个相邻布置的定子齿也在每种情况下形成一个齿组ZGi。此处，在齿组ZGi的定子齿之间，在每种情况下都布置有一个磁返回装置35，相应的齿组的磁路MF通过该磁返回装置35闭合。如果定子内部环R由铁磁材料制造，则磁通量中的一部分磁通量也可以流过定子内部环R。优选地，磁返回装置35可以是在通量方向上具有各向异性优选方向的叠片式芯部。优选地，宽度B1和B2则应当相等。
布置在中间元件31、31’中的水型冷却装置WK或热管HP沿轴向方向延伸穿过内部定子S并形成热路径WF-B。
在于每种情况下形成一个齿组ZGi的U形轭之间，依次布置有中间元件31、31’，该中间元件31、31’用作导热元件。与图1和图2的实施方式相比，该实施方式提供了提前对各个齿1进行绝缘和缠绕的可能性。此处，可以实施图6a至图10的实施方式的具有导热特性的定子绝缘技术，并且可以以最大填充率并且可选地以相邻齿的不均匀缠绕来实施励磁线圈。为了优化填充率的目的，相邻齿的绕组数目优选地不同，但是必须使相邻齿串联地互连。因此，线圈可以使用相同的圆形铜线以不同的方式缠绕，例如，一个线圈具有3层并且相邻的线圈具有4层，或者具有不同的几何形状。
定子内部环R可以形成为叠片式芯部或导热体。如果定子内部环R形成为铁磁导体，则这可以用于厚度B2的优化或磁返回装置35的构型。此外，导热元件31的区域中的轮廓可以调整，因为该区域对导热的贡献很小。
特别地，定子芯部1b也可以仅通过突出部1h插入到定子内部环R的径向凹部Ra中。在这种情况下，中间元件31呈楔形形式，并且通过线圈5、填充材料F等在径向方向上保持就位。通过楔形形状进而将定子齿1固定地保持在定子内部环R上。
可选地，在图3中所示的内部定子S的情况下，可以设置附加的内部环OT，该附加的内部环OT在改善轴向导热的情况下优选地由铝生产，该附加的内部环OT为内部定子提供更大的稳定性，并且也可以可选地具有用于水型冷却装置WK的通道，其中，用于水型冷却装置WK的通道沿轴向方向延伸穿过内部定子S并且形成热路径WF-B1，热经由该热路径WF-B1沿轴向方向消散。
对于如上所述的实施方式，情况是，定子齿1的宽度B1和磁返回件25、35的厚度B2必须定尺寸为使得不阻碍磁通量。为了通量导引，可以使用具有不同优选磁方向的各向异性材料。如果U形轭1b、25在内侧连接至环R，则所述环R或内部区域也可以对磁通量产生小的贡献，但主要目的是增加内部定子S的稳定性并且所述环可以具有非常薄壁的形式，使得B3也可以例如构造成小于<3mm。不言而喻地，这在每种情况下都取决于旋转场式机器的尺寸。厚度B3的下限通过经济的制造方法和刚性要求来确定。如果定子S进行灌封，则对强度的要求低，使得厚度B3可以最小化。如前所述，然后可以有利地在空出的区域中设置作为热流导引元件的中间元件21、31、31’，所述中间元件21、31、31’具有一体式热管HP或水型冷却回路WK或具有非常高的导热性的销或材料例如铜销或陶瓷销或模制元件、碳纳米管等，所述中间元件21、31、31’沿定子S的轴向方向延伸。如上所述，这些中间元件可以以重量优化的方式用于有效的轴向冷却。此外，这些中间元件21、31、31’布置在不能用于铜线圈的区域中，并且因此有助于定子的热优化。
所描述的内部定子S的结构可以在缠绕有励磁线圈5之前提前配备有用于励磁线圈5的绝缘件2，其中，对于绝缘件2，特别有利的是将热塑性或热固性塑料与注射模制工艺一起使用。在这种工艺的情况下，中间元件21可以在注射模制过程之前已经被放置，由此可以以可能最简单的方式实现定子/线圈与中间元件21、31之间的最优热转换。也可以在中间元件21、31与励磁线圈5之间布置附加的导热元件28。
图4示出了根据本发明的内部定子S的另一可能的实施方式，在这种情况下，由定子齿1和将定子齿1彼此连接的磁返回件25形成的U形轭通过燕尾形导引部1g紧固至内部环R，或者U形轭相对于内部环R沿轴向方向被推动到环R上进入环R的对应的凹部中。此处通过示例的方式示出的是，也可以在中间元件21中布置多于一个的热管HP，由此可以大幅度地增加轴向方向上的散热。
