Die vorliegende Erfindung betrifft einen Innenstator einer Drehfeldmaschine, der eine Anzahl von N Statorzähnen aufweist, die zusammen eine Anzahl von N/2 Zahngruppen bilden, und jeder Statorzahn jeweils einen Polkern und einen daran angeformten Polschuh aufweist, wobei die Polkerne aus einem ersten Material gefertigt sind, und dass jeweils eine Zahngruppe von zwei unmittelbar benachbart angeordneten Statorzähnen gebildet ist, die zusammen mit einem magnetischen Rückschlussmittel Bestandteil eines Magnetkreises sind .

Stand der Technik:

Bekannte Drehfeldmaschinen bzw. Elektromotoren sind in der Regel als per- manenterregte Innen- oder Außenläufermotoren ausgeführt. Diese werden zunehmend als elektrischer Antriebsmotor von Zweiradfahrzeugen, Personen- kraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), sowie in mittels Propeller angetrie- benen Antriebssystemen im maritimen Bereich und der Luftfahrt eingesetzt. Effizienz ist insbesondere bei mittels Batterien bzw. Li-Ionen-Batterie ange- triebenen Fahrzeugen, Schiffen und auch neuerdings Elektroflugzeuge die pri- märe Auslegungsgröße, da durch die Effizienz die Größe der Batterie und somit die Gesamtkosten primär bestimmt werden . In der Gesamtbetrachtung sind jedoch auch die Kosten des E-Motors zu beachten, wodurch ein kosteneffizien- ter Einsatz von verschiedensten Materialien notwendig und relevant ist. Im Luftfahrtbereich, insbesondere bei elektrisch angetriebenen Flugzeugen ist ne- ben der Effizient zudem die Leistungsdichte zu beachten, weshalb der Einsatz von Permanentmagneten im Allgemeinen bevorzugt wird.

Um eine hohe Effizienz und Leistungsdichte zu erreichen, werden neben dem Einsatz von Permanentmagneten diverse Maßnahmen zur Reduzierung der Verluste vorgenommen. Unterschieden werden Kupferverluste in den Spulen, die Eisenverluste in allen eisenhaltigen und magnetkreisrelevanten Motorkom- ponenten und die Reibungsverluste in den Lagern.

Um Kupferverluste zu reduzieren, wird die Einzelzahntechnik sowie Wickelung von Einzelzähnen bzw. Doppelzähnen favorisiert. Mit der Einzelzahnwickel- technik kann die Erregerspule präzise gewickelt werden, wodurch der Kupfer- füllgrad bei Elektromotoren erhöht wird. Bei Außenläufern wird neben Einzel- zahntechnik auch Wickeltechnik mit Biegestator, wie in EP 2179488 Bl be- schrieben, eingesetzt.

Um Eisenverluste zu reduzieren, werden geblechte Statoren mit geringer Blechdicke, insbesondere Si-Fe-Bleche mit Blechdicken <= 0,3 mm sowie ge- blechte Rotoren bzw. optional zur Reduzierung der Wirbelstromverluste auch gestückelte Permanentmagnete eingesetzt. Zudem werden zunehmend Mate- rialien mit hoher Temperaturbeständigkeit, insbesondere Permanentmagnete mit hoher Remanenz und gleichzeitig hoher Koerzitivfeldstärke H _Cj eingesetzt. Diese hohe Temperaturbeständigkeit führt zu sehr hohen Kosten, da z.B. der- artige Permanentmagnete einen hohen Dysprosium-Anteil aufweisen. Zudem sind Statorbleche mit sehr geringen Verlusten (Blechdicke 0, 1-0,2 mm) oder hohem Sättigungsgrad (z.B. Co-Eisen-Bleche) sehr teuer.

Aus dem Stand der Technik sind jedoch wenige Ansätze bekannt, wie die Leis- tung des Motors durch sehr effiziente Wärmeleitung zur Erhöhung der Wärme- abfuhr des Motors gesteigert werden kann.

In WO 2010/099974 ist zum Beispiel ein Doppelrotor mit einer sehr aufwändi- gen Wasserkühlung realisiert. Die Kühlkanäle werden in einem Duroplast- Spritzgießprozess realisiert und verlaufen zwischen den Erregerspulen vom Gehäuse zum Wickelkopf und sind am Wickelkopf umgelenkt. Eine derartige Kühlung ist extrem kostenintensiv und zudem nicht optimal, da Wickelraum für Kupferspulen verloren geht.

Ein anderer Ansatz zur Wärmeleitung ist in W02010/099975 realisiert. Bei die- sem Doppelrotormotor wird der Stator mit einem Duroplastmaterial mit guten Wärmeleiteigenschaften umspritzt. Gleichzeitig muss bei der Auswahl des Duroplastmaterials Wert auf Steifigkeit gelegt werden, da die Umspritzung des Stators im wesentlich zur Stabilität des freitragenden Stators im Betrieb bei- trägt. Weiter ist in W02010/099975 offenbart, dass durch den Verguss und der guten Wärmeleiteigenschaften des Duroplastmaterials der Wärmeüber- gang vom Wickelkopf der Erregerspulen zum Gehäuse verbessert werden kann.

Die in W02010/099975 offenbarte Lösung hat jedoch einige Schwächen. Zum einem muss beim Duroplast-Spritzguss primär die Festigkeit beachtet werden und somit kann bei der Auswahl des Materials nicht ausschließlich auf die Wärmeleiteigenschaften Wert gelegt werden. Zudem ist das Verfahren mit ei- nem Material mit zugleich hoher Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit sehr kostenintensiv, da der komplette Stator erst im Duroplastvergussverfahren seine finale Stabilität und Wärmeleitfähigkeit erhält. Die Statorzähne müssen während des Gussverfahrens sehr solide fixiert werden, da beim Duroplast- Spritzguss mit hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Zudem ist ein hoher Materialeinsatz mit sehr teuren Füllstoffen (Wärmeleiter z.B. Bor-Nitrid, festig- keitsverbessernde Materialen wie z.B. Kohlefaser oder Glasfaser) erforderlich. Zuletzt erlaubt das Konzept des Doppelrotormotors eine Wärmeleitung prin- zipbedingt nur in eine Richtung.

Gängige Optimierungsmethoden der Isolierung des Statorzahnes mit guter Wärmeleitung sind der Einsatz von Statorzahnendstücken aus Kunststoff sowie die Isolation des Mittelbereichs durch eine dünne Kapton-Folie mit akzeptab- lem Leitwert (0,12-0,3 W/mK) und ausreichender Durchschlagfestigkeit > 2 kV. Durch die Dünnwandigkeit der Kapton-Folie kann jedoch über diesen Wärmepfad mehr Wärme übertragen werden. Durch die dünne Folie wird die Wärmestrecke von Erregerspule zum Stator hin reduziert sowie der Kupferfüll- grad erhöht, da die dünnwandige Kapton-Folie mehr Raum für die Kupferspu- len im Wickelfenster zulässt. Diese Isolationstechnik wird jedoch in erster Linie eingesetzt, um den Kupferfüllgrad der Elektromotoren zu verbessern. Eine verbesserte Kühlleistung resultiert daraus nicht, da üblicherweise die Spule nicht an der Kapton-Folie anliegt und somit sich ein gewisser Luftspalt zwi- schen der heißen Spule und der wärmeabführenden Kapton-Folie und der Er- regerspule befindet, was bedingt ist durch die fehlende Präzision in der Wickel- technik.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, im Sinne der Dauerleistungssteigerung von Drehfeldmaschinen mit Außenrotor die Wärmeabfuhr von den Wicklungen über den Statorzahn bzw. Innenstator zu verbessern und das Gewicht des Innen- stators zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Innenstator nach dem Ober- begriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, indem zwischen zwei benachbarten Statorzähnen zweier benachbarter Zahngruppen jeweils mindestens ein Zwi- schenelement, welches sich insbesondere in axialer Richtung des Innenstators erstreckt, angeordnet ist, welches aus einem zweiten Material gefertigt ist, und dass sich vom ersten Material der Polkerne unterscheidet.

