CN111699619A - 用于具有轴向散热的旋转场式机器的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外部转子式马达的定子(S)，其中，定子(S)支承有多个励磁绕组(5)，并且设置有用于沿轴向方向排放热的至少一个散热装置(22、23、WI)，其中，散热装置(22、23、WI)与至少一个励磁绕组(5)的端面(5s)或者封围励磁绕组(5)的灌封化合物(V)或绝缘件接触，并且散热装置(22、23、WI)另外连接至散热器(13a、13f)以用于移除热，所述散热器(13a、13f)特别地呈定子承载件(13)、冷却元件(KK)和/或壳体(G)的形式。

Description

用于具有轴向散热的旋转场式机器的定子

本发明涉及旋转场式机器的定子，其中，该定子支承有多个励磁线圈。

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H_CJ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，因为整个定子在热固性塑料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，因为在热固性塑料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。

为了优化定子齿的电绝缘性，通常使用由塑料构成的定子齿端部件，其中然后，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)膜来实现中央区域的绝缘。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

本发明的目的是改善从线圈经由定子齿或定子的散热并减轻定子的重量。

根据本发明，所述目的通过外部转子式马达的定子来实现，该外部转子式马达的定子支承有多个励磁线圈并且具有设置成用于沿轴向方向的散热的至少一个导热装置，其中，导热装置抵靠在至少一个励磁线圈的端侧部上或者抵靠在围绕励磁线圈的灌封化合物或绝缘件上，并且导热装置还连接至散热器以用于散热，该散热器特别地呈定子承载件、冷却体或壳体的形式。

通过根据本发明设置有抵靠在励磁线圈的端侧部上的导热装置，热有利地从励磁线圈也沿轴向方向消散，从而大幅度地改善了散热并且因此提高了配备有定子的旋转场式机器的性能。

由于特定材料、比如说例如具有180℃的典型最高温度的铜线圈的最大操作极限，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限制。如果线圈与散热器之间的导热性减半，则这导致功率增加约1.5倍至2倍。因此，有效的散热特别重要。

因此，是有利的，要么导热装置通过弹簧被迫抵靠在励磁线圈上，其中，在这种情况下，例如，弹簧直接或经由中间部件被支承抵靠在定子承载件、冷却体或壳体上；要么电绝缘导热装置可以通过螺纹压靠在励磁线圈上，其中，在后者的情况下，所述导热装置可以例如被拧入到定子承载件、冷却体或壳体的具有内螺纹的孔中。特别地螺杆解决方案的导热装置包括两部分：(a)优选地由氮化硼、碳化硅或陶瓷构成的绝缘头部件，以及(b)由铝构成的承载件。电绝缘通过头部件实现，而导热通过其余部分实现。

除了轴向抵靠在励磁线圈上并且沿轴向方向散热的导热装置外，还可以在定子齿之间或齿组之间布置有中间元件，所述齿组由两个定子齿形成并且所述齿组特别地形成U形轭。所述中间元件可以仅安置在定子齿之间或齿组之间，或者也可以用于定子齿或齿组的连接。因此，所述中间元件可以特别地布置在没有磁通量流或没有明显的磁通量流的地方，使得所述中间元件不会不利地阻碍所述磁通量。由于这个原因，中间元件也可以由与定子齿或在定子齿之间形成磁返回的那些区域或部分不同的材料制造。

此处，中间元件有利地沿着定子在轴向方向上延伸并且可以有利地用于从定子中沿轴向方向散热。所述中间元件也可以由与定子齿不同的材料制造，该材料特别地比定子齿的材料更容易和/或更有效地导热。中间元件的材料有利地具有至少150W/mK(例如，镁的导热率)的比铁的导热率(80W/mK)大的、特别地大于200W/mK(铝的导热率)的导热率λ2。因此，中间元件的材料有利地由铝或镁或这些材料的合金生产。

有利地，根据本发明的定子具有数目为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ZG_i＝1…N/2，并且每个定子齿在每种情况下具有一个磁极芯部和一体地形成在该磁极芯部上的一个极靴。此处，在每种情况下，两个直接相邻布置的定子齿形成一个齿组ZG_i，该齿组ZG_i与布置在齿组的两个定子齿之间或与两个定子齿形成为一件的磁返回装置一起作为磁路的组成部分。在这种情况下，上述中间元件布置在两个相邻的齿组之间。