图5示出了穿过根据本发明的具有多个可能的冷却路径WF-B、WF-B1和WF-C的旋转场式机器的纵向截面。冷却路径WF-B由水型冷却装置WK或热管形成并且如图1至图4中所图示和所描述的那样布置在中间元件21、31、31’中。热路径WF-B1可以由水型冷却装置WK形成，该水型冷却装置WK延伸穿过内部定子S的内部环R、OT，如图4中所示。在ECU与内部定子S之间布置有冷却体或热交换器KK，该冷却体或热交换器KK将经由水型冷却装置或热管消散的热释放至周围环境或散热器。由于灌封化合物V在端侧部处支承抵靠在定子承载件13上而产生另外的冷却或散热路径WF-C，该灌封化合物V同样在大面积上支承抵靠在冷却体KK上。罐形的转子16、16a优选地通过深冲工艺生产并且紧固至轴RW，该轴RW反过来经由轴承40被支承在定子承载件13上。转子部件16优选地设计成比支承永磁体的转子16a厚。支承永磁体的该转子部件16a为薄壁设计，并且流过该转子部件16a的磁通量比流过所使用的叠片式芯部14的磁通量明显更少(也就是说，转子16a中的通量密度比叠片式芯部14中的通量密度低至少25％、优选地低50％)，由此使铁损最小，并且可以使用在经济的深冲工艺中通常使用的铁磁材料。转子具有叠片式外部定子14和布置在外部定子14上的永磁体10，并且还具有由玻璃或碳纤维构成的绑带BK，由此使转子更坚固并且可以甚至以非常高的旋转速度操作。在转子轴RW的端侧部上布置有传感器目标STA，该传感器目标STA的旋转由布置在ECU的壳体中的传感器SE检测。功率电子器件41布置在ECU的壳体壁上，使得功率电子器件41的热直接消散至冷却体KK。励磁线圈5经由连接器26和线路25连接至ECU。
图6a示出了根据本发明的以立体图图示的定子齿1的可能的实施方式，其中，通常由卡普顿制造的常规使用的绝缘膜已经被呈板形式的导热元件4代替。导热元件4具有高得多的导热率和高的电气介电强度。导热元件4可以由诸如例如陶瓷或陶瓷基材料之类的材料制造。因此，有利的情况是，在磁极芯部1b的每个纵向侧部L上布置至少一个导热元件4，其中，所述至少一个导热元件在尽可能大的面积上支承抵靠于磁极芯部1b，特别优选地支承抵靠于磁极芯部1b的整个纵向侧部L。因此，凹槽中的显著增加的导热性使得可以显著改善从励磁线圈5至定子齿1的冷却路径。
如在图6b中可以看到的，绝缘体2通过其内侧部在内侧部的整个面积上支承抵靠于磁极芯部1b，并且支承抵靠于磁极的磁返回部的区域、也就是磁极返回部1c和极靴1a的区域。
每个绝缘体具有端侧部区域2a，该端侧部区域2a在从磁极芯部1b到极靴1a的过渡区域中与凸缘状部分2b连结。在从磁极芯部1b至磁极返回部1c的过渡区域中，凸缘状部分2c同样支承抵靠在中央区域2a上。绝缘体2不仅支承抵靠在定子齿1的端侧部1上，而且绕所述端侧部侧向地接合，并且还通过其区域2d(图6c和6d)特别是在磁极芯部1b的区域中支承抵靠在定子齿的纵向侧部L的短的部分上。此外，区域2d在其位于磁极芯部1b的区域中的外表面上具有通道，所述通道用于引导励磁线圈的线圈导线的第一层。磁极芯部1b的区域与磁极返回部1c以及极靴1a一起形成用于接纳线圈导线或绕组的凹槽N。
图6e示出了根据本发明的导热元件4的可能的实施方式，该导热元件4形成为具有厚度D的矩形板。在此，厚度D应当有利地构造成比绝缘部分2的侧向突出部2d的厚度厚以确保导热元件4与线圈导线的内层直接接触。导热元件4由具有高导热率(＞5W/mK)的材料构成，并且导热元件4同时具有高的电绝缘能力。导热元件4可以例如由氮化硼制造。
图7示出了根据本发明的在图6a至图6e中示出和描述的定子齿的另一种可能的优化可能性。在此，每种情况下，在定子齿1的两个绕组头部上布置一个绝缘体20，其中，绝缘体20除了具有电绝缘的功能和提高线圈缠绕能力的功能之外，还形成用于布置于磁极芯部1b的两个侧部的导热元件4的保持装置。在此，导热元件4可以与根据图6a至图6e的实施方式中相同。
图8示出了根据本发明的定子齿1的另一种可能的实施方式，在该实施方式的情况下，电绝缘件200直接注射模制到定子芯部1b上。在此，在通过注射模制的封装过程期间，可以同时形成上部套环200b和下部套环200c以及具有用于改进导线引导的通道200a的凹槽基部。此外，在通过注射模制的封装过程期间，用于可以随后安置的导热元件4a的一个或更多个孔口200e借助于至少一个滑块保持畅通。替代性地，外部轮廓200a可以在通过注射模制的封装过程之后通过机加工而显露。
图9示出了定子齿注射模制封装的另一种变型，在该变型的情况下，绝缘体7、7a、7b、7c、7d在涉及热固性塑料的过程中直接注射模制到定子芯部1b上。用于定子的通过注射模制的封装的颗粒物已经包括了优化热引导所需的陶瓷添加剂。因此形成了在机械和热稳定性、电绝缘程度以及导热作用方面分别被优化的部件。
在图6a至图6e、图7和图8的实施方式中，绝缘的导热元件4、4a沿着定子齿的轴向范围配装在线圈与定子之间，并且用于在定子的大约整个轴向长度上大幅度地改善线圈与定子之间的热传递。在定子齿1的绕组头部区域或端侧部S中，优选地设置有呈绝缘体2、20形式的导线引导且绝缘的塑料端部件，所述塑料端部件可以通过注射模制来安装或施加。在此，导热元件4、4a或者可以借助于绝缘体2、20以非形状锁定的方式定位，或者可以以形状锁定的方式连接至定子齿，使得尽可能实现非常小的间距和足够的稳定性。