Durch die erfindungsgemäßen Zwischenelemente zwischen den Zahngruppen wird vorteilhaft das Gewicht des Stators reduziert, sowie die Leistung des Mo- tors durch effiziente Wärmeableitung u.a. über Zwischenstücke zwischen den Zahngruppen verbessert, so dass gegenüber dem Stand der Technik die Dau- erleistung vorteilhaft deutlich gesteigert wird.

Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, Bereiche des Innenstators, die für den Magnetfluss keine oder keine große Bedeutung haben, für die Wärmeleitung oder zur Gewichtsreduzierung zu nutzen, in dem in diesen Bereichen Materia- lien verwendet werden, die gute Wärmeleiteigenschaften und/oder eine gerin- gere Dichte als das Material der Polkerne aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in diesen Bereichen z.B. eine Fluidkühlung oder Heatpipes an- zuordnen. Zudem können beim Innenstator Zwischenstücke im Bereich des magnetischen Rückschlusses eingesetzt werden, die ferromagnetisch sind und als anisotropes Material mit Anordnung in magnetischer Vorzugsrichtung in Richtung der Flussrichtung des Magnetkreises ausführt sind.

Die Zahngruppen bilden jeweils mit ihren beiden Statorzähnen U-förmige Jo- che mit jeweils mindestens einer vorzugsweise zwei Erregerspulen je Zahn- gruppe. Zwischen den Zahngruppen bzw. der U-förmigen Joche werden jeweils die Zwischenelemente angeordnet, welche aus einem zweiten Material gefer- tigt sind, das eine Dichte p2 hat, die mindestens um den Faktor zwei kleiner ist als die Dichte pl des ersten Materials aus dem die Polkerne gefertigt sind. Mit dem Zwischenelement können zwei unterschiedliche Optimierungsrichtun- gen verfolgt werden.

In einer ersten Optimierungsrichtung soll die Leistung bzw. das max. Dreh- moment durch bessere Wärmeleitung und geringeres Gewicht optimiert wer- den. Dabei kann das zweite Material eine Wärmeleitfähigkeit A2 größer als Sili- zium-Eisen (80 W/mK) mit mindestens 150 W/mK (z.B. Wärmeleitwert von Magnesium), insbesondere größer 200 W/mK (Wärmeleitwert von Aluminium) aufweisen. Es ist somit vorteilhaft aus Aluminium oder Magnesium oder eine Legierung von diesen Materialien hergestellt.

Aufgrund der Maximalgrenze des Betriebes bestimmter Werkstoffe wie z.B. Kupferspulen mit einer typischen Maximaltemperatur von 180°C ist die maxi- male Dauerleistung eines Elektromotors durch die Temperatur der Wärmesen- ke und der Temperaturdifferenz in der Erregerspule begrenzt. Wird der ther- mische Leitwert zwischen Spule und Wärmesenke halbiert, führt dies zu einer Leistungssteigerung um ca. Faktor 1,5-2. Daher ist die effiziente Wärmeabfuhr von derart besonderer Bedeutung.

Dabei wird die Wärme primär axial aus dem Stator geführt, was bei Außenläu- fermotoren besonders wichtig ist. Um diese Wärmeleitung zu optimieren, ist der Einsatz von Wasserkühlung oder Heatpipes sinnvoll. Damit kann die axiale Wärmeleitung durch Wasserkühlung bzw. Heat-Pipes um Faktor 10 (Wasser) bis über Faktor 100 (Heat-Pipes) weiter verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Wasserkühlung / Heat-Pipe-Kühlung im einem Innenring, der den Innenstator trägt (Statorträger) eingesetzt werden.

In einer zweiten Optimierungsrichtung wird der Schwerpunkt auf Gewichtsmi- nimierung gelegt. In diesem Fall weist das zweite Material eine Dichte p2 au, die mindestens um den Faktor drei, bevorzugt um den Faktor 5 kleiner ist als die Dichte pl des ersten Materials und/oder eine Wärmeleitfähigkeit l > 5 W/mK aufweist. Entsprechende Materialien wären Aluminiumoxidkeramiken, Aluminiumnitrid-Keramiken oder Siliziumcarbid bzw. Bor-Nitrid. Auch kann das zweite Material ein nicht ferromagnetisches Material sein. So ist es möglich, als zweites Material einen Leichtwerkstoff, z.B. Kunststoff, zur Gewichtsopti- mierung des Stators zu verwenden

Die beiden Statorzähne einer Zahngruppe sind vorteilhaft über das magneti- sche Rückschlussmittel zur Bildung des Magnetkreises verbunden. Dabei kann in einer ersten möglichen Ausführungsform das magnetische Rückschlussmittel an die dem Polschuh abgewandten Enden der Polkerne der zu einer Zahngrup- pe gehörenden Statorzähne angeformt sein. Die beiden Statorzähne und das magnetische Rückschlussmittel können dabei durch ein U-förmiges Joch gebil- det sein.

Im Sinne einer zweiten möglichen Ausführungsform ist es jedoch ebenso mög- lich, dass das magnetische Rückschlussmittel als gesondertes Teil ausgebildet ist und zwischen den Polkernen der zu einer Zahngruppe gehörenden

Statorzähnen angeordnet ist und an diesen anliegt. Die Statorzähne sind dabei an einem inneren Ring befestigt oder an diesem angeformt oder liegen in oder an diesem an, wobei über den inneren Ring ebenfalls ein magnetischer Rück- schluss bzw. Teilrückschluss zusammen mit den magnetischen Rückschluss- mitteln erfolgen kann. In diesem Falle sollte der innere Ring aus einem ferro- magnetischen Material gefertigt sein. Der innere Ring kann aber auch nur zur Befestigung bzw. Lagerung der Statorzähne dienen.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform sind die benachbarten Zahn- gruppen über Stege miteinander in Verbindung, die aus dem gleichen Material wie die Polkerne und mit diesen einstückig gefertigt sind, wobei die Quer- schnittsfläche der Stege in magnetischer Flußrichtung kleiner ist, als die Quer- schnittsfläche in magnetischer Flußrichtung der magnetischen Rückschlussmit- tel. Bei dieser Ausführungsform sind somit alle Statorzähne des Stators mitei- nander über ein ferromagnetisches Material miteinander in Verbindung, jedoch wird absichtlich die Querschnittsfläche des ferromagnetischen Materials zwi- schen den Statorzähnen zweier benachbarter Zahngruppen zur Bildung der Stege verkleinert, wodurch hierdurch Platz für die Zwischenelemente aus ei- nem anderen Material geschaffen wird, welche zur Gewichtsreduzierung und/oder Kühlung des Stators dienen. Die Zwischenelemente liegen dabei zwi- schen den Polkernen der benachbarten Statorzähne und an diesen an, so dass ein möglichst großflächiger Wärmeübergang vom Statorzahn hin zum Zwi- schenelement erfolgt.

