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Title:
STATOR FOR ROTARY FIELD MACHINE HAVING AXIAL HEAT DISSIPATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154731
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stator (S) of an external rotor motor, wherein the stator (S) supports a plurality of excitation windings (5) and at least one heat dissipation means (22, 23, WI) for discharging heat in the axial direction is provided, wherein the heat dissipation means (22, 23, WI) contacts the end face (5s) of at least one excitation winding (5) or a potting compound (V) or insulation enclosing the excitation winding (5), and additionally is connected to a heat sink (13a, 13f), particularly in the form of the stator carrier (13), cooling element (KK) and/or housing (G), for removing the heat.

Inventors:
LEIBER, Thomas (Zatoglav 27p, Rogoznica, 22203, HR)
Application Number:
EP2019/052507
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
February 01, 2019
Export Citation:
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Assignee:
IPGATE CAPITAL HOLDING AG (Churerstraße 160a, 8808 Präffikon SZ Schwyz, 8808, CH)
International Classes:
H02K21/22; H02K1/27; H02K9/22
Domestic Patent References:
WO2010099974A22010-09-10
WO2010099975A22010-09-10
Foreign References:
DE102013101084A12014-08-07
US20070122293A12007-05-31
US8754568B22014-06-17
EP3091637A12016-11-09
EP2179488B12012-05-02
Attorney, Agent or Firm:
LENZING GERBER STUTE PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT VON PATENTANWÄLTEN M.B.B. (Bahnstr. 9, Düsseldorf, 40212, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Stator (S) eines Außenläufermotors, wobei der Stator (S) mehrere Erre- gerwicklungen (5) trägt und mindestens ein Wärmeleitmittel (22, 23, WI) zur Wärmeabfuhr in axialer Richtung vorgesehen ist, wobei das Wärme- leitmittel (22, 23, WI) an der Stirnseite (5s) mindestens einer Erreger- wicklung (5) oder an einer die Erregerwicklung (5) umgebenden Ver- gussmasse (V) oder Isolierung anliegt und zudem mit einer Wärmesenke (13a, 13f), insbesondere in Form des Statorträgers (13), Kühlkörpers (KK) und/oder Gehäuses (G), zum Abtransport der Wärme in Verbindung ist.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleit- mittel (23, WI) mittels einer Feder (19, 21) gegen die Erregerwicklung (5) kraftbeaufschlagt ist, wobei sich die Feder an dem Statorträger (13), Kühlkörper (KK) oder Gehäuse (G) abstützt.

3. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleit- mittel (23) mittels eines Schraubgewindes (23a) an die Erregerspule (5) anpressbar ist, insbesondere in eine Bohrung mit Innengewinde (13c) des Statorträgers (13), Kühlkörpers (KK) oder Gehäuses (G) einschraubbar ist.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Statorzähnen (1, la, lb) des Stators Zwischenelemente (11,

21, 31, 31 ') angeordnet sind, insbesondere diese miteinander verbinden, die sich in axialer Richtung (AX) des Stators (S) entlang der Statorzähne (1) erstrecken, wobei die Zwischenelemente (11, 21, 31, 31 ') aus einem anderen Material (MA2) als die Statorzähne (1, la, lb) gefertigt sind.

5. Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material

(MA2) der Zwischenelemente (11, 21, 31, 31 ') eine Wärmeleitfähigkeit A2 von größer 100 W/mK, insbesondere größer 200 W/mK, aufweist, ins- besondere Aluminium oder Magnesium oder eine Legierung davon ist.

6. Stator (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Stator (S) als Innenstator oder Außenstator ausgebil- det ist und eine Anzahl von N Statorzähnen (1) aufweist, die zusammen eine Anzahl von N/2 Zahngruppen (ZGi=i...N/2) bilden, und jeder Stator- zahn (1) jeweils einen Polkern (lb) und einen daran angeformten Pol- schuh (la) aufweist, wobei die Polkerne (lb) aus dem ersten Material (MAI) gefertigt sind, und dass jeweils eine Zahngruppe (ZG,) von zwei unmittelbar benachbart angeordneten Statorzähnen (1) gebildet ist, die zusammen mit einem magnetischen Rückschlussmittel (15, 25, 35) Be- standteil eines Magnetkreises (MF,) sind, wobei zwischen zwei benachbar- ten Statorzähnen (1) zweier benachbarter Zahngruppen (ZG) jeweils mindestens ein Zwischenelement (11, 21, 31, 31 ') angeordnet ist.

7. Stator (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen Erregerspule (5) und Statorzahn (1) mindestens ein Wärmeleitelement (12a, 12b) angeordnet ist, welches insbesondere mit dem Zwischenelement (11, 21, 31) in Kontakt ist und das Wärmelei- telement vorzugsweise Kunststoff, Aluminiumoxid- oder -nitridkeramik oder Siliciumcarbid bzw. Bor-Nitrid ist bzw. aufweist und/oder eine Wär- meleitfähigkeit l > 5 W/mK hat.