替代性地，如图8中所图示和描述的，定子齿可以在涉及热固性塑料的注射模制过程中用标准塑料通过注射模制而封装，并且沿着磁极芯部1b的侧表面的区域可以具有孔口，使得一个或更多个导热板4a或具有多个导热元件的复合概念件可以在随后的步骤中被引入该区域。
此外，如图9中所示，定子齿可以在涉及热固性塑料的注射模制过程中使用具有高的特定传导性的导热材料通过注射模制而完全封装，该导热材料例如是氮化硼热固性塑料材料。就加工技术而言，这比通过注射模制来封装整个定子要简单得多，因为可以使注射模具变得相当简单。此外，在此也不必重视提高强度的填充材料，而是可以选择仅高度导热且同时绝缘的材料。
在上述所有实施方式中，有利的是将定子灌封或浸渍，以尽可能完全消除铜导线之间的以及靠近导线的定子绝缘件处的夹杂空气，并且因此进一步优化励磁线圈与定子之间的热过渡。作为灌封材料，可以有利地使用具有可接受的导热特性、具有0.25W/mK-1W/mK的特定传导率的材料。具有中等导热特性的灌封材料总是甚至比空气好10倍，因为空气具有仅0.026W/mK的非常低的特定传导率。因此，通过使用灌封材料，可以大幅度地改善定子上的线圈层与绝缘箔之间的以及线圈层、例如第一线圈层和第二线圈层之间的过渡。
图10以四种不同的可能的实施方式示出了内部定子S，所述四种不同的可能的实施方式在四个象限A至D中示出。象限A至象限D中的所有内部定子的共同点在于，定子齿借助于内部环R彼此一体地连接。内部定子可以具有叠片式设计。不言而喻，所示的实施方式同样可以设置在内部转子式马达的外部定子的情况中。
在象限A中，示出了整个定子100被使用热固性塑料封装的实施方式，如在根据图5的实施方式中那样，其中，不再设置有附加的导热元件。热固性塑料的导热率大于1W/mK。可选地，绕组凹槽WN可以在缠绕过程之后用附加的灌封化合物F进行灌封或封装，以尽可能地完全消除铜导线之间以及靠近线圈的定子绝缘件处的夹杂空气，并且因此进一步优化了励磁线圈与定子之间的热过渡。
在象限B中，示出了定子齿或磁极芯部1b用热固性塑料通过注射模制进行封装的实施方式，其中，在热固性塑料中在磁极芯部1b的纵向侧部L的区域中设置有孔口200e，导热元件4、4a可以在注射模制过程之后被放置到所述孔口中。在此，定子齿可以与图4中所图示的定子齿类似地设计。
导热元件形成为比绝缘件厚，并且优选地形成为凸形。
在象限C和象限D中，图示了根据本发明的定子100的实施方式，其中，绝缘件7通过注射模制过程、与象限A或B中的变体类似地设置，其中，可以沿着磁极芯部的纵向侧部另外设置导热元件4、4a(未图示)。在绕组凹槽WN的凹槽基部G上还布置有附加的插入部件9、10，所述插入部件9、10在其整个面积上支承抵靠在凹槽基部G上，并且可能具有与凹槽基部G相对应地弯曲的壁。所述插入部件9、10同样地形成为导热元件，并且优选地具有特别地大于5W/mK的高导热率。所述插入部件9、10可以例如由氮化硼制成。在象限C中的实施方式中，插入部件9呈板状或壳状形式，而在象限D中，插入部件9具有沿轴向方向延伸的腹板状凸出部，该凸出部通过其两个侧部压靠在绕组5的径向内侧部上。另外，导热元件11也可以位于极靴1a与绕组的径向绕组端部5a之间，所述导热元件由与部件9、10相同的材料制成。
在这种情况下，也如图1至图4中所图示和所描述的，磁路借助于由齿组ZGi形成的U形轭来导引或形成。齿组ZGi经由腹板ST彼此连接，其中，中间元件21布置在齿组、腹板ST和励磁线圈5之间。

Claims (42)

1.一种旋转场式机器的内部定子(S)，所述内部定子具有数目为N的定子齿(1)，所述数目为N的定子齿(1)一起形成数目为N/2的齿组，并且每个定子齿(1)在每种情况下具有一个磁极芯部(1b)和一个一体地形成在所述磁极芯部(1b)上的极靴(1a)，其中，所述磁极芯部(1b)由铁磁性的第一材料(MA1)制造，并且在每种情况下，一个齿组由两个直接相邻布置的定子齿(1)形成，所述两个直接相邻布置的定子齿(1)与磁返回装置一起作为磁路(MFi)的组成部分，其中，
相邻的齿组经由腹板(ST)彼此连接，并且每个齿组的磁极芯部(1b)与所述磁返回装置一体地制造，由此，所述腹板(ST)和所述磁返回装置由与所述磁极芯部(1b)相同的材料构成且与所述磁极芯部(1b)一起构成，
或者，