Wie bereits oben erwähnt, können die Statorzähne mit ihren den Polschuhen abgewandten Enden der Polkerne an einem Verbindungselement, insbesondere in Form eines Ringes, kraftschlüssig, mittels einer in radialer und Umlaufrich- tung formschlüssigen Verbindung, insbesondere in Form einer Schwalben- schwanzführung, oder mittels Keilelementen befestigt sein.

Für alle beschriebenen möglichen Ausführungsformen gilt, dass im und/oder am Zwischenelement mindestens ein Wärmeleitmittel, insbesondere in Form eines Wasserkanals einer Wasserkühlung oder Heat-Pipe, angeordnet sein kann, welches sich in axialer Richtung des Stators erstreckt und u.a. zum Ab- transport von Wärme in axialer Richtung dient. Dabei können diese Wärme- leitmittel in jedem oder auch nur in einigen Zwischenelementen vorgesehen sein.

Zur radialen Wärmeabfuhr von der Erregerspule radial nach innen, hin zum wärmeabführenden Zwischenelement kann ein sich in axialer Richtung des Stators erstreckender isolierender radialer Wärmeleiter mit einer Wärmeleitfä- higkeit von größer 2 W/mK, vorzugsweise > 5 W/mK vorgesehen sein, der zwischen Erregerspule und Statorzahn angeordnet ist. Dieser radiale Wärme- leiter ist entweder Teil der Isolierung der U-förmigen Zahngruppen oder vor- zugsweise als Formstück ausgeführt, das an die Spulenwicklungsgeometrie der benachbarten Erregerspulen angepasst ist und somit mit den Spulen über eine große Fläche in Kontakt steht. In dieser Ausführung sind gut wärmeleitende und zugleich elektrisch isolierende Materialien wie Bor-Nitrid, Silizium-Carbid oder Aluminium-Oxid mit einer Leitfähigkeit von 10 bis zu 200 W/mK zu favo- risieren, da die Wegstrecke von der Spule zum Zwischenelement >2 mm (d.h. Faktor 4 längere Wegstrecke als die übliche Isolationsstrecke von Erregerspu- le zum Zahnkern lb) ist und die radiale Kühlung nur wirksam genutzt werden kann, wenn ein entsprechendes Material eingesetzt werden

Die Zwischenelemente können auch zur Befestigung der Zahngruppen bzw. der einzelnen Statorzähne an einem Innenring dienen. Hier können die Zahn- gruppen oder die Statorzähne in Ausnehmungen des Innenrings radial eingrei- fen, wobei die Zwischenelemente keilförmig ausgebildet sind. Sofern die Zwi- schenelemente selbst z.B. durch die Erregerspulen und/oder eine Vergußmas- se in Position gehalten sind, sind aufgrund der Keilform auch die Statorzähne fest mit dem inneren Ring verbunden.

Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, dass ein Statorzahn bzw. die Zahngruppen mittels einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Schwalbenschwanzführung an dem Innenring befestigt ist, wobei dann die Statorzähne axial auf den Innenring aufgeschoben werden müssen.

Sofern der Raum zwischen den Wicklungen in den Wicklungsnuten mittels ei- ner zusätzlichen Vergussmasse vergossen ist, sollte diese vorteilhaft eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,25 W/mK aufweisen und keine Luftein- schlüsse mehr zwischen den Spulendrähten der Wicklungen mehr vorhanden sein. Hierdurch wird die Wärmeabfuhr bedeutend verbessert.

Der Polschuh eines Statorzahns kann bei allen beschriebenen Ausführungsfor- men an dem Polkern angeformt oder an diesem befestigt sein. Sofern Pol- schuh und Polkern zweiteilig ausgebildet sind, kann der Polschuh entweder in eine stirnseitige Ausnehmung des Polkerns eingreifen bzw. umgekehrt, wobei zur dauerhaften Verbindung der Polschuh in die Ausnehmung mit einem ent- sprechenden an ihm angeformten Vorsprung bzw. Steg z.B. eingepresst oder angeklebt sein kann.

Zur Herstellung eines derartig ausgebildeten Stators wird ebenso ein Verfah- ren zur Herstellung beansprucht, bei dem zunächst die Erregerspulen gewi- ekelt werden, und diese dann von außen auf die Polkerne aufgeschoben wer- den, wonach in einem weiteren Verfahrensschritt die Polschuhe an den Polker- nen befestigt werden.

Vorzugsweise sind Nachbarspulen einer Zahngruppe im Sinne der Optimierung des Kupferfüllgrades mit unterschiedlichen geometrischen Formen, z.B. keil- förmige vs. parallele Wickelform oder als n-lagig und (n+x)-lagige Erregerspu- len ausgeführt. Dabei werden die Spulen entsprechend der geometrischen Wi- ckelform nacheinander auf den einen Stator ohne Polschuhe aufgeschoben, wobei zuerst die Erregerspule mit (n+x)-Lagen auf jeden zweiten Statorzahn lb aufgeschoben werden und dann die Erregerspulen mit (n)-Lagen auf jeden zweiten benachbarten Jochzahn, so dass beim Aufschieben die Erregerspulen nicht berührt werden. Zudem ist der Statorzahn lb vor dem Aufschieben be- reits mit einer Isolation versehen, wie in Figuren 4 bis 7 ausgeführt. Somit hat jede Zahngruppe ZG, jeweils 2 Zähne mit jeweils unterschiedlichen Spulen mit n bzw. n+x-Lagen. Um Ausgleichsströme zu verhindern, sind diese Spulen zu- dem vorzugsweise in Reihe miteinander elektrisch verschaltet. Alternativ kann die Spule auch auf einen Wickelkörper gewickelt sein und mit dem Wickelkör- per auf den Zahn geschoben werden.

Ebenso ist es möglich, dass der Polschuh mittels einer formschlüssigen Ver- bindung, insbesondere mittels einer Nut, wie z.B. einer Schwalbenschwanzfüh- rung, an dem Polkern befestigt ist, wobei er hierzu in axialer Richtung auf den Polkern aufschiebbar ist.

Der erfindungsgemäße Innenstator kann auch komplett mit einem Material aus Thermoplast oder Duroplast umspritzt sein, welches eine Wärmeleitfähigkeit l> 1, vorzugsweise l>2,5 W/mK aufweist. Hierdurch ergibt sich ebenfalls eine sehr gute Wärmeabfuhr.

Die vorherigen Ausführungsformen mit optimierter axialer Statorkühlung kön- nen bei der Optimierung eines Außenläufermotors mit integrierter Elektronik besonders effektiv eingesetzt werden, wobei zusätzlich eine Kühlung des Wi- ckelkopfes der Erregerspulen eine sinnvolle Ergänzung ist. Die Wickelkopfkühlung wird dadurch realisiert, dass die Erregerspulen nur ei- nen geringen Abstand zu einem sich radial erstreckenden Gehäuseteil/ Kühl- körper haben und der Stator zwischen Kühlkörper und Stator vergossen ist. Somit wird der Außenläufermotor über mehrere parallele Pfade mit sehr guter Wärmeleitung (Statorträger, Zwischenelemente, Wickelkopf) gekühlt. Bei einer Auslegung mit sehr hoher Verlustleistung wird im Kühlkörper zusätzlich ein Wasserkanal integriert, der hohe Verlustleistung abführt und sinnvollerweise mit Statorträger und/oder Zwischenelement in Verbindung ist.

