JP2020099178A - 電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータ巻線とステータ本体の電気的短絡を回避する。【解決手段】電気機械用のステータ２を製造する第１のステップで、ステータ巻線６を収容するために、複数のステータティース８がステータ本体７の周方向Ｕに沿って互いに間隔をあけて配置されるリング状のステータ本体を有するステータを準備し、周方向に隣接する２つのステータティースの間にそれぞれ空間９を形成する。第２のステップで、周方向に隣接する少なくとも２つのステータティースの第１の射出成形を、プラスチック１１で行う。第３のステップで、少なくとも１つのステータ巻線を空間に配置する。第４のステップで、空間に配置されるステータ巻線の第２の射出成形を、プラスチックで行う。第２の射出成形は、ステータティース８ａ，８ｂとステータ巻線６との間に形成されるエアギャップ６１及び／またはエアトラップを、プラスチックによって充填するように行う。【選択図】図３

Description

本発明は、電気機械用のステータを製造する方法に関する。本発明は、さらに、この方法により製造されたステータと、このようなステータを有する電気機械に関する。

電気機械用の従来のステータは、一般に、機械の動作中に通電されるステータ巻線を有する。このような電気機械は、一般に電動機または発電機であり得る。電気機械は、外部ロータとして、または内部ロータとして実現できる。機械の動作中には熱が発生し、この熱は、ステータの過熱、損傷、またはそれに伴う破壊を回避するために放出しなければならない。この目的のため、従来のステータには、ステータ、特に前記ステータ巻線を冷却するための冷却システムを装備することが知られている。このような冷却システムは、冷却剤が流れる１つまたは複数の冷却ダクトを有し、冷却ダクトは、ステータ内でステータ巻線の近くに配置される。ステータ巻線から冷却剤への熱伝達により、熱をステータから放出できる。ステータ巻き線の過熱と、それに伴うステータの損傷または破壊を、このようにして阻止できる。

上述の冷却ダクトを設けるための製造コストを抑えておくために、ステータ巻線を支持するステータティースを含むステータ本体をプラスチック構成物で形成するステータの積層体を射出成形することと、射出成形の過程でプラスチック構成物に前記冷却ダクトを形成することが知られている。ステータティースに巻かれたステータ巻線は、射出成形の過程でステータに永久に固定できる。

ステータ本体とステータティースに配置される巻き線を射出成形するとき、導電性を有するように構成される巻き線は、一般に導電性のシート金属部品を互いに積層することより形成される導電性のステータ本体に支持されない。しかしながら、ステータ巻線とステータ本体の間の電気的接続は、望ましくない電気的短絡を生じさせる。

このことは、ステータ巻線が巻き線を絶縁してすでに製造されているという、実際に一般的な場合にも当てはまる。その理由は、電気機械の動作中に、ステータ巻線を流れる電流により引き起こされる高温のために、ステータ巻線が部分的に損傷するか、または損壊さえし得るためである。

同様に、プラスチック構成物を用いた射出成形の過程により冷却ダクトを形成した後に、ステータ巻線が冷却ダクト内へ突出しないことを除外できない。上述のステータ巻線の電気絶縁材が損傷または損壊までした場合、ステータ巻線は、ステータティースの導電性材料と直接接触するだけでなく、冷却剤とも直接接触し得るが、このことは避けなければならない。

したがって、本発明の目的は、冷却ダクトを有するステータを製造するための改良された製造方法を提供し、上述した不都合を大部分、または完全に除去することである。

この目的は、独立の請求項の主題により解決される。好ましい実施形態は、従属の請求項の主題である。

本発明の基本的な考え方は、プラスチックを用いて、ステータ溝の制限部材として導電性のステータティースを射出成形することと、ステータ溝に配置されるステータ巻線を二回射出成形することである。プラスチックでこのように二重に射出成形することにより、例えば金属などの一般に導電性材料からなるステータの一部としてのステータティースと、これも導電性であるステータ巻線との間に、電気的接続部が形成されるのを事実上排除できる。このことは、特に、ステータの製造に応じてステータ巻線の巻き線絶縁部が損傷する場合に当てはまり、ステータ巻線の導電性の導体要素が露出する。

本発明に係る方法は、以下のａ）からｄ）の４つの方法ステップを含む。第１のステップａ）では、リング形状のステータ本体を有するステータが準備され、ステータ本体の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のステータティースが、ステータ巻線を収容するために、ステータ本体から好ましくは径方向の内側へ突出する。これによって、前記２つのステータティースによって周方向端が定められ、ステータ本体によって径方向外側端が定められる空間であるステータ溝が、それぞれ、周方向に隣接する２つのステータティースの間に形成される。空間は、径方向の内側が開放されるように形成される。この用の空間は、「ステータ溝」という名称で当業者に知られている。第２のステップｂ）では、プラスチックを用いて、周方向に隣接する少なくとも２つのステータティースの（第１の）射出成形が行われ、ステータティースは後に熱伝達の機能を果たす。第３の方法ステップｃ）では、少なくとも１つのステータ巻線が２つのステータティースの間の空間に配置される。第４の方法ステップｄ）では、プラスチックを用いて、空間に配置されたステータ巻線の（第２の）射出成形が行われ、ステップｂ）で射出成形されたステータティースと、ステップｃ）に係る空間にステータ巻線が配置された後のそのステータ巻線との間に形成されるエアギャップ及び／またはエアトラップに、プラスチックが充填される。エアギャップ及び／またはエアトラップが存在する場合、好ましくはそのようなエアギャップ及び／またはエアトラップの複数に、特に好ましくは前記空間に存在するエアギャップ及び／またはエアトラップの全てに充填される。したがって、理想的な場合には、第２の射出成形の後の空間に、エアギャップまたはエアトラップはそれぞれ全く残らない。

