CN114552815A

CN114552815A - 轴向磁通电机定子的直接接触冷却

Info

Publication number: CN114552815A
Application number: CN202011347171.3A
Authority: CN
Inventors: 段诚武; 姚健; A.法特米
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-05-27
Also published as: US11876406B2; DE102021114085A1; US20220166268A1

Abstract

用于轴向磁通电机的定子组件包括被构造成使得传热液体循环的热交换器夹套。定子也包括多个定子芯，每个定子芯均具有导电绕组、被设置在导电电线绕组的至少一部分之上的电绝缘材料以及模制软磁复合（SMC）材料。热交换器夹套被周向地设置成围绕定子的外周的至少一部分。每个定子芯限定被构造成接触热交换器夹套的外周表面，并且外周表面的至少一部分被模制软磁复合（SMC）材料限定。也提供制造模制软磁复合（SMC）材料定子芯的方法。

Description

轴向磁通电机定子的直接接触冷却

技术领域

本公开大体涉及用于轴向磁通电机的定子，并且更具体地涉及具有被设计成增强与相邻热交换器部件的传热的磁芯部件的定子。

背景技术

该部分提供与本公开有关的不必定是现有技术的背景信息。

电动机通过产生转矩将电能转换成机械功。包括混合动力车辆的电动车辆使用电动机（诸如感应电机和永磁体电机）来推进车辆，并且在用作发电机时捕获制动能量。大体而言，电动机包括在操作期间旋转的转子以及静止的定子。转子可以包含多个永磁体并且相对于固定的定子旋转。转子被连接到也随转子旋转的转子轴。包括永磁体的转子与定子隔开预定气隙。

定子包括呈电线绕组形式的导体。当电能被施加通过导电电线绕组时，生成磁场。当电能或电功率被馈送到定子的导电电线绕组时，通过产生作用于转子中的永磁体上的转矩的磁通量，功率能够在气隙上（在定子和转子之间）传递。以此方式，机械动力能够被传递到旋转转子轴或从旋转转子轴被提取。在电动车辆中，转子因此经由旋转轴通过齿轮组将转矩传输到车辆的驱动轮。

两种常见类型的电动机包括径向磁通或者轴向磁通型电机。在径向磁通电机中，转子和定子通常处于同心或嵌套构造，使得当定子被充能时，其产生从定子径向延伸到转子的磁通量。因此，在定子中的导电绕组通常被布置成垂直于旋转轴线，使得生成从旋转轴线（沿着转子轴）在径向方向上取向的磁场。在轴向磁通电机中，通过定子中的导电电线绕组来生成平行于旋转轴线的磁场，使得磁通量平行于旋转轴线（平行于转子轴）延伸。在某些应用中，需要轴向磁通电机，因为相比于径向磁通电机，轴向磁通电机相对轻质、产生增加的功率并且具有紧凑尺寸。

电动机的操作会因转子和定子中的电阻、铁损和机械摩擦而产热。定子和转子通常被冷却以避免过热，过热会导致磁体退磁和/或对定子、转子和其他电机部件的热损伤。对于径向磁通电机，外部液体冷却夹套被用于从电机耗散热。然而，对于轴向磁通电机，尤其是具有被设置在两个外部转子之间的定子的轴向磁通电机，外部液体冷却夹套在不损失轴向磁通电机的紧凑的形状因子的情况下在散热方面效率不高。因此，轴向磁通电机通常避免使用外部冷却夹套。相反，许多常规的轴向磁通电机依赖于内部风扇叶片/被结合到转子的外表面上的热交换散热片以便进行空气冷却。然而，电机效率会由于空气冷却导致的风阻损耗而被降低。因此，虽然空气冷却的轴向磁通电机实现了其预期的目的，但是期望具有轴向磁通电机的更有效的冷却，同时维持期望的紧凑的形状因子。

发明内容

该部分提供了对本公开的总体概述，并且不是对其完整范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及用于轴向磁通电机的定子组件。在某些变型中，定子组件包括被构造成使得传热液体循环的热交换器夹套以及定子。定子包括多个定子芯。每个定子芯包括导电绕组、被设置在导电电线绕组的至少一部分之上的电绝缘材料以及模制软磁复合材料。热交换器夹套被周向地设置成围绕定子的外周的至少一部分。每个定子芯限定被构造成接触热交换器夹套的外周表面，并且外周表面的至少一部分被模制软磁材料限定。

在一个方面，外周表面的第一部分由模制软磁材料限定，并且外周表面的第二部分由电绝缘材料限定。

在另一方面，第二部分是外周表面的中央区域，并且第一部分限定外周表面的至少两个外区域。

在另一方面，模制软磁材料限定被构造成接收导电电线绕组的至少一个中央凹入区域。电绝缘材料被设置在导电电线绕组上并且模制软磁材料限定在所述至少一个中央凹入区域的两侧上的突出凸缘。