Bei Einsatz eines Wasserkanales im Kühlkörper kann zusätzlich die Leistungs- halbleiter einer ECU, die axial anordnet ist, mit gekühlt werden. Damit ergibt sich ein extrem kompakter leistungsstarkes Power Pack (Power Pack = E- Motor mit integrierter Elektronik).

Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, dass der Stator zudem derart ausgebildet sein kann, dass die Statorzähne, insbesondere deren Polkerne, von einer elektrischen Isolierung ganz oder bereichsweise bedeckt oder ummantelt sind, die zur elektrischen Isolation der Wicklung gegenüber dem Statorzahn dient, wobei die elektrische Isolierung ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann, und mindestens ein Teil oder Bereich der Isolierung oder die gesamte Isolierung aus einem Material mit einer Wärmeleiteigen- schaft von größer 1 W/mK, bevorzugt größer 2,5 W/mK, gebildet ist. Dabei kann die elektrische Isolierung zwei jeweils eine Stirnseite des Statorzahns umgreifende Isolierkörper aufweisen, die insbesondere an ihrer der Wicklung der Erregerspule zugewandten Seite Rillen für die Spulendrähte der Wicklung aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass an mindestens einer Längsseite des Polkerns und/oder des Polschuhs mindestens ein, insbesondere festes und formstabiles Wärmeleitelement, insbesondere in Form einer Platte, anliegt, welches zwischen zwei jeweils eine Stirnseite umgreifenden Isolierkörpern, insbesondere in Ausnehmungen der Isolierkörper, angeordnet ist, wobei zu- mindest ein Wärmeleitelement eine Wärmeleitfähigkeit von größer 5 W/mK, bevorzugt größer 10 W/mK, besonders bevorzugt größer 20 W/mK, aufweist, insbesondere auf Keramik- oder Siliziumcarbidbasis oder aus Bor-Nitrid- Verbundwerkstoffen gefertigt ist und/oder das Wärmeleitelement eine Wärme- leitfähigkeit aufweist, die mindestens Faktor zwei, vorzugsweise größer Faktor fünf als die der Isolierkörper ist. Auch kann das Wärmeleitelement unmittelbar an einem Teil oder der ganzen Seitenfläche des Polkerns und/oder dem Pol- schuh anliegen und aus Keramik oder auf Keramikbasis gefertigt sein und so- wohl elektrisch isolierende Eigenschaften sowie eine thermische Leitfähigkeit > 10 W/mK haben, besonders bevorzugt eine Aluminiumoxid- oder - nitridkeramik sein oder aus Siliciumcarbid bzw. Bor-Nitrid gefertigt sein. Hier- bei ist es ebenso möglich, dass die elektrische Isolierung oder zumindest ein Isolierkörper mittels Umspritzen des Statorzahns, insbesondere durch Um spritzen mindestens des Polkerns gebildet ist, wobei das Vergussmaterial ein Thermoplast oder ein Duroplast ist, und wobei das Duroplast insbesondere ei- ne Wärmeleitfähigkeit von größer 1 W/mK, bevorzugt größer 5 W/mK, hat. Dabei kann die durch Umspritzen gebildete elektrische Isolierung (200) min- destens eine fensterartige Aussparung oder eine Ausnehmung mit dünnwandi- gem Bereich zur insbesondere formschlüssigen Aufnahme mindestens eines Wärmeleitelementes aufweisen, wobei das Wärmeleitelement seitlich am Pol- kern angeordnet ist, insbesondere an diesem anliegt und eine Wärmeleitfähig- keit von größer 5 W/mK aufweist, insbesondere aus Bor-Nitrid gefertigt ist.

Bei allen vorbeschriebenen möglichen Ausführungsformen ist es von Vorteil, wenn der magnetische Widerstand zwischen den Polkernen zweier zu einer Zahngruppe gehörenden Statorzähne kleiner ist als zwischen den Polkernen zweier benachbarter, zu unterschiedlichen Zahngruppen gehörender

Statorzähne

Nachfolgend werden möglichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stators anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 : Einen Teil des Querschnitts durch eine erste mögliche Aus- führungsform eines erfindungsgemäßen Innenstators mit mittels Stegen verbundener Zahngruppen;

Fig. 2: mögliche Abwandlung des Innenstators gemäß Figur 1 mit separat gefertigten Polschuhen, welcher mittels einer Ver- gussmasse vergossen ist; Fig. 3: weitere mögliche Ausgestaltung eines Innenstators mit In- nenring und daran befestigter Statorzähne;

Fig. 4: weitere mögliche Ausführungsform, wobei die Statorzähne einer Zahngruppe einteilig ausgebildet sind und ein U- förmiges Joch bilden, wobei das Joch mittels Schwalben- schwanzführungen an einem Innenring befestigt ist;

Fig. 5: Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Drehfeldmaschi- ne mit mehreren möglichen Kühlungspfaden;

Fig. 6a : perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Statorzahns mit zwei stirnseitigen Isolierkörpern und axial dazwischen angeordnetem Wärmeleitelement;

Fig. 6b: eine Querschnittsdarstellung durch den Statorzahn gern. Fi gur 2a im Bereich eines Isolierkörpers;

Fig. 6c und 6d : Seitenansichten auf den Isolierkörper; Fig. 6e: Seitenansicht und Querschnittsdarstellung durch ein Wärme- leitelement;

Fig. 7: Statorzahn wie in Figur 7b, wobei jedoch die stirnseitigen

Isolierkörper über die gesamte axiale Länge des Statorzahns mit möglichst kleiner Trennfuge bedecken und zusammen jeweils eine fensterartige Ausnehmung für die Aufnahme ei- nes Wärmeleitelementes an mindestens einer Polkernlängs- seite bilden.

Fig. 8: erfindungsgemäßer Statorzahn mit einer umspritzten Isolie- rung, welche an jeder Polkernlängsseite zwei Ausnehmungen zur Aufnahme von jeweils einem Wärmeleitelement bildet;

Fig. 9: erfindungsgemäßer Statorzahn mit einer umspritzten Isolie- rung aus einem Duroplast mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit Fig. 10: mögliche Ausführungsformen eines Innenstators, wobei je- weils in einem Quadranten A bis D eine mögliche Ausfüh- rungsform eines Innenstators dargestellt ist.

Die Figur la zeigt einen Teil des Querschnitts durch einen erfindungsgemäßen Innenstator S eines Außenläufers gemäß einer möglichen Ausführungsform, wobei mittels Pfeilen die Wärmeflussrichtungen WF-Al, WF-A2 angezeigt sind.

Bei dem Innenstator S bilden jeweils zwei benachbarte Statorzähne 1 jeweils eine Zahngruppe ZG,. Ein Zahngruppe ZG, bildet dabei ein im Wesentlichen u- förmiges Joch. Die Zahngruppen ZG, sind dabei mittels sich in axialer Richtung AX erstreckender Stege ST miteinander verbunden.