本発明に係る方法の場合、空間の端を定め、一般的に導電性である構成のステータティースの表面部分もステータ巻線も、プラスチックで射出成形されるため、二重の射出成形の後に、空間内にエアギャップまたはエアトラップのそれぞれが残らず、ステータ巻線の巻き線絶縁部が損傷した場合であっても、ステータ巻線とステータティースとの間で電気的な接触が生じないことを保証できる。

プラスチックは空気よりも高い熱伝導率を有するため、空間に存在するエアギャップ/エアトラップにプラスチックを充填することによって、ステータ巻線からの放熱性を高めることも可能になる。

したがって、ここに取り入れた方法によって製造されたステータの場合、それぞれの空間に配置されたステータ巻線は、ステータ巻線で生じた廃熱の移送によって、特にその軸方向端部において非常に効果的に冷却され、その冷却は、空間に存在するダクトを冷却するために空間に射出されたプラスチックによって行われる。廃熱は、冷却ダクトを通って案内される冷却剤によって吸収される。

上述のプロセスは、複数のステータティースと複数のステータ巻線に適用することが好ましい。特に、上述のプロセスは、ステータ本体の中に存在する全てのステータティースと、ステータティースに配置される全てのステータ巻線に適用することが好ましい。

好ましい実施形態の場合、少なくとも第１の射出成形に対応して、好ましくはさらに第２の射出成形にも対応して、電気絶縁性プラスチックが使用される。本発明に必要なプラスチックは、熱伝達に使用できるだけでなく、このように電気絶縁にも使用できる。ステータ巻線と、空間内に形成されてプラスチックにより区画される冷却ダクトとの間の、または冷却ダクトを通って流れる冷却材との間の不要な電気的短絡が、このようにして回避される。ステータ巻線と、一般的に導電性材料からなるステータティースまたはステータ本体のそれぞれとの間の不要な電気的短絡が、同様に回避される。

マスキング材の射出成形は、第２の射出成形の過程で効果的に行える。この選択肢は、第２の射出成形に関して冷却ダクトを区画するために使用されたプラスチック材料が変更されない場合に望ましい。そうでなければ、別の方法ステップでマスキング材の射出成形を行うのが望ましい。この場合、ステータ巻線の第２の射出成形用とは異なるプラスチック材料をマスキング材の射出成形のために使用できる。

マスキング材は、空間の径方向内側の端部または／及び径方向外側の端部の領域に配置するのが都合がよい。したがって、冷却ダクトは、射出成形に対応して、径方向内側または外側の端部にそれぞれ配置される。

さらに別の有利な発展例によれば、空間に配置され、軸方向に直角な断面で（第１の）冷却ダクトを少なくとも部分的に、好ましくは完全に制限または包囲する保護コーティングが、プラスチックでマスキング材を射出成形することによって形成される。前記保護コーティングにより、冷却ダクトを通って案内される冷却剤が、空間に配置されたステータ巻線とも、空間を制限するステータティースとも、電気的な接触が生じ得ないことが保証される
さらに別の有利な発展例によれば、保護コーティングは、少なくとも１つの冷却ダクトを、軸方向に直角の断面で径方向の内側または／及び径方向の外側で制限できる。空間内で冷却ダクトの径方向外側または径方向内側にそれぞれ配置されるステータ巻線に対する、冷却ダクト、または冷却ダクトを通って案内される冷却剤のそれぞれの電気的な絶縁が、このようにして保証される。

さらに別のさらに有利な発展例の場合、保護コーティングは、軸方向に直角な断面において、ステータの周方向に少なくとも１つの冷却ダクトを制限できる。導電性のステータティースに対する冷却ダクトの、または冷却ダクトを通って案内される冷却材のそれぞれの電気的絶縁は、このようにして保証される。他の有利なさらに別の発展例の場合、第１及び第２のマスキング材が空間に導入され、第１及び第２の冷却ダクトが２つのマスキング材の射出成形によって形成される。このさらに別の発展例の場合、第１冷却ダクトが径方向内側の端部に配置され、第２の冷却ダクトが径方向外側の端部に配置される。

有利なさらに別の発展例の場合、ステップｂ）に係るステータティースの射出成形の過程で空間を定める隣り合う２つのステータティースの表面部分にプラスチックが射出される。一般に金属、従って導電性材料で形成されるステータ巻線とステータティースとの間の不要な電気的接触は、このようにして回避できる。

さらに有利なさらに別の発展例（このさらに別の発展例では、ステータは、ステータティースが径方向内側へ突出するステータ本体を有する）の場合、ステップｂ）に係るステータティースの射出成形の過程で空間を制限するステータ本体の表面部分にプラスチックが塗布される。一般に金属、従って導電性材料で形成されるステータ巻線とステータ本体との間の不要な電気的接触は、このようにして回避できる。

有利なさらに別の発展例によれば、空間または／及びステータ本体を制限する隣り合う２つのステータティースの表面部分を覆う電気絶縁性の絶縁層は、表面部分に射出されるプラスチックによって形成される。一般に金属、したがって導電性材料で形成されるステータ巻線とステータティースまたはステータ本体それぞれの不要な電気的接触は、このようにして回避される。

有利なさらに別の発展例の場合、空間を径方向内側と径方向外側の部分空間に分ける少なくとも１つの位相絶縁材が、プラスチックを用いた射出成形の過程で形成される。第１位相の巻き線を形成するステータ巻線の第１の導体要素を、このようにして径方向内側の部分空間に配置できる。そのため、第１位相の巻き線に対して電気的に絶縁される第２位相の巻き線を形成するステータ巻線の第２導体要素は、径方向外側の部分空間に配置できる。したがって、互いに電気的に絶縁されるステータ巻線の導体要素を、２つの部分空間に配置できる。そして、このことにより、位相絶縁によって互いに電気的に絶縁される２つの導体要素に、互いに電気的に分離しなければならない２つの異なる電気の位相を、割り当てることができる。本発明のさらに別の発展例では、このような複数の位相絶縁材を空間に設けることも考えられる。プラスチックの位相絶縁材を径方向に測定した直径は、１mmと３mmとの間であることが好ましい。

