Da die Nachfrage nach kompakten, hocheffizienten Elektroantrieben – insbesondere in Elektrofahrzeugen, der Luft- und Raumfahrt, der Robotik und der Elektromobilität – weiter steigt, gewinnen Axialflussmotoren (AFM) aufgrund ihrer überlegenen Leistungs- und Drehmomentdichte zunehmend an Bedeutung. Mit der hohen Leistung geht jedoch auch die Herausforderung der Wärmeableitung einher. Die Kühlung wird zu einem entscheidenden Faktor für die Aufrechterhaltung von Leistung, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit.

Warum die Kühlung bei Axialflussmotoren so wichtig ist

Im Gegensatz zu Radialflussmotoren haben AFMs eine flache, scheibenartige Struktur mit einem kürzeren Weg für den magnetischen Fluss und einem höheren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Dies macht sie thermisch vorteilhaft, aber auch anfällig für lokale Erwärmung – insbesondere bei Anwendungen mit hohen Drehzahlen oder hohem Drehmoment.

Wichtige thermische Aspekte sind:

• Überhitzung von Wicklungen und Permanentmagneten
• Wirkungsgrad sinkt durch Widerstandsanstieg
• Verschlechterung der Isolierung oder der Materialien
• Verkürzung der Lebensdauer oder thermisches Durchgehen

Wärmequellen in Axialflussmotoren

Quelle	Beschreibung
Kupferverluste (I²R)	Widerstandserwärmung in den Statorwicklungen
Eisenverluste (Kernverluste)	Hysterese- und Wirbelströme in magnetischen Kernen
Wirbelströme in Magneten	Besonders bei hohen Schaltfrequenzen
Reibungs- und mechanische Verluste	Lagerverluste und Luftwiderstand, jedoch im Design minimal

 

 

Daher ist das richtige Kühlsystem nicht nur eine unterstützende Funktion – es ist entscheidend für die volle Leistung von Axialflussmotoren.

Luftkühlung: Einfachheit und Kosteneffizienz

Funktionsweise

Die Luftkühlung nutzt natürliche oder erzwungene Konvektion (Lüfter oder Luftkanäle), um die Wärme von den Stator- und Rotoroberflächen abzuleiten.
Natürliche Luftkühlung: Passive Ableitung durch Umgebungsluftstrom.

Forcierte Luftkühlung: Gebläse oder Axiallüfter pumpen Luft durch Motorkanäle oder über Lamellen.

Vorteile	Nachteile
√ Einfaches Design	× Begrenzte Wärmekapazität (~1–3 W/cm²)
√ Geringere Kosten	× Weniger effektiv in kompakten, geschlossenen Räumen
√ Kein Kühlmittelwartungsaufwand	× Empfindlich gegenüber Umgebungstemperatur
√ Leichtgewicht

Beste Anwendungsfälle

• Anwendungen mit geringer bis mittlerer Leistungsdichte
• E-Bikes, Roller, kleine Drohnen
• Umgebungen mit guter Luftzirkulation

Luftkühlungsleistungstabelle

Parameter	Typischer Wert
Maximale Dauerleistung	< 10–15 kW
Wärmeflusskapazität	1–3 W/cm²
Temperaturbereich	30–90 °C
Gewichtsnachteil	Minimal
Wartungsaufwand	Gering

 

Flüssigkeitskühlung: Leistungsstarkes Wärmemanagement

Funktionsweise

Bei der Flüssigkeitskühlung zirkuliert eine Flüssigkeit – typischerweise Wasser, Glykol oder ein Dielektrikum – durch Kanäle, die im Stator und manchmal auch im Rotor eingebettet sind. Die Flüssigkeit absorbiert Wärme und überträgt sie an einen Wärmetauscher oder Kühler.