在一个替代性方面，第一部分是外周表面的中央区域，并且第二部分限定外周表面的至少两个外区域。

在另一方面，模制软磁材料在所述多个定子芯中的相邻定子芯之间延伸。因此，定子具有有轭设计。

在一个方面，外周表面由具有设置在其中的间隙的模制软磁（SMC）材料限定。

在另一方面，间隙被居中地设置在外周表面内。

在另一方面，模制软磁材料限定在外周表面下方的凹部，其接收被设置在其中的导电电线绕组和电绝缘材料。

在一个方面，所述多个定子芯物理上彼此分开。因此，定子具有无轭设计。

在一个方面，模制软磁材料限定具有至少一个凹入区域的芯，该凹入区域被构造成接收被设置在其上的导电电线绕组和电绝缘材料。

在另一方面，模制软磁材料具有在中央区域中的大于或等于大约7.4 kg/m³的第一密度，并且模制软磁材料在外周表面中具有大于或等于大约7.0 kg/m³至小于或等于大约7.4 kg/m³的第二密度。

在一个方面，软磁复合材料具有包含铁的多个磁性颗粒。

在一个方面，电绝缘材料选自由环氧树脂、玻璃、瓷、硅橡胶、三元乙丙橡胶（EPDM）、复合材料及其组合构成的组。

在一个方面，轴向磁通电机包括如上所述的定子组件和包括多个磁体的至少一个转子，并且气隙被限定在定子和所述至少一个转子之间。

本公开也涉及制造用于轴向磁通电机的定子芯部件的方法。在某些变型中，方法可以包括：将软磁复合材料（SMC）前体引入到包括第一区域和第二区域的模具的腔体中。软磁复合材料（SMC）前体包括聚合物前体和多个磁性或铁磁颗粒。方法也包括：通过同时地在第一区域中由第一压力头施加大于或等于大约800 MPa的第一压力且在第二区域中由第二压力头施加大于或等于大约300 MPa至小于或等于大约600 MPa的第二压力，在腔体中压缩软磁复合材料（SMC）前体。然后，从腔体移除被固结的软磁复合（SMC）材料部件。被固结的软磁复合（SMC）材料部件具有对应于其中施加第一压力的第一区域的第一密度以及对应于其中施加第二压力的第二区域的第二密度。

在一个方面，两个被固结的软磁复合（SMC）材料部件被结合在一起以形成定子芯，并且方法还包括围绕定子芯施加导电绕组并且将电绝缘材料设置在导电电线绕组的至少一部分之上。

在一个方面，所述多个磁性或铁磁颗粒包括由包括一个或多个绝缘层的壳围绕的磁性或铁磁材料芯。磁性或铁磁材料包括选自由如下材料构成的组的材料：铁、钐、钕、钴、铝、合金及其组合。

在一个方面，第一密度大于或等于大约7.4 kg/m³并且第二密度是大于或等于大约7.0 kg/m³至小于或等于大约7.4 kg/m³。

本公开还涉及用于有轭轴向磁通电机的定子组件，其包括被构造成使得传热液体循环的热交换器夹套。定子组件也包括定子，该定子包括多个定子芯。每个定子芯包括导电绕组、被设置在导电电线绕组的至少一部分之上的电绝缘材料以及磁性区域，该磁性区域包括模制软磁复合材料或多个层压磁性钢层。磁性区域包括在所述多个定子芯之间延伸且连接所述多个定子芯的中央突出部分。热交换器夹套被周向地设置成围绕定子的外周的至少一部分。每个定子芯限定被构造成接触热交换器夹套的外周表面，并且外周表面的至少一部分被磁性区域限定。

根据这里提供的描述，另外的应用领域将变得显而易见。在该发明内容中的描述和具体的示例旨在仅用于说明目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于说明选定实施例而不是所有可能实施方式的目的并且不旨在限制本公开的范围。

图1示出具有一个中央定子和两个转子的代表性轴向磁通电机；

图2是轴向磁通电机定子的部分截面图，所述轴向磁通电机定子具有无轭设计和用于从定子芯部件传热的热交换器夹套；

图3是根据本公开的某些方面制备的具有无轭设计的轴向磁通电机定子组件的部分截面图，该轴向磁通电机定子组件包括由模制软磁复合材料形成的改善的磁性部分，该改善的磁性部分限定用于接触热交换器夹套的外周接触表面，其具有增强的传热能力；

图4是图3中的轴向磁通电机定子组件的侧截面图；

图5示出根据本公开的某些方面的用于制造用于轴向磁通电机组件的改善的模制软磁复合部件的过程，该部件具有增强的传热能力；

图6是根据本公开的某些方面制备的具有无轭设计的轴向磁通电机定子组件的部分截面图，该轴向磁通电机定子组件包括由模制软磁复合材料形成的改善的磁性部分的另一变型，其限定用于接触热交换器夹套的外周接触表面，所述外周接触表面具有增强的传热能力；

图7是图6中的轴向磁通电机定子组件的侧截面图；

图8是根据本公开的某些方面制备的具有有轭设计的轴向磁通电机定子组件的部分截面图，该轴向磁通电机定子组件包括改善的磁性部分的另一变型，其限定居中设置的突出部，该突出部限定用于接触热交换器夹套的外周接触表面的一部分，其具有增强的传热能力；以及