所述定子齿(1)通过所述定子齿(1)的所述磁极芯部(1b)的避开所述极靴(1a)的端部(1f)紧固至连接元件，所述连接元件是环，
其特征在于，在两个相邻的齿组的两个相邻的定子齿(1)之间，在每种情况下布置有至少一个中间元件(21、31)，所述中间元件(21、31)沿所述内部定子(S)的轴向方向延伸，并且所述中间元件(21、31)由第二材料(MA2)制造，并且所述第二材料(MA2)与所述磁极芯部(1b)的所述第一材料(MA1)不同，并且所述腹板(ST)或所述连接元件在所述定子齿(1)之间的区域中具有第一径向宽度(B3)，并且将齿组的所述定子齿(1)彼此连接的所述磁返回装置具有第二径向宽度(B2)，或者所述连接元件与一起插入在齿组的所述定子齿(1)之间的所述磁返回装置共同具有第二径向宽度(B2)，其中，所述第一径向宽度(B3)小于所述第二径向宽度(B2)，并且所述中间元件(21、31)抵靠所述腹板(ST)或所述环搁置。
2.根据权利要求1所述的内部定子(S)，其特征在于，所述第二材料(MA2)具有比所述第一材料(MA1)的密度ρ1小至少2倍的密度ρ2，并且所述第二材料(MA2)具有大于100W/mK的导热率λ2，所述第二材料(MA2)为铝或镁或者铝或镁的合金。
3.根据权利要求1所述的内部定子(S)，其特征在于，所述第二材料(MA2)具有比所述第一材料(MA1)的密度ρ1小至少3倍的密度ρ2，并且/或者具有λ>5W/mK的导热率，所述第二材料(MA2)为塑料，或者所述第二材料(MA2)为氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼或者具有氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，所述磁返回装置或者一体地形成在属于一个齿组的所述定子齿(1)的所述磁极芯部(1b)的避开所述极靴(1a)的端部(1f)上，或者布置在属于一个齿组的所述定子齿(1)的所述磁极芯部(1b)之间并且支承抵靠在属于所述一个齿组的所述定子齿(1)的所述磁极芯部(1b)上。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，所述腹板(ST)在磁通量方向上的横截面面积(AST)小于所述磁返回装置在磁通量方向上的横截面面积(AR)。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，所述定子齿(1)通过所述定子齿(1)的所述磁极芯部(1b)的避开所述极靴(1a)的端部(1f)以非形状锁定的方式、借助于在径向方向和周向方向上形状锁定的连接而紧固至连接元件，或者焊接或粘合性地粘结至所述连接元件。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，在励磁线圈(5)与所述定子齿(1)之间布置有至少一个绝缘导热元件(12a)，所述绝缘导热元件(12a)与所述中间元件(21、31)接触。
8.根据权利要求7所述的内部定子(S)，其特征在于，导热装置(28)构造为模制件，使得相邻的齿的所述励磁线圈的一个或更多个线圈层与所述模制件直接接触或与所述模制件具有小的间距，并且存在热连接。
9.根据权利要求8所述的内部定子(S)，其特征在于，用于从所述励磁线圈径向向内至散热的所述中间元件(21、31)的径向散热的所述导热装置(28)具有大于5W/mK的导热率，并且所述导热装置(28)由氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼制成。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，在所述中间元件(21、31)中或在所述中间元件(21、31)上，布置有呈水型冷却装置(WK)或热管(HP)的水通道形式的至少一个中间元件导热装置，所述中间元件导热装置沿所述内部定子(S)的轴向方向延伸并且用于沿轴向方向散热，其中，在使用热管的情况下，使用具有密封封装的体积的经典热管，所述密封封装的体积填充有工作介质。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，位于绕组凹槽(WN)中的励磁线圈(5)之间的空间用具有至少0.25W/mK的导热率的附加的灌封化合物(F)来灌封，使得在所述励磁线圈(5)的线圈导线之间不再有任何夹杂空气。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，所述定子齿借助于形状锁定连接紧固至内部环(R)，或者所述定子齿(1)径向地接合到所述内部环(R)的凹部(1h)中并且借助于具有楔形横截面的中间元件保持就位。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，齿组的所述两个定子齿(1)由铁磁材料构成，并且所述两个定子齿(1)与所述磁返回装置一起形成磁路的一部分，其中，所述部分为U形，所述磁返回装置具有垂直于所述磁极芯部(1b)和/或铁磁内部环(R)的磁方向的磁方向(MV)。