Die Zwischenelemente 21 haben die Aufgabe, die Kühlleistung zu erhöhen und sind somit vorteilhafterweise aus einem Material mit gutem thermischen Leit- wert. Ist das Zwischenelement 21 aus einem elektrisch leitfähigen Material, so muss es hin zur Spule 5 noch separat isoliert werden, was z.B. mittels Isolati- onsmaterial, Isolatoren und/oder zusätzlicher Wärmeleitelemente erfolgen kann, wie dies in den Figuren 5, 7a-e und 8-10 dargestellt und beschrieben ist. Durch die Zwischenelemente 21 kann zudem das Gewicht des Innenstators S reduziert werden. Auch kann die Wärmeleitung direkt von der Spule 5 hin zum Zwischenelement 21 erfolgen, sofern ein zusätzliches Element mit guter thermischer Leitfähigkeit zwischen Erregerspule 5 und Polkern lb angeordnet ist. Vorteil dieser Zwischenelemente 21 ist, dass hier ein Material mit wesent- lich günstigeren thermischen Leitwerten eingesetzt werden kann, als das sich im Standardfall dort befindliche Statorblech. Es ergeben sich somit weitere parallele Wärmepfade WF-Al und WF-A2, statt lediglich von Spule 5 hin zum Statorzahn 1 und von dort aus zum Gehäuse der Drehfeldmaschine.

Jeder Statorzahn 1 besteht dabei aus dem Polkern lb und dem angeformten Polschuh la, wobei die Statorzähne 1 einer Zahngruppe ZG, mittels dem mag- netischen Rückschlussmittel 25 miteinander verbunden sind. Die Statorzähne 1 einer Zahngruppe können dabei durch U-förmige Statorbleche gebildet sein. Die Spulen 5 sind mittels geeigneter Isolation 2, 12a von den Statorzähnen 1 elektrisch isoliert, wobei die Isolation 2 bzw. die Wärmeleitmittel 12a zum Wärmeabtransport von den Spulen in Richtung WF-Al Statorzahn 1 dienen können. Die Isolierung und Wärmeleitung wird noch anhand der Figuren 5, 7a- e und 8-10 gesondert beschrieben und dargestellt.

Die Statorzähne 1 und die magnetischen Rückschlüsse 25 sind aus einem ers- ten, insbesondere ferromagnetischen Material MAI gefertigt. Die Zwischen- elemente 21 sind aus einem zweiten anderen Material MA2 gefertigt, welches insbesondere leichter und einen besseren Leitwert als das erste Material MAI aufweist. Die Statorzähne einer Zahngruppe bilden zusammen mit ihrem mag- netischen Rückschlusselement 25 ein U-förmiges Joch, welche einen Teil des Magnetkreises MF bildet. Der die Statorzähne 1 einer Zahngruppe ZG, mitei- nander verbindende Bereich 25 bildet den magnetischen Rückschluss und weist eine radiale Breite B ₂ auf, welche der Breite Bi der Polkerne lb ent- spricht. Die radiale Breite B ₃ der Stege ST ist gegenüber der Breite B ₂ wesent- lich kleiner, wobei der hierdurch freigewordene Bereich zwischen Steg ST und Erregerspule 5 für das Zwischenelement 21 genutzt wird. Die Breite Bl und B2 sind gleich, wenn ein nicht anisotropes Material eingesetzt wird. B2 ist größer als Bl, wenn ein anisotropes Material mit magnetischer Vorzugsrichtung im Polkern lb eingesetzt wird.

Der nicht dargestellte Außenrotor kann beispielhaft mit Permanentmagneten bestückt sein.

In die Zwischenelemente 21 kann entweder ein Wasserkühlkreislauf WK inte- griert sein und/oder in oder an den Zwischenelementen 21 können Heat-Pipes HP angeordnet sein, welche sich in axialer Richtung erstrecken und mit einem Wärmetauscher bzw. Kühlkörper in Verbindung sind, die z.B. axial neben dem Innenstator S angeordnet sein können. Die Heat-Pipes HP können auch durch sehr gut wärmeleitende Formelemente, z.B. Kupfer- oder Keramikstifte, gebil- det sein, mittels derer die Wärmleiteigenschaften weiter gegenüber dem nicht- ferromagnetischen Grundmaterial der Zwischenelemente verbessert werden. Durch diese Stifte wird insbesondere die axiale Wärmeleitung optimiert, was in der Ausgestaltung eines Außenläufermotors zur Wärmeabfuhr besonders wich- tig ist.

Alternativ kann auch ein Heat-Pipe als ein klassisches Wärmerohr mit einem hermetisch gekapselten Volumen, das mit einem Arbeitsmedium (z.B. Wasser oder Ammoniak) gefüllt ist, eingesetzt werden. Durch Heat-Pipes kann die Wärmeabfuhr um mehr als Faktor 100, insbesondere Faktor 1000 noch weiter verbessert werden als beim Einsatz von Feststoffstiften wie z.B. Kupfer.

In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform werden, im Gegensatz zur in Figur 1 dargestellten und beschriebenen Ausführungsform, die Polschuhe la, die für eine sinusförmige Gestaltung des magnetischen Flusses erforderlich sind, separat gefertigt und nach Bestückung der Polkerne lb mit den Erreger- spulen 5 auf den Statorkern lb aufgesetzt. Damit können Einzelspulen 5 mit entsprechenden optimierter Lagengestaltung in idealer Wickeltechnik vorgewi- ckelt werden. Hier ist es sogar möglich, formgenau Spulen mit mehr als zwei Spulenlagen vorzusehen. Diese können auf Spulenträgern 2 erfolgen, die dann radial aufgeschoben werden bzw. als Erregerspulen 5 ohne Wickelkörper erfol- gen, die auf den vorher umspritzten oder isolierten Statorkern lb aufgesetzt werden. Nach der Bestückung werden die Polschuhe la aufgepresst oder auf- geklebt. Wird der Stator nach Bewicklung vergossen (Vergussmasse V), sind nicht besonders hohe Anforderungen an die Pressverbindung oder Klebverbin- dung zu stellen, da der Polschuh la durch das Vergussverfahren stabilisiert wird.

Diese Ausführungsform ist daher sinnvoll, um den Kupferfüllgrad zu optimie- ren, in dem die Spulen entsprechend der Wickelform nacheinander auf den einen Stator ohne Polschuhe aufgeschoben werden können, wobei zuerst die Erregerspule mit (n+x)-Lagen bzw. an die Wickelgeometrie angepasste Keil- form auf jeden zweiten Statorkern lb aufgeschoben und dann die Erregerspu- len mit (n)-Lagen auf jeden zweiten benachbarten Jochzahn, so dass beim Aufschieben die Erregerspulen nicht berührt werden. Zudem ist der Statorkern lb vor dem Aufschieben bereits mit einer Isolation versehen, wie in Figuren 4 bis 7 ausgeführt. Alternativ kann die Spule auch auf einen Wickelkörper gewi- ckelt sein und mit dem Wickelkörper auf den Zahn geschoben werden.