位相絶縁材は、ステータティースの射出成形に対応して、もしくはステータ巻線の射出成形に対応して、または別の方法ステップで形成される。この選択肢は、特に製造コストを低減することにつながる。

位相絶縁材は、射出成形の過程で、周方向に延び、互いに隣り合うステータティースに配置されるプラスチックの２つの絶縁層と接続されるように形成するのが好ましい。このように、形成された２つの部分空間は、好ましくは電気絶縁性のプラスチックにより完全に区画される。

この方法で製造された電気機械では、後の動作中に電源の２つの異なる位相に接続される場合、ステータ巻線の第１の導体要素をステップｃ）の径方向内側の部分空間に配置し、電源の共通の第１位相に接続するために第１の導体要素を互いに電気的に接続することが提案される。この接続は、空間またはステータ溝のそれぞれの外側で行える。ステータ巻線の第２導体要素は、同様に、ステップｃ）で径方向外側の部分空間に配置でき、電源の共通の第２位相に接続するために互いに電気的に接続できる。この電気的接続は、空間またはステータ溝のそれぞれの外で行うこともできる。

好ましい実施例の場合、少なくとも１つの第１または／及び第２の導体要素、好ましくは全ての第１または／及び第２の導体要素が、それぞれ、ステップｄ）に係る第２の射出成形後に、軸方向に直角な断面においてプラスチックで包囲され、取り囲まれる。このようにして、個々のステータ巻線と冷却ダクトを通って流れる冷却剤との間で、不要な電気的短絡が生じないことが保証される。

第１または／及び第２導体要素は、導電性材料の巻き線ロッドとして形成すると都合がよい。これらの導体要素は、機械的に硬質であるように形成することが特に好ましい。特に機械的に硬質の材料の巻き線ロッドのような導体要素の実施形態では、電気機械を組み立てるために、ステータティースの空間に導体要素を容易に導入できる。

特に好ましい実施形態の場合、少なくとも１つの巻き線ロッドは、空間に配置した後に、軸方向に直角な断面において、２つの狭い側面と２つの広い側面を有する長方形の形状を有する。このことは、空間に配置されるすべての巻き線ロッドに適用されることが好ましい。

保護コーティングは、使用されるプラスチック材料に応じて、ステータティースの射出成形に対応して、もしくはステータ巻き線の射出成形に対応して、または別の方法ステップで形成するのが望ましい。

好ましい実施形態の場合、空間の径方向内側端部または／及び外側端部の領域に創り出される冷却ダクトは、位相絶縁材によってプラスチックから形成される径方向内側または外側の部分空間のそれぞれに形成される。この実施形態の場合、径方向外側または内側の端部の領域に創出される第２の冷却ダクトが、その代わりに、またはそれに追加して、位相絶縁材によってプラスチックから形成される径方向外側または内側の部分空間のそれぞれに形成される。

本発明に係る方法の特に好ましい実施形態の場合、少なくとも１つのエアギャップまたは／及び少なくとも１つのエアトラップが、ステータティースの表面部分に配置される少なくとも２つの導体要素と電気絶縁層の間の少なくともある領域に形成される。この実施形態の場合、前記エアギャップまたはエアトラップは、それぞれ、プラスチックで満たされ、すなわち、ギャップ充填材を形成することにより、特に好ましくは完全にプラスチックで満たされる。このような複数のエアギャップまたは／及びエアトラップが存在する場合は充填するのが好ましく、空間に存在するエアギャップまたは／及びエアトラップの全てに充填することが特に好ましい。したがって、理想的な場合、エアギャップまたはエアトラップは、第２の射出成形の後に空間の中に残らない。ステータ本体に対するステータ巻線の最適な電気絶縁が、このようにステータティースによって実現できる。

少なくとも１つの第１導体要素は、位相絶縁材によって、少なくとも１つの第２導体に対して電気的に絶縁し得ることが特に好ましい。電源の異なる電流位相に接続される２つの導体要素の間の不要な電気的短絡は、このようにして回避できる。

好ましい実施形態の場合、少なくとも１つの第１導体要素が径方向内側の部分空間に配置され、少なくとも１つの第２導体要素が径方向外側の部分空間に配置される。この実施形態は、それぞれの空間にわずかな配置が可能な場合、及び電気機械が２相で動作する場合に特に適している。

空間は、軸方向に直角な断面で、台形、好ましくは長方形の形状を有することができるのが好ましい。

さらに別の好ましい実施形態の場合、ステータティースの表面部分に射出されるプラスチックは、電気絶縁性の第１のプラスチック材料によって形成される。少なくとも１つの位相絶縁材を具体化するプラスチックは、第２のプラスチック材料によって形成できる。さらに、第１または／及び第２の保護コーティングを具体化するプラスチックは、第２プラスチック材料、または第２のプラスチック材料とは異なる第３のプラスチック材料によって形成できる。

好ましい実施形態の場合、第２のプラスチック材料は電気絶縁性または導電性である
ものとして具体化される。

さらに好ましい実施形態の場合、第３のプラスチック材料は、電気絶縁性または導電性であるものとして具体化される。

さらに好ましい実施形態の場合、第１プラスチック材料または／及び第２プラスチック材料または／及び第３プラスチック材料は、熱可塑性にすることができる。
さらに好ましい実施形態の場合、第１プラスチック材料または／及び第２プラスチック材料または／及び第３プラスチック材料は、熱硬化性にすることができる。

第１または／及び第２または／及び第３のプラスチック材料は、同一の熱伝導率を有することが好ましい。第１または／及び第２または／及び第３のプラスチック材料は、その代わりに、またはそれに加えて、異なる熱伝導率を有していてもよい。