图9是图8中的轴向磁通电机定子组件的侧截面图。

贯穿附图中的多个视图，对应的附图标记指代对应的部件。

具体实施方式

提供示例性实施例，使得本公开将更加全面，并且将本发明范围全面地传达给本领域技术人员。阐述许多具体细节，诸如具体成分、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的全面理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用该具体细节，该示例性实施例可以以许多不同形式被实施，并且这均不构成限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，没有详细描述公知过程、公知装置结构和公知技术。

这里使用的术语是仅用于描述特定示例性实施例并且不旨在是限制性的。如这里所用，单数形式“一”、“一个”和“这个”旨在也包括复数形式，除非上下文明确表明不可以。术语“包括（comprise）”、“包括（comprising）”、“包含（including）”和“具有”是包含性的，并且因此指定存在所述的特征、元件、成分、步骤、整数、操作和/或部件，但是不排除存在或还有一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。虽然开放式术语“包括”应该被理解为是被用于描述和要求保护这里所阐述的各种实施例的非限制性术语，不过在某些方面，该术语可以替代性地被理解为反而是更具限制性和约束性的术语，诸如“由…构成”或者“基本由…构成”。因此，对于提到成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定的实施例，本公开也具体地包括由或基本由这些提到的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤构成的实施例。在“由…构成”的情况下，替代性实施例不包括任何附加的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本由…构成”的情况下，实质上影响基本的和新颖的特性的任何附加成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤从这样的实施例中排除，但是实质上不会影响基本的和新颖的特性的任何成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以包括在实施例中。

这里描述的任何方法步骤、过程和操作不要解释为必然需要以讨论或示出的特定次序来执行它们，除非具体识别为执行次序。也应该理解的是，可以采用附加或替代性步骤，除非另有指示。

当部件、元件或层被称为在另一元件或层“上”、“被接合到”、“被连接到”或“被联接到”另一元件或层时，其可以直接在其他部件、元件或层上、直接接合、连接或联接到其他部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接”在另一元件或层“上”、“被直接接合到”、“被直接连接到”或“被直接联接到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似方式被解释（例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等等）。如这里所用，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的列出的项目的任意和所有组合。

虽然这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，不过这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应该被这些术语限制，除非另有指示。这些术语可以仅被用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或者区段与另一步骤、元件、部件、区域、层或者区段。诸如“第一”、“第二”和其他的数字术语的术语当在这里被使用时不暗示一种序列或次序，除非上下文明确这样指示。因此，在下文中讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或者区段可以被称为是第二步骤、元件、部件、区域、层或者区段而不会背离示例性实施例的教导。

出于描述的简易性，空间或时间相对术语，诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等等在这里可以被用于描述如图所示的一个元件或特征相对于另一（些）元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在涵盖除附图中所示取向之外的在使用中或操作中的装置或系统的不同取向。

贯穿本公开，数值表示对范围的近似测量或限制，以涵盖与给定值和具有大约所述值的实施例以及恰好具有所述值的实施例的微小偏差。除了在具体实施例结尾处提供的工作示例中之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如数量或条件）的所有数值要被理解为在所有情况下均可以由术语“大约”修饰，而不论在数值之前是否实际出现了“大约”。“大约”表示所述数值允许稍微轻微的不精确（稍微接近该值的准确性；近似或合理地接近该值；近似）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不另外理解为具有该普通含义，则这里所用的“大约”表示至少可能由测量和使用这种参数的普通方法引起的变型。例如，“大约”可以包括如下各种变型：小于或等于5%、可选地小于或等于4%、可选地小于或等于3%、可选地小于或等于2%、可选地小于或等于1%、可选地小于或等于0.5%以及在某些方面可选地小于或等于0.1%。

此外，公开范围包括公开在整个范围内的所有值和进一步细分的范围，包括针对范围给出的端点和子范围。

现在将参考附图更加全面地描述示例性实施例。

在各种方面，本公开涉及具有改善的冷却效率的轴向磁通电机，诸如液体冷却的轴向磁通电机。作为背景，图1中示出了呈轴向磁通电机100的形式的电动装置的非限制性示例，其也被称为短轴型电机（pancake motor）。电机100具有均被连接到转子轴130且被构造成绕转子轴130旋转的第一转子110和第二转子120。第一转子110和第二转子120均具有带居中设置的孔118的环状或盘形形状。转子轴130穿过居中设置的孔118。转子轴130限定旋转轴线132，转子绕该旋转轴线132转动。

定子140被置于第一转子110和第二转子120之间。定子140可以具有环状或盘形形状。定子140是固定且静止的，而第一转子110和第二转子120在转子轴130上操作期间旋转。第一转子110面向定子140的第一侧142并且限定其间的第一气隙144。第二转子120面向定子140的第二侧146并且限定其间的第二气隙148。

虽然电机100被示为具有中央的单个定子140和两个外部转子110、120，不过如本领域技术人员将了解的，也构想出其他构造，包括具有两个定子和单个转子或者其中电动机组件可以包括更多或更少的转子和/或定子的构造并且这里的描述也适用于这些其他的实施例。此外，虽然当前没有示出，不过技术人员将了解到，在各种方面，电动机组件还可以包括壳体并且转子和定子以及轴可以被设置在壳体内。在某些方面，壳体可以被固定到车辆框架并且轴可以被联接到车辆内的齿轮箱，例如减速齿轮箱。