Es gibt verschiedene Konfigurationen:

• Statormantelkühlung: Flüssigkeitskanäle um den äußeren Stator
• Eingebettete Kanalkühlung: Direkter Flüssigkeitskontakt mit Kupferwicklungen oder -kern
• Immersionskühlung: Eintauchen des Motors in dielektrische Flüssigkeit

Vorteile	Nachteile
√ Hohe Kühlleistung (10–100 W/cm²)	× Erhöhte Systemkomplexität und Kosten
√ Kompaktes und modulares Design	× Leckagerisiko
√ Stabiler Betrieb bei hoher Einschaltdauer	× Erfordert Kühlmittelpumpen und Kühler

 

Beste Anwendungsfälle

• Hochleistungs-Elektrofahrzeuge
• Luft- und Raumfahrt
• Hochgeschwindigkeits-Industrierobotik

Flüssigkeitskühlungsleistung

Parameter	Typischer Wert
Maximale Dauerleistung	Bis zu 300 kW
Wärmeflusskapazität	10–100 W/cm²
Temperaturbereich	30–130 °C
Gewichtsnachteil	Mittel
Wartungsaufwand	Mittel bis hoch

 

Fortschrittliche Kühltechnologien: Über herkömmliche Systeme hinaus

Mit der Weiterentwicklung von Axialflussmotoren steigen auch ihre Kühlanforderungen. Nachfolgend finden Sie Kühltechniken der nächsten Generation, die in Prototypen und der modernen Fertigung erforscht oder eingesetzt werden:

Heatpipes und Dampfkammern

Diese nutzen Phasenwechselflüssigkeiten, um Wärme schnell vom Stator zu einem Kühlkörper zu transportieren.

• Passives System, keine Pumpe erforderlich
• Hervorragend geeignet für lokale Hotspots
• Einsatz in der Luft- und Raumfahrt und in Mikromotorsystemen

Dielektrische Immersionskühlung

Anstelle von zirkulierendem Wasser oder Glykol ist der Motor vollständig in eine nichtleitende dielektrische Flüssigkeit (wie 3M Novec oder Mineralöl) eingetaucht.

• Direktkontaktkühlung von Stator und Rotor
• Keine Kurzschlussgefahr
• Hohe thermische Leistung

Phasenwechselmaterialien (PCM)

PCM absorbieren während des Phasenübergangs (fest zu flüssig) große Wärmemengen und ermöglichen so eine thermische Pufferung bei kurzen, hochbelasteten Phasen.

• Ideal für intermittierende Arbeitszyklen
• Häufig in der Verteidigung und Luft- und Raumfahrt

Integrierte Kühlstrukturen

Additive Fertigung (3D-Druck) ermöglicht interne Kühlkanäle in Statorblechen oder Gehäusen und verbessert so die Wärmeübertragung ohne herkömmliche Rohrleitungen.

Vergleichende Übersicht: Kühlmethoden für Axialflussmotoren

Kühlart	Wärmeabfuhrleistung	Komplexität	Kosten	Zuverlässigkeit	Am besten geeignet für
Luft (natürlich)	Niedrig (1–2 W/cm²)	Sehr gering	Gering	Hoch	Motoren mit niedriger Leistung, offene Systeme
Luft (gezwungen)	Mittel (2–5)	Gering	Gering	Hoch	Verbrauchere-Mobilität, langsamdrehende Ventilatoren
Flüssigkeitsmantel	Hoch (10–50)	Mittel	Mittel	Hoch	Elektrofahrzeuge, Robotik, kompakte Hochleistungsmotoren
Direkte Flüssigkeitseinbettung	Sehr hoch (bis zu 100)	Hoch	Hoch	Mittel	Luft- und Raumfahrt, Motorsport, Robotik
Dielektrische Immersion	Sehr hoch	Hoch	Hoch	Mittel	Abgedichtete Hochleistungsanwendungen
Dampfkammersysteme/Wärmerohre	Mittel-hoch	Mittel	Mittel	Mittel	Luft- und Raumfahrt, Drohnen, eingeschränkte Kühlung
Phasenwechselmaterialien (PCM)	Niedrig (gepuffert)	Mittel	Mittel	Niedrig	Systeme mit Kurzzeit- oder Stoßbetrieb