14.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，所述定子齿(1)的所述极靴(1a)紧固至所述定子齿的所述磁极芯部(1b)，或者借助于形状锁定保持至所述定子齿的所述磁极芯部(1b)。
15.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，相邻的定子齿(1)支承有以不同方式缠绕的励磁线圈(5)以优化铜填充率，其中，所述励磁线圈(5)在几何上定形状成使得所述励磁线圈在所述励磁线圈被推动到所述定子齿(1)上时和/或处于所述励磁线圈已经被推动到所述定子齿上的状态时彼此不产生接触。
16.根据权利要求1至3中的任一项所述的内部定子(S)，其特征在于，所述内部定子使用由热塑性塑料或热固性塑料构成的材料通过注射模制而被完全封装，所述材料具有λ>1W/mK的导热率。
17.根据权利要求11所述的内部定子，其特征在于，所述定子齿(1)具有纵向侧部(L)和端侧部，并且所述定子齿(1)被电绝缘件整体地或区域性地覆盖或包围，所述电绝缘件用于使所述励磁线圈(5)相对于所述定子齿(1)电绝缘，其中，所述电绝缘件具有单部分或多部分的形式，并且所述电绝缘件的至少一个部分或区域或者整个所述电绝缘件由具有大于1W/mK的导热特性的材料形成。
18.根据权利要求17所述的内部定子，其特征在于，所述电绝缘件具有两个绝缘体，所述两个绝缘体分别绕一个端侧部接合，并且所述两个绝缘体在所述两个绝缘体的面向所述励磁线圈(5)的侧部处具有用于所述励磁线圈(5)的线圈导线的通道。
19.根据权利要求17或18所述的内部定子，其特征在于，呈板状形式的固定且尺寸稳定的至少一个导热元件(4)支承抵靠在所述磁极芯部(1b)和/或所述极靴(1a)的至少一个纵向侧部(L)上。
20.根据权利要求19所述的内部定子，其特征在于，所述导热元件(4)布置在分别绕一个端侧部接合的两个绝缘体之间，其中，至少一个导热元件(4)具有大于5W/mK的导热率，所述至少一个导热元件(4)基于陶瓷或碳化硅制造或由氮化硼复合材料制造，并且/或者所述导热元件(4)具有比所述绝缘体的导热率大至少2倍的导热率。
21.根据权利要求19所述的内部定子，其特征在于，所述导热元件(4)直接支承抵靠在所述磁极芯部(1b)的侧表面的一部分或所述磁极芯部(1b)的整个侧表面上，并且所述导热元件(4)由陶瓷制造或基于陶瓷制造，并且具有电绝缘特性和＞10W/mK的导热率两者。
22.根据权利要求17所述的内部定子，其特征在于，所述电绝缘件或至少一个绝缘体通过所述定子齿(1)借助于注射模制进行封装而形成，其中，灌封材料为热塑性塑料或热固性塑料，其中，所述热固性塑料具有大于1W/mK的导热率。
23.根据权利要求22所述的内部定子，其特征在于，由通过注射模制进行封装而形成的所述电绝缘件具有至少一个窗口状孔口(200e)或带薄壁区域的凹部，以用于以形状锁定的方式接纳至少一个导热元件(4)，其中，所述导热元件(4)侧向地布置在所述磁极芯部(1b)上，并且所述导热元件(4)具有大于5W/mK的导热率，所述导热元件(4)由氮化硼制造。
24.根据权利要求19所述的内部定子，其特征在于，所述电绝缘件和所述至少一个导热元件(4)在注射模制过程之前放入并且通过注射模制共同被封装。
25.根据权利要求2所述的内部定子(S)，其特征在于，所述第二材料(MA2)具有大于200W/mK的导热率λ2。
26.根据权利要求3所述的内部定子(S)，其特征在于，所述第二材料(MA2)具有比所述第一材料(MA1)的密度ρ1小5倍的密度ρ2。
27.根据权利要求6所述的内部定子(S)，其特征在于，在径向方向和轴向方向上形状锁定的连接呈燕尾形导引部的形式。
28.根据权利要求10所述的内部定子(S)，其特征在于，所述工作介质为水或氨。
29.根据权利要求12所述的内部定子(S)，其特征在于，所述定子齿借助于燕尾形导引部(1g)紧固至内部环(R)。