第１または／及び第２または／及び第３のプラスチック材料は、同一の材料であることが好ましい。第１または／及び第２または／及び第３のプラスチック材料は、その代わりに、またはそれに加えて、同様に異なる材料にしてもよい。

特に好ましい実施形態の場合、空間をプラスチックで射出成形または充填することは、それぞれ、エアギャップもエアトラップも射出成形または充填の後に空間に存在しないように行われる。

本発明は、さらに、上述の方法によって製造されたステータに関する。 したがって、本発明に係る方法に関する上述の効果は、本発明に係るステータにも当てはめることができる。

本発明は、さらに、本発明に係る方法によって製造される上述のステータを備えた電気機械に関する。したがって、本発明に係る方法に関する上述の利点は、本発明に係る電気機械にも適用できる。ステータに加えて、電気機械も、ステータに対する回転軸の周りで回転可能なロータを備える。

図１は、本発明に係る電気機械の例を、ステータの回転軸に沿った縦断面図で示す。 図２は、図１に係る電気機械のステータをロータの回転軸に直角の断面で示す。 図３は、周方向に隣接する２つのステータディースの間の空間の領域における図２のステータの詳細図を示す。 図４は、付加的な第２の冷却ダクトを備える、図３に係る例のさらに別の展開例を示す。 図５は、ステータ巻線が、巻線ロッドによってではなく、プラスチック構成物に形成された巻線によって形成された場合の、図３に係る例のオプションを示す。 図６は、本発明に係る方法の順序を表す図を示す。 図７は、本発明に係る方法の順序を表す図を示す。 図８は、本発明に係る方法の順序を表す図を示す。 図９は、本発明に係る方法の順序を表す図を示す。 図１０は、図３の例の第１のさらなる展開例を示す。 図１１は、図３の例の第２のさらなる展開例を示す。

本発明のさらに別の重要な特徴および効果は、従属請求項、図面、及び図面に基づいた対応する図の説明から理解される。

上述の特徴および以下に説明する特徴は、それぞれで特定された組み合わせだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独で使用できることは言うまでもない。

本発明の好ましい例示的な実施形態を図面に示し、以下でより詳細に説明する。

各図は概略図である。

図１は、本発明に係る電気機械１の例を断面図で示す。電気機械１は、車両、好ましくは道路車両で使用できるように寸法設定されている。

電気機械１は、図１に概略的にのみ示すロータ３と、ステータ２とを備える。明確にするため、ステータ２の、図１の断面線II−IIに沿った回転軸Ｄに直角の断面を、別の図である図２に示す。図１によれば、ロータ３はロータ軸３１を有し、複数の磁石を有することができ、これらの磁石は図１により詳細には示されておらず、その磁気分極は円周方向Ｕに沿って交互に変わる。ロータ３は、回転軸Ｄの周りで回転でき、その位置は、ロータ軸３１の長手方向の中心軸Ｍによって定められる。回転軸Ｄは、回転軸Ｄと平行に延びる軸方向Ａを定める。半径方向Ｒは、軸方向Ａと直角である。周方向Ｕは、回転軸Ｄの周りを回る。

図１に示されているように、ロータ３はステータ２の中に配置されている。したがって、ここに示されている電気機械１は、いわゆる内部ロータである。しかしながら、いわゆる外部ロータとして実現することも考えられ、その場合、ロータ３はステータ２の外側に配置される。ロータ軸３１は、回転軸Ｄの周りを回転できるように、第１軸受３２ａと、そこから軸方向へ間隔をあけて配置された第２軸受３２ｂとで、ステータ２に支持されている。

知られているように、ステータ２はさらに複数のステータ巻線６を含み、これらは磁界を発生するように通電することができる。ロータ３は、ロータ３の磁石によって生成される磁界と、導電性のステータ巻線６によって生成される磁界との磁気相互作用によって回転し始める。

図２の断面より、ステータ２は、例えば鉄製のリング状のステータ本体７を有し得ることが分かる。ステータ本体７は、特に、軸方向Ａに沿って互いに積み重ねられ、互いに接着された複数のステータ本体プレート（図示せず）から形成できる。軸方向Ａに沿って延び、ステータ本体７から径方向内側に突出し、そして周方向Ｕに沿って互いに間隔を空けて配置される複数のステータティース８は、ステータ本体７の径方向内側に成形される。各ステータティース８はステータ巻線６を支持する。個々のステータ巻線６が一緒になって、巻線の配置がなされる。ステータ巻線６によって形成される磁極の数に応じて、巻線配置の全体のうちの個々のステータ巻線６を適切な方法で電気的に配線接続できる。

機械１の動作中、通電されたスタータ巻線６は廃熱を発生し、廃熱は、過熱及び損傷を回避し、さらにはそれに伴う機械１の損壊も回避するために、機械１から放出しなければならない。したがって、ステータ巻線６は、冷却剤Ｋが、ステータ２を通って案内され、ステータ巻線６によって生成される廃熱を熱伝達によって吸収することに補助されて冷却される。

ステータ２を通して冷却剤Ｋを案内するために、機械１は冷却剤分配室４を備え、冷却剤Ｋを冷却剤分配室４の中に冷却剤入口３３を介して導入できる。冷却剤収集室５が、冷却剤分配室４から軸方向Ａに沿って距離をあけて配置されている。冷却剤分配室４は、複数の冷却ダクト１０によって冷却剤収集室と流体的に連通し、図１ではそのうちの１つのみを見ることができる。図には示されていない軸方向Ａに直角の断面において、冷却剤分配室４と冷却剤収集室５は、それぞれ、リング状の形状を有し得る。リング状の冷却剤分配室４からリング状の冷却剤収集室５までそれぞれが軸方向Ａに沿って延びる複数の冷却ダクト１０は、周方向Ｕに沿って互いに間隔をあけて配置される。したがって、冷却剤入口３３を介して冷却剤分配室４に導入される冷却剤Ｋは、個々の冷却ダクト１０に分配できる。冷却剤Ｋは、冷却ダクト１０を通って流れ、ステータ巻線から熱を吸収した後に、冷却剤収集室５に集められ、ステータ２に設けられた冷却剤出口３４を介して機械１から再び排出される。