 

Designüberlegungen aus Herstellersicht

Bei der Konstruktion und Fertigung von Axialflussmotoren muss die Wahl der Kühlmethode bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigt werden. Wir konzentrieren uns auf folgende Faktoren:

Kern- und Wicklungsdesign

Kompakte Stator- und Rotorbaugruppen erfordern optimierte Kupferfüllfaktoren und Blechpakete, die den Luftstrom oder den Kühlmittelkontakt erleichtern.

Für die Flüssigkeitskühlung müssen Nuten oder eingebettete Kanäle präzise bearbeitet oder gegossen werden.

Gehäuse und Ummantelung

Je nach Kühlsystem müssen Pumpen, Anschlüsse oder Lamellen untergebracht werden.

Druckguss oder CNC-Bearbeitung ermöglichen die Gestaltung optimierter externer Kühlkörper.

Materialauswahl

Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dielektrische Eigenschaften sind entscheidend.

Verwendung von Aluminiumlegierungen, Hochleistungspolymeren und Beschichtungen.

Sicherheit und Prüfung

Dichtheitsprüfungen, Temperaturwechselprüfungen und redundante Dichtungen sind für die Flüssigkeitskühlung obligatorisch.

Dielektrische Immersionssysteme erfordern eine vollständige Prüfung der elektrischen Isolierung.

Als kundenspezifischer Hersteller bieten wir:

• Kundenspezifische Stator- und Rotorblechpakete, optimiert für die Kühlung
• Geformte oder bearbeitete Gehäuse mit eingebetteten Kanälen
• Umfassende thermische Analyse und Kühlsimulationen während der Konstruktionsphase

Anwendungen und Fallstudien aus der Praxis

EV-Traktionsmotor mit Flüssigkeitskühlung

• Motorleistung: 150 kW
• Kühlung: Eingebetteter Flüssigkeitsmantel
• Ergebnis: Bei Dauerbelastung unter 85 °C gehalten, 30 % kleineres Volumen als vergleichbare Radialmotoren

Drohnen-Antriebsmotor mit Druckluft

• Motorleistung: 5 kW
• Kühlung: In die Rotornabe integrierter Axiallüfter
• Ergebnis: Leichtes, vereinfachtes System unter 4 kg, konstante Leistung bei geringem Luftstrom

Industrierobotergelenk mit Immersionskühlung

• Motorleistung: 20 kW
• Kühlung: Fluorinert-basierte dielektrische Immersion
• Ergebnis: 40 % höhere Einschaltdauer; lokale Spitzentemperatur um 18 °C reduziert

Die Zukunft der Axialflussmotorkühlung

Mit der zunehmenden Elektrifizierung in allen Branchen wird der Bedarf an intelligenterer und besser integrierter Kühlung weiter steigen. Zu den Trends zählen:

• Digitale Zwillingssimulationen zur thermischen Optimierung
• Nanobeschichtungen zur Reduzierung des Oberflächenwiderstands gegen Wärmeübertragung
• KI-gesteuerte Flüssigkeitspumpen, die den Durchfluss lastabhängig modulieren
• Kompakte Mehrphasenpumpen und Mini-Wärmetauscher für eingebettete Systeme

Die Branche entwickelt sich hin zu Kühlung als System, bei dem Motorsteuerung, Sensorrückmeldung und dynamische Lastüberwachung die Leistung in Echtzeit optimieren.

Fazit

Kühlung ist nicht nur ein Zubehör für Axialflussmotoren – sie ermöglicht Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Ob einfache Luftkonvektion oder hochmoderne dielektrische Immersion – die Wahl der richtigen Kühllösung erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Kosten, Komplexität und Integrationsmöglichkeit.

Als Hersteller liefern wir Axialflussmotoren und Motorkerne mit optimaler Wärmeleistung. Vom Prototyping bis zur Produktion arbeitet unser Team eng mit Ihnen zusammen, um die optimale Kühlmethode für Ihre Anwendung zu implementieren.

Bei Elektromotoren spielt die Konstruktionsarchitektur eine entscheidende Rolle für Leistung, Effizienz und Anwendungstauglichkeit. Zwei Hauptkategorien haben dabei besondere Aufmerksamkeit erlangt: Axialflussmotoren und Radialflussmotoren.

Diese Motoren unterscheiden sich in der Art und Weise, wie der magnetische Fluss durch Stator und Rotor fließt. Dies führt zu einzigartigen Eigenschaften, die Ingenieure bei der Auswahl eines Motors für einen bestimmten Anwendungsfall berücksichtigen müssen.

Was ist ein Radialflussmotor?

Ein Radialflussmotor (RFM) ist die traditionelle und am weitesten verbreitete Elektromotorarchitektur. Bei dieser Bauweise fließt der magnetische Fluss radial – vom Zentrum nach außen (oder umgekehrt) – senkrecht zur Rotationsachse. Der Stator umgibt den Rotor, der sich auf einer zentralen Welle dreht.

Schlüsselkomponenten

• Rotor: Zylindrisch und im Stator angeordnet
• Stator: Beherbergt die Wicklungen und umschließt den Rotor
• Flussrichtung: Radial (von der Mitte zum Rand oder umgekehrt)

Typische Anwendungen

 

• Elektrofahrzeuge (EVs)
• Haushaltsgeräte
• Pumpen und Kompressoren
• Industrielle Automatisierung

Was ist ein Axialflussmotor?

Ein Axialflussmotor (AFM), auch Scheibenläufermotor genannt, weist eine andere Geometrie auf. In dieser Konfiguration fließt der magnetische Fluss parallel zur Rotationsachse – von einer Seite des Motors zur anderen. Rotor und Stator sind gegenüberliegend und nicht konzentrisch angeordnet.

Schlüsselkomponenten

• Rotor: Flache, scheibenförmige Form, zwischen oder neben den Statorscheiben angeordnet.
• Stator: Ebenfalls scheibenförmig, oft beidseitig des Rotors angeordnet.
• Flussrichtung: Axial (parallel zur Welle).

Typische Anwendungen

• Antriebssysteme für die Luft- und Raumfahrt
• E-Mobilität (E-Bikes, Roller)
• Robotik und Drohnen
• Kompakte Industrieantriebe

Designvergleich

Merkmal	Axialflussmotor	Radialflussmotor
Flussrichtung	Axial (parallel zur Welle)	Radial (senkrecht zur Welle)
Form	Scheiben- oder Pancake-Form	Zylindrisch
Leistungsdichte	Höher (bis zu 30 % mehr)	Mittel
Drehmomentdichte	Hoch durch großen Rotordurchmesser	Geringer als beim AFM
Kühlwirkungsgrad	Besser (kürzerer thermischer Weg)	Standard
Größeneffizienz	Kompakt und flach	Längere axiale Bauform
Fertigungskomplexität	Höher (Präzisionsmontage erforderlich)	Einfacher herzustellen
Kosten	Allgemein höher	Allgemein niedriger
Serienreife	Neue Technologie	Hoch entwickelt
Am besten geeignet für	Platzbeschränkte Systeme mit hohem Drehmoment	Allzweck- und Industrieeinsatz

 

Leistungskennzahlen: Drehmoment, Leistung und Effizienz

Drehmoment

Axialflussmotoren liefern aufgrund ihres größeren effektiven Rotordurchmessers typischerweise ein höheres Drehmoment pro Volumeneinheit als Radialflussmotoren. Dies ist besonders bei Direktantrieben von Vorteil.

Beispiele:

• Ein Hochleistungs-Axialflussmotor kann 15 Nm/kg liefern.
• Ein vergleichbarer Radialflussmotor liefert etwa 10–12 Nm/kg.

Leistungsdichte

Die flache Geometrie von Axialflussmotoren ermöglicht eine um bis zu 30–50 % höhere Leistungsdichte, was für Anwendungen wie Drohnen, E-Motorräder oder Flugzeugantriebe von entscheidender Bedeutung ist.

Effizienz

Axialflussmotoren können Wirkungsgrade von 96 % oder mehr erreichen, insbesondere in optimierten Ausführungen mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment. Radialflussmotoren erreichen typischerweise einen maximalen Wirkungsgrad von 92–94 %, wobei moderne Designs mit Permanentmagneten aufholen.

Wärmemanagement und Kühlung

Wärmemanagement ist ein wichtiger Aspekt bei der Motorkonstruktion. Axialflussmotoren haben einen von Natur aus kürzeren Wärmeweg, wodurch die in den Wicklungen erzeugte Wärme effektiver abgeleitet werden kann, insbesondere bei Verwendung von Doppelstatoren. Dies ermöglicht:

• Höhere Dauerleistung
• Bessere Integration mit Wasser- oder Ölkühlungssystemen

Radialflussmotoren lassen sich aufgrund ihres zylindrischen Gehäuses jedoch leichter mit Luftstromkonstruktionen kühlen und eignen sich daher besser für die Lüfterkühlung im industriellen Umfeld.

Auswahlkriterien für Ingenieure

Berücksichtigen Sie bei der Wahl zwischen Axial- und Radialflussmotoren:

Kriterium	Empfohlene Wahl
Hohes Drehmoment auf engem Raum	Axialflussmotor (AFM)
Kostenempfindliche Massenproduktion	Radialflussmotor (RFM)
Bewährte Technologie & Lieferkette	RFM
Innovatives Design oder gewichtsrelevant	AFM
Einfache Integration in Standardsysteme	RFM

 

Ein leistungsstarkes Elektromotorrad benötigt einen Motor mit einem Gewicht von weniger als 10 kg und einem Drehmoment von über 200 Nm in kompakter Bauweise. Ein Axialflussmotor wäre aufgrund seines guten Drehmoment-Gewichts-Verhältnisses ideal. Im Gegensatz dazu könnte für ein industrielles Förderband, bei dem Kosten und Betriebszeit entscheidend sind, ein Radialfluss-Induktionsmotor die richtige Wahl sein.

Herstellung und Skalierbarkeit

Axialflussmotoren bieten zwar viele technische Vorteile, sind aber in der Herstellung komplexer:

• Die Ausrichtung der Rotor- und Statorflächen muss präzise erfolgen.
• Luftspalte müssen streng kontrolliert werden.
• Die Magnetpositionierung ist noch kritischer.

Radialflussmotoren profitieren von jahrzehntelanger Fertigungserfahrung, was zu Folgendem führt:

• Niedrigere Produktionskosten
• Hohe Zuverlässigkeit
• Einfachere Lieferkettenintegration

Hersteller, die schnell skalieren möchten, bevorzugen möglicherweise zunächst RFMs, während AFMs besser für Premium-, platzbeschränkte oder Hochleistungsanwendungen geeignet sind.

Produktionsperspektive: Unser Angebot

Als Hersteller sind wir auf Radial- und Axialflussmotorkerne spezialisiert. Unsere fortschrittlichen Stanz- und Laminiertechnologien ermöglichen präzise Kernbaugruppen für:

• Axialflussmotoren mit Doppelrotor- oder Doppelstator-Topologie gewährleisten eine hohe Drehmomentdichte.
• Radialflussmotoren für Elektrofahrzeug-Antriebs-, Industrie- und Servoanwendungen bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten.

Wir verwenden hochwertiges Elektroband (0,2–0,35 mm Blechdicke), automatisierte Statorwicklungen und kundenspezifische Magnetintegration für optimale Leistung.

Konstruktive Vor- und Nachteile

Vorteile von Axialflussmotoren

• Hohe Drehmomentdichte für kompakte Anwendungen
• Geringeres Gewicht und kürzere Länge
• Hervorragende Wärmeableitung
• Ideal für Radnaben- oder Radnabenanwendungen in Elektrofahrzeugen und Drohnen

Einschränkungen

• Anspruchsvollere Herstellung
• Höhere Stückkosten bei kleinen Stückzahlen
• Weniger Lieferanten und Partner

Vorteile von Radialflussmotoren

• Bewährte Technologie mit breiter Lieferantenbasis
• Kostengünstig und skalierbar
• Einfacher zu warten und auszutauschen

Einschränkungen

• Geringere Drehmomentdichte pro Volumeneinheit
• Weniger kompakt in axialer Richtung

Anwendungen nach Branchen

Industrie	Bevorzugter Motortyp	Begründung
Elektrofahrzeuge	Radial (Mainstream) / Axial (Premium)	Radial wegen Kosten; axial für Leistung, z. B. Radnabenmotoren
Luft- und Raumfahrt	Axial	Leicht, kompakt, hohes Drehmoment
Industrieautomation	Radial	Bewährte Zuverlässigkeit, leichtere Integration
Robotik/Drohnen	Axial	Gewichtseinsparung und kompakte Bauweise
E-Bikes/Tretroller	Axial	Kompakte Bauform, hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl
Pumpen/Ventilatoren	Radial	Standard-Zylinderform ist gut geeignet

 

Anwendungsfälle aus der Praxis

Beispiel Axialfluss: YASA Motors

YASA, ein britisches Unternehmen, hat Axialflussmotoren entwickelt, die in Hochleistungssportwagen wie dem Koenigsegg Regera und dem Ferrari SF90 zum Einsatz kommen. Diese Motoren sind ultradünn, leicht und hocheffizient und bieten Drehmomentdichten von über 20 Nm/kg.

Beispiel Radialfluss: Tesla Model 3

Das Tesla Model 3 verwendet Radialfluss-Permanentmagnetmotoren, die für die Massenproduktion optimiert sind und ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Effizienz und Kosten bieten. Die Architektur ist bewährt und lässt sich nahtlos in herkömmliche Kühl- und Steuerungssysteme integrieren.

Mit der Weiterentwicklung der Elektromobilitätsbranche werden Axialflussmotoren voraussichtlich eine größere Rolle in Anwendungen spielen, bei denen Platz- und Gewichtsbeschränkungen dominieren, darunter:

• eVTOL-Flugzeuge
• Kompakte Elektrofahrzeuge
• Hochgeschwindigkeitsrobotik

Radialflussmotoren werden aufgrund ihrer geringen Kosten, Einfachheit und Verfügbarkeit jedoch weiterhin der Standard in industriellen Anwendungen bleiben. Wichtige Akteure entwickeln zudem Hybridkonzepte, die die Vorteile beider Architekturen vereinen.

Zu den Innovationen gehören:

• Festkörperstatoren
• 3D-gedruckte Motorteile
• Hochentwickelte Verbundwerkstoffe zur Gewichtsreduzierung
• Modulare Axialflussplattformen für einfache Integration

Sowohl Axialfluss- als auch Radialflussmotoren haben ihren Platz im wachsenden Universum der Elektromotoranwendungen.

• Wählen Sie Axialfluss, wenn Platz, Gewicht und Drehmomentdichte entscheidend sind.
• Entscheiden Sie sich für Radialfluss, wenn Kosten, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen.

Als Hersteller entwickeln wir in beiden Bereichen kontinuierlich Innovationen und bieten maßgeschneiderte Motorlösungen für Kunden aus der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Robotik- und Industrieautomation. Ob Sie die nächste Generation von Elektroautos oder kompakte Automatisierungssysteme bauen – die Wahl der richtigen Motorarchitektur ist der erste Schritt zu Leistung und Erfolg.