[发明专利]用于具有轴向散热的旋转场式机器的定子

说明书

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。

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。