8. Stator (S) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- leitmittel (12a, 12b), insbesondere zur radialen Wärmeabfuhr von der Er- regerspule radial nach innen, zum wärmeabführenden Zwischenelement (21, 31), ein sich in axialer Richtung (AX) des Stators (S) erstreckender, insbesondere plattenförmiger Kühlkörper mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 5 W/mK ist und das Wärmeleitelement vorzugsweise Kunst- stoff, Aluminiumoxid- oder -nitridkeramik oder Siliciumcarbid bzw. Bor- Nitrid ist bzw. aufweist und/oder eine Wärmeleitfähigkeit l > 5 W/mK hat.

9. Stator (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass im oder am Zwischenelement (11, 21, 31) mindestens ein Wärmeleitmittel (WK, HP), insbesondere in Form eines Wasserkanals ei- ner Fluid- oder Wasserkühlung (WK) oder einer Heat-Pipe (HP), angeord- net ist, welches sich in axialer Richtung des Stators (S) erstreckt und zum Abtransport von Wärme in axialer Richtung dient, insbesondere mit einem Kühlkörper (KK) in Kontakt ist, insbesondere bei Einsatz einer He- at-Pipe ein klassisches Wärmerohr mit einem hermetisch gekapselten Vo- lumen, das mit einem Arbeitsmedium, insbesondere mit Wasser oder Ammoniak gefüllt ist, angeordnet wird.

10. Stator (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Raum zwischen den Wicklungen (5) in den Wicklungs- nuten (WN) mittels einer zusätzlichen Vergussmasse (F), insbesondere mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,25 W/mK, vergossen ist, insbesondere derart, dass keine Lufteinschlüsse mehr zwischen den Spu- lendrähten der Wicklungen (5) vorhanden sind.

11. Stator (S) eines Außenläufermotors nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Statorträger (13) mindestens ein, sich insbesondere in axialer Richtung parallel zu den Statorzähnen (1) erstreckender Kanal für eine Wasserkühlung (WK) und/oder Heat-Pipe (HP) angeordnet ist.

12. Drehfeldmaschine mit mindestens einem Stator (S) nach einem der vor- hergehenden Ansprüche.

13. Drehfeldmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeldmaschine zwei Statoren (S) und einen Außenläuferrotor aufweist, wobei der Außenläuferrotor mindestens ein sich radial zwischen den bei- den Statoren (S) erstreckendes Verbindungsmittel (14a) aufweist, wel- ches direkt oder indirekt über ein oder mehrere Teile (44, 14a), insbe- sondere über Kragen (16), mit der Welle (RW) drehfest verbunden ist, wobei an dem Verbindungsmittel (14a) mindestens eine zylinderförmige Wandung (14) angeformt oder befestigt ist, welche an ihrer Innenseite Permanentmagnete (10) trägt.

14. Drehfeldmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel des Rotors (14,14a) im Tiefziehverfahren hergestellt ist und insbesondere aus einem ferromagnetischen Material und dünn- wandig, vorzugsweise dünner als 3 mm, ist.

15. Drehfeldmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenläuferrotor von einem radial außenliegenden, insbesonde- re geblechtem, magnetischen Rückschlussmittel (42) umfasst ist, wobei sowohl zwischen den Polschuhen (la) und den Permanentmagneten (10) des Außenläuferrotors als auch zwischen dem Außenläuferrotor und dem magnetischen Rückschlussmittel (42) ein Luftspalt ist.

16. Drehfeldmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Erregerspulen (5) jedes Stators (S) der Drehfeldma- schine über einen oder zwei 3-Phasen-Anschlüsse (43) mit jeweils einer Leistungselektronikschaltung (LH) in Verbindung sind, sodass insbeson- dere bei Ausfall einer Leistungselektronikschaltung (LH) oder einer Spule noch ein Drehmoment, insbesondere 50% bzw. 75% des maximalen Drehmomentes, zur Verfügung steht.

17. Drehfeldmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Statorträger (13) unmittelbar oder über ein Zwischen- teil an einem Gehäuse (G) der Drehfeldmaschine angeordnet oder befes- tigt ist, insbesondere ein Kühlkörper (KK) am Statorträger (13) angeord- net ist.

18. Drehfeldmaschine nach Anspruch 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhr vom Stator (S) zum Kühlkörper (KK) oder Gehäu- se (G) über die Zwischenelemente (11, 21, 31, 31 ') und/oder die Was- serkühlung (WK) und/oder Heat-Pipes (HP) erfolgt.

19. Drehfeldmaschine nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeldmaschine ein Elektronikmodul (ECU) aufweist, wobei Komponenten des Elektronikmoduls (ECU) oder das Elektronikmodul (ECU) selbst mit dem Kühlkörper (KK) zum Wärmeabtransport in Verbin- dung ist, insbesondere der Kühlkörper (KK) zwischen dem Elektronikmo- dul (ECU) und dem Stator (S) bzw. dem Statorträger (13) angeordnet ist.