図１および図２から分かるように、ステータ巻線６及び冷却剤ダクト１０は、それぞれ、周方向Ｕに隣り合う２つのステータティース８の間に形成される空間９に配置される。前記空間９は、ステータティース８と同様に、軸方向Ａに沿って延びる、いわゆる「ステータ溝」または「ステータスロット」として、当業者に知られている。

図３について以下に説明する。図３は、周方向Ｕに隣り合う２つのステータティース８（以下、ステータティース８ａ、８ｂとも称する）の間に形成される空間９を詳細に示す。

図３に示すように、空間９は径方向内側に開口部５２を有し、したがって径方向内側に開口するように形成される。図３の例では、冷却ダクト１０は、空間９またはステータ溝５４の径方向内側端部５６ａの領域に、したがって開口部５２の領域に配置されている。

ステータ巻線６によって生成される廃熱の、冷却ダクト１０を流れる冷却液Ｋへの熱伝達を改善するために、冷却ダクト１０と固定子巻線６に加えて、電気絶縁性で熱伝導性のプラスチック１１が図３に示すように空間９に配置される。

プラスチック１１は、射出成形によって空間９に導入するのが好ましい。

図３に示すように、プラスチック１１は、周方向Ｕに隣接し、一緒にスペース９を画定する２つのステータティース８の表面部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃ上に配置されている。空間９に配置された冷却ダクト１０も、同じ空間９に配置されたステータ巻線６も、それぞれ、電気絶縁性のプラスチック１１により、ステータティース８に対して電気的に絶縁される。さらに、ステータ巻線６は、冷却ダクト１０にプラスチック１１を介して熱を伝達するように接続されているため、ステータ巻線６内で、または固定子巻線６によって発生する廃熱を、冷却ダクト１０を通って流れる冷却剤Ｋにプラスチック１１を介して伝達でき、したがって、ステータ巻線６から放出できる。

周方向Ｕに隣接し、開口部５２と径方向に対向して位置する２つのステータティース８ａ、８ｂの表面部分５０ａ（これを以下「第１表面部」と定め、参照符号５０ａを付与する）は、空間９により形成されるステータ溝５４のいわゆる溝底を形成する。周方向Ｕに空間９を制限する、隣り合う２つのステータティース８のうちの第１のステータティースの第１のフロント側（以下、８ａで特定される）は、第２の表面部分５０ｂを形成する。円周方向Ｕに空間９を制限する、隣り合う２つのステータティース８のうちの第２のステータティースの第２のフロント側（以下、８ｂで特定される）は、第２の表面部分５０ｂと周方向Ｕに対向して位置する第３の表面部分５０ｃを形成する。

３つの表面部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃ上に配置されるプラスチック１１は、表面部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃを覆う電気絶縁性で熱伝導性の絶縁層５１を形成する。絶縁層５１の１つの層の厚さｄは、例えば、０．２ｍｍと０．５ｍｍの間にすることができる。

このように、プラスチック１１は、電気絶縁層５１だけでなく第１の保護コーティング７５も形成し、空間９に配置されて冷却ダクト１０を取り囲んで区画することが分かる。したがって、冷却ダクト１０を流体密に制限するための管体などを設けることによって冷却剤Ｋが漏れ得ないようにすることは不必要である。

図３の例では、第１の保護コーティング７５は、開放されるように形成された空間９、ないしはステータ溝５４の開口部５２をそれぞれ閉鎖する。図３からさらに分かるように、ステータ巻線６は、冷却ダクト１０に対して、第１の保護コーティング７５を形成するプラスチック１１を介して電気的に絶縁されているだけでなく、熱を伝達するように接続されているので、ステータ巻線６の内部で、またはステータ巻線６の近くで発生する廃熱を、冷却ダクト１０を通って流れる冷却剤Ｋに、第１の保護コーティング７５を介して伝達できる。

図３によれば、プラスチック１１は、第１の保護コーティング７５および絶縁層５１を形成できるだけでなく、その代わりにまたはそれに追加して、空間９または固定子溝５４にそれぞれ配置される位相絶縁材５８も形成できる。位相絶縁材５８は、空間９を径方向内側の部分空間と径方向外側の部分空間５９ａ，５９ｂに分割する。

位相絶縁材５８は、周方向Ｕに沿って延びると有利である。位相絶縁材５８は、第２の表面部分５０ｂを第３の表面部分５０ｃに接続するのが好ましい。

径方向内側の部分空間５９ａには第１の導体要素６０ａが配置され、径方向外側の部分空間５９ｂには第２の導体要素６０ｂが配置される。

径方向内側端部５４ａの領域に配置された第１の冷却ダクト１０は、位相絶縁材５８によってプラスチック１１で形成された径方向内側の部分空間５９ａに配置される。

図３から分かるように、空間９に配置されたステータ巻線６は、空間９内で径方向Ｒに沿って互いに隣接し、且つ互いに距離をあけて配置された第１導体要素６０ａおよび第２導体要素６０ｂを含む。好ましくは円周方向Ｕに沿って延びることができるエアギャップ６１は、径方向Ｒに沿ってそれぞれ隣接する２つの導体要素６０、６０ｂの間に形成される。これにより、プラスチック１１がギャップ充填材６２を形成し、それによってエアギャップ６１が完全に満たされる。

好ましくは径方向Ｒに沿って延びることができるエアギャップ６１は、第１及び第２の導体要素と、ステータティース８，８ａ，８ｂの表面部５０ａ，５０ｂ，５０ｃに配置された電気絶縁層５１との間に同様に形成される。これにより、プラスチック１１がギャップ充填材６２を形成し、それによりエアギャップ６１が完全に満たされる。