第一转子110和第二转子120中的每个能够具有同样的设计（在相反方向上面向定子140）并且因此这里将描述公共部件。第一转子110和第二转子120中的每个包括被固定到转子主体114的多个永磁体112。永磁体112可以具有交替的极性。每个永磁体112在其间限定通道116，该通道可以沿着相应转子的面径向延伸。以此方式，永磁体112和通道116能够一起限定多个磁极。

定子140包括多个定子节段或芯部件150，多个导电电线绕组152绕该芯部件150缠绕。定子140在相应定子芯部件150之间限定多个槽156，其中导电电线绕组152可以在槽156上延伸或桥接槽156。定子140可以是固定且静止的。虽然未示出，不过也构想出本领域所理解的其他绕组构造和技术。例如，在某些方面，槽156可以被构造成接收多个导电电线绕组152，其在槽156中缠绕且穿过槽156。导电电线绕组152可以包括铜或者铜合金。

转子轴130可以穿过定子140中的居中设置的孔154并且被轴承支撑，该轴承使得转子110、120关于定子140对齐，同时允许转子轴130旋转。如上所述，定子140的所述多个导电电线绕组152可以由铜或其他导电电线构成，其被构造成当施加电流时产生磁场，以便与具有位于第一转子110和第二转子120上的交替磁极的所述多个永磁体112的磁场相互作用。定子140的不同区域可以被选择性地充能以便在第一转子110和第二转子120上施加旋转力，从而导致转子110、120和转子轴130相对于旋转轴线132旋转。具有单个定子140和第一转子110和第二转子120的轴向磁通电机100能够在高转矩应用中使用，包括用在电动或者混合动力车辆中。在这样的变型中，包围电机100的壳体可以被附接到车辆框架，并且来自转子轴130的端部的至少一个输出被联接到减速齿轮箱或者被直接联接到车辆驱动轮。轴向磁通电机100的车辆应用被提供作为示例性实施例并且不旨在是限制性的。

图2示出了常规无轭定子芯设计的截面图。定子200包括被多个通道或槽212物理隔开的多个定子芯210。多个导电电线绕组214绕每个相应定子芯210缠绕。每个定子芯210限定中央磁性区域216，其可以由诸如层压钢结构（具有多层铁磁材料（诸如磁性钢）的层压定子芯中央区域）的磁性或铁磁材料或者软磁复合材料形成。定子200是无轭设计，在于所述多个定子芯210、特别是中央磁性区域216没有经由定子芯210之间的物理连接被轭接（yoked）在一起，而是被槽212完全隔开。

被构造成接触相邻部件或者外周接触表面220的外周表面由所述多个定子芯210中的每个限定。每个导电电线绕组214在四侧中的三侧上被诸如环氧树脂材料的电绝缘材料222包围。其他绝缘材料可以包括玻璃、瓷或者聚合复合材料，例如其中中央区域（例如，棒）由纤维增强塑料制成且外护套包括硅橡胶或者三元乙丙橡胶（EPDM）。通过使得导电电线绕组214被包围在电绝缘材料222中，定子200的选定周围区域被保护以免受导电电线绕组214中的电流或电势的影响，同时定子芯210的中央磁性区域216保持暴露于导电电线绕组214以在其内感生磁场。在如这里所示的常规设计中，电绝缘材料222限定外周接触表面220。

呈热交换器夹套230的形式的热交换器部件被设置成邻近外周接触表面220且因此沿着定子200的周向部分的至少一部分设置。热交换器夹套230可以由诸如金属的导热材料形成，并且还具有多个内置冷却通道232，液体/流体传热介质能够循环通过所述内置冷却通道232。合适的传热介质可以包括水。传热介质可以由泵送设备（未示出）循环。

如上所述，轴向电机由于其轴向磁通拓扑的原因而传递大转矩密度，并且生成大量的热。然而，难以冷却具有集中绕组的分段式定子，这是因为水夹套与定子芯的产热部分不会发生直接接触。例如，在图2所示的设计中，外周接触表面220由通常具有非常低的导热系数的电绝缘材料222形成。例如，环氧树脂材料可以具有大约0.35w/m·K的导热系数。因此，在所述多个定子芯210之间通过外周接触表面220向热交换器夹套230发生的传热和冷却的量可以被大幅度提高。如上所述，一些轴向磁通电机设计放弃使用冷却夹套，而是使用突出的散热片（fin）来从定子传热。

图3和图4示出了根据本公开的某些方面制备的轴向磁通电机的定子250的示例。如图2中的定子，图3示出了无轭定子芯设计。定子250包括被多个通道或槽262物理隔开的多个定子芯260。因此，定子250是无轭设计，因为所述多个定子芯260彼此分开且没有经由物理连接被轭接在一起。多个导电电线绕组264绕每个相应定子芯260缠绕。每个定子芯260限定磁性部分266，该磁性部分266可以限定每个定子芯260的中央区域并且可以由磁性或铁磁材料形成。根据本公开的某些方面，每个定子芯260的磁性部分266包括软磁复合（SMC）材料。SMC粉末包括软磁材料，其表面可以覆盖有电绝缘层。