Description:
Stator für Drehfeldmaschine mit axialer Wärmeableitung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer Drehfeldmaschine, wobei der Stator mehrere Erregerwicklungen trägt.

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 Effizienz 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 die guten Wärmeleiteigenschaften des Duroplastmaterials der Wärmeübergang 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.

Zur Optimierung der elektrischen Isolierung der Statorzähne werden üblicher- weise Statorzahnendstücke aus Kunststoff verwendet, wobei dann die Isolati- on des Mittelbereichs durch eine dünne Kapton-Folie mit akzeptablem Leitwert (0,12-0,3 W/mK) und ausreichender Durchschlagfestigkeit > 2 kV erfolgt. Durch die Dünnwandigkeit der Kapton-Folie kann jedoch über diesen Wärme- pfad mehr Wärme übertragen werden. Durch die dünne Folie wird die Wärme- strecke von Erregerspule zum Stator hin reduziert sowie der Kupferfüllgrad erhöht, da die dünnwandige Kapton-Folie mehr Raum für die Kupferspulen im Wickelfenster zulässt. Diese Isolationstechnik wird jedoch in erster Linie einge- setzt, um den Kupferfüllgrad der Elektromotoren zu verbessern. Eine verbes- serte Kühlleistung resultiert daraus nicht, da üblicherweise die Spule nicht an der Kapton-Folie anliegt und somit sich ein gewisser Luftspalt zwischen der heißen Spule und der wärmeabführenden Kapton-Folie und der Erregerspule befindet, was bedingt ist durch die fehlende Präzision in der Wickeltechnik. Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wärmeabfuhr von den Wicklungen über den Statorzahn bzw. Stator zu verbessern und das Gewicht des Stators zu reduzie- ren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Stator eines Außenläufermo- tors gelöst, dessen Stator mehrere Erregerwicklungen trägt und mindestens ein Wärmeleitmittel zu Wärmeabfuhr in axialer Richtung vorgesehen aufweist, wobei das Wärmeleitmittel an der Stirnseite mindestens einer Erregerwicklung oder an einer die Erregerwicklung umgebenden Vergussmasse oder Isolierung anliegt und zudem mit einer Wärmesenke, insbesondere in Form des Stator- trägers, Kühlkörpers oder Gehäuses, zum Abtransport der Wärme in Verbin- dung ist.

Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Wärmeleitmitteln, welche an der Stirnseite der Erregerwicklungen anliegen, wird vorteilhaft auch in axialer Richtung von der Erregerwicklung Wärme abtransportiert, wodurch die Wär- meableitung deutlich verbessert wird und damit die mit dem Stator ausgestat- tete Drehfeldmaschine leistungsfähiger wird.

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

Es ist zudem von Vorteil, wenn das Wärmeleitmittel entweder mittels einer Feder gegen die Erregerwicklung kraftbeaufschlagt ist, wobei sich in diesem Fall z.B. die Feder unmittelbar oder über Zwischenteile an dem Statorträger, Kühlkörper oder Gehäuse abstützt, oder aber das elektrisch isolierende Wär- meleitmittel mittels eines Schraubgewindes an die Erregerspule anpressbar ist, wobei es im letzteren Fall z.B. in eine Bohrung mit Innengewinde des Stator- trägers, Kühlkörpers oder Gehäuses einschraubbar ist. Das Wärmeleitmittel, insbesondere der Schraublösung, besteht aus zwei Teilen : (a) einem isolieren- den Kopfstück vorzugsweise aus Bor-Nitrid, Silizium-Carbid oder Keramik und (b) einem Träger aus Aluminium. Durch das Kopfstück erfolgt die elektrische Isolation, durch den Rest die Wärmeleitung.

Zusätzlich zu den axial an den Erregerspulen anliegenden und in axialer Rich- tung Wärme abführenden Wärmeleitmitteln können noch zwischen den

Statorzähnen oder durch zwei Statorzähne gebildeten Zahngruppen, welche insbesondere U-förmige Joche bilden, noch Zwischenelemente angeordnet sein. Diese können lediglich zwischen den Statorzähne bzw. Zahngruppen ein- gelegt sein oder aber auch zur Verbindung dieser dienen. So können diese Zwischenelemente insbesondere dort angeordnet sein, wo kein oder kein we sentlicher magnetischer Fluss fließt, so dass sie diesen nicht nachteilig behin- dern. Aus diesem Grund können die Zwischenelemente auch aus einem ande- ren Material gefertigt sein als die Statorzähne bzw. die den magnetischen Rückschluss zwischen den Statorzähnen bildenden Bereiche bzw. Teile.

Die Zwischenelemente erstrecken sich dabei vorteilhaft in axialer Richtung entlang des Stators und können vorteilhaft zur Wärmeabfuhr in axialer Rich- tung aus dem Stator heraus dienen. Sie können auch aus einem anderen Ma- terial als die Statorzähne gefertigt sein, welche insbesondere leichter und/oder besser die Wärme leitet als das Material der Statorzähne. Vorteilhaft hat das Material der Zwischenelemente eine Wärmeleitfähigkeit A2 von größer als Ei- sen (80 W/mk) mit mindestens 150 W/mK (z.B. Wärmeleitwert von Magnesi- um), insbesondere größer 200 W/mK (Wärmeleitwert von Aluminium). Es ist somit vorteilhaft aus Aluminium oder Magnesium oder einer Legierung von diesen Materialien hergestellt.

Der erfindungsgemäße Stator weist vorteilhaft eine Anzahl von N Statorzähnen auf, die zusammen eine Anzahl von N/2 Zahngruppen ZG i=i ... N /2 bilden, und jeder Statorzahn jeweils einen Polkern und einen daran angeformten Polschuh aufweist. Dabei bilden jeweils zwei unmittelbar benachbart angeordnete Statorzähne eine Zahngruppe ZG,, welche mit einem magnetischen Rück- schlussmittel, welches zwischen den beiden Statorzähnen der Zahngruppe an- geordnet oder mit diesen einstückig ausgebildet ist, Bestandteil eines Magnet- kreises sind. Die oben beschriebenen Zwischenelemente sind in diesem Falle zwischen zwei benachbarten Zahngruppen angeordnet.

Ebenso ist es möglich, dass die Statorzähne bzw. Zahngruppen über Stege miteinander verbunden sind, wobei die Stege eine geringere Querschnittsflä- che aufweisen, als die den magnetischen Rückschluss bildenden Verbindungs- bereich zwischen zwei Statorzähnen. Bei einer derartigen Ausführungsform liegen die Zwischenelemente zwischen den Wicklungsdrähten der Erregerspu- len, den Statorzähnen und den Stegen ein und an diesen an. Ebenso ist es möglich, dass die Statorzähne bzw. Zahngruppen an einem Innenring ange- ordnet bzw. an diesem befestigt sind, wobei dann die Zwischenelemente an dem Innenring, den Statorzähnen und den Erregerwicklungen bzw. einem da- zwischen angeordnetem zusätzlichen Wärmeleitelement anliegen.

Ebenso ist es möglich, dass bei den zuvor beschriebenen möglichen Ausfüh- rungsformen zusätzlich zwischen Erregerspule und Statorzahn mindestens ein weiteres Wärmeleitelement angeordnet ist, welches insbesondere auch mit dem Zwischenelement zur Wärmeübertragung in Kontakt sein kann. Dieses zusätzliche Wärmeleitelement kann neben der Wärmeableitung in Umfangs- richtung auch zur radialen Wärmeabfuhr von der Erregerspule dienen, wobei dies radial nach innen hin zum wärmeabführenden Zwischenelement erfolgt. Das zusätzliche Wärmeleitelement erstreckt sich dabei ebenfalls in axialer Richtung des Stators und kann vorteilhaft ein Formstück mit einer Wärmeleit- fähigkeit von größer 5 W/mK sein.

Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen kann im oder am Zwischen- element mindestens ein Wärmeleitmittel, insbesondere in Form eines Wasser- kanals einer Wasserkühlung oder einer Heat-Pipe, angeordnet sein, welches sich in axialer Richtung des Stators erstreckt und ebenfalls zum Abtransport von Wärme in axialer Richtung dient. Das Wärmeleitmittel in Form einer Heat- Pipe kann auch mit einem zusätzlichen Kühlkörper in Kontakt sein. Sofern im Stator eine Wasser- bzw. Fluidkühlung vorgesehen ist, wird das das Zwischen- element durchströmende Fluid durch oder am Kühlkörper zur Wärmeabgabe an diesen durch- bzw. entlangströmen. 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.

Zusätzlich kann bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen der Raum zwi- schen den Wicklungen der Erregerspulen in den Wicklungsnuten mittels einer zusätzlichen Vergussmasse, welche insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,25 W/mK aufweist, vergossen sein. Der Verguss erfolgt insbe- sondere vorteilhaft derart, dass keine Lufteinschlüsse mehr zwischen den Spu- lendrähten der Wicklungen vorhanden sind, wodurch sich ebenfalls eine sehr gute Wärmeableitung aus den Erregerspulen heraus hin zum Statorzahn und den axialen Wärmeleitelementen bzw. -mittein ergibt.

Der erfindungsgemäße Stator kann auch derart ausgebildet sein, dass die Statorzähne bzw. die Zahngruppen entweder in axialer Richtung auf einen Statorinnenring aufgeschoben sind, insbesondere mittels Schwalbenschwanz- führungen an diesem gehalten sind, oder dass ein Statorzahn radial in eine Ausnehmung des Innenrings eingreift und mittels eines im Querschnitt keil- förmigen Zwischenelementes in Position gehalten ist.

Auch ist es möglich, dass im oder am Statorträger und/oder dem Innenring oder einem zusätzlichen Stützring (OT) mindestens ein, sich insbesondere in axialer Richtung parallel zu den Statorzähnen erstreckender Kanal für eine Wasserkühlung und/oder mindestens eine Heat-Pipe angeordnet ist. Hierdurch kann die Wärmeabfuhr in axialer Richtung zusätzlich noch erhöht und damit die Leistungsfähigkeit der Drehfeldmaschine erhöht werden.

Es ist selbstverständlich, dass auch eine Drehfeldmaschine mit einem zuvor beschriebenen Stator Erfindungsgegenstand ist und beansprucht wird. Dabei kann der Statorträger unmittelbar oder über ein Zwischenteil an einem Gehäu- se der Drehfeldmaschine angeordnet oder befestigt sein. Zusätzlich kann auch noch ein Kühlkörper am Statorträger angeordnet sein, wobei dann die Heat- Pipe oder die Wasserkühlung Wärme hin zum Kühlkörper transportiert und über diesen an das Gehäuse oder die Umgebung abgibt. Auch kann bei einer erfindungsgemäßen Drehfeldmaschine ein Elektronikmodul vorgesehen sein, welches im oder am Gehäuse der Drehfeldmaschine angeordnet ist, und vor- teilhaft auch in Kontakt mit dem Kühlkörper ist. Das Gehäuse der Drehfeldma- schine kann selbstverständlich auch zumindest zum Teil als Kühlkörper mit entsprechend großer Oberfläche zur Wärmeabgabe ausgebildet sein. Auch ist es möglich, dass nur bestimmte Elektronikkomponenten, wie z.B. die Leis- tungselektronik, unmittelbar ihre Wärme an den Kühlkörper abgeben. Es ist selbstverständlich ebenso im Sinne der Erfindung, wenn die Drehfeldmaschine bzw. der erfindungsgemäße Stator mehrere Kühlkörper aufweist.

Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen mehrere mögliche Ausführungs- formen des erfindungsgemäßen Stators sowie möglicher Drehfeldmaschinen erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 : Eine Drehfeldmaschine mit einer ersten möglichen Ausführungs- form eines erfindungsgemäßen Stators mit axial an den Erreger- spulen anliegenden Wärmeleitmitteln;

Fig. 2: weitere mögliche Ausgestaltung axial an den Erregerspulen anlie- gender Wärmeleitmittel;

Fig. 2a : Ausschnittsvergrößerung von Figur 2;

Fig. 3: einen Teil des Querschnitts durch eine erste mögliche Ausführungs- form eines erfindungsgemäßen Innenstators mit mittels Stegen verbundener Zahngruppen;

Fig. 4: mögliche Abwandlung des Innenstators gemäß Figur 3 mit separat gefertigten Polschuhen, welcher mittels einer Vergussmasse ver- gossen ist, wobei ein zusätzlicher optionaler Innenring mit oder ohne Wasserkühlung vorgesehen sein kann;

Fig. 5: weitere mögliche Ausgestaltung eines Innenstators mit Innenring und daran befestigter Statorzähne, wobei auch hier ein zusätzlicher optionaler Innenring mit oder ohne Wasserkühlung vorgesehen sein kann;

Fig. 6: weitere mögliche Ausführungsform, wobei die Statorzähne einer

Zahngruppe einteilig ausgebildet sind und ein U-förmiges Joch bil- den, wobei das Joch mittels Schwalbenschwanzführungen an einem Innenring befestigt sind;

Fig. 7: Querschnittsdarstellung durch eine Drehfeldmaschine mit Außen- läufer und Innenstator, mit mehreren axialen Wärmeleitpfaden;

Fig. 8: Doppeltopfdrehfeldmaschine mit zwei Innenstatoren mit axialer

Wärmeabfuhr;

Fig. 9: erfindungsgemäßer Außenstator mit axialem Wärmeleitmittel.

Die Figur 1 zeigt eine Drehfeldmaschine mit einer ersten möglichen Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Stators S mit axial an den Erregerspulen anliegenden Wärmeleitmitteln 22, 22a und 23a, 23a, 23b. Das Wärmeleitmit- tel 22, 22a besteht dabei aus einer wärmeleitenden Ringplatte 22a, welche an einem z.B. aus Metall gefertigten Grundkörper 22 befestigt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Wärmeleitmittel lediglich aus einem wärmeleitenden Körper 22a besteht, wobei dann auf den Grundkörper 22 verzichtet werden kann. Mittels einer Feder 21, welche zusammen mit dem Wärmeleitmittel bzw. dessen Grundkörper 22 in einer Ausnehmung 13d, insbesondere in Form eines Sackloches, des Statorträgers 13 einliegt und sich an dessen Boden abstützt, wird das Wärmeleitmittel 22, 22a axial gegen die Erregerwicklung 5 gedrückt. Alternativ oder zusätzlich kann das Wärmeleitmittel 23 vorgesehen werden, welches mit einem Außengewinde 23a versehen ist, mit dem es in die Innen- bohrung mit Innengewinde 13c des Statorträgers 13 einschraubbar und mit seiner wärmeleitenden Ringplatte bzw. Platten 23b axial gegen die Erreger- wicklung 5 bzw. deren Isolierung oder Vergußmaterial V andrückbar ist. Mittels des Gewindes 23a kann vorteilhaft ein großer Druck auf die Erregerwicklung 5 aufgebracht werden, so dass deren Wicklungsdrähte eng aneinanderdrückbar sind, wodurch ein guter Wärmeübergang realisierbar ist. Es versteht sich von selbst, dass in Umfangsrichtung des Stators jeweils im Bereich eines Stator- zahns jeweils mindestens ein Wärmeleitmittels 22, 22a, 23, 23a, 23b vorgese- hen werden kann. Die Erregerwicklung ist auf einem Wicklungsträger 2 aufge- wickelt, welcher gleichzeitig die elektrische Isolierung bildet und optional auch zum Wärmetransport von der Erregerwicklung hin zum Statorzahn 1 oder wei- terer Wärmeleitmittel 11, 21, 31, 31 ' ausgebildet sein kann. Mögliche Ausbil- dungen des Wicklungsträgers 2 sowie der weiteren möglichen Wärmeleitmittel 11, 21, 31, 31 ' für den verbesserten Wärmetransport sind in den Figuren 3 bis 8 dargestellt und anhand dieser näher beschrieben.

Der Statorträger 13 ist an der Innenseite des Gehäuses G angeordnet und an diesem befestigt. Der Innenstator S wird zudem von dem topfförmigen Rotor 16 umfasst, welcher an seiner zylindrischen Innenwandung einen geblechten magnetischen Rückschluss 14 sowie Permanentmagnete 10 trägt. Die Lage- rung des Rotors im Gehäuses G ist nicht dargestellt und kann beliebig ausge- bildet werden.

Die Figur 2 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung axial an den Erreger- spulen anliegender Wärmeleitmittel WI. Das Wärmeleitmittel WI ist, wie in der Ausschnittsvergrößerung gern. Figur 2a, dabei bevorzugt eine Ringplatte aus einem sehr gut wärmeleitenden Material, welches vorzugsweise mittels einer Feder aus gut leitfähigen Material (z.B. Aluminium, Stahl) 19, die sich an dem Bereich 13f des Statorträgers 13 abstützt, gegen die axiale Stirnseite der Er- regerwicklung 5 bzw. deren Vergussmasse V großflächig gedrückt wird.

Auf die Feder kann, wie in Figur 2 dargestellt, auch verzichtet werden. In die- sem Fall werden entsprechend der Wickelgüte entsprechende keilförmige Plat- ten mit einem Radius, z.B. zwei Halbschalen in den Bereich zwischen Wickel- kopf und Statorträger eingeschoben und nachher vergossen. Diese Scheiben können auch in der Dicke angepasst werden, z.B. für die Güte der Wickelung bzw. unterschiedlich geometrische Dicken für unterschiedliche Windungszahlen eines Motors aufweisen. Damit kann der Abstand minimiert werden und der Wärmeübergang optimiert werden. Zwingend ist in diesem Fall ein Verguss des Stators mit den Wärmeleitmitteln WI und dem Bereich 13f des Statorträ- gers. Auch ist ein geringfügiges Anpressen der Wickelung damit möglich, da das Wärmeleitmittel isolierend ist und somit keinen Durchschlag verursacht. Dabei kann in Umfangsrichtung wieder jeweils pro Statorzahn jeweils mindes- tens ein Wärmeleitmittel WI vorgesehen sein. Ansonsten ist der übrige Aufbau der Drehfeldmaschine dem der in Figur 1 dargestellten Drehfeldmaschine sehr ähnlich.

Die Figur 3 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,. Eine Zahngruppe ZG, bildet dabei ein im Wesentlichen U-förmiges Joch. Die Zahngruppen ZG, sind dabei jeweils 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. Durch die Zwischenelemente 21 kann zudem das Gewicht des Innensta- tors 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 ange- ordnet ist. Vorteil dieser Zwischenelemente 21 ist, dass hier ein Material mit wesentlich 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 Statorzähne 1 und magnetischen Rückschlüsse 25 sind aus einem ersten, insbesondere ferromagnetischen Material MAI gefertigt. Die Zwischenelemen- te 21 sind aus einem zweiten anderen Material MA2 gefertigt, welches insbe- sondere leichter und/oder 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 und/oder Heat-Pipes HP integriert sein, welche sich in axialer Richtung erstre- cken 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, gebildet sein, mittels derer die Wärmleiteigenschaften wei- ter gegenüber dem nicht-ferromagnetischen Grundmaterial der Zwischenele- mente verbessert werden. Durch diese Stifte wird insbesondere die axiale Wärmeleitung optimiert, was in der Ausgestaltung eines Außenläufermotors zur Wärmeabfuhr besonders wichtig 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 4 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 . Zusätzlich kann noch ein Innenring OT zur Verstärkung und/oder zur Kühlung des Stators S eingesetzt bzw. angeordnet werden, welcher radial innen an den Zahngruppen ZGi und den Stegen ST, insbesondere vollflächig anliegt, derart, dass ein guter Wärmeübergang erfolgen kann. Optional kann noch in diesem zusätzlichen Ring OT eine aktive Kühlung mittels eines Fluids, wie z.B. einer Wasserkühlung WK, oder eine passive Kühlung mittels nicht dargestellter He- at-Pips HP erfolgen. Die Wärme kann dabei über die Kühlung WK hin zu einem z.B. axial neben dem Stator angeordneten Kühlkörper, wie er z.B. in Figur 7 dargestellt ist, oder hin zum Statorträger 13 oder dem Gehäuse G erfolgen.

Die Figur 5 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 angeordnete Statorzähne jeweils eine Zahngruppe ZG,. Dabei ist zwischen den Statorzähnen einer Zahngruppe ZG, jeweils ein magnetisches Rückschlussmittel 35 angeordnet, über das der Magnetkreis MF der jeweiligen Zahngruppe geschlossen wird. Sofern der Sta- torinnenring 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 Vorzugsrichtung in Flussrichtung sein. Vorzugsweise sollten 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 beträgt.

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 werden 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 6 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 7 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 6 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 ist vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellt und an der Welle RW befestigt, welche ihrer- seits über die Lager 40 am Statorträger 13 abgestützt ist. Der Rotor weist ei- nen geblechten Außenstator 14 sowie daran angeordnete Permanentmagnete 10 auf. An der Stirnseite der Rotorwelle RW ist ein Sensortarget STA angeord- net, dessen Drehung von einem Sensor SE, welcher im Gehäuse der ECU an- geordnet ist, detektiert wird. Die Leistungselektronik 41 ist so an der Gehäu- sewandung der ECU angeordnet, dass ihre Wärme direkt zum Kühlkörper KK abgeleitet wird. Über den Anschluss 26 und die Leitung 25 sind die Erreger- spulen 5 mit der ECU verbunden.

Die Figur 8 zeigt eine Doppeltopfdrehfeldmaschine mit zwei Innenstatoren S mit Standardstatoren ohne Zwischenelemente mit axialer Wärmeabfuhr über den Wärmepfad WF-C am Wickelkopf und WF-Bl im Statorträger mittels der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Wärmeleitmittel IW, 22 und 23, sowie zu- sätzlicher Wasserkühlung WK über die im Statorträger und Stator angeordne- ten Wasserkanäle. Selbstverständlich können auch die zuvor beschriebenen Heat-Pipes HP bei dieser Drehfeldmaschine verwendet werden. Sowie eine axiale Kühlung über Zwischenelemente im Stator (WF-B). Zudem sind zwei Alternativen der Wickelkopfkühlung dargestellt. Der linke Stator wird an der Stirnseite nur über einen geringen Abstand zum Statorträ- ger 13 sowie Verguss gelöst, während auf dem rechten Stator die Wärmeleit- mittel IW sowie optional die nicht gezeichneten Varianten der Wärmeleitmittel 22 und 23 eingesetzt werden.

Die Wärmeabfuhr des Stators erfolgt somit fast ausschließlich axial an die lin- ke und rechte Stirnseite. Für einen optimierten Wärmehaushalt wird die ECU oberhalb und parallel zum E-Motor eingesetzt. Dadurch ergibt sich eine opti- male Wärmeverteilung, weil die ECU nicht durch den Stator erwärmt wird und somit als Wärmesenke der ECU das Gehäuse (G) des Motors sowie der Außen- bereich genutzt werden kann.

Der Rotor 16 dieser Doppeltopfdrehmaschine besteht aus 2 ferromagnetischen Tiefziehteilen 16, einem mit der Welle verbundenen Mitnehmer 44, mit dem die Tiefziehteile vorzugsweise über Schweißverbindungen verbunden sind. Die Welle wird über 2 weit auseinander stehende Lagerungen in den Statorträgern 13 abgestützt, wodurch der Stator sehr steif wird und mit hoher Drehzahl be- lastet werden kann. An der Innenseite der Rotoren 16 sind gestückelte Perma- nentmagnete angebracht. Die Stückelung wird eingesetzt, um die Magnetver- luste zu minimieren. Der Rotor ist zudem mit einem Glas- oder Kohlefaserband bandagiert und somit für hohe Belastungen ausgelegt.

Der Rückschluss des Magnetkreises erfolgt über ein im Gehäuse G befestigtes Statorrückschlußpaket 42. Damit weist der Rotor 2 Luftspalte auf. Dieser dop- pelte Luftspalt führt zwar zu einer Verschlechterung des Magnetkreises, wirkt sich jedoch entlastend auf den Rotor aus, da der Rotor nicht nur einseitig vom Stator radial mit Kraft F Ri belastet ist, sondern auch einen Kraftvektor F Ra in Richtung Rückschlussblechpaket hat. Damit kann die auf den Rotor wirkende Radialkraft reduziert werden und auch ein dünnwandiger Rotor mit sehr hohen Drehzahlen belastet werden. Die durch die Drehzahl wirkende Fliehkraft kann gut bilanziert werden, so dass im Auslegungspunkt der Nominalleistung die Radialbelastung des Rotors optimiert wird. Zudem unterstützt eine Bandage des Rotors aus einem hochbelastbarem dünnwandigen Glas- Kohlefaserband bei Maximalleistung, d.h. sehr hohen Drehzahlen, wo wiederum die Fliehkräfte dominieren. Somit kann über das gesamte Lastkollektiv (Nominalleistung, Ma- ximalleistung) der Motor sehr stabil ausgelegt werden.

Im Vergleich zur Ausführung in Figur 7 erfährt der Außenläufermotor auch keine einseitige Belastung und ist wesentlich steifer und somit geeignet als Leistungsmotor mit sehr hohen Drehzahlen, insbesondere als Traktionsmotor von Elektroautos mit sehr hoher Leistung.

Zusätzlich weist jeder Stator eine 3-Phasen oder 6-Phasen-Kontaktierung auf. Eine 6-Phasenkontaktierung besteht aus jeweils zwei Phasensträngen. Damit kann eine zweifache Redundanz erzielt werden, weil bei Ausfall von 3-Phasen einer Seite noch das halbe Drehmoment zur Verfügung steht. Bei einer 2x 6- Phasen-Gestaltung ist bei Ausfall von einem 3-Phasen-Strang noch ca. 75% des Drehmomentes zur Verfügung. Dies erfüllt die Anforderungen von auto- nomen Fahrzeugen mit nur einem elektrischen Antriebsmotor.

Die Figur 9 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Außenstator mit axia- lem Wärmeleitmittel. Auch bei dieser Ausführungsform können die Wärme- leitmittel, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt und beschrieben sind, zu- sätzlich eingesetzt werden. Der in Figur 9 dargestellte Außenjochstator S weist Statorzähne 1 auf, wobei jeweils zwei benachbarte Statorzähne 1 jeweils eine Zahngruppe ZG, bilden. Ein Zahngruppe ZG ist dabei im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig, wobei die einzelnen Zahngruppen ZG, mittels Zwi- schenelemente 11 auf Abstand bzw. zueinander in Position gehalten und/oder miteinander verbunden sein können bzw. sind.

Die Zwischenelemente 11 haben die Aufgabe, die Kühlleistung zu erhöhen und sind somit vorteilhafterweise aus einem Material mit gutem thermischen Leit- wert. Ist das Zwischenelement 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material, so muss es hin zur Spule 5 noch separat isoliert werden, was z.B. mittels des Elementes 12b erfolgen kann. Durch das Zwischenelement 11 kann zudem das Gewicht reduziert werden. Auch kann die Wärmeleitung direkt von der Spule 5 hin zum Zwischenelement 11 erfolgen, sofern das Element 12b eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Vorteil dieser Zwischenelemente 11 ist, dass hier ein Material mit wesentlich günstigeren thermischen Leitwerten eingesetzt werden kann, als das sich im Standardfall dort befindliche Statorblech. Es er- geben sich somit weitere parallele Wärmepfade S und ST, statt lediglich von Spule 5 hin zum Statorzahn 1 und von dort aus zum Gehäuse der Drehfeldma- schine.

Jeder Statorzahn 1 steht dabei aus dem Polkern lb und dem angeformten Pol- schuh la, wobei die Statorzähne 1 einer Zahngruppe ZG, mittels des magneti- schen Rückschlussmittels 15 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 Statorzahn 1 dienen können.

Die Statorzähne 1 und magnetischen Rückschlüsse 15 sind aus einem ersten, insbesondere ferromagnetischen Material MAI gefertigt. Die Zwischenelemen- te 11 sind aus einem zweiten anderen Material MA2 gefertigt, welches insbe- sondere leichter und/oder einen besseren Leitwert als das erste Material MAI aufweist. Die Statorzähne einer Zahngruppe bilden zusammen mit ihrem mag- netischen Rückschlusselement 15 ein U-förmiges Joch, welches einen Teil des Magnetkreises MF bildet.

Der Innenrotor 9 ist beispielhaft mit Permanentmagneten 10 bestückt.

Die Zwischenelemente 11 können optional Kanäle für einen Wasserkühlkreis- lauf WK bilden oder mit integrierten Heat-Pipes HP ausgestattet sein. Die He- at-Pipes HP können auch durch sehr gut wärmeleitende Formelemente, z.B. Kupferstifte, gebildet sein. Durch diese Stifte wird insbesondere die axiale Wärmeleitung optimiert, was in der Ausgestaltung eines Innenläufermotors vorteilhaft zur Wärmeaufteilung genutzt werden kann.