用于电机、优选具有径向冷却通道的机器的定子、优选包覆成型的定子、用于这种定子的生产方法及这种定子在电机中的应用与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于电机的定子、优选直接冷却式定子，其在现有技术中熟知为干式转轮(dry runner)，其中，冷却剂(即，优选水和乙二醇的混合物)与被包覆成型的定子直接接触，并且其中，定子室通过物理屏障与转子室分隔开。本发明还涉及用于这种定子的生产方法以及这种定子在电机中的应用。

背景技术：

1、例如，在文献de 10 2017 221 808 a1中描述了用于电机的常规定子。当被集成在电机中时，这种定子的确可以在运行中被很好地冷却，然而，当要实现电机的性能的提高时，必须调整它们的冷却能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供或指示一种用于定子的改进的或至少不同的实施方式。特别地，优选地通过借助于包覆成型的绕组头部的区域内的冷却剂流动优化将定子部件的热点最小化，来试图优化定子的冷却能力。

2、在本发明中，这个问题尤其通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求和说明书的主题。

3、优选地，本发明的基本思想在于提供用于定子的增强冷却，所述定子具有被包封的定子芯和绕组，目的是避免与高压机器的介电击穿相关的问题，并且避免重要零件(即，焊接点区域中的开放式铜线和层叠的定子芯的钢板)的腐蚀。优选地，可以注意到，优选实施例中的绕组包括从现有技术中熟知的发卡式设计，其中发卡组根据所需的电磁方案至少在定子芯的一侧上被焊接在一起，并且其中绕组包括至少一根母线(即，星形连接件和/或相连接件)，以实现所需的用于绕组的电磁设计的功能。类似地，绕组在定子芯的至少一侧上包括起相连接件作用的母线以用于将绕组与电源连接，其中发卡绕组的至少两根线被链接在一起。优选地，可以注意到，定子包括用于定子包封的塑料材料，其中至少用两次包覆成型施加该材料，目的是提供定子的所有目标区域中的绝缘材料的所需厚度。

4、优选地，本发明处理和解决的主要技术问题是电线与包覆成型材料内包括的母线之间的区域中的大块绝缘材料，其中由于被用于定子包封的塑料材料的导热性低，在绕组头部(即，定子芯的至少一侧上的绕组悬伸部)区域中产生热点。本领域技术人员可以理解所提出的发明，其中通过在包覆成型的母线的区域中提供用于冷却剂流动应用的径向冷却通道和/或径向孔，热点显著地被最小化并且基本上被消除，其中在定子绕组的发卡与母线之间提供用于冷却剂流动的通路。

5、为此，提出了一种用于电机的定子，该定子具有限定纵向中心轴线的环形的定子主体。沿着纵向中心轴线延伸并且在两侧上相对于纵向中心轴线轴向地突出超过定子主体的导电定子绕组相对于纵向中心轴线、特别是相对于定子主体的内周表面径向向内地被固定，例如被注入其上，并且被注塑成型体包围。由此，定子主体一方面被环形的第一轴向悬伸部并且另一方面被环形的第二轴向悬伸部轴向地侧接。重要的是，定子具有能够被冷却剂流过的多个径向冷却孔，该径向冷却孔穿透第一和/或第二轴向悬伸部。由此，第一和/或第二轴向悬伸部可以被冷却剂流过。在配备有根据本发明的定子的电机的运行中，这允许在第一和/或第二轴向悬伸部的区域中冷却定子，即，产生的热能可以有针对性地在那里被排出。该定子因此特别适用于相对高性能的电机。

6、定子的定子绕组可以由以u形方式弯曲的多个单独的线股制成，该线股分别在一端具有两个自由线端且在另一端具有弯曲部。在定子绕组在定子主体上的安装过程内，线股可以以它们的自由线端朝前被插入到定子主体中，使得在定子主体的一侧上自由线端轴向地突出并且在定子主体的另一侧上线股的弯曲部轴向地突出。然后，插入的线股的自由线端可例如彼此焊接或熔接，使得单独的线股以导电方式被连接。随后，注塑成型体可以围绕所述定子绕组注入。

7、形成定子绕组的外壳的注塑成型体在这里有利地由适合注入成型的塑料材料组成。注塑成型体可以例如在注入成型过程内被注入到定子绕组上，使得定子绕组被它包围，特别是完全地被它包围。由此，可以实现绝缘效果。有利地，定子绕组也借助于注塑成型体以不可拆卸的方式在定子主体上被注入，因此被固定。

8、有利地，径向冷却孔完全地并且相对于纵向中心轴线径向地或在垂直地立在纵向中心轴线上的竖直轴线的方向上穿透第一和/或第二轴向悬伸部。由此，径向冷却孔可以相对容易地被集成到第一和/或第二轴向悬伸部中。

9、进一步有利地，径向冷却孔仅在注塑成型体的区域中穿透第一和/或第二轴向悬伸部。定子绕组在这里有利地不被穿透。由此，径向冷却孔可以相对紧密地被导向经过定子绕组，而不需要定子绕组的结构调整。这具有的优点是，能够相对快速地实现热能从定子绕组和/或从注塑成型体到冷却剂的传输。

10、有利地，径向冷却孔可以在围绕纵向中心轴线的周向方向上均匀地和/或在周向方向上相对于彼此以均匀的周向间距分布在第一和/或第二轴向悬伸部的整个圆周上。由此，第一和/或第二轴向悬伸部具有全面地(环绕地)在整个圆周上分布的径向冷却孔。有利地，可以预先确定在周向方向上紧邻的径向冷却孔之间的所述周向间距。由此，可以改善第一和/或第二轴向悬伸部的冷却。

11、进一步有利地，径向冷却孔可以在围绕纵向中心轴线的周向方向上彼此相邻，其中在周向方向上紧邻的两个径向冷却孔之间跨越预定的或可预定的角度，特别是3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、90°或180°的角度。例如，假设定子具有54个槽，该角度不同于48或36个槽的情况。据此，第一和/或第二轴向悬伸部也配备有在整个圆周上围绕分布的径向冷却孔。然而，两个在周向方向上紧邻的径向冷却孔之间限定或分别可预先确定一个角度。由此，例如，可以相对容易地在径向冷却孔之间设置优选的周向间距。有利地，可以在一个径向冷却孔的中心轴线与另一个在周向方向上紧邻的径向冷却孔的另一中心轴线之间确定相应的角度。

12、此外，如果第一和/或第二轴向悬伸部中的径向冷却孔分别在两个定子绕组之间延伸，所述两个定子绕组围绕纵向中心轴线在周向方向上紧邻并且被注塑成型体包围，则是有利的。这意味着一个或每个径向冷却孔在周向方向上朝向两侧被界定，就像被定子绕组界定一样。由此，径向冷却孔可以相对紧密地被导向经过定子绕组，从而改善了第一和/或第二轴向悬伸部的冷却。

13、此外，形成第一轴向悬伸部的被包围的定子绕组可以由线股的自由线端形成，该自由线端被注塑成型体包围。线股的自由线端在这里被组合成分别多个自由线端的多个单独的接触组，其中这种接触组的线股的自由线端以导电的方式彼此连接，特别是被焊接或熔接，并且被注塑成型体包围并且因此被相对于环境电绝缘。有利地，这种接触组的自由线端相对于纵向中心轴线以径向接触方式彼此堆叠。接触组围绕纵向中心轴线在周向方向上相对于彼此间隔开地布置，使得在周向方向上紧邻的两个接触组之间限定明确的中间空间，其中第一轴向悬伸部中的所述径向冷却孔由这些明确的中间空间精确地形成或限定。自由线端在这里有利地不被穿透。由此，指示了优选的实施例，其中可以实现对第一轴向悬伸部的相对良好的冷却。

14、有利地，第二轴向悬伸部中的被包围的定子绕组由前面说明的线股的弯曲部形成，该弯曲部被注塑成型体包围。至少可以想象的是，特别是在注塑成型体的区域中，径向冷却孔也穿透第二轴向悬伸部或仅穿透第二轴向悬伸部，使得弯曲部在这里有利地不被穿透。因此，在弯曲部的区域中也可以实现对定子绕组的相对良好的冷却。优选地，径向冷却孔穿透第一轴向悬伸部和第二轴向悬伸部。

15、进一步特别地，径向冷却孔可以具有冷却肋或由冷却肋形成，该冷却肋能够被冷却剂围绕流动。冷却肋在这里可以被布置在径向冷却孔的能够被冷却剂流过的横截面中，并且能够被冷却剂围绕流动。还可以设想的是，径向冷却孔通过冷却肋(即，发卡焊接区域)实现，其中冷却肋被定向为轴向地远离定子主体，并且有利地由被包围的定子绕组形成。由此，可以扩大热能从定子被传输到冷却剂所经由的冷却表面。这具有提高可实现的冷却性能的有利效果。

16、该定子的区别特征可在于，径向冷却孔以径向开放的方式被实施。这可意味着径向冷却孔在第一和/或第二轴向悬伸部的径向外周面处展开形成径向外孔，并且在第一和/或第二轴向悬伸部的径向内周面处展开形成径向内孔。由此，定子可以被冷却剂从径向内部到径向外部流过，或者至少能够被冷却剂流过，或者反之亦然，其中冷却剂基本上与纵向中心轴线正交地从径向冷却孔流入和流出。特别地，结合相对于纵向中心轴线径向地延伸的径向冷却孔，由此产生了一种优选的配置，其区别特征在于相对较高的可实现的冷却性能。优选地，冷却剂流过定子槽中的多个通道(每个槽2个)，和定子壳体与定子堆叠外表面之间的通道，其中所述通道以并联和串联连接被流体连接，其中绕组头部内的径向冷却孔被用于促进这些串联连接的通道之间的流动。

17、此外，至少一个径向冷却孔可以形成冷却过道。这可以全面地由注塑成型体在围绕纵向中心轴线的周向方向上朝向两侧限界或界定并且由注塑成型体相对于纵向中心轴线朝向两侧轴向地限界或界定，并且相对于纵向中心轴线朝向两侧是径向开放的。由此，冷却剂可以在一端例如径向向内地流入冷却过道，并且在另一端例如径向向外地再次流出，或者反之亦然。本发明意义上的冷却过道可以被解释为具有任何所需的基面，特别是圆形或椭圆形基面的圆柱形通道，其中它的周向面是连续地被封闭的并且基面是开放的。当相应的冷却过道由注塑成型体全面地界定，由于相对较大的有效热传输面，热能可以相对快速地从第一和/或第二轴向悬伸部被传递和排出到冷却剂。优选地，径向冷却孔和/或冷却过道的横截面形状基本上由悬伸目标区域内弯曲电线的位置限定。优选地，塑料材料的厚度被减少到最小，基本上用于绕组包封的、即用于定子的包覆成型的塑料厚度为2mm以下，可选地为0.5mm以下。

18、此外，如果至少一个径向冷却孔形成冷却缝，则是有利的。后者可以以u形的方式由注塑成型体在围绕纵向中心轴线的周向方向上朝向两侧限界或界定并且相对于纵向中心轴线轴向地在面向定子主体的一侧上被限界或界定，并且可以是在径向地朝向两侧以及在背对定子主体的一侧上相对于纵向中心轴线轴向地开放的。由此，如在冷却过道中那样，冷却剂可以在一端例如径向向内地流入冷却过道中，并且可以在另一端例如径向向外地再次流出，或者反之亦然，然而附加地也可以轴向地流入冷却缝中或流出。本发明意义上的冷却缝可以被解释为具有任何所需基面，特别是圆形或椭圆形基面的圆柱形通道，其周向面朝向一侧是开放的并且其基面是开放的。由于相应的冷却缝几乎完全由注塑成型体全面地界定，因此，热能可以相对快速地从第一和/或第二轴向悬伸部被传输到冷却剂并且被排出。冷却缝的另一个优点在于，通过轴向开口，节省了塑料材料，并且可以以更轻量的方式生产定子。例如，所述“冷却缝”起散热器冷却肋的作用，因此轴向绕组头部悬伸部(铜线)被用于发挥散热器的功能，以将热量释放出绕组，从而显著提高了热性能。

19、优选地，所述通道和所述孔被用于流体地连接两组串联连接的通道。例如，槽中的第一组通道(即，更靠近气隙的48个平行通道)通过冷却剂流被连接到槽中的第二组通道(48个槽，靠近轭)，该冷却剂流在绕组头悬伸部上流动或流过绕组头悬伸部，其中轴向绕组头悬伸部中的热点通过轴向悬伸部内的径向孔而大大减少，这使得冷却剂能够流过这些区域。

20、优选地，冷却剂流动路径由电动机部件(即，作为被用于引导冷却剂流过电动机冷却系统的独立部件的被包覆成型的定子堆叠、壳体或外壳、端板、和/或附加的流动屏障和偏转器)限定和限制。

21、此外，如果第一轴向悬伸部被分成在围绕纵向中心轴线的周向方向上在这方面相邻的部分环形(parital ring-shaped)的电源连接部和部分环形的相反部，或者具有这样的部分，则是有利的。这里与电源连接部相关联的是三个柱形电相供应连接件，它们被实施为分别相对于纵向中心轴线以平行的方式对准，且与定子绕组电接触，并且至少轴向地在脚部侧上被注塑成型体包围从而形成脚部基座并且轴向地在头部侧具有裸金属以用于电供应接触。对于定子的冷却能力来说，重要的是多个所述冷却过道与电源连接部相关联，所述冷却过道被轴向地布置在相供应连接件和/或脚部基座与定子主体之间，并且径向地穿透电源连接部。例如，电源连接部由“星形”或德尔塔形的连接母线实现以用于提供目标绕组方案布置。此外，对于定子的冷却能力来说，重要的是多个冷却缝与相反部相关联，该缝穿透相反部并且是径向且轴向地开放的。由此，指示了一个有利的实施例，其中特别是具有相供应连接件的部分环形的电源连接部可以被冷却，这实现了配备有定子的电机的运行中的热优势。

22、在围绕纵向中心轴线的周向方向上看，连接部的两个紧邻的冷却过道之间可以跨越3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、90°或180°的角度，此外，连接部的在周向方向上相邻的冷却过道之间可以跨越该角度的倍数，并且此外，连接部的在周向方向上看彼此相距最远的最后两个冷却过道之间可以跨越180°、170°、160°、150°、140°、130°、120°、110°、100°或90°的角度。这里，用于相反部的冷却缝的匹配的相反角度结果如下：在围绕纵向中心轴线的周向方向上看，相反部的两个紧邻的冷却缝之间可以跨越3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、90°或180°的角度，此外，在周向方向上相反部的相邻冷却缝之间可以跨越该角度的倍数，并且此外，在周向方向上看连接部的彼此相距最远地布置的最后两个冷却过道之间可以跨越180°、190°、200°、210°、220°、230°、240°、250°、260°或270°的角度。

23、优选地，定子具有36、48、54、72或更多个槽或冷却通道和/或冷却孔，因此它们之间的角度将等于360/36或360/48或360/54或360/72的比率。优选地，所述冷却通道和/或冷却孔以与定子槽的数量相对应的模式被布置。

24、如果指示了用于冷却剂的流体路径，沿着该流体路径定子被冷却剂流过或能够被冷却剂流过，则是有利的。这种流体路径至少部分地沿着纵向中心轴线轴向延伸穿过定子主体，并且此外至少部分地相对于纵向中心轴线径向地通过径向冷却孔延伸穿过第一和/或第二轴向悬伸部，或反之亦然。由此，指示了用于冷却剂的优选流体路径，沿着该流体路径定子能够被流过以用于它的冷却。

25、本发明可以包括指示根据前面描述的定子的生产方法的替代或附加的进一步基本思想。其区别特征在于以下步骤：

26、1)提供定子主体，特别是定子主体坯件或包括芯的定子堆叠，该定子主体包括多个层叠的片；

27、2)将形成绝缘注塑成型体的塑料绝缘体材料注入到定子主体的裸露的径向内周侧上；优选地，第一层或第一次被认为是目标区域上的、特别是定子槽区域内的塑料材料“皮”，其中实心铜线(发卡)之后被安装。

28、3)在定子主体上布置定子绕组(例如实心导体，熟知为发卡、i针、u针、连续波绕组)和相供应连接件；

29、4)将形成注塑成型体的塑料材料注入到绝缘注塑成型体和布置在定子主体上的定子绕组以及相供应连接件、例如相连接母线上，从而定子绕组和相供应连接件被固定在定子主体上，并且其中同时形成或引入所述径向冷却孔。可选地，在实践中，第三次包覆成型被用于确保所有关键区域上的塑料绝缘材料的所需厚度，例如铜线和冷却剂之间的厚度必须能够承受所需的绝缘击穿。优选地，塑料绝缘的厚度取决于所选的材料，其中对于具有最大粒径为0.1mm的玻璃填料的优选热固性材料，其厚度为0.25mm。在实践中，该厚度难以控制，因此在用于包覆成型电线和定子堆叠的部分的第二次包覆成型后，同样在径向冷却孔(通道)的区域，优选地使用所述第三次包覆成型来确保塑料绝缘材料的所需厚度。

30、因此，指示了用于该定子的价格优惠的生产方法，其中径向冷却孔在注塑成型步骤中与注塑成型体一起形成。

31、本发明的能够作为上述基本思想的补充或替代来实现的另一个基本思想可以在于指示定子在电机中的应用。这里，规定根据前面的描述构造定子并将其集成到电机的机器壳体中，使得它可以与电机的转子配合。因此，指出了用于这种定子的有利的应用。

32、总之，仍需注意的是：本发明优选地涉及一种用于电机的定子，其具有限定纵向中心轴线的环形的定子主体，在该定子主体上固定有导电定子绕组，该导电定子绕组相对于纵向中心轴线被注塑成型体径向向内地包围，且沿着纵向中心轴线延伸，并且相对于纵向中心轴线在两侧上轴向地突出超过定子主体，使得定子主体被环形的第一轴向悬伸部和环形的第二轴向悬伸部轴向地侧接。重要的是定子具有能够被冷却剂流过的径向冷却孔，该径向冷却孔完全穿透第一和/或第二轴向悬伸部。此外本发明还涉及用于这种定子的生产方法以及这种定子在电机中的应用。可选地，绕组仅限于发卡型绕组。例如，标准分布式绕组的情况下，电线位置失控，因此，冷却通道在轴向悬伸部内的集成将极其困难。发卡绕组的其中一个关键优点是，可以精确地知道电线的位置，从而电线的位置以及母线的位置处于很好的控制中。

33、本发明的其他重要特征和优点来自子权利要求，附图和与图相关联的附图描述。

34、应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征以及下文将进一步解释的特征不仅能够以分别指示的组合使用，而且能够以其他组合或单独使用。