30.根据权利要求14所述的内部定子(S)，其特征在于，所述定子齿(1)的所述极靴(1a)被压入所述定子齿的所述磁极芯部(1b)中或粘合性地粘结至所述定子齿的所述磁极芯部(1b)，或者借助于灌封化合物附加地固定至所述定子齿的所述磁极芯部(1b)。
31.根据权利要求16所述的内部定子(S)，其特征在于，所述材料具有λ>2.5W/mK的导热率。
32.根据权利要求17所述的内部定子(S)，其特征在于，所述电绝缘件的至少一个部分或区域或者整个所述电绝缘件由具有大于2.5W/mK的导热特性的材料形成。
33.根据权利要求20所述的内部定子(S)，其特征在于，所述导热元件(4)布置在所述绝缘体的凹部(20e)中。
34.根据权利要求20所述的内部定子(S)，其特征在于，至少一个导热元件(4)具有大于10W/mK的导热率。
35.根据权利要求20所述的内部定子(S)，其特征在于，至少一个导热元件(4)具有大于20W/mK的导热率。
36.根据权利要求20所述的内部定子(S)，其特征在于，所述导热元件(4)具有比所述绝缘体的导热率大5倍的导热率。
37.根据权利要求21所述的内部定子(S)，其特征在于，所述导热元件(4)为氧化铝或氮化物陶瓷或者由碳化硅或氮化硼构成。
38.根据权利要求22所述的内部定子(S)，其特征在于，所述电绝缘件或至少一个绝缘体通过至少所述磁极芯部(1b)借助于注射模制进行封装而形成。
39.根据权利要求22所述的内部定子(S)，其特征在于，所述热固性塑料具有大于5W/mK的导热率。
40.根据权利要求23所述的内部定子(S)，其特征在于，所述导热元件(4)支承抵靠在所述磁极芯部(1b)上。
41.一种旋转场式机器，所述旋转场式机器具有根据前述权利要求中的任一项所述的内部定子(S)。
42.一种用于生产根据权利要求1至40中的任一项所述的内部定子(S)的方法，其特征在于，首先，将励磁线圈(5)缠绕在绕组体上并且将所述励磁线圈(5)从外部推动到所述磁极芯部(1b)上，然后，在另一方法步骤中，将所述极靴(1a)紧固至所述磁极芯部(1b)。
CN201980012361.9A 2018-02-07 2019-01-28 定子、包括该定子的旋转场式机器及生产该定子的方法 Active CN111699612B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018102754.0A DE102018102754A1 (de) 2018-02-07 2018-02-07 Innenstator für eine Drehfeldmaschine (E-Motor) mit Außenrotor, mit Statorzahngruppen, welche jeweils zwei zueinander benachbarte Statorzähne aufweisen
DE102018102754.0 2018-02-07
PCT/EP2019/051964 WO2019154651A1 (de) 2018-02-07 2019-01-28 Innenstator einer drehfeldmaschine mit aus jeweils zwei unmittelbar benachbarten zähnen und magnetischem rückschluss bestehenden statorzahngruppen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111699612A CN111699612A (zh) 2020-09-22
CN111699612B true CN111699612B (zh) 2023-06-16

Family

ID=65237051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980012361.9A Active CN111699612B (zh) 2018-02-07 2019-01-28 定子、包括该定子的旋转场式机器及生产该定子的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11811266B2 (zh)
CN (1) CN111699612B (zh)
DE (1) DE102018102754A1 (zh)
GB (1) GB2585575B (zh)