定子齿或齿组同样可以经由腹板彼此连接，其中，腹板的横截面面积小于两个定子齿之间的形成磁返回件的连接区域的横截面面积。在这种实施方式的情况下，中间元件位于励磁线圈的绕组导线、定子齿和腹板之间，并且抵靠在励磁线圈的绕组导线、定子齿和腹板上。定子齿或齿组同样可以布置在内部环上或紧固至内部环，其中然后，中间元件抵靠在内部环、定子齿和励磁线圈上，或者抵靠在布置于它们之间的附加的导热元件上。

同样可能的是，在上述可能的实施方式的情况下，在励磁线圈与定子齿之间另外布置有至少一个另外的导热元件，所述至少一个另外的导热元件特别地也可以与中间元件接触以用于热传递的目的。该附加的导热元件不仅可以用于沿周向方向的散热，而且可以用于从励磁线圈的径向散热，其中，该径向散热向散热中间元件径向向内发生。此处，附加的导热元件同样沿定子的轴向方向延伸并且可以有利地是具有大于5W/mK的导热率的模制件。

在上述所有实施方式中，情况是，在中间元件中和/或中间元件上，可以布置有特别地呈水型冷却装置的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同样用于沿轴向方向散热。呈热管形式的导热装置也可以与附加的冷却体接触。如果在定子中存在水型冷却装置或流体型冷却装置，则流过中间元件的流体将流过冷却体或沿着冷却体流动以用于散热。

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1000倍。

另外，在上述所有实施方式中，绕组凹槽中的励磁线圈的绕组之间的空间可以用附加的灌封化合物灌封，该灌封化合物特别地具有至少0.25W/mK的导热率。灌封特别有利地执行成使得在绕组的线圈导线之间不再存在任何夹杂空气，这同样形成从励磁线圈到定子齿和轴向导热元件或装置的非常良好的散热。

根据本发明的定子也可以设计成使得定子齿或齿组沿轴向方向被推动到定子内部环上、特别地通过燕尾形导引部被保持在定子内部环上，或者使得定子齿径向地接合到内部环的凹部中并通过楔形横截面的中间元件保持就位。

还可能的是，在定子承载件和/或内部环或附加的支承环(OT)中或定子承载件和/或内部环或附加的支承环(OT)上，布置有用于水型冷却装置和/或至少一个热管的至少一个通道，该通道特别地与定子齿平行地沿轴向方向延伸。以这种方式，可以另外进一步增加沿轴向方向的散热，并且因此可以提高旋转场式机器的性能。

不言而喻的是，具有上述定子的旋转场式机器也是本发明的主题并且要求保护。此处，定子承载件可以直接地或经由中间部件布置或紧固在旋转场式机器的壳体上。另外，冷却体也可以布置在定子承载件上，其中然后，热管或水型冷却装置将热传输至冷却体，并且经由该冷却体，将所述热释放至壳体或周围环境。此外，在根据本发明的旋转场式机器的情况下，可以设置有电子模块，该电子模块布置在旋转场式机器的壳体中或壳体上，并且该电子模块有利地也与冷却体接触。不言而喻地，旋转场式机器的壳体也可以至少部分地形成为具有对应地大的表面的冷却体以用于散热。仅某些电子部件、比如说例如功率电子器件也可以将其热直接释放至冷却体。根据本发明的旋转场式机器或定子具有多个冷却体同样不言而喻地落入本发明的范围内。

下面将基于附图对根据本发明的定子的和可能的旋转场式机器的多个可能的实施方式进行讨论。

在附图中：

图1：示出了具有根据本发明的定子的第一可能的实施方式的旋转场式机器，其中，该定子具有轴向抵靠在励磁线圈上的导热装置；

图2：示出了轴向抵靠在励磁线圈上的导热装置的另一可能的构型；

图2a：示出了图2的放大细节；

图3：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，该内部定子具有通过腹板连接的齿组；

图4：示出了根据图3的具有单独制造的极靴的内部定子的可能改型，该内部定子已经用灌封化合物灌封，其中，可以设置具有或不具有水型冷却装置的附加可选的内部环；

图5：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，其中，在这种情况下，也可以设置具有或不具有水型冷却装置的附加可选的内部环；