在某些方面，模制软磁复合材料的前体包括限定磁芯的颗粒，该磁芯被壳区域中的一个或更多个绝缘层围绕。在芯中的磁性材料可以是铁磁体并且包括铁（例如，铁或者铁酸盐粉末）或者其他可磁化材料或合金，举例来说，包括例如包括硅、镍和/或磷的铁合金。其他示例包括稀土金属化合物，诸如包括钐（Sm）、钕（Nd）的化合物，如钐钴（SmCo 1:5）、钐钴（SmCo 2:17）和钕铁硼（NdFeB）。合适磁性颗粒的其他示例包括铝镍钴（AlNiCo）合金。在某些方面，磁性颗粒的平均颗粒直径可以是大于或等于大约50微米至小于或等于大约250微米，并且在某些方面可选地是大约100微米。包括磁性材料的芯区域可以被一个或更多个绝缘层包围，该绝缘层是非磁性材料，诸如如硅树脂清漆的硅氧烷基材料、或金属有机或无机绝缘材料，例如硅酸盐层、氧化物层、磷酸盐层及其等效物和组合。在某些方面，一个（多个）绝缘壳层可以具有大于或等于大约10 nm至小于或等于大约1毫米的总厚度，并且在某些方面该总厚度可选地大于或等于大约10 nm至小于或等于大约800微米。

这些粉末借助于压制或固结被固化以形成软磁部件。因此，这样的SMC材料能够被容易地形成各种不同和复杂的形状。软磁复合材料的前体可以包括例如铁磁粉末颗粒和可选的基体材料，如聚合树脂。

诸如环氧树脂材料的电绝缘材料270被设置在导电电线绕组264的外周侧272上并与其接触。还构想到其他合适的电绝缘材料，诸如玻璃、瓷或者聚合复合材料，例如其中中央区域（例如，棒）由纤维增强塑料制成并且外护套包括硅橡胶或者三元乙丙橡胶（EPDM）。因此，电绝缘材料270可以选自由环氧树脂、玻璃、瓷、硅氧烷基硅橡胶、三元乙丙橡胶（EPDM）、复合材料及其组合构成的组。

然而，导电电线绕组264的横向侧274可以邻近且可选地接触形成磁性部分266的SMC材料。每个定子芯260限定外周接触表面280。在图3和图4所示的实施例中，外周接触表面280的一部分由磁性部分266的SMC材料限定。外周接触表面280的第二部分由电绝缘材料270限定。如图所示，电绝缘材料270占据外周接触表面280的中央区域280A，而在磁性部分266中的SMC材料限定外周接触表面280的至少两个外区域280B。

更具体地，如图4中最佳所示，包括SMC材料的磁性部分266被模制成限定被构造成接收导电电线绕组264的至少一个中央凹入区域282。电绝缘材料270被设置在导电电线绕组264上并且磁性部分266的模制软磁材料限定在所述至少一个中央凹入区域282的两侧上的突出凸缘或壁284。

定子250也包括热交换器夹套290，其被构造成使得传热流体或液体在多个内置通道292内循环。热交换器夹套被周向地设置成围绕定子250的外周的至少一部分，更具体地围绕所述多个定子芯260的一部分。因此，每个定子芯260的每个外周接触表面280处于传热关系，并且在某些方面可以被构造成接触热交换器夹套290。应该注意的是，每个外周接触表面280不一定需要接触相邻热交换器夹套290，而是每个均邻近相邻热交换器夹套290且与其处于传热关系，不过在某些变型中物理接触能够增强传热。

在磁性部分266中的SMC材料具有高的导热系数。例如，SMC材料可以具有大于或等于大约20w/m·K、可选地大于或等于大约21w/m·K、可选地大于或等于大约22w/m·K、可选地大于或等于大约23w/m·K、可选地大于或等于大约24w/m·K、可选地大于或等于大约25w/m·K、且在某些变型中可选地大于或等于大约26w/m·K的导热系数。作为非限制性示例，SMC材料具有大约26w/m·K的导热系数，其中该SMC材料的成分包括被电绝缘层涂覆的铁粉颗粒。以此方式，因为外周接触表面280的一部分（在此，由SMC材料形成的磁性部分266限定的外区域280B）具有更大的导热系数，所以从所述多个定子芯260向热交换器夹套290传递的热量被显著增加。作为非限制性示例，传热可以增加到至少十倍且在某些方面增加到几十倍。

也应该注意到，图3和图4中所示设计所发生的漏磁量相对非常小，例如当计算在磁性部分266的外周区域中（如在导电电线绕组264附近和外周延伸的凸缘284中）发生的总磁通与磁性部分/整个定子芯260的整体磁通的关系时，漏磁量小于或等于大约0.56%。应该注意的是，在某些变型中，被设置在磁性部分266的外周区域中的材料可以具有与芯的中央区域不同的性质，例如不同的密度、渗透性或者具有不同量组分的成分。在一种实施例中，磁性部分/整个定子芯260的第一密度大于或等于大约7.4 kg/m³，并且在包括凸缘284的边缘区域中的第二密度小于第一密度，例如，大于或等于大约7.0 kg/m³至小于或等于大约7.4 kg/m³。