WO (1) WO2019154651A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018206512A1 (de) * 2018-04-26 2019-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine und hybridelektrisches Luftfahrzeug
DE102018219820A1 (de) * 2018-11-19 2020-06-04 Mahle International Gmbh Isolationskörper für eine elektrische Maschine
US11581775B2 (en) * 2019-05-14 2023-02-14 Hanon Systems Device for driving a compressor with an insulation arrangement
TWI704750B (zh) * 2019-08-23 2020-09-11 奇鋐科技股份有限公司 定子結構
DE102019124226A1 (de) * 2019-09-10 2021-03-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Maschine mit Schultern zwischen mehreren Leitern und Laschen eines Wicklungsaufnahmebereiches eines Stators oder eines Rotors
US20220416639A1 (en) * 2020-01-21 2022-12-29 Mitsubishi Electric Corporation Stator and rotary electric machine using same
CN114946107A (zh) * 2020-01-21 2022-08-26 三菱电机株式会社 定子以及使用该定子的旋转电机
IT202000002263A1 (it) * 2020-02-05 2021-08-05 Ferrari Spa Macchina elettrica rotante con isolamento di cava perfezionato
US20240128823A1 (en) * 2021-04-12 2024-04-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stator assembly for use in motor and assembly method therefor, and motor
DE102022109033A1 (de) 2022-04-13 2023-10-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bauteil für einen Rotor einer elektrischen Maschine mit Nutisolationselement und Kühlkörper
CN117639390B (zh) * 2024-01-25 2024-04-05 上海舟水电器有限公司 一种吸尘器用无刷直流电机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6509665B1 (en) * 1999-10-25 2003-01-21 Matsushita Electric Industial Co., Ltd. Motor having stator with insulator of high heat-conductivity
CN102810964A (zh) * 2011-06-02 2012-12-05 三星电机株式会社 开关磁阻电机
CN105981272A (zh) * 2014-03-21 2016-09-28 西门子公司 电机器的主动部件的冷却

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2655613A (en) * 1952-01-24 1953-10-13 Allis Louis Co Rotor for dynamoelectric machines
FR2711456B1 (fr) * 1993-10-19 1995-11-24 Valeo Systemes Dessuyage Machine électrique tournante et son procédé de fabrication.