したがって、すべての第１および第２の導体要素６０ａ、６０ｂは、図３に示されるように、軸方向Ａに直角の断面において電気絶縁性かつ熱伝導性のプラスチック１１によって包囲される。

それぞれが第１または第２の巻線ロッド６５ａ、６５としての第１および第２の導体要素６０ａ、６０ｂは、導電性を有し且つ機械的に硬質の材料で形成される。

第１および第２の巻線ロッド６５ａ，６５ｂは、それぞれ、軸方向Ａに直角の断面において、２つの狭い側面６７および２つの広い側面６８を含む長方形６６の形状を有する。隣り合う２つの巻線ロッド６５ａまたは６５ｂの２つの広い側面６８は、それぞれ、径方向Ｒに関して互いに対向して位置することで、径方向Ｒにおけるそれぞれのエアギャップ６１の端を定める。

図４は、図３の例のさらに別の発展例を示す。図４の例は、冷却ダクト１０が、空間９またはステータ溝５４のそれぞれの径方向外側の端部５６ａの領域に配置され、空間９の径方向Ｒに関して径方向内側の端部５６ａと対向して位置する点で、図３の例とは異なる。

図４の例では、プラスチック１１は、冷却剤１０の第１の保護コーティング７５と同様に、第２の保護コーティング７５を形成し、第２の保護コーティング７５は、空間９に配置され、追加の冷却ダクト１０の端を定めて包囲する。図４に示されているように、径方向外側の端部５６ｂに配置される追加の冷却ダクト６９は、空間９またはステータ溝５４のそれぞれの径方向外側の部分空間５９ｂに配置され、部分空間５９ｂは、プラスチック１１で形成される位相絶縁材５８によって形成される。

プラスチック１１が熱的な過負荷により割れたり、その他の理由で損傷したりした場合、このように、ステータ本体７またはステータティース８，８ａ，８ｂのそれぞれの材料（一般に鉄または他の適切な導電性材料）により、ステータ巻線６が望まれずに電気的に短絡するのを回避できる。

図５は、図３の例の選択肢を示す。図５の例では、プラスチックはプラスチック構成物を形成し、その中にステータ巻線が埋め込まれている。図５の例では、ステータ巻線６の導体要素６５は、分布巻線の一部である巻線７２によって形成されている。

再び図１を参照する。図１によれば、ステータ本体７およびステータティース８を備えるステータ２は、第１および第２のエンドシールド２５ａ、２５ｂの間に軸方向に配置される。

図１に見られるように、冷却剤分配室４の一部は第１のエンドシールド２５ａに配置され、冷却剤回収室５の一部は第２のエンドシールド２５ｂに配置される。したがって、冷却剤分配室４および冷却剤収集室５は、それぞれ、一部が、プラスチック１１に設けられる中空空間４１ａ、４１ｂによって形成される。第１のエンドシールド２５ａに形成される中空空間４２ａにより、冷却剤分配室４を形成するように第１の中空空間４１ａが補われる。したがって、第２のエンドシールド２５ｂに形成される中空空間４２ｂにより、冷却剤収集室５を形成するために第２の中空室４１ｂが補われる。したがって、上述の実施形態の選択肢の場合、冷却剤分配室４も冷却剤収集室５も、プラスチック１１により、少なくとも部分的に端が定められる。

図１に示すように、第１のエンドシールド２５ａの外側に、特に円周方向の外側に設けられた冷却剤分配室４を冷却剤入口３３に流体的に接続する冷却剤供給部３５を、第１のエンドシールドにさらに形成することができる。それに対応して、図１に示すように、エンドシールド２５ｂの外側に、特に周方向の外側に設けられた冷却剤出口３４に冷却剤収集室５を流体的に接続する冷却剤排出部３６を、第２のエンドシールド２５ｂに形成できる。このことにより、冷却剤分配室４または冷却剤収集室５は、ステータ巻線６の第１または第２端部１４ａ、１４ｂのそれぞれの径方向外側、及びこれらの端部１４ａ、１４ｂの軸方向Ａに沿った延長部分の径方向外側に、それぞれ配置される。機械１の動作中に特に熱負荷がかかるステータ巻線６の端部１４ａ、１４ｂは、この構成により、特に効果的に冷却される。

図１によれば、プラスチック１１は、ステータ本体７の外周側３０にも配置でき、したがって、外周側面３０にプラスチックコーティング１１．１を形成できる。したがって、一般には導電性のステータプレートで形成されるステータ２のスタータ本体７を、周囲の領域に対して電気的に絶縁できる。したがって、ステータ本体７を収容するための別個のハウジングを設けることを不要にできる。

以下、本発明に係る方法を例示的な方法で説明する。

図６によれば、周方向Ｕに隣接する２つのステータティース８ａ、８ｂと、これら２つのステータ歯８ａ、８ｂによって区画される空間９を備えるステータ２が、第１のステップａ）において準備される。

第２のステップｂ）によれば、周方向Ｕに隣接する２つのステータティース８ａ、８ｂが、電気絶縁性で熱伝導性のプラスチック１１を用いて射出成形される。ステータティース８ａ，８ｂの射出成形の過程で、電気絶縁性プラスチック１１が、空間９の端を定める２つの隣接するステータティース８ａ，８ｂの表面部分５０ａ，５０ｂに射出される。空間９の境界を定める２つの隣接するステータティース８ａ、８ｂの表面部分５０ｂ、５０ｃを覆う電気絶縁性の絶縁層５１は、ステータティース８ａ，８ｂの表面部分５０ｂ，５０ｃに射出されるプラスチック１１によって形成される。絶縁層５１は、同様に、空間９の径方向外側の境界を定めるステータ本体７の表面部分５０ａを覆う。