图5示出了用于产生如图3和图4中所示的轴向磁通电机中的定子的定子芯的磁性部分的代表性成型过程300。模具310限定腔体312，其具有对应于定子芯的磁性部分的一半的形状。腔体312限定对应于定子芯的中心的第一区域314和对应于限定定子芯的外周接触表面的一部分的外区域或凸缘的第二区域316。因此，第一区域314比第二区域316更深并且具有比第二区域316更大的体积。腔体312被填充有SMC材料前体318，例如，多个磁性或铁磁颗粒。树脂粉末或另一聚合前体也可以被引入到腔体312中。树脂和颗粒可以被预混合以形成均质混合物。虽然未示出，不过如本领域技术人员认识到的，用于自动输送和引入SMC材料前体318的设备可以与模具310相关联。

例如可以通过向模具310施加压缩力来致密化SMC材料前体318。压力机320可以包括多个部件，即第一压力头322和第二压力头324。根据本公开的某些方面，第一压力头322可以施加与第二压力头324不同水平的压缩力，从而导致SMC材料前体318的不同的致密化水平。例如，第一压力头322可以在模具腔体312的第一区域314中施加大于或等于大约800MPa的第一压力。第二压力头324可以向在第二区域316中的SMC前体材料318施加小于第一压力的第二压力。例如，第二压力可以大于或等于大约300 MPa至小于或等于大约600 MPa。如上所述，在压制过程之后，第一区域314中的第一密度大于或等于大约7.4 kg/m³，而第二区域316中的第二密度小于第一密度，例如，大于或等于大约7.0 kg/m³至小于或等于大约7.4 kg/m³。也应该注意到，在某些变型中，第一区域314中的材料成分可以不同于第二区域316中的材料成分，例如，第二区域316中具有比第一区域314中更少量的磁性组分。另外，能够通过不同大小的粉末颗粒来压缩得到不同产品系列，其中不同产品系列均具有不同的磁通渗透性。

虽然未示出，不过根据需要，用于施加热和/或光化辐射的附加设备可用于使SMC复合基体反应，例如，聚合或者交联。成型过程300可以被重复以形成两个实心的致密的SMC材料部件330。这两个实心的致密的SMC材料部件330之后能够被结合在一起以形成磁性部分。在某些变型中，为了增强粘附实心的致密的SMC材料部件330，粘结剂或者胶可以被进一步施加在其间的界面处以形成定子芯的磁性部分（见图3和图4中的定子芯210的磁性部分266）。虽然未示出，不过之后导电电线绕组可以绕每个定子芯缠绕（例如，在实心的致密的SMC材料部件330被结合在一起时所形成的凹入区域332中），且之后电绝缘材料可以被设置或模制到导电绕组（图5中未示出）之上。这些成型步骤可以在自动化过程中进行。

图6和图7示出了根据本公开的某些方面制备的轴向磁通电机的定子350的示例。图6-图7示出了另一无轭定子芯设计。定子350包括被多个通道或槽362物理隔开的多个定子芯360。因此，定子350是无轭设计，因为所述多个定子芯360彼此分开且没有经由物理连接被轭接在一起。多个导电电线绕组364绕每个相应定子芯360缠绕。每个定子芯360限定磁性部分366，该磁性部分366可以限定每个定子芯360的主要或中央区域并且可以由磁性或铁磁材料形成。根据本公开的某些方面，每个定子芯360的磁性部分366包括软磁复合（SMC）材料，如前所述。

诸如环氧树脂材料的电绝缘材料370被设置在导电电线绕组364的外周侧372上并与其接触，以提供对绕组的电隔离。然而，导电电线绕组364的横向侧374可以邻近且可选地接触形成磁性部分366的SMC材料。每个定子芯360限定外周接触表面380。在图6和图7所示的实施例中，外周接触表面380的第一部分380A由磁性部分366的SMC材料限定。更具体地，外周接触表面380的用于建立与相邻部件的接触的区域由磁性部分限定，但是存在被限定在外周接触表面380中的间隙380B。如图所示，间隙380B在外周接触表面380上。可选的间隙380B能够被用于减少在外周接触表面380处的磁通泄漏。在某些变型中，间隙的尺寸大于被限定在定子和相邻转子之间的气隙（h_g）。

包括SMC材料的磁性部分366被模制成限定被构造成接收导电电线绕组364的至少一个中央凹入区域382。电绝缘材料370被设置在导电电线绕组364上并且磁性部分366的模制软磁材料限定在所述至少一个中央凹入区域382的两侧上的突出壁384，所述突出壁与在中央凹入区域382的一部分之上延伸的被覆盖区域386一体连接。以此方式，磁性部分366限定中央凹入区域，其具有带截面L形的侧部，所述侧部在其间限定间隙368。因此，导电电线绕组364和电绝缘材料370安置在由磁性区域限定的中央凹入区域382内。在导电电线绕组364和电绝缘材料之上延伸的磁性区域可以具有大于或等于大约3毫米至小于或等于大约10毫米的厚度。间隙368具有大于气隙的轴向长度的长度，使得间隙368的长度可以是大于或等于大约2毫米至小于或等于大约20毫米。间隙368的存在能够最小化在通过被覆盖区域386的路径中的磁通泄漏。因此，定子芯360的磁性部分366的被覆盖区域386覆盖导电电线绕组364的顶部和底部表面二者（电绝缘材料370被设置在导电电线绕组364的一侧上）。在某些变型中，由SMC材料形成的磁性部分366能够围绕被绝缘线圈（导电电线绕组364）包覆成型地（overmolded）制造。