DE10022071A1 (de) * 2000-05-06 2001-11-15 Bosch Gmbh Robert Stator
US6617746B1 (en) * 2001-10-01 2003-09-09 Wavecrest Laboratories, Llc Rotary electric motor having axially aligned stator poles and/or rotor poles
US6879080B2 (en) * 2002-01-30 2005-04-12 Ramon A. Caamano High frequency electric motor or generator including magnetic cores formed from thin film soft magnetic material
US6822368B2 (en) * 2002-06-04 2004-11-23 Wavecrest Laboratories, Llc Rotary permanent magnet electric motor having stator pole shoes of varying dimensions
JP2004072950A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Nissan Motor Co Ltd 複軸多層モータのステータ冷却パイプ支持構造
JP4100119B2 (ja) * 2002-10-03 2008-06-11 日産自動車株式会社 複軸多層モータのステータ構造
JP2004312800A (ja) * 2003-04-02 2004-11-04 Nissan Motor Co Ltd 複軸多層モータのステータ構造
DE102004003730A1 (de) 2004-01-23 2005-08-18 Heinz Leiber Segmentmotor
DE102007032872A1 (de) 2007-07-12 2009-01-15 Ipgate Ag Stator für Elektromotor
EP2404365B1 (de) 2009-03-05 2014-07-23 CPM Compact Power Motors GMBH Doppelrotormotor
DE102009057446B4 (de) 2009-12-08 2013-11-14 L-3 Communications Magnet-Motor Gmbh Elektrische Maschine
JP5459110B2 (ja) * 2010-06-30 2014-04-02 株式会社デンソー 回転電機の固定子
DE102016119822A1 (de) * 2016-10-06 2018-04-12 Lsp Innovative Automotive Systems Gmbh Hochleistungsgenerator Niedervolt mit Starter-Unterstützungsfunktion und Drehmoment-Kompensation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6509665B1 (en) * 1999-10-25 2003-01-21 Matsushita Electric Industial Co., Ltd. Motor having stator with insulator of high heat-conductivity
CN102810964A (zh) * 2011-06-02 2012-12-05 三星电机株式会社 开关磁阻电机
CN105981272A (zh) * 2014-03-21 2016-09-28 西门子公司 电机器的主动部件的冷却

Also Published As

Publication number Publication date
US20210044160A1 (en) 2021-02-11
US11811266B2 (en) 2023-11-07
GB202013944D0 (en) 2020-10-21
WO2019154651A1 (de) 2019-08-15
GB2585575B (en) 2023-05-17
DE102018102754A1 (de) 2019-08-08
CN111699612A (zh) 2020-09-22
GB2585575A (en) 2021-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111699612B (zh) 定子、包括该定子的旋转场式机器及生产该定子的方法
CN111699619B (zh) 用于具有轴向散热的旋转场式机器的定子
CN111712993B (zh) 电动马达的具有定子齿组的外部定子、每个定子齿组具有两个相邻的定子齿和连接轭
US6445095B1 (en) Electric machine with laminated cooling rings
US11025138B2 (en) Electric machine
JP5274738B2 (ja) 回転電気装置及びその製造方法
JP2011205775A (ja) 回転電動機
US11979063B2 (en) Rotating electric machine
JP6373854B2 (ja) ステータ又はロータ
US20060145562A1 (en) A stator structure of an axial gap rotating electrical device
US20130257190A1 (en) Ipm machine with thermally conductive compound
JP6768142B2 (ja) アキシャルギャップ型回転電機
US20220166268A1 (en) Direct contact cooling of axial flux motor stator
CN113964966B (zh) 一种定子组件及其制造方法、轴向磁通电机
JP7030961B2 (ja) 固定子、及び回転電機
CN114977590A (zh) 电机的定子
US20240039368A1 (en) Internal cooling systems for e-machines
US20230412016A1 (en) Displacement body for a rotor and correspondingly configured rotor
US20240146134A1 (en) Stator of an electric flux machine, and axial flux machine
JPH06327208A (ja) Ｄｃブラシレスモータの固定子
JP2010172083A (ja) クローポール型モータ
WO2023106338A1 (ja) モータ
GB2610651A (en) Electric machine, stator and method of assembly
CN117121340A (zh) 电动轴向通量型机器的定子及轴向通量型机器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant