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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator und eine rotierende elektrische Maschine.
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Stand der Technik
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Bei herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine sind als Kühlelemente für einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine für ein Automobil beispielsweise folgende Typen bekannt: Der Ölkühlungstyp, der ein Kühlmittel direkt auf eine Spule und einen Eisenkern sprüht, die wärmeerzeugende Bereiche sind; und ein Typ, bei dem ein Kühlmittel in einem Rahmen oder einem Motor strömt. Außerdem ist ein Typ bekannt, bei dem ein Kühlmittel in Nuten strömt, um die Kühlung durchzuführen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
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Literaturverzeichnis
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Patentdokument
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Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift
JP 2011- 120 402 A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Bei herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschinen gilt Folgendes: Für den Fall, dass eine Spule betrachtet wird, die hauptsächlich im thermischen Sinne einen schwierigen Zustand annehmen wird, entsteht - da sich wärmeerzeugende Bereiche infolge von Kupferverlusten in Abhängigkeit der Unterschiede zwischen den Widerstandswerten der Bereiche der Spulen oder gemäß den Wärmeabführungspfaden zum Kühlen mittels eines Kühlmittels in einem Wasserkühlungsrahmen und Nuten unterscheiden - der Wärmegradient dreidimensional.
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Bei einem herkömmlichen Kühlungselement gilt daher Folgendes: Da die Querschnittsform entlang der Axialrichtung konstant ist, entstehen Bereiche mit hoher Temperatur und Bereiche mit niedriger Temperatur dreidimensional. Falls es lokal einen Bereich gibt, wo die Temperatur hoch ist, gibt es bezüglich des Komponentenschutzes das Problem, dass eine Temperaturschutz-Steuerung durchgeführt werden muss, und zwar bei einer Temperatur, wenn der Bereich mit lokal hoher Temperatur eine obere Grenztemperatur erreicht.
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Die vorliegende Erfindung wurde konzpiert, um das obige Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator und eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, die die Temperatur eines Bereichs verringern können, wo die Temperatur lokal erhöht ist.
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Lösung der Probleme
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Ein Stator gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Statorkern mit einem Jochbereich, der in einer Ringform ausgebildet ist, und einer Mehrzahl von Zahnbereichen, die auf der Innenseite in Radialrichtung des Jochbereichs ausgebildet sind, so dass sie in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet sind und in Richtung der Innenseite in Radialrichtung vorstehen; und eine Wicklung, die in Nuten angeordnet ist, die zwischen den Zahnbereichen ausgebildet sind. Der Stator weist Kühlrohre auf, die aus einem nicht-leitenden Material gebildet sind, wobei jedes Kühlrohr in Axialrichtung des Stators verläuft und als ein Strömungspfad für ein Kühlmittel dient. Das Kühlrohr hat eine kostante Außenform entlang der Axialrichtung, und es besitzt eine Dicke, die sich entlang der Axialrichtung ändert.
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Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: den obigen Stator; und einen Rotor, der so angeordnet ist, dass er dem Stator mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegt.
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Wirkung der Erfindung
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Der Stator und die rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung können die Temperatur eines Bereichs verringern, wo die Temperatur lokal erhöht ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild der Struktur eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild der Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt, die den Stator aufweist, der in 1 gezeigt ist.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Radialrichtung, die die Struktur des Stators zeigt, der in 1 gezeigt ist.
- 4 ist eine Schnittansicht, die die Struktur, im Querschnitt A-A, des Stators zeigt, der in 3 gezeigt ist.
- 5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur des Stators zeigt, der in 1 gezeigt ist, wenn ein Umfangsrichtungs-Bereich von der Innenumfangs-Seite aus betrachtet wird.
- 6 ist eine Schnittansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines Stators gemäß Ausführungsform 2 zeigt und einen Radialrichtungs-Bereich davon zeigt.
- 7 ist eine Schnittansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines Stators gemäß Ausführungsform 3 zeigt und dessen Radialrichtungs-Bereich zeigt.
- 8 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines Stators gemäß Ausführungsform 4 zeigt, wenn ein Umfangsrichtungs-Bereich von der Innenumfangs-Seite aus betrachtet wird.
- 9 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines weiteren Stators gemäß Ausführungsform 4 zeigt, wenn ein Umfangsrichtungs-Bereich von der Innenumfangs-Seite aus betrachtet wird.
- 10 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines weiteren Stators gemäß Ausführungsform 4 zeigt, wenn ein Umfangsrichtungs-Bereich von der Innenumfangs-Seite aus betrachtet wird.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In der Beschreibung jeder der nachstehend Ausführungsformen sind die Richtungen einer rotierenden elektrischen Maschine 1 wie folgt bezeichnet: Eine Umfangsrichtung Z, eine Axialrichtung Y, eine Seite Y1 an dem einen Ende in der Axialrichtung Y, eine Seite Y2 an dem anderen Ende in der Axialrichtung Y, eine Radialrichtung X, eine Außenseite X1 in der Radialrichtung X und eine Innenseite X2 in der Radialrichtung X. Daher werden auch für den Stator 2 und den Rotor 3 diese Richtungen auf die gleiche Weise verwendet, und jeder Bereich davon wird so beschrieben, dass er die Richtungen hat, die unter Bezugnahme auf die obigen Richtungen gezeigt sind.
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Ausführungsform 1
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild der Struktur eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt, gemäß Ausführungsform 1. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild der Struktur der rotierenden elektrischen Maschine zeigt, die den Stator aufweist, der in 1 gezeigt ist. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Radialrichtung, die die Struktur des Stators zeigt, der in 1 gezeigt ist. 4 ist eine Schnittansicht, die die Struktur, im Querschnitt A-A, des Stators zeigt, der in 3 gezeigt ist. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur des Stators zeigt, der in 1 gezeigt ist, wenn der Umfangsrichtungs-Bereich von der Innenseite in Richtung der Außenseite in Radialrichtung betrachtet wird (nachfolgend einfach als „von der Innenumfangs-Seite“ bezeichnet).
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In den Zeichnungen gilt hinsichtlich der Formen einer ersten Kühlmittelkammer 31 und einer zweiten Kühlmittelkammer 32, die später beschrieben werden, Folgendes: Deren jeweilige Enden in Axialrichtung Y sind tatsächlich geschlossen, aber zur Vereinfachung der Beschreibung sind deren jeweilige Enden in Axialrichtung Y in einem Zustand gezeigt, in dem sie nicht geschlossen sind. In 5 ist - obwohl die Umfangsrichtung Z entlang einer gekrümmten Fläche verläuft - die Struktur schematisch in einer geraden Form gezeigt, um die Beschreibung zu vereinfachen. Solche Tatsachen werden auf die gleiche Weise auch bei den übrigen Ausführungsformen verwendet, und deren Beschreibung wird weggelassen, wenn zweckmäßig.
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In 2 weist die rotierende elektrische Maschine 1 einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf. In 1 weist der Stator 2 einen Statorkern (nachfolgend einfach als „Kern“ bezeichnet) 102, eine Wicklung 101 und Kühlrohre 204 auf. In 3 weist der Kern 102 einen Jochbereich 12 und eine Mehrzahl von Zahnbereichen 11 auf. Der Kern 102 wird z. B. gebildet, indem eine Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlplatten in Axialrichtung Y gestapelt werden. Der Jochbereich 12 ist in einer Ringform gebildet. Die Zahnbereiche 11 sind auf der Innenseite X2 in Radialrichtung X des Jochbereichs 12 so gebildet, dass sie in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung Z angeordnet sind und zur Innenseite X2 in Radialrichtung X hin vorstehen.
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Die Wicklung 101 ist in Nuten 13 angeordnet, die zwischen den Zahnbereichen 11 ausgebildet sind. In 1 bei der Ausführungsform 1 sind die Anzahlen der Zahnbereiche 11 und der Nuten 13 jeweils 48, aber diese Anzahlen sind darauf nicht beschränkt. Bei der Ausführungsform 1 ist die Wicklung 101 so angeordnet, dass vier Drähte, d. h. vier Windungen, in jeder Nut 13 angeordnet sind. Die Wicklung 101 bei der Ausführungsform 1 nicht vom konzentrierten Wicklungstyp, wobei jede Wicklung um einen einzigen Zahnbereich 11 gewickelt ist, sondern sie ist vom verteilten Wicklungstyp, wobei die Wicklung mit einem gewissen Zyklus ausgebildet ist.
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Der Wicklungstyp kann jedoch ein beliebiger Typ sein, und die Wirkungen gemäß Ausführungsform 1 ändern sich nicht. Die gleichen Wirkungen zeigen sich auch in dem Fall, in dem ein anderer Wicklungstyp verwendet wird, z. B. der konzentrierte Wicklungstyp. Das gleiche gilt auch für die übrigen Ausführungsformen angewendet, und die zugehörige Beschreibung wird weggelassen, wenn zweckmäßig. Der Abstand in Umfangsrichtung Z der Wicklung 101 wird durch die Polzahl bestimmt. Es wird beispielsweise angenommen, dass die rotierende elektrische Maschine 1 gemäß Ausführungsform 1 acht Pole hat, und daher wird die Wicklung 101 für dieselbe Phase mit einem Abstand bzw. Rastermaß von 45° entsprechend dem einen Pol ausgebildet.
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In 4 und 5 verläuft das Kühlrohr 204 in Axialrichtung Y und ist aus einem nicht-leitenden Material, wie z. B. einem Harz gebildet, das als ein Strömungspfad für ein Kühlmittel dient. Das Kühlrohr 204 hat eine konstante Außenform entlang der Axialrichtung Y, d. h. die Außenbreite W 1 in Radialrichtung X und die Außenbreite W2 in Umfangsrichtung Z sind jeweils entlang der Axialrichtung Y konstant, während sich die Dicke entlang der Axialrichtung Y ändert. Bei der Ausführungsform 1 nimmt die Dicke des Kühlrohrs 204 von der Seite Y1 an dem einen Ende in Richtung der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y zu.
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Da die Außenbreiten W1, W2 in Radialrichtung X und der Umfangsrichtung Z beide entlang der Axialrichtung Y des Kühlrohrs 204 konstant sind, ist ein Bereich 41 mit großer Breite, in dem der Strömungspfad für das Kühlmittel erweitert ist, auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y ausgebildet, und ein Bereich 42 mit geringer Breite, bei dem der Strömungspfad für das Kühlmittel verschmälert ist, ist auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y ausgebildet.
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Auf der Axialrichtung-Seite, wo die Dicke des Kühlrohrs 204 klein ist, sind hier auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y ein Draht-Verbindungsbereich 103 und ein Anschlussbereich 104 der Wicklung 101 ausgebildet. Hier wird als ein Beispiel eine dreiphasige Sternverbindung angenommen, und der Draht-Verbindungsbereich 103 entsprechend dem Neutralpunkt und der Anschlussbereich 104 zum Zuführen von Energie zur rotierenden elektrischen Maschine 1 sind gezeigt. Eine Einführungsöffnung 201 (später beschrieben) für das Kühlmittel ist auf der Axialrichtung-Seite ausgebildet, wo die Dicke des Kühlrohrs 204 klein ist, hier: auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y.
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Je kleiner die Dicke des Harzes, das ein nicht-leitendes Material ist, das das Kühlrohr 204 bildet, desto größer ist die Kühlwirkung. Um den Isolierabstand zu gewährleisten und einen Riss des Harzes oder dergleichen beim Gießen zu verhindern, wird die minimale Dicke jedoch durch die Viskosität des Harzmaterials und dergleichen bestimmt. Für die Seite, wo die Dicke des Harzes groß ist, wird ein Parameter durch eine Gießbedingung bzw. Formungsbedingung, wie z. B. den Zug einer Form beim Gießen bestimmt. Das gleiche gilt auch für die übrigen Ausführungsformen, und die zugehörige Beschreibung wird daher weggelassen, wenn zweckmäßig.
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Das Kühlrohr 204 ist auf der Außenseite X1 in Radialrichtung X relativ zur Wicklung 101 in der Nut 13 angeordnet. In der Nut 13 sind die Wicklung 101 und das Kühlrohr 204 in einer geraden Form in Radialrichtung X angeordnet. Das heißt, das Kühlrohr 204 grenzt auch an den Jochbereich 12 an.
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Auf der Seite Y1 an dem einen Ende und der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y der Mehrzahl von Kühlrohren 204 sind die erste Kühlmittelkammer 31 und die zweite Kühlmittelkammer 32 jeweils so ausgebildet, dass sie mit der Mehrzahl von Kühlrohren 204 entlang der Umfangsrichtung Z kommunizieren, und sie dienen als Strömungspfade für das Kühlmittel. Die erste Kühlmittelkammer 31 und die zweite Kühlmittelkammer 32 sind so ausgebildet, dass sie über die gesamten Umfänge in Umfangsrichtung Z auf der Seite Y1 an dem einen Ende und der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y der Mehrzahl von Kühlrohren 204 kommunizieren.
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Wie in 1 gezeigt, ist die Einführungsöffnung 201 zum Einführen bzw. Einlassen des Kühlmittels von außen an der ersten Kühlmittelkammer 31 gebildet, d. h. auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y Eine Auslassöffnung 202 zum Auslassen des Kühlmittels nach außen ist an der zweiten Kühlmittelkammer 32 ausgebildet, d. h. auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y.
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Als Nächstes wird beschrieben, wie das Kühlmittel in der rotierenden elektrischen Maschine 1 strömt, die den Stator 2 gemäß Ausführungsform 1 aufweist, der wie oben beschrieben konfiguriert ist. Zunächst wird das Kühlmittel, das von einer Kühleinrichtung zugeführt wird, die aus einer Pumpe und einem Wärmetauscher (nicht dargestellt) außen gebildet sind, durch die Einführungsöffnung 201 in die erste Kühlmittelkammer 31 eingelassen. Dann strömt das Kühlmittel in der ersten Kühlmittelkammer 31 über den gesamten Umfang in Umfangsrichtung Z der rotierenden elektrischen Maschine 1 auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y des Kerns 102 und wird in die Kühlrohre 204 eingelassen, die in den jeweiligen Nuten 13 angeordnet sind.
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Dann strömt das Kühlmittel von der Seite Y1 an dem einen Ende zur Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y jedes Kühlrohrs 204, so dass es in die zweite Kühlmittelkammer 32 auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y herausgelassen wird, und das Kühlmittel wird von der zweiten Kühlmittelkammer 32 durch die Auslassöffnung 202 nach außen der rotierenden elektrischen Maschine 1 herausgelassen. Danach wird die Wärme von dem Kühlmittel abgegeben, und zwar durch den Wärmetauscher, und es wird durch die Pumpe an der Außenseite herausgestoßen, so dass es erneut durch die Einführungsöffnung 201 der rotierenden elektrischen Maschine 1 hereingelassen wird.
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Daher kann die Wärme, die in der rotierenden elektrischen Maschine 1 erzeugt wird, über das Kühlmittel nach außen übertragen werden, so dass der Betrieb auf einer niedrigeren Temperatur als die Temperaturgrenze der rotierenden elektrischen Maschine 1 durchgeführt werden kann. Im Ergebnis kann eine größere Ausgangsleistung erzeugt werden, und die Zeit mit kontinuierlicher Energiebeaufschlagung kann verlängert werden.
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Außerdem hält das Kühlrohr 204, das aus einem nicht-leitenden Material gebildet ist, die Isolierung von der Wicklung 101 aufrecht. Außerdem kann verhindert werden, dass infolge eines magnetischen Streuflusses, wenn die Wicklung 101 mit Energie beaufschlagt wird, ein Wirbelstrom fließt, und folglich kann die Wärmeerzeugung unterdrückt werden. Da unnötige Verluste verhindert werden können, kann außerdem eine rotierende elektrische Maschine mit hohem Wirkungsgrad erhalten werden.
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Ferner ermöglicht das Kühlrohr 204, dass das Kühlmittel genau nahe der Wicklung 101 in der Nut 13 strömt, und demzufolge ist es zum Kühlen der Wicklung 101 geeignet. Da das Kühlrohr 204 auch genau nahe dem Jochbereich 12 angrenzt, kann außerdem die Wärme, die infolge von Eisenverlusten erzeugt wird, die am Zahnbereich 11 oder nahe dem Verbindungsbereich zwischen dem Zahnbereich 11 und dem Jochbereich 12 auftreten, gekühlt werden.
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Außerdem ist das Kühlrohr 204 so ausgebildet, dass es den Bereich 41 mit großer Breite auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y aufweist, die die Kühlmittel-Einführungsseite ist, und dass es den Bereich 42 mit geringer Breite auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y aufweist, die die Kühlmittel-Auslassseite ist. Folglich kann das Kühlmittel sanft im Kühlrohr 204 strömen, und Druckverluste können verringert werden.
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Da sich der Bereich 41 mit großer Breite des Kühlrohrs 204, der Draht-Verbindungsbereich 103 der Wicklung 101 und der Anschlussbereich 104 zum Zuführen von Energie an die rotierende elektrische Maschine 1 auf Seiten der Einführungsöffnung 201 befinden, können der Draht-Verbindungsbereich 103 und der Anschlussbereich 104, die wärmeerzeugende Bereiche der Wicklung 101 sind und Wärme infolge des Kontaktwiderstands und des Widerstands auf der Basis eines Verbindungsvorgangs, wie z. B. Schweißen erzeugen, aktiv gekühlt werden, so dass der Temperaturgradient in der rotierenden elektrischen Maschine 1 verringert und vereinheitlicht werden kann.
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Folglich wird es möglich, einen Zustand mit niedrigerer Temperatur als Temperaturgrenze der rotierenden elektrischen Maschine 1 beizubehalten, so dass eine kontinuierliche Energiebeaufschlagung durchgeführt werden kann. Falls die Stromzufuhr infolge der temperaturbedingten Möglichkeit erhöht werden kann, kann außerdem auch die Ausgangsleistung erhöht werden.
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Für die Wicklung 101 gemäß Ausführungsform 1 wird ein Abstand bzw. Rastermaß mit einem einzigen Pol (45°) in der verteilten Wicklung angenommen. Die gleichen Kühlwirkungen wie bei der Ausführungsform 1 zeigen sich jedoch auch in dem Fall, in dem ein kürzerer oder längerer Abstand als der Abstand mit einem einzigen Pol verwendet wird.
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Die Anzahl von Zahnbereichen 11 und Nuten 13 bei der Ausführungsform 1 beträgt 48. Die gleichen Wirkungen wie bei der Ausführungsform 1 zeigen sich jedoch auch, solange die Anzahlen auf die Konfiguration der Wicklungen 101 für drei Phasen oder mehrere Phasen anwendbar sind. Die Wicklung 101, die in 1 und 2 in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, wird als ein Beispiel unter Verwendung von rechteckigen Drähten gewickelt. Die gleichen Kühlwirkungen wie bei der Ausführungsform 1 zeigen sich jedoch auch mit runden Drähten.
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Bei der Ausführungsform 1 ist die rotierende elektrische Maschine 1 beschrieben. Die gleichen Wirkungen wie bei der Ausführungsform 1 zeigen sich jedoch auch in dem Fall eines elektrischen Generators oder Motors. Auf Seiten des Rotors 3 kann ein Permanentmagnet-Motor unter Verwendung von Permanentmagneten verwendet werden, oder eine rotierende elektrische Maschine vom Feldwicklungstyp kann verwendet werden, die eine magnetomotorische Kraft durch Energiebeaufschlagung mittels Bürsten erzeugt, so dass die gleichen Wirkungen wie bei der Ausführungsform 1 erzielt werden. Außerdem werden die gleichen Wirkungen wie bei der Ausführungsform 1 selbst in dem Fall einer Induktionsmaschine aus einem Rotor und einem leitfähigen Element, wie z. B. Aluminium oder Kupfer erzielt. Solche Tatsachen gelten auch für die übrigen Ausführungsformen, und daher wird die zugehörige Beschreibung weggelassen, wenn zweckmäßig.
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Der Stator gemäß Ausführungsform 1, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, weist Folgendes auf: einen Statorkern mit einem Jochbereich, der in einer Ringform ausgebildet ist, und einer Mehrzahl von Zahnbereichen, die auf der Innenseite in Radialrichtung des Jochbereichs ausgebildet sind, so dass sie in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet sind und in Richtung der Innenseite in Radialrichtung vorstehen; und eine Wicklung, die in Nuten angeordnet ist, die zwischen den Zahnbereichen ausgebildet sind.
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Der Stator weist Kühlrohre auf, die aus einem nicht-leitenden Material gebildet sind, wobei jedes Kühlrohr in Axialrichtung des Stators verläuft und als ein Strömungspfad für ein Kühlmittel dient. Das Kühlrohr hat eine kostante Außenform entlang der Axialrichtung, und es hat eine Dicke, die sich entlang der Axialrichtung ändert.
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Außerdem weist die rotierende elektrische Maschine Folgendes auf: den obigen Stator; und einen Rotor, der so angeordnet ist, dass er dem Stator mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegt.
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Folglich befindet sich der Bereich mit kleiner Dicke des Kühlrohrs an einem wärmeerzeugenden Bereich des Stators, so dass der Bereich mit hoher Temperatur aktiv gekühlt werden kann und der Stator und die rotierende elektrische Maschine, die einen Temperaturgradienten in Axialrichtung haben könnten, können thermisch vereinheitlicht bzw. angeglichen werden.
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Das Kühlrohr ist auf der Außenseite in Radialrichtung relativ zur Wicklung in jeder Nut angeordnet, und in jeder Nut sind die Wicklung und das Kühlrohr in gerader Form in Radialrichtung angeordnet.
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Folglich kann das Kühlrohr direkt die Wärme der Wicklung kühlen und direkt die Wärme des Jochbereichs kühlen.
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Die Dicke des Kühlrohrs nimmt von der Seite an dem einen Ende in Richtung der Seite an dem anderen Ende in Axialrichtung zu.
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Folglich können die Druckverluste im Kühlrohr verringert werden, und der wärmeerzeugende Bereich und der Kühlbereich können thermisch vereinheitlicht bzw. angeglichen werden.
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Ein Draht-Verbindungsbereich der Wicklung ist auf der Axialrichtung-Seite ausgebildet, wo die Dicke des Kühlrohrs klein ist.
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Folglich können der wärmeerzeugende Bereich und der Kühlbereich thermisch vereinheitlicht bzw. angeglichen werden.
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Eine Einführungsöffnung für das Kühlmittel ist auf der Axialrichtung-Seite ausgebildet, wo die Dicke des Kühlrohrs klein ist.
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Folglich können die Druckverluste im Kühlrohr verringert werden.
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Auf der Seite an dem einen Ende und der Seite an dem anderen Ende in Axialrichtung einer Mehrzahl der Kühlrohre sind eine erste Kühlmittelkammer und eine zweite Kühlmittelkammer jeweils so ausgebildet, dass sie mit der Mehrzahl von Kühlrohren entlang der Umfangsrichtung kommunizieren und als Strömungspfade für das Kühlmittel dienen.
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Folglich können die Kühlrohre auf einfache Weise mit der ersten Kühlmittelkammer und der zweiten Kühlmittelkammer kommunizieren.
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Die erste Kühlmittelkammer und die zweite Kühlmittelkammer sind so ausgebildet, dass sie über die gesamten Umfänge in der Umfangsrichtung auf der Seite an dem einen Ende und der Seite an dem anderen Ende in Axialrichtung der Mehrzahl von Kühlrohren kommunizieren.
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Folglich können die Kühlrohre auf gewährleistete Weise mit der ersten Kühlmittelkammer und der zweiten Kühlmittelkammer kommunizieren.
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Ausführungsform 2
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6 ist eine Schnittansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines Stators gemäß Ausführungsform 2 zeigt und einen Radialrichtungs-Bereich davon zeigt. In der Zeichnung sind die gleichen Komponenten wie bei der obigen Ausführungsform 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Im Kühlrohr 204 sind die Bereiche 41 mit großer Breite, die eine kleine Dicke haben, sowohl auf der Seite Y1 an dem einen Ende, als auch auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y ausgebildet, und der Bereich 42 mit geringer Breite, der eine große Dicke hat, ist am zentralen Bereich in Axialrichtung Y ausgebildet.
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In dem Stator 2 gemäß Ausführungsform 2, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, gilt Folgendes. In dem Fall, in dem das Kühlrohr 204 unter Verwendung eines Harzes hergestellt ist, das ein nicht-leitendes Material ist, kann das Kühlrohr 204 mittels zweier Teilformen auf der Seite Y1 an dem einen Ende und der Seite Y2 an dem anderen Ende ausgebildet werden, die in der Mitte in Axialrichtung Y geteilt sind. Demzufolge ist die Länge der Formen in Axialrichtung Y verringert. Auch kann die Dicke sowohl auf der Seite Y1 an dem einen Ende, als auch auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y infolge des Zugs der Form klein gemacht werden, so dass die Wärme, die von der Wicklung 101 erzeugt wird, wirksam abgeführt werden kann.
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Im Allgemeinen ist an der Wicklung 101 Isolierpapier angebracht. Mit dem Isolierpapier könnte das Isoliervermögen am zentralen Bereich in Axialrichtung Y gemäß dem Abstand von der Seite Y1 an dem einen Ende oder der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y bezogen auf den Stator 2 verringert sein. Bei der Ausführungsform 2 gilt jedoch Folgendes: Da die Dicke des nicht-leitenden Materials des Kühlrohrs 204 am zentralen Bereich in Axialrichtung Y groß ist, kann ein langer Isolierabstand am zentralen Bereich in Axialrichtung Y gewährleistet werden.
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Wenn sich die rotierende elektrische Maschine 1 in einem Hochtemperaturzustand befindet, nimmt außerdem deren Länge um den Wert entsprechend dem linearen Ausdehnungskoeffizienten in Axialrichtung Y zu. Dann wird das Kühlrohr 204 in Axialrichtung Y gezogen, so dass Belastungen am zentralen Bereich in Axialrichtung Y des Kühlrohrss 204 auftreten. Bei der Ausführungsform 2 gilt jedoch Folgendes: Da die Dicke des nicht-leitenden Materials des Kühlrohrs 204 am zentralen Bereich in Axialrichtung Y größer ist, werden die thermischen Belastungen verringert.
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Bei dem Stator gemäß Ausführungsform 2, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, zeigen sich die gleichen Wirkungen wie in der obigen Ausführungsform 1.
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Auch ist die Dicke des Kühlrohrs am zentralen Bereich in Axialrichtung des Stators größer als auf beiden Endseiten in Axialrichtung. Folglich wird die Wärme, die von der Wicklung erzeugt wird, abgeführt, der Isolierabstand wird gewährleistet, und die thermischen Belastungen werden verringert.
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Ausführungsform 3
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7 ist eine Schnittansicht entlang der Axialrichtung, die die Struktur eines Stators gemäß Ausführungsform 3 zeigt und dessen Radialrichtungs-Bereich zeigt. In der Zeichnung sind die gleichen Komponenten wie bei den obigen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Im Kühlrohr 204 sind die Bereiche 41 mit großer Breite, die eine kleine Dicke haben, auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y, der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y und dem zentralen Bereich in Axialrichtung Y ausgebildet, und die Bereiche 42 mit geringer Breite, die eine große Dicke haben, sind zwischen der Seite Y1 an dem einen Ende und dem zentralen Bereich und zwischen der Seite Y2 an dem anderen Ende und dem zentralen Bereich in Axialrichtung Y ausgebildet.
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Bei dem Stator 2 gemäß Ausführungsform 3, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, gilt Folgendes: In dem Fall, in dem das Kühlrohr 204 unter Verwendung von Harz, das ein nicht-leitendes Material ist, in Axialrichtung Y hergestellt ist, kann das Kühlrohr 204 mit drei rohrförmigen Teilformen auf der Außenseite X1, auf der Innenseite X2 und zwischen der Außenseite X1 und der Innenseite X2 in Radialrichtung Y ausgebildet werden. Da die Kühlrohre 204, wie oben beschrieben, konfiguriert sind, gilt Folgendes: Wenn wärmeerzeugende Bereiche der Zahnbereiche 11 in der Axialrichtung Y unterschiedlich sind, können die Bereiche 41 mit großer Breite der Kühlrohre 204 an den jeweiligen geeigneten Teilen ausgebildet werden, so dass das Kühlvermögen verbessert werden kann und ein thermisch vereinheitlichter bzw. angeglichener Zustand erzielt werden kann. Folglich ist es möglich, einen Zustand mit niedrigerer Temperatur als die Temperaturgrenze der rotierenden elektrischen Maschine 1 beizubehalten, und zwar in einem allgemeinen Antriebsverfahren, so dass eine kontinuierliche Energiebeaufschlagung durchgeführt werden kann.
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Da das thermische Widerstandsvermögen einen gewissen zulässigen Bereich umfasst, kann die Ausgangsleistung erhöht werden, wenn die Stromzufuhr erhöht werden kann. Da das Gießen bzw. Formen wie oben beschrieben durchgeführt werden kann, kann der Zug der Formen verringert werden, und die Dicke wird verringert, und zwar auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y, der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y und dem zentralen Bereich in Axialrichtung Y Folglich ist die Dicke des Kühlrohrs 204 insgesamt klein, und das Kühlvermögen der Wicklung 101 wird verbessert. Außerdem kann die Wärme infolge von Eisenverlusten, die im Jochbereich 12 auftritt, ebenfalls gekühlt werden.
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In dem Stator gemäß Ausführungsform 3, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, werden die gleichen Wirkungen wie in den obigen Ausführungsformen erzielt.
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Der Stator weist Folgendes auf: einen Kern mit einem Jochbereich, der in einer Ringform ausgebildet ist, und einer Mehrzahl von Zahnbereichen, die auf der Innenseite in Radialrichtung des Jochbereichs ausgebildet sind, so dass sie in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet sind und in Richtung der Innenseite in Radialrichtung vorstehen; und eine Wicklung, die in Nuten angeordnet ist, die zwischen den Zahnbereichen ausgebildet sind. Der Stator weist Kühlrohre auf, die aus einem nicht-leitenden Material gebildet sind, wobei jedes Kühlrohr in Axialrichtung verläuft und als ein Strömungspfad für ein Kühlmittel dient. Das Kühlrohr hat eine kostante Außenform entlang der Axialrichtung, und es hat eine Dicke, die sich entlang der Axialrichtung ändert.
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Folglich wird das Kühlvermögen des Stators verbessert, und eine kontinuierliche Energiebeaufschlagung oder Erhöhung der Ausgangsleistung kann erzielt werden.
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Ausführungsform 4
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8, 9 und 10 sind Schnittansichten entlang der Axialrichtung, die die Strukturen der Statoren gemäß Ausführungsform 4 zeigen, wenn der Umfangsrichtungs-Bereich von der Innenumfangs-Seite aus betrachtet wird. Die obige Ausführungsform 1 hat ein Beispiel gezeigt, in dem die Dicken sämtlicher Kühlrohre 204 von der Seite Y1 an dem einen Ende in Richtung der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y zunehmen. Bei der Ausführungsform 4 wird ein Fall mit dem Kühlrohr 204 beschrieben, bei dem die Dicken von der Seite Y1 an dem einen Ende in Richtung der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y zunehmen, und mit dem Kühlrohr 204, bei dem die Dicken von der Seite Y2 an dem anderen Ende in Richtung der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung zunehmen.
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8 zeigt einen Fall, in dem das Kühlrohr 204, dessen Dicke von der Seite Y1 an dem einen Ende in Richtung der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y zunimmt, und das Kühlrohr 204, dessen Dicke von der Seite Y2 an dem anderen Ende in Richtung der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Z zunimmt, abwechselnd entlang der Umfangsrichtung Z ausgebildet sind. In diesem Fall ist die erste Kühlmittelkammer 31 auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y mit einer Duplexstruktur ausgebildet, bei der die eine Seite als eine Einführungsseite 311 für das Kühlmittel ausgebildet ist und die andere Seite als eine Auslassseite 322 für das Kühlmittel ausgebildet ist. Jedes Kühlrohr 204 kommuniziert entweder mit der Einführungsseite 311 oder der Auslassseite 322 der ersten Kühlmittelkammer 31, die eine Duplexstruktur hat.
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Hier kommuniziert das Kühlrohr 204, das den Bereich 41 mit großer Breite auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y aufweist, mit der Einführungsseite 311, und das Kühlrohr 204, das den Bereich 42 mit geringer Breite auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y aufweist, kommuniziert mit der Auslassseite 312. Auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y ist eine zweite Kühlmittelkammer 33 so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung Z mit dem Kühlrohr 204 kommuniziert, das den Bereich 42 mit geringer Breite auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y hat, und dem Kühlrohr 204, das den Bereich 41 mit großer Breite auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y hat.
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Mit der Struktur, die in 8 gezeigt ist, können die Einführungsseite 311 und die Auslassseite 312 in der ersten Kühlmittelkammer 31 ausgebildet werden. Folglich können die Kühlrohre 204 auf einfache Weise angeordnet werden, und die Einfachkeit des Layouts in der rotierenden elektrischen Maschine 1 kann verbessert werden.
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9 zeigt einen Fall, in dem das Kühlrohr 204 dessen Dicke von der Seite Y1 an dem einen Ende in Richtung der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y zunimmt, und das Kühlrohr 204 dessen Dicke von der Seite Y2 an dem anderen Ende in Richtung der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Z zunimmt, in Zweiergruppen abwechselnd entlang der Umfangsrichtung Z ausgebildet sind.
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In diesem Fall ist die erste Kühlmittelkammer 31 auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y mit einer Duplexstruktur ausgebildet, bei der die eine Seite als eine Einführungsseite 311 für das Kühlmittel ausgebildet ist und die andere Seite als eine Auslassseite 322 für das Kühlmittel ausgebildet ist. Jedes Kühlrohr 204 kommuniziert entweder mit der Einführungsseite 311 oder der Auslassseite 322 der ersten Kühlmittelkammer 31, die eine Duplexstruktur hat.
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Hier kommuniziert das Kühlrohr 204, das den Bereich 41 mit großer Breite auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y aufweist, mit der Einführungsseite 311, und das Kühlrohr 204, das den Bereich 42 mit geringer Breite auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y aufweist, kommuniziert mit der Auslassseite 312. Auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y ist eine zweite Kühlmittelkammer 33 so ausgebildet, dass sie mit den Kühlrohren 204 an vier aufeinanderfolgenden Bereichen in Umfangsrichtung Z kommuniziert, d. h. zwei Bereichen, wo die Kühlrohre 204, die die Bereiche 42 mit geringer Breite auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y haben, aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung Z angeordnet sind, und zwei Bereiche, wo die Kühlrohre 204, die die Bereiche 41 mit großer Breite auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y haben, aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung Z angeordnet sind.
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Mit der Struktur, die in 9 gezeigt ist, braucht die zweite Kühlmittelkammer 33 nicht über den Gesamtumfang in Umfangsrichtung Z ausgebildet zu sein, und folglich kann die Struktur vereinfacht werden.
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10 zeigt einen Fall, in dem das Kühlrohr 204 dessen Dicke von der Seite Y1 an dem einen Ende in Richtung der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y zunimmt, und das Kühlrohr 204 dessen Dicke von der Seite Y2 an dem anderen Ende in Richtung der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Z zunimmt, abwechselnd entlang der Umfangsrichtung Z ausgebildet sind. In diesem Fall sind die erste Kühlmittelkammer 31 auf der Seite Y1 an dem einen Ende in Axialrichtung Y und die zweite Kühlmittelkammer 32 auf der Seite Y2 an dem anderen Ende in Axialrichtung Y auf gestaffelte Weise in Umfangsrichtung Z ausgebildet.
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Mit der Struktur, die in 10 gezeigt ist, brauchen die erste Kühlmittelkammer 31 und die zweite Kühlmittelkammer 32 nicht über die gesamten Umfange in Umfangsrichtung Z ausgebildet zu sein, und folglich kann die Struktur vereinfacht werden.
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Bei der Ausführungsform 4 ist ein Fall gezeigt, in dem die Dicke des Kühlrohrs von der Seite an dem einen Ende in Richtung der Seite an dem anderen Ende in Axialrichtung zunimmt, wie in der obigen Ausführungsform 1 gezeigt. Ohne Beschränkung darauf kann jedoch auch die Struktur des Kühlrohrs gemäß Ausführungsform 2 oder 3 verwendet werden, so dass die gleichen Wirkungen erzielt werden können.
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Mit dem Stator gemäß Ausführungsform 4, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, werden die gleichen Wirkungen wie in den obigen Ausführungsformen erzielt.
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Die erste Kühlmittelkammer ist außerdem mit einer Duplexstruktur ausgebildet, wobei die eine Seite als eine Einführungsseite für das Kühlmittel ausgebildet ist und die andere Seite als eine Auslassseite für das Kühlmittel ausgebildet ist, und jedes Kühlrohr kommuniziert mit der einen Seite der ersten Kühlmittelkammer, die eine Duplexstruktur hat.
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Folglich können die Einführungsseite und die Auslassseite für das Kühlmittel in der ersten Kühlmittelkammer ausgebildet werden, so dass die Kühlrohre auf einfache Weise angeordnet werden können und die Einfachkeit des Layouts in der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
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Obwohl die Erfindung oben in Form von verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionalität, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, in deren Anwendbarkeit nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sind, mit denen sie beschrieben sind, sondern dass sie stattdessen - allein oder in verschiedenen Kombinationen - bei einer oder mehreren der Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können.
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Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen verwendet werden können, die nicht beispielhaft beschrieben sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielweise kann zumindest eine der Komponenten modifiziert, hinzugefügt oder beseitigt werden. Mindestens eine der Komponenten, die in zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnt ist, kann ausgewählt werden und mit den Bestandteilskomponenten kombiniert werden, die in einer anderen bevorzugten Ausführungsform erwähnt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- rotierende elektrische Maschine
- 101
- Wicklung
- 102
- Kern
- 103
- Draht-Verbindungsbereich
- 104
- Anschlussbereich
- 11
- Zahnbereich
- 12
- Jochbereich
- 13
- Nut
- 2
- Stator
- 201
- Einführungsöffnung
- 202
- Auslassöffnung
- 204
- Kühlrohr
- 3
- Rotor
- 31
- erste Kühlmittelkammer
- 32
- zweite Kühlmittelkammer
- 311
- Einführungsseite
- 312
- Auslassseite
- 41
- Bereich mit großer Breite
- 42
- Bereich mit geringer Breite
- X
- Radialrichtung
- X1
- Außenseite
- X2
- Innenseite
- Y
- Axialrichtung
- Y1
- Seite an dem einen Ende
- Y2
- Seite an dem anderen Ende
- Z
- Umfangsrichtung
- W1
- Außenbreite
- W2
- Außenbreite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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