定子350也包括热交换器夹套390，其被构造成使得传热流体或液体在多个内置通道392内循环。热交换器夹套390被周向地设置成围绕定子350的外周的至少一部分，更具体地围绕所述多个定子芯360的一部分。因此，每个定子芯360的每个外周接触表面380处于传热关系，并且在某些方面被构造成接触热交换器夹套390。如前所述，在磁性部分366中的SMC材料具有高的导热系数。因此，因为大部分外周接触表面380（在此，由SMC材料形成的磁性部分366限定的第一部分380A）具有比电绝缘材料更大的导热系数，所以从所述多个定子芯360向热交换器夹套390传递的热量被显著增加。作为非限制性示例，传热可以增加到至少十倍且在某些方面增加到几十倍。也应该注意到，图6和图7所示设计所发生的漏磁量相对非常小，例如当计算在磁性部分366的外周区域中发生的总磁通（如在导电电线绕组364附近和其上方延伸的壁384和被覆盖区域386中的总磁通）与磁性部分/整个定子芯360的整体磁通的关系时，漏磁量小于或等于大约0.3%。如上所述，应该注意，在某些变型中，被设置在磁性部分366的外周区域中的材料可以具有与芯的中央区域不同的性质，例如不同的密度、渗透性或者具有不同量组分的成分。

图8和图9示出了根据本公开的某些方面制备的轴向磁通电机的又一定子450的示例。图8和图9示出有轭（yoked）定子芯设计。定子450包括被多个通道或槽462部分地隔开的多个定子芯460。然而，如这里进一步描述的，所述多个定子芯460也在至少一个区域中彼此物理连接或者被轭接在一起。

多个导电电线绕组464绕每个相应定子芯460缠绕。每个定子芯460限定磁性部分466，该磁性部分366可以限定每个定子芯460的主要或中央区域并且可以由磁性或铁磁材料形成。根据本公开的某些方面，每个定子芯460的磁性部分466包括磁性或铁磁材料。如上所述，磁性或铁磁材料可以是模制磁性复合（SMC）材料。替代性地，磁性或铁磁材料可以包括层压定子芯部件，其具有多层铁磁材料，诸如磁性钢。这样的铁磁材料层通常通过介于其间的绝缘材料彼此隔离开。层压钢板可以在制造过程中被冲压、可选地被退火和堆叠以形成层压定子芯部件。当多个层压定子芯部件被组装在一起时，它们形成多个可磁化极。

如图所示，所述多个导电电线绕组464分布在每个相应定子芯460的两侧上。因此，定子芯460的第一侧467具有第一多个导电电线绕组464A。定子芯460的第二侧469具有第二多个芯部件464B。

诸如环氧树脂材料的电绝缘材料470被设置在导电电线绕组464的外周侧472上并与其直接接触。然而，导电电线绕组464的横向侧474可以邻近且可选地接触形成磁性部分466的SMC材料。

包括SMC材料的磁性部分466被模制成限定至少一个中央突出区域482。磁性部分466的模制软磁材料进一步在所述至少一个中央突出区域482的两侧上限定两个座区域484。所述两个座区域484被构造成接收导电电线绕组464。因此，导电电线绕组464和电绝缘材料470被安置在由磁性区域限定的两个座区域484内。所述至少一个突出区域482具有矩形形状并且朝向定子450的外周径向向外延伸。突出区域可以具有大于或等于大约3毫米至小于或等于大约20毫米的轴向长度。如上所述，磁性部分466的所述至少一个突出区域482可以是凸缘，所述凸缘在所述多个定子芯460中的每个之上连续延伸且使其连接以将它们轭接在一起。

因此，每个定子芯460限定外周接触表面480。在图8和图9所示的实施例中，外周接触表面的第一部分480A由对应于所述至少一个中央突出区域482的磁性部分466的磁性材料限定。外周接触表面480的第二部分480B由电绝缘材料470限定。如图所示，电绝缘材料470占据外周接触表面480的向外区域或第二部分480B，而在磁性部分466中的SMC材料限定外周接触表面480的中央第一部分480A。外周接触表面480的中央第一部分480A可以由磁性部分466的磁性或铁磁材料形成，如上所述，其可以是SMC材料或者层压磁性钢层。作为非限制性示例，层压磁性钢材料可以具有大于或等于大约30W/m·K至小于或等于大约50W/m·K的导热系数。因此，外周接触表面480的第一部分480A具有比由电绝缘材料470形成的周围的第二部分480B更高的导热系数。定子450也包括热交换器夹套490，其被构造成使得传热流体或液体在多个内置通道492内循环。热交换器夹套490被周向地设置成围绕定子450的外周的至少一部分，更具体地围绕所述多个定子芯460的一部分。因此，每个定子芯460的每个外周接触表面480处于传热关系，并且在某些方面可以被构造成接触热交换器夹套490。如前所述，在磁性部分466中的SMC材料或层压磁性钢具有相对地高的导热系数。因此，由磁性部分466限定的外周接触表面480中存在的第一部分480A具有比电绝缘材料470更大的导热系数，使得从所述多个定子芯460向热交换器夹套490传递的热量被增加。同样，作为非限制性示例，传热可以增加到至少十倍且在某些方面增加到几十倍。

也应该注意到，图8和图9所示设计所发生的漏磁量相对非常小，例如当计算在磁性部分466的中央突出区域（其邻近且经过导电电线绕组464延伸）中发生的总磁通与磁性部分/整个定子芯460的整体磁通的关系时，漏磁量小于或等于大约0.5%。如上文讨论的，在某些变型中，被设置在磁性部分466的所述至少一个突出区域482中的材料可以具有与芯的中央区域不同的性质，例如更小密度或者具有不同量磁性组分的不同成分。在各个方面，本公开因此提供了用于轴向磁通电机的定子，其包括无轭和有轭型定子设计两者，其能够使得定子的产热或磁性部分与热交换器（例如，水夹套）直接接触。

出于说明和描述的目的，已经提供了实施例的上述描述。其不旨在是排他的或限制本公开。特定实施例的各元件或特征一般不限于该特定实施例，而是在可适用的情况下是可互换的并且能够被用于选定实施例，即使没有被具体示出或描述。其也可以以许多方式改变。这样的变型不应该被看作背离本公开，并且所有这样的修改均旨在被包括在本公开的范围内。

Claims

1.一种用于轴向磁通电机的定子组件，包括：

被构造成使得传热液体循环的热交换器夹套；和

包括多个定子芯的定子，每个所述定子芯包括：

导电绕组；

被设置在所述导电绕组的至少一部分之上的电绝缘材料；以及

模制软磁复合（SMC）材料；

其中，所述热交换器夹套被周向地设置成围绕所述定子的外周的至少一部分，其中每个定子芯限定被构造成接触所述热交换器夹套的外周表面，并且所述外周表面的至少一部分被所述模制软磁（SMC）材料限定。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其中，所述外周表面的第一部分由所述模制软磁（SMC）材料限定，并且所述外周表面的第二部分由所述电绝缘材料限定。

3.根据权利要求2所述的定子组件，其中，所述第二部分是所述外周表面的中央区域，并且所述第一部分限定所述外周表面的至少两个外区域，并且所述模制软磁（SMC）材料限定被构造成接收所述导电绕组的至少一个中央凹入区域，其中所述电绝缘材料被设置在所述导电绕组上并且所述模制软磁（SMC）材料限定在所述至少一个中央凹入区域的两侧上的突出凸缘。

4.根据权利要求2所述的定子组件，其中，所述第一部分是所述外周表面的中央区域，并且所述第二部分限定所述外周表面的至少两个外区域，并且所述模制软磁（SMC）材料在所述多个定子芯中的相邻定子芯之间延伸，并且所述定子具有有轭设计。

5.根据权利要求1所述的定子组件，其中，所述外周表面由其中设置有中心设置的间隙的模制软磁（SMC）材料限定，并且所述模制软磁（SMC）材料限定在所述外周表面下方的凹部，所述凹部接收被设置在其内的所述导电绕组和所述电绝缘材料。

6.根据权利要求1所述的定子组件，其中，所述多个定子芯物理上彼此分开，并且所述定子具有无轭设计。

7. 根据权利要求1所述的定子组件，其中，所述模制软磁（SMC）材料在中央区域中具有大于或等于大约7.4 kg/m³的第一密度，并且所述模制软磁（SMC）材料在所述外周表面处具有大于或等于大约7.0 kg/m³至小于或等于大约7.4 kg/m³的第二密度。

8.根据权利要求1所述的定子组件，其中，所述模制软磁复合（SMC）材料包括包含铁的多个磁性颗粒，并且所述电绝缘材料选自由环氧树脂、玻璃、瓷、硅橡胶、三元乙丙橡胶（EPDM）、复合材料及其组合构成的组。

9. 一种轴向磁通电机，包括：

根据权利要求1所述的定子组件；以及

包括多个磁体的至少一个转子，并且气隙被限定在所述定子和所述至少一个转子之间。

10. 一种制造用于轴向磁通电机的定子芯部件的方法，包括：

将软磁复合材料（SMC）前体引入到包括第一区域和第二区域的模具的腔体中，其中所述软磁复合材料（SMC）前体包括聚合物前体和多个磁性或铁磁颗粒；以及

通过同时地在所述第一区域中由第一压力头施加大于或等于大约800 MPa的第一压力且在所述第二区域中由第二压力头施加大于或等于大约300 MPa至小于或等于大约600MPa的第二压力，在所述腔体中压缩所述软磁复合材料（SMC）前体；以及

从所述腔体移除被固结的软磁复合（SMC）材料部件，所述被固结的软磁复合（SMC）材料部件具有对应于其中施加所述第一压力的所述第一区域的第一密度以及对应于其中施加所述第二压力的所述第二区域的第二密度。