Die U-förmigen Joche lb, 25 sind bei dieser Ausführungsform einstückig mit den Stegen ST ausgebildet, die die einzelnen Zahngruppen ZG, miteinander verbinden. Auch hier gelten die gleichen Bedingungen für Bi, B ₂ und B ₃ , wie sie in Figur 1 beschrieben sind. Die Figur 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des mehrteiligen Innenstators S. Bei dieser Ausführungsform sind die einzelnen Statorzähne 1 mit ihren Enden lf an einem inneren Statorinnenring R angeordnet bzw. z.B. mittels einer Schwalbenschanzführung lg verbunden. Auch bei dieser Ausfüh- rungsform bilden jeweils zwei benachbart angeordnet Statorzähne jeweils eine Zahngruppe ZG,. Dabei ist zwischen den Statorzähnen einer Zahngruppe ZG, jeweils ein magnetisches Rückschlussmittel 35 angeordnet über das der Mag- netkreis MF der jeweiligen Zahngruppe geschlossen wird. Sofern der Statorin- nenring R aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, kann auch ein Teil des Magnetflusses über den Statorinnenring R fließen. Vorzugsweise kann das magnetische Rückschlussmittel 35 ein Blechpaket mit anisotroper Vor- zugsrichtung in Flussrichtung sein. Vorzugsweise sollten dann die Breiten Bi und B ₂ gleich groß sein.

Die in den Zwischenelementen 31, 31 ^' angeordnete Wasserkühlung WK bzw. Heat-Pipe HP verläuft in axialer Richtung durch den Innenstator S und bildet den Wärmepfad WF-B.

Zwischen den U-Jochen, welche jeweils eine Zahngruppe ZG, bilden, ist wiede- rum ein Zwischenelement 31, 31 ^' angeordnet, welches als Wärmeleitelement dient. Diese Ausführungsform bietet gegenüber den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 die Möglichkeit, die Einzelzähne 1 vorher zu isolieren und zu bewickeln. Dabei kann die Statorisolationstechnik mit Wärmeleiteigenschaften der Ausführungsformen von Figur 7a bis Figur 10 angewendet werden und die Erregerspulen mit einem maximalen Füllgrad mit optional ungleicher Bewicke- lung der Nachbarzähne ausgeführt werden. Die Windungszahl benachbarter Zähne ist vorzugsweise zur Füllgradoptimierung unterschiedlich, setzt jedoch voraus, dass die benachbarten Zähne in Reihe verschaltet sind. So können die Spulen mit gleichem Kupferrunddraht unterschiedlich gewickelt werden, z.B. eine Spule 3-lagig, die benachbarte Spule 4-lagig bzw. mit unterschiedlichen geometrischen Formen.

Der Statorinnenring R kann als Blechpaket bzw. als Wärmeleiter ausgeführt werden. Wird er als ferromagnetischer Leiter ausgeführt, kann dies zur Opti- mierung der Dicke B ₂ bzw. der Gestaltung des magnetischen Rückschlussmit- tels 35 dienen. Auch ist eine Anpassung der Kontur im Bereich des Wärmelei- telementes 31 möglich, da dieser Bereich nur geringfügig zur Wärmeleitung beiträgt.

Es ist insbesondere auch möglich, dass die Statorkerne lb lediglich mit einem Vorsprung lh in eine radiale Ausnehmung Ra des Statorinnenrings R einge- setzt werden. In diesem Fall werden die Zwischenelemente 31 keilförmig aus- gebildet und in radialer Richtung durch die Spulen 5, das Füllmaterial F, etc. in Position gehalten. Durch die Keilform werden wiederum die Statorzähne 1 fest am Statorinnenring R gehalten.

Optional kann bei dem in Figur 3 dargestellten Innenstator S noch ein zusätzli- cher Innenring OT vorgesehen werden, der vorzugsweise im Sinne der verbes- serten axialen Wärmeleitung aus Aluminium hergestellt ist, dem Innenstator noch mehr Stabilität gibt und optional auch noch Kanäle für eine Wasserküh- lung WK aufweisen kann, wobei sich die Kanäle für die Wasserkühlung WK in axialer Richtung durch den Innenstator S erstrecken und einen Wärmepfad WF-Bl bilden, über den die Wärme in axialer Richtung abgeführt wird.

Für die vorbeschriebenen Ausführungsformen gilt, dass die Breite Bi des Statorzahns 1 sowie die Dicke B ₂ der magnetischen Rückschlüsse 25, 35 so dimensioniert sein müssen, dass der magnetische Fluss nicht behindert wird. Für die Flussführung kann anisotropes Material mit unterschiedlicher magneti- scher Vorzugsrichtung eingesetzt werden. Sind die U-förmigen Joche lb, 25 innen mit einem Ring R verbunden, so kann dieser Ring R bzw. Innenbereich auch ein wenig zum magnetischen Fluss beitragen, hat jedoch primär den Zweck zur Erhöhung der Stabilität des Innenstators S und kann sehr dünn- wandig ausgebildet werden, so dass B ₃ z.B. auch kleiner <3 mm ausgeführt werden kann. Dies hängt selbstverständlich jeweils von der Größe der Dreh- feldmaschine ab. Die Untergrenze der Dicke B ₃ wird durch ein wirtschaftliches Fertigungsverfahren sowie durch Steifigkeitsanforderungen bestimmt. Wird der Stator S vergossen, sind die Anforderungen an die Festigkeit gering, sodass die Dicke B ₃ minimiert werden kann. Wie bereits ausgeführt, können in der freigewordenen Fläche dann sinnvoll Zwischenelemente 21, 31, 31 ^' als Wär- meflussleitelemente mit integrierten Heat-Pipes HP oder Wasserkühlkreise WK bzw. Stifte oder Stoffe mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer oder Keramikstifte bzw. Formelemente, Kohlenstoffnanoröhren etc., vorgesehen werden, die sich in axialer Richtung des Stators S erstrecken. Diese Zwischen- elemente können, wie bereits beschrieben, zur effizienten axialen Kühlung ge- wichtsoptimiert eingesetzt werden. Die Anordnung dieser Zwischenelemente 21, 31, 31 ^' erfolgt zudem in einem Bereich, der für die Kupferspulen nicht genutzt werden kann und trägt somit zu einer Wärmeoptimierung des Stators bei.

Der beschriebene Aufbau des Innenstators S kann vor Bewickelung mit den Erregerspulen 5 vorab mit einer Isolation 2 für die Erregerspulen 5 versehen werden, wobei sich zur Isolation 2 insbesondere ein Spritzgussprozess im Thermoplast- oder Duroplastverfahren anbietet. Bei einem derartigen Prozess können die Zwischenelemente 21 vor dem Spritzprozess bereits eingelegt werden, wodurch sich ein optimaler thermischer Übergang zwischen Sta- tor/Spule und Zwischenelement 21, 31 am einfachsten erzielen lässt. Auch ist es möglich zusätzliche Wärmeleitelemente 28 zwischen Zwischenelement 21, 31 und Erregerspule 5 anzuordnen.

Die Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsge- mäßen Innenstators S, bei dem die U-förmigen Joche, welche durch die Statorzähne 1 und die sie miteinander verbindenden magnetischen Rück- schlüsse 25 gebildet sind, mittels Schwalbenschwanzführungen lg an dem In- nenring R befestigt sind bzw. in axialer Richtung hierzu auf den Ring R in des- sen korrespondierenden Ausnehmungen eingeschoben werden. Beispielhaft ist hier dargestellt, dass in einem Zwischenelement 21 auch mehr als eine Heat- Pipe HP angeordnet werden kann, wodurch der Wärmeabtransport in axialer Richtung deutlich erhöht werden kann.

Die Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Drehfeld- maschine mit mehreren möglichen Kühlungspfaden WF-B, WF-Bl und WF-C. Der Kühlungspfad WF-B ist durch eine Wasserkühlung WK oder eine Heat-Pipe gebildet und in einem Zwischenelement 21, 31, 31 ^' angeordnet, wie es in den Figuren 1 bis 4 dargestellt und beschrieben ist. Der Wärmepfad WF-Bl kann durch eine Wasserkühlung WK gebildet sein, welche sich durch den inneren Ring R,OT des Innenstators S erstreckt, wie es in der Figur 4 dargestellt ist. Zwischen der ECU und dem Innenstator S ist ein Kühlkörper bzw. Wärmetau- scher KK angeordnet, der die über die Wasserkühlung bzw. Heat-Pipes abge- führte Wärme an die Umgebung bzw. Wärmesenke abgibt. Ein weiterer Küh- lungs- bzw. Wärmeabführungspfad WF-C ergibt sich durch das stirnseitige An- liegen der Vergussmasse V an den Statorträger 13, welcher ebenfalls an dem Kühlkörper KK großflächig anliegt. Der topfförmige Rotor 16, 16a ist vorzugs- weise im Tiefziehverfahren hergestellt und an der Welle RW befestigt, welche ihrerseits über die Lager 40 am Statorträger 13 abgestützt ist. Das Rotorteil 16 ist vorzugsweise dicker ausgeführt als der Rotor 16a, dass die Permanent- magnete trägt. Der die Permanentmagnete tragende Rotorteil 16a ist dünn- wandig ausgeführt und wird durch den magnetischen Fluss signifikant geringer durchflutet als das eingesetzte Blechpaket 14, (d.h. Flussdichte im Rotor 16a mindestens 25%, vorzugsweise 50% geringer als im Blechpaket 14), wodurch die Eisenverluste minimiert werden und ein ferromagnetisches Material, das typischerweise beim einem wirtschaftlichen Tiefziehprozess verwendet wird, eingesetzt werden kann. Der Rotor weist einen geblechten Außenstator 14 sowie daran angeordnete Permanentmagnete 10 auf sowie eine Bandage aus Glas- oder Kohlefaser BK, wodurch der Rotor steifer wird und auch bei sehr hohen Drehzahlen betrieben werden kann. An der Stirnseite der Rotorwelle RW ist ein Sensortarget STA angeordnet, dessen Drehung von einem Sensor SE, welcher im Gehäuse der ECU angeordnet ist, detektiert wird. Die Leis- tungselektronik 41 ist so an der Gehäusewandung der ECU angeordnet, dass ihre Wärme direkt zum Kühlkörper KK abgeleitet wird. Über den Anschluss 26 und die Leitung 25 sind die Erregerspulen 5 mit der ECU verbunden.

Die Figur 6a zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen perspektivisch dargestellten Statorzahns 1, wobei die herkömmlich verwende- te Isolationsfolie, welche typischerweise aus Kapton gefertigt ist, ersetzt wor- den ist durch ein Wärmeleitelement 4 in Form einer Platte. Das Wärmeleitele- ment 4 weist eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit und eine hohe elektri- sche Durchschlagfestigkeit auf. Es kann aus einem Werkstoffe wie z.B. Kera- mik bzw. Werkstoff auf Keramikbasis gefertigt sein. So ist vorteilhaft an jeder Längsseite L des Polkerns lb mindestens ein Wärmeleitelement 4 angeordnet, wobei diese(s) möglichst großflächig an dem Polkern lb anliegt(en), beson- ders bevorzugt an der gesamten Längsseite L des Polkerns lb. Die hierdurch wesentlich erhöhte Wärmeleitfähigkeit in der Nut erlaubt es, den Kühlpfad von der Erregerspule 5 zum Statorzahn 1 signifikant zu verbessen.

Wie in Figur 6b zu erkennen ist, liegt der Isolierkörper 2 mit seiner Innenseite vollflächig an den Polkern lb sowie Bereichen des magnetischen Rückschlus- ses des Pols, also des Polrückschlusses lc und des Polschuhs la an.

Jeder Isolierkörper weist einen stirnseitigen Bereich 2a auf, an den im Bereich des Übergangs vom Polkern lb hin zum Polschuh la ein kragenförmiger Ab- schnitt 2b angrenzt. Im Bereich des Übergangs vom Polkern lb hin zum

Polrückschluss lc grenzt ebenfalls ein kragenförmiger Abschnitt 2c an den mittleren Bereich 2a an. Der Isolierkörper 2 liegt nicht nur an der Stirnseite 1 des Statorzahns 1 an, sondern greift auch noch seitlich um diesen herum und liegt auch an einem kurzen Abschnitt der Längsseite L des Statorzahns insbe- sondere im Bereich des Polkerns lb mit seinem Bereich 2d an (Figuren 6c und 6d). Der Bereich 2d weist im Bereich des Polkerns lb zudem an seiner Außenfläche Rillen für die Führung der ersten Lage der Spulendrähte der Erre- gerwicklung auf. Der Bereich des Polkerns lb bildet zusammen mit dem

Polrückschluss lc und dem Polschuh la eine Nut N zur Aufnahme der Spulen- drähte bzw. der Wicklung.

Figur 6e zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wär- meleitelements 4, welches als rechteckige Platte mit einer Dicke D ausgebildet ist. Die Dicke D sollte dabei vorteilhaft dicker ausgestaltet sein als die Dicke der seitlichen Vorsprünge 2d der Isolierteile 2, damit sichergestellt ist, dass das Wärmeleitelement 4 in unmittelbarem Kontakt mit der inneren Lage der Spulendrähte ist. Das Wärmeleitelement 4 ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (> 5 W/mK) und weist zugleich eine hohe elektrische Isola- tionsfähigkeit auf. So kann es z.B. aus Bor-Nitrid gefertigt sein.

Die Figur 7 zeigt eine weitere mögliche Optimierungsmöglichkeit des in den Figuren 6a-e dargestellten und beschriebenen erfindungsgemäßen Stator- zahns. Dabei ist jeweils ein Isolationskörper 20 an den beiden Wickelköpfen des Statorzahns 1 angeordnet, wobei die Isolationskörper 20 neben der Funk- tion der elektrischen Isolation und der Verbesserung der Spulenwickelbarkeit auch eine Haltevorrichtung für die beidseits des Polkerns lb angeordneten Wärmeleitelemente 4 bilden. Das Wärmeleitelement 4 kann dabei das gleiche sein, wie in der Ausführungsform gemäß der Figuren 6a bis 6e.

Die Figur 8 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Statorzahns 1, bei dem die elektrische Isolierung 200 direkt an den Statorkern lb gespritzt ist. Dabei können beim Umspritzvorgang gleichzeitig der obere Kragen 200b und der untere Kragen 200c sowie der Nutgrund mit Rillen 200a zur verbesserten Drahtführung ausgebildet werden. Zudem werden beim Umspritzvorgang mittels mindestens eines Schiebers eine oder mehrere Aussparungen 200e für anschließend einlegbare Wärmeleitelemente 4a freige- halten. Alternativ kann nach dem Umspritzen die äußere Kontur 200a maschi- nell freigelegt werden.

Die Figur 9 zeigt eine weitere Variante der Statorzahnumspritzung, bei der der Isolationskörper 7, 7a, 7b, 7c, 7d im Duroplastverfahren direkt an den Statorkern lb gespritzt wird. Das Granulat, welches zur Statorumspritzung verwendet wird, enthält bereits die zu einer optimierten Wärmeführung benö- tigten Keramikbeifügungen. Es entsteht somit ein Bauteil, was sowohl hin- sichtlich mechanischer und thermischer Stabilität, elektrischem Isolationsgrad und wärmeleitender Wirkung optimiert ist.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 6a-6e, 7 und 8 werden die isolieren- den Wärmeleitelemente 4, 4a zwischen Spule und Stator entlang der axialen Erstreckung des Statorzahns angebracht und dienen einem deutlich verbesser- ten Wärmeübergang zwischen Spule und Stator über annähernd die gesamte axiale Länge des Stators. Im Wickelkopfbereich bzw. Stirnseite S der

Statorzähne 1 werden vorzugsweise drahtführende und isolierende Kunststoff- endstücke in Form von Isolierkörpern 2, 20 vorgesehen, welche aufgesetzt oder angespritzt sein können. Dabei können die Wärmeleitelemente 4, 4a entweder kraftschlüssig durch die Isolierkörper 2, 20 positioniert oder form- schlüssig mit dem Statorzahn verbunden sein, so dass möglichst ein sehr ge- ringer Abstand und eine ausreichende Stabilität realisiert werden. Alternativ kann der Statorzahn, wie in Figur 8 dargestellt und beschrieben im Thermoplast-Spritzgussverfahren mit einem Standard-Kunststoff umspritzt werden und ein Bereich entlang der Seitenflächen des Polkerns lb ausgespart sein, so dass dort in einem nachfolgenden Schritt eine oder mehrere Wärme- leitplatten 4a bzw. ein Verbundkonzept mit mehreren Wärmeleitelementen eingefügt werden kann.

Weiterhin kann der Statorzahn, wie in Figur 9 dargestellt, komplett im Duro- plast-Spritzgussverfahren mit einem wärmeleitenden Material mit hohem spe- zifischen Leitwert, z.B. Bor-Nitrid Duroplastmaterial umspritzt werden. Verfah- renstechnisch ist dies weit weniger aufwändig als den kompletten Stator zu umspritzen, da die Spritzgussform deutlich einfacher gestaltet werden kann. Auch muss hier nicht auf festigkeitssteigernde Füllstoffe Wert gelegt werden, sondern es kann ausschließlich ein gut wärmeleitender und zugleich isolieren- der Werkstoff ausgewählt werden.

Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen ist es sinnvoll, nach dem Wi- ckelprozess den Stator zu vergießen bzw. zu verträufeln, um Lufteinschlüsse zwischen den Kupferdrähten und an der spulennahen Statorisolation möglichst vollständig zu vermeiden und somit den thermischen Übergang zwischen Erre- gerspule und Stator weiter zu optimieren. Als Vergussmaterial kann sinnvoll- erweise ein Material mit akzeptablen Wärmeleiteigenschaften eingesetzt wer- den, mit einem spezifischen Leitwert von 0,25 - 1 W/mK. Ein Vergussmaterial mit moderaten Wärmeleiteigenschaften ist immer noch um den Faktor 10 bes- ser als Luft, da Luft einen sehr niedrigen spezifischen Leitwert von lediglich 0,026 W/mK aufweist. Durch den Einsatz des Vergussmaterials kann der Übergang zwischen den Spulenlagen am Stator und der Isolationsfolie sowie zwischen den Spulenlagen, z.B. erste und zweite Spulenlage, somit deutlich verbessert werden.

Die Figur 10 zeigt einen Innenstator S mit vier verschiedenen möglichen Aus- führungsformen, die in den vier Quadranten A-D dargestellt sind. Allen Innen- statoren in den Quadranten A-D ist gemeinsam, dass die Statorzähne über einen inneren Ring R miteinander einstückig verbunden sind. Der Innenstator kann geblecht ausgeführt sein. Die gezeigten Ausführungsformen können selbstverständlich ebenso bei einem Außenstator eines Innenläufers vorgese- hen werden.

Im Quadranten A ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der gesamte Sta- tor 100 mit einem Duroplast umgossen ist, wie bei der Ausführungsform ge- mäß Figur 5, wobei keine zusätzlichen Wärmeleitelemente mehr vorgesehen sind. Das Duroplast hat eine Wärmeleitfähigkeit von größer 1 W/mK. Optional kann die Wicklungsnut WN nach dem Wickelprozess mit einer zusätzlichen Vergußmasse F vergossen bzw. verträufelt werden, um Lufteinschlüsse zwi- schen den Kupferdrähten und an der spulennahen Statorisolation möglichst vollständig zu vermeiden um somit den thermischen Übergang zwischen Erre- gerspule und Stator weiter zu optimieren.

Im Quadranten B ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Statorzähne bzw. Polkerne lb mit einem Thermoplast umspritzt sind, wobei Aussparungen 200e im Thermoplast im Bereich der Längsseiten L der Polkerne lb vorgese- hen sind, in die nach dem Spritzvorgang Wärmeleitelemente 4, 4a eingelegt werden können. Die Statorzähne sind dabei analog den in Figur 4 dargestellten ausgebildet.

Die Wärmeleitelemente sind dicker als die Isolierung und vorzugsweise konvex ausgebildet.

In den Quadranten C und D sind Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Stators 100 dargestellt, bei der eine Isolierung 7 mittels eines Spritzverfah- rens analog zu den Varianten im Quadranten A oder B vorgesehen sind, wobei zusätzlich noch nicht dargestellte Wärmeleitelemente 4, 4a entlang der Pol- kernlängsseiten vorgesehen sein können. Am Nutgrund G der Wicklungsnuten WN sind noch zusätzliche Einlegteile 9, 10 angeordnet, welche am Nutgrund G vollflächig anliegen und ggfs eine entsprechend des Nutgrundes G gekrümmte Wandung aufweisen. Diese Einlegeteile 9, 10 sind ebenfalls als Wärmeleitele- mente ausgebildet und weisen bevorzugt eine hohe Wärmeleitfähigkeit, insbe- sondere größer 5 W/mK, auf. Sie können z.B. aus Bor-Nitrid hergestellt sein.

In der Ausführungsform im Quadranten C sind die Einlegeteile 9 plattenförmig oder schalenförmig ausgebildet, wohingegen sie im Quadranten D einen sich in axialer Richtung erstreckenden stegförmigen Vorsprung aufweisen, der mit seinen beiden Seiten gegen die radiale Innenseite der Wicklungen 5 drückt. Zusätzlich können auch noch zwischen dem Polschuh la und dem radialen Wicklungsende 5a der Wicklungen Wärmeleitelemente 11 einliegen, welche aus dem gleichen Material wie die Teile 9, 10 hergestellt sind. Die Magnetkreise werden auch hier, wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt und beschrieben, mittels U-förmiger Joche, die durch die Zahngruppen ZG, gebildet sind, geführt bzw. gebildet. Die Zahngruppen ZGi sind über die Stege ST mit- einander verbunden, wobei die Zwischenelemente 21 zwischen den Zahngrup- pen, Stegen ST und den Erregerwicklungen 5 angeordnet sind.