图6：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紧固至内部环；

图7：示出了穿过具有外部转子和内部定子且具有多个轴向导热路径的旋转场式机器的横截面图；

图8：示出了具有两个内部定子且具有轴向散热的双罐旋转场式机器；

图9：示出了根据本发明的具有轴向导热装置的外部定子。

图1示出了具有根据本发明的定子S的第一可能实施方式的旋转场式机器，该定子S具有轴向抵靠在励磁线圈上的导热装置22、22a和23a、23a和23b。此处，导热装置22、22a包括导热环形板22a，该导热环形板22a紧固至例如由金属制造的主体22。然而，导热装置也可以仅包括导热体22a，其中，可以省去主体22。导热装置22、22a借助于弹簧21轴向地压靠在励磁线圈5上，该弹簧21与导热装置或导热装置的主体22一起位于定子承载件13的特别地呈盲孔形式的凹部13d中，并且该弹簧21被支承抵靠在凹部13d的基部上。替代性地或另外，可以设置导热装置23，该导热装置23配备有外螺纹23a，导热装置23可以借助于该外螺纹23a被拧入到定子承载件13的具有内螺纹13c的内孔中，并且导热装置23可以通过其一个或多个导热环形板23b轴向压靠在励磁线圈5或励磁线圈5的绝缘件或灌封材料V上。借助于螺纹23a，可以有利地向励磁线圈5施加高的压力，使得励磁线圈5的绕组导线可以彼此紧密地压靠，从而可以实现良好的热传递。不言而喻的是，在每种情况下，至少一个导热装置22、22a、23、23a、23b可以分别设置在定子齿的沿定子的周向方向的区域中。励磁线圈缠绕在绕组承载件2上，该绕组承载件2同时形成电绝缘件并且该绕组承载件2还可以可选地设计成用于将热从励磁线圈传输到定子齿1或其他的导热装置11、21、31、31’。在图3至图8中图示了用于改善热传输的绕组承载件2和其他可能的导热装置11、21、31、31’的可能的实施方式并且基于图3至图8对所述实施方式进行更详细的描述。

定子承载件13布置在壳体G的内部侧并且紧固至壳体G的内部侧。内部定子S还被罐形转子16围绕，该罐形转子16在其筒形内壁上支承有叠片式磁返回件14和永磁体10。转子在壳体G中的支承布置未图示并且可以是任何期望的设计。

图2示出了导热装置WI的另一可能的实施方式，该导热装置WI轴向抵靠在励磁线圈上。此处，如根据图2a的放大细节，导热装置WI优选地为由具有非常好的导热性的材料构成的环形板，该环形板优选地借助于弹簧19在大面积上压靠在励磁线圈5的轴向端侧部或励磁线圈5的灌封化合物V上，该弹簧19由高传导性材料(例如铝、钢)构成，该弹簧19支承抵靠在定子承载件13的区域13f上。

弹簧也可以省去，如图2中所图示的。在这种情况下，根据绕组质量，具有半径的对应的楔形板、例如两个半壳被推动到绕组头部与定子承载件之间的区域中并且然后进行灌封。这些盘状件也可以在厚度方面适应例如绕组的质量，或者可以针对马达的绕组的不同数目而具有不同的几何厚度。因此，可以使间距最小化并优化热传递。在这种情况下，将定子与导热装置WI和定子承载件的区域13f灌封在一起是必要的。因此也可以在绕组上轻微施加压力，因为导热装置具有绝缘作用并且因此不会引起任何击穿。此处，在每种情况下，每个定子齿分别可以再次沿周向方向设置至少一个导热装置WI。另外，旋转场式机器的结构的其余部分与图1中所示的旋转场式机器的结构非常相似。

图3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ZG_i。此处，齿组ZG_i形成大致U形轭。此处，齿组ZG_i分别通过沿轴向方向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。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。这些中间元件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ZG_i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。

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ZG_i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和/或热管HP可以一体地结合到中间元件21中，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4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ZG_i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。

另外，可以附加地插入或布置内部环OT以用于加强和/或冷却定子S的目的，该内部环特别地以完整区域的方式在内侧径向抵靠在齿组ZG_i和腹板ST上，使得可以发生良好的热传递。可选地，在该附加环OT中还可以通过流体例如水型冷却装置WK发生主动冷却，或者通过热管HP(未示出)发生被动冷却。此处，热可以经由冷却装置WK出现至例如轴向相邻于定子布置的冷却体，如例如图7中所示，或者出现至定子承载件13或壳体G。

图5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布置在内部定子内部环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ZG_i。此处，在齿组ZG_i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经由该磁返回装置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ZG_i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7a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，特别有利的是使用热塑性或热固性塑料工艺中的注射模制工艺。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6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7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6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。转子具有叠片式外部定子14和布置在叠片式外部定子14上的永磁体10。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8示出了具有两个内部定子S的双罐旋转场式机器，所述两个内部定子S具有不带中间元件的标准定子，其中，轴向散热通过以下方式进行：通过图1和图2中所述的导热装置IW、22和23经由绕组头部处的热路径WF-C和定子承载件中的热路径WF-B1进行，以及借助于布置在定子承载件和定子中的水通道经由附加的水型冷却装置WK进行。不言而喻地，上述热管HP也可以用在该旋转场式机器中。这也适用于经由定子中的中间元件进行的轴向冷却(WF-B)。

此外，图示了绕组头部冷却装置的两个替代性方案。左侧的定子在端侧部处与定子承载件13分开并且仅以很小的间距灌封，而导热装置IW以及可选地导热装置22和23的变体(未示出)用在右侧定子上。

因此，从定子的散热几乎只轴向地向发生于左侧端侧部和右侧端侧部。为了优化热管理，ECU插在电动马达上方并与电动马达平行。这会产生最佳的热分布，因为ECU不会被定子加热，并且因此马达的壳体(G)和外部区域可以用作ECU的散热器。

该双罐旋转式机器的转子16包括2个铁磁性深冲部件16和驱动器44，该驱动器44连接至轴，并且深冲部件优选地通过焊接连接而连接至该驱动器44。轴通过彼此远离定位的2个轴承装置被支承在定子承载件13中，从而使定子非常坚固并可以承受高的旋转速度。转子16的内侧附接有分段式永磁体。分段用于使磁损耗最小化。此外，转子用玻璃带或碳纤维带绑扎并且因此可以构造成用于高的载荷。

磁路的返回经由紧固在壳体G中的定子返回组件42实现。因此转子具有2个气隙。该双气隙适当地导致磁路的损坏但是具有减轻转子上的载荷的效果，因为转子不仅在一侧上由定子径向加载有力F_Ri而且还在返回叠片式芯部的方向上具有力矢量F_Ra。因此，可以减小作用在转子上的径向力，并且即使是薄壁的转子也可以承受非常高的旋转速度。可以以有效的方式平衡由于旋转速度而作用的离心力，使得在额定功率的设计点上优化转子的径向载荷。此外，转子的包括具有高载荷能力的薄壁玻璃碳纤维带的绑带在最大功率下、即离心力再次占主导的非常高的旋转速度下是有帮助的。因此，马达可以构造成在整个负载集合(额定功率、最大功率)上非常稳定。

关于图7中的实施方式，情况也可以是：外部转子式马达不承受任何单侧载荷并且更坚固并且因此适合作为具有非常高的旋转速度的功率马达、特别是作为电动车辆的具有非常高的功率的牵引马达。

另外，每个定子均具有3相或6相接触布置。6相接触布置在每种情况下包括两条相线。因此可以实现双重冗余，因为在一侧的三相发生故障的情况下，扭矩的一半仍然可用。在2x6相构型的情况下，如果一个3相线发生故障，则扭矩的大约75％仍然可用。这满足了仅具有一个电驱动马达的自动驾驶车辆的要求。

图9示出了具有轴向导热装置的外部定子的一种可能的实施方式。在该实施方式中，也可以另外使用图1和图2中所图示和所描述的导热装置。图9中所示的外部轭定子S具有定子齿1，其中，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ZG_i。此处，齿组ZG的横截面为大致U形，其中，各个齿组ZG_i相对于彼此保持有间隔或保持就位，并且/或者可以通过中间元件11彼此连接。

中间元件11具有增加冷却功率的任务并且因此有利地由具有良好导热性的材料构成。如果中间元件11由导电性材料构成，则中间元件11还必须相对于线圈5分离绝缘，这可以例如通过元件12b实现。此外，可以通过中间元件11减轻重量。而且，如果元件12b具有良好的导热性，则导热可以直接从线圈5到中间元件11发生。此处，这些中间元件11的优点在于，可以使用以下材料，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热路径S和ST，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ZG_i的定子齿1通过磁返回装置15彼此连接。此处，齿组的定子齿1可以通过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的方向消散。

定子齿1和磁返回件15由第一材料、特别是铁磁材料MA1制造。中间元件11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特别地更轻并且/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15一起形成U形轭，该U形轭形成磁路MF的一部分。

内部转子9通过示例的方式配备有永磁体10。

中间元件11可以可选地形成用于水型冷却回路WK的通道或者可以配备有一体式热管HP。热管HP也可以由具有非常好的导热性的模制元件、例如铜销形成。轴向导热特别地通过所述销进行优化，所述销可以有利地用于内部转子式马达的用于热分配的构型中。

Claims (19)

1.一种外部转子式马达的定子(S)，其中，所述定子(S)支承有多个励磁线圈(5)，并且设置有用于沿轴向方向散热的至少一个导热装置(22、23、WI)，其中，所述导热装置(22、23、WI)抵靠在至少一个励磁线圈(5)的端侧部(5s)上或者抵靠在围绕所述励磁线圈(5)的灌封化合物(V)或绝缘件上，并且所述导热装置(22、23、WI)还连接至散热器(13a、13f)以用于散热，所述散热器(13a、13f)特别地呈定子承载件(13)、冷却体(KK)和/或壳体(G)的形式。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述导热装置(23、WI)通过弹簧(19、21)被迫抵靠在所述励磁线圈(5)上，其中，所述弹簧被支承抵靠在所述定子承载件(13)、所述冷却体(KK)或所述壳体(G)上。

3.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述导热装置(23)能够通过螺纹(23a)被压靠在所述励磁线圈(5)上，特别地能够被拧入到所述定子承载件(13)、所述冷却体(KK)或所述壳体(G)的具有内螺纹(13c)的孔中。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的定子，其特征在于，中间元件(11、21、31、31’)布置在所述定子的定子齿(1、1a、1b)之间并且特别地将所述定子齿(1、1a、1b)彼此连接，所述中间元件沿着所述定子齿(1)在所述定子(S)的轴向方向(AX)上延伸，其中，所述中间元件(11、21、31、31’)由与所述定子齿(1、1a、1b)不同的材料(MA2)制造。

5.根据权利要求4所述的定子，其特征在于，所述中间元件(11、21、31、31’)的所述材料(MA2)具有大于100W/mK、特别地大于200W/mK的导热率λ2，所述材料(MA2)特别地为铝或镁或其合金。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的定子(S)，其特征在于，所述定子(S)设计为内部定子或外部定子并且所述定子(S)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(ZG_i＝1…N/2)，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)由第一材料(MA1)制造，并且在每种情况下，一个齿组(ZG_i)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(15、25、35)一起作为磁路(MF_i)的组成部分，其中，在两个相邻的齿组(ZG)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(11、21、31、31’)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的定子(S)，其特征在于，在所述励磁线圈(5)与所述定子齿(1)之间，布置有至少一个导热元件(12a、12b)，所述导热元件(12a、12b)特别地与所述中间元件(11、21、31)接触，并且所述导热元件优选地为塑料、氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼或具有塑料、氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼并且/或者具有λ>5W/mK的导热率。

8.根据权利要求7所述的定子(S)，其特征在于，特别地用于热从所述励磁线圈径向向内到散热的所述中间元件(21、31)的径向消散的所述导热装置(12a、12b)特别地为板状冷却体，所述板状冷却体沿所述定子(S)的所述轴向方向(AX)延伸并且所述板状冷却体具有大于5W/mK的导热率，并且所述导热元件优选地为塑料、氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼或者具有塑料、氧化铝或氮化物陶瓷或碳化硅或氮化硼并且/或者具有λ>5W/mK的导热率。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的定子(S)，其特征在于，在所述中间元件(11、21、31)中或所述中间元件(11、21、31)上，布置有至少一个导热装置(WK、HP)，所述导热装置(WK、HP)特别地呈流体型或水型冷却装置(WK)的或热管(HP)的水通道的形式，所述导热装置沿所述定子(S)的轴向方向延伸并且用于热沿轴向方向的消散，所述导热装置特别地与冷却体(KK)接触，特别地在使用热管的情况下，布置有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、特别地填充有水或氨。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的定子(S)，其特征在于，位于绕组凹槽(WN)中的绕组(5)之间的空间用特别地具有至少0.25W/mK的导热率的附加的灌封化合物(F)灌封，特别地使得在所述绕组(5)的线圈导线之间不再有任何夹杂空气。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的外部转子式马达的定子(S)，其特征在于，在所述定子承载件(13)中或所述定子承载件(13)上，布置有用于水型冷却装置(WK)和/或热管(HP)的至少一个通道，所述通道特别地与所述定子齿(1)平行地沿轴向方向延伸。

12.一种旋转场式机器，所述旋转场式机器具有至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的定子(S)。

13.根据权利要求12所述的旋转场式机器，其特征在于，所述旋转场式机器具有两个定子(S)和外部转子，其中，所述外部转子具有至少一个连接装置(14a)，所述连接装置(14a)在所述两个定子(S)之间径向延伸并且所述连接装置(14a)经由一个或更多个部件(44、14a)、特别地经由套环(16)直接或间接地旋转结合地连接至轴(RW)，其中，在所述连接装置(14a)上，一体地形成或紧固有至少一个筒形壁(14)，所述筒形壁(14)在所述筒形壁(14)内侧支承有永磁体(10)。

14.根据权利要求13所述的旋转场式机器，其特征在于，所述转子的所述连接装置(14、14a)通过深冲工艺生产并且特别地由铁磁材料构成，并且所述转子的所述连接装置(14、14a)具有薄壁形式、优选地薄于3mm。

15.根据权利要求13或14所述的旋转场式机器，其特征在于，所述外部转子被径向外部的、特别是叠片式的磁返回装置(42)围绕，其中，在所述极靴(1a)与所述外部转子的所述永磁体(10)之间以及在所述外部转子与所述磁返回装置(42)之间均存在气隙。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的旋转场式机器，其特征在于，所述旋转场式机器的每个定子(S)的所述励磁线圈(5)在每种情况下经由一个或两个3相连接件(43)连接至一个功率电子电路(LH)，使得特别在一个功率电子电路(LH)或一个线圈发生故障的情况下，扭矩、特别地最大扭矩的50％或75％仍然能够使用。

17.根据权利要求12至16中的任一项所述的旋转场式机器，其特征在于，所述定子承载件(13)直接或经由中间部件布置或紧固至所述旋转场式机器的壳体(G)，特别地，在所述定子承载件(13)上布置有冷却体(KK)。

18.根据权利要求12至17所述的旋转场式机器，其特征在于，所述散热从所述定子(S)经由所述中间元件(11、21、31、31’)和/或所述水型冷却装置(WK)和/或所述热管(HP)到所述冷却体(KK)或所述壳体(G)进行。

19.根据权利要求17或18所述的旋转场式机器，其特征在于，所述旋转场式机器具有电子模块(ECU)，其中，所述电子模块(ECU)的部件或所述电子模块(ECU)本身连接至所述冷却体(KK)以用于散热，特别地，所述冷却体(KK)布置在所述电子模块(ECU)与所述定子(S)或所述定子承载件(13)之间。

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