さらに図６に示すように、空間９を径方向内側および径方向外側の部分空間５９ａ、５９ｂに分割する位相絶縁体５８を、プラスチック１１の射出成形の過程で、またはプラスチック１１による射出成形によって、それぞれ空間９に形成できる。第１位相の巻線７０ａを形成するステータ巻線６の第１の導体要素は、その後に径方向内側の部分空間５９ａに配置できる。それに対応して、第１位相の巻線７０ａに対して電気的に絶縁された第２位相の巻線７０ｂを形成するステータ巻線６の第２の導体要素は、径方向外側の部分空間５９ｂに配置できる。

位相絶縁体５８は、隣接するステータティース８ａ、８ｂに配置されたプラスチック１１の２つの絶縁層５１を互いに接続するように、ステータ２の周方向Ｕに沿って延びることが望ましい。

さらに、第３の方法ステップｃ）では、ステータ巻線６がステータティース８、８ａ、８ｂ上に配置される。これは、図７に示すように、少なくとも１つのステータ巻線６が空間９に部分的に配置されることを意味する。

図７に示されるように、空間９に配置されるステータ巻線６は、第１の導体要素６０ａ及び第２の導体要素６０ｂを有する。第１及び第２の導体要素６０ａ、６０ｂは、それぞれ、ステータ２またはステータ本体７の径方向Ｒに沿って空間９内で互いに隣り合い、且つ互いに間隔を空けて配置される。

ステップｃ）では、ステータ巻線６の第１の導体要素６０ａが径方向内側の部分空間５９ａに配置され、ステータ巻線６の第２の導体要素６０ｂが径方向外側の部分空間５９ｂに配置される。したがって、第１の導体要素６０ａは、電源（図示せず）の共通の第１の位相に接続するために、互いに電気的に接続できる。第２の導体要素６０ｂは、それに対応して、電源の共通の第２の位相に接続するために、互いに電気的に接続できる。

第１及び第２の導体要素６０ａ、６０ｂは、導電性材料の巻線ロッド６５ａ、６５ｂとして構成され、機械的に強固である。空間９内に配置した後に、巻線ロッド６５ａ、６５ｂは、軸方向Ａに直角の断面において、２つの狭い側面６７と２つの広い側面６８を含む長方形６６の形状を有する。

冷却ダクト１０の実施形態では、マスキング材５７を、２つのステータティース８ａ、８ｂの間の空間４、すなわち、例えば図７に示すように、空間９の径方向内側端部５６ａの領域に導入できる。

図７に見られるように、特にプラスチック１１が存在しないそれぞれのエアギャップ６１を、第１及び第２の導体要素６０ａ、６０ｂを含むステータ巻線６を空間９に配置した後に、それぞれ隣接する２つの導体要素６０ａ、６０ｂの間に作成することができる。このエアギャップ６１は、導体要素６０ａ、６０ｂと、表面部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃ上に配置された絶縁層５１との間に形成することもできる。エアギャップ６１の代わりに、１つまたは複数のエアトラップ（図示せず）の実施形態も考えられる。

図８によれば、さらに射出プロセスが行われる。第４の方法ステップｄ）に係る第２の射出成形の過程で、空間９に配置され、第１および第２の導体要素６０ａ、６０ｂを含むステータ巻線６が、プラスチック１１を用いて射出成形され、その結果、空間９に存在する少なくとも１つのエアギャップ６１、好ましくはすべてのエアギャップとエアトラップとが、プラスチック１１で満たされる。プラスチック１１のギャップ充填材６２をエアギャップ６１に充填した後、第１及び第２の導体要素６０ａ、６０ｂは、それぞれ、軸方向Ａに直角の断面において電気絶縁性及び熱伝導性プラスチックによって完全に囲まれる。プラスチック１１による空間９への射出成形または充填は、それぞれ、特に、射出成形または充填のそれぞれの後に、エアギャップ１１またはエアトラップが、空間９の中にもはや存在しなくなるように行われる。

図８によれば、マスキング材５７の射出成形は、第２の射出成形の過程で行うこともできる。マスキング材５７は、この射出成形の過程において、マスキング材５７によって満たされる空間９の容積に、この射出成形時に冷却ダクト１０を自由に形成できるように、プラスチック１１で成形される。１つの選択肢では、マスキング材５７の射出成形を別個の方法ステップで実行することが考えられる。

マスキング材５７を除去した後に、図９に示されているように、目的とする冷却ダクト１０が形成される。

この例の１つの選択肢では、マスキング材５７を、径方向内側の端部５６ａの領域に配置するのではなく、空間９の径方向外側の端部５６ｂの領域に配置できる（図８，９には図示せず）。次に、冷却ダクト１０が、径方向外側の端部５６ｂ（図８，９には図示せず）に応じて作成される。

図１０によれば、径方向内側及び径方向外側の端部５６ａ、５６ｂにおける２つのマスキング材５７を組み合わせて使用することも考えられるので、それに対応する２つの冷却ダクト１０が作成され、その結果、第１の冷却ダクト１０が径方向内側の端部５６ａに作成され、第２の冷却ダクト１０が径方向外側の端部５６ｂに作成される。したがって、第１の冷却ダクト１０は、第１の導体要素６０ａを含む径方向内側の部分空間５９ａに配置される。それに対応して、第２の冷却ダクト１０は、第２の導体要素６０ｂを含む径方向外側の部分空間５９ｂに配置される。

位相絶縁体５８（図６を参照）は、ステータティース８，８ａ，８ｂの射出成形に応じて、またはその代わりにステータ巻線６の射出成形に応じて、またはその代わりに、別の方法ステップで形成できる。

ステータティース８ａ，８ｂまたはステータ巻線６のそれぞれに対して冷却ダクト１０の最適な電気的絶縁性を確保するために、空間９に配置され、且つ軸方向Ａに直角の断面において冷却ダクト１０の境界をそれぞれ定め、または冷却ダクト１０をそれぞれ囲む保護コーティング７５を、図１１に係るさらに他の発展例において、プラスチック１１を用いてマスキング材５７をさらに射出成形することによって実施できる。

保護コーティング７５は、軸方向Ａに直角の断面において、径方向内側および径方向外側の少なくとも１つの冷却ダクト１０の端を定めることが好ましい。前記保護コーティング７５は、軸方向Ａに直角の断面において、ステータ２の周方向Ｕに冷却ダクト１０の境界を定める場合にも、同様に好ましい。

保護コーティング７５は、ステータティースの射出成形に応じて、またはステータ巻線の射出成形に応じて、または図１１の場合は別の方法ステップで、形成することができる。

空間９は、軸方向Ａに直角の断面において、台形、好ましくは長方形の形状を有し得る。

ステータティース８ａ、８ｂの表面部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃに射出されるプラスチック１１は、第１のプラスチック材料Ｋ１によって形成される。位相絶縁体５８を構成するプラスチック１１は、第３のプラスチック材料Ｋ３によって形成される。第１及び第２のギャップ充填材６２を構成するプラスチックは、第２のプラスチック材料Ｋ２によって形成される。保護コーティング７５を構成するプラスチック１１は、第２のプラスチック材料Ｋ２によって、または第３のプラスチック材料Ｋ３によって形成される。

３つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、同一の材料にすることができる。しかしながら、２つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の少なくとも２つを、したがって３つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の全てを、異なる材料にすることも考えられる。ある例では、第１のプラスチック材料も第２のプラスチック材料の第３のプラスチック材料も、電気絶縁性であるように具体化される。３つのプラスチック材料Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３のそれぞれは、一般には、熱可塑性または熱硬化性にすることができる。３つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、また、同一の熱伝導性を有してもよい。その代わりに、２つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の少なくとも２つは、そして３つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の全ては、異なる熱伝導率を有してもよい。さらに、３つのプラスチック材料Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、同一の材料にしてもよい。その代わりに、３つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の少なくとも２つを、そして３つのプラスチック材料Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の全てを、それぞれ異なる材料にしてもよい。

以上説明したように、本開示は、電気機械について有用である。

１ 電気機械
２ ステータ
７ ステータ本体
６ ステータ巻線
８ ステータティース
９ 空間
１０ 冷却ダクト
１１ プラスチック

Claims (17)

1. 電気機械用のステータ（２）を製造するための方法であって、
   ａ）ステータ巻線（６）を収容するために、ステータ本体（７）の周方向（Ｕ）に沿って互いに間隔をあけて配置される複数のステータティース（８ａ，８ｂ）が突出するリング状のステータ本体（７）を有するステータ（２）を準備し、それぞれ周方向（Ｕ）に隣接する２つのステータティース（８）の間に空間（９）が形成され、
   ｂ）周方向（Ｕ）に隣接する少なくとも２つのステータティース（８）を、プラスチック（１１）により第１の射出成形で形成し、
   ｃ）空間（９）に少なくとも１つのステータ巻線（６）を配置し、
   ｄ）ステップｂ）で射出成型されたステータティース（８ａ，８ｂ）の間にエアギャップ（６１）及び／またはエアトラップが形成されるように、空間（９）にプラスチック（１１）で配置されたステータ巻線（６）を第２の射出成形で形成し、ステップｃ）に係るステータ巻線の配置の後にステータ巻線（６１）にプラスチック（１１）を充填する
   方法。
2. 請求項１において、
   少なくとも第１の射出成形に対応し、好ましくは第２の射出成形にも対応して、電気絶縁性のプラスチック（１１）が用いられる
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２において、
   ２つのステータティース（８）の間の空間（９）に導入される少なくとも１つのマスキング材（５７）が、少なくとも部分的にプラスチックで射出成形され、少なくとも１つのマスキング材（５７）で充填される空間（９）の容積内に、この射出成形時に冷却ダクト（１０）を自由に形成できる
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   マスキング材（５７）の射出成形が、２回目の射出成形の過程で行われ、または
   マスキング（５７）の射出成形が、別の方法ステップで行われる
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１から４の何れか１つにおいて、
   少なくとも１つのマスキング材（５７）が、空間（９）の径方向内側の端部（５６ａ）または／及び径方向外側の端部（５６ｂ）の領域に配置され、（第１の）冷却ダクト（１０）が、したがって、射出成形に対応して、この径方向内側または外側の端部（５６ａ，５６ｂ）にそれぞれ配置される
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項１から５の何れか１つにおいて、
   空間（9）に配置され、空間（９）を径方向内側と径方向外側の部分空間（５９ａ，５９ｂ）に分割する少なくとも１つの位相絶縁体（58）が、プラスチック（１１）を用いた射出成形の過程で形成され、第１の位相巻線（７０ａ）を構成するステータ巻線（６）の第１の導体要素（６０ａ）を、径方向内側の部分空間（５９ａ）に配置することができ、第１の位相巻線（７０ａ）に対して電気的に絶縁される第２の位相巻線（７０ｂ）を構成するステータ巻線（６）の第２の導体要素（６０ｂ）を、径方向外側の部分空間（５９ｂ）に配置することができる
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項６において、
   位相絶縁体（５８）が、ステータティースの射出成形に応じて、またはステータ巻線（６）の射出成形に応じて、または別の方法ステップで形成される
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項６または７において、
   相絶縁体（５８）は、周方向（Ｕ）に沿って延び、隣接するステータティース（８ａ，８ｂ）に配置されるプラスチック（１１）の絶縁層（５１）を互いに接続する
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１から８の何れか１つにおいて、
   ステータティース（８，８ａ，８ｂ）の表面部分（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）に射出されるプラスチック（１１）が、電気絶縁性の第１のプラスチック材料（Ｋ１）によって形成され、
   少なくとも１つの位相絶縁材（５８）を構成するプラスチック（１１）が、第２のプラスチック材料（Ｋ２）によって形成され、
   第１の保護コーティング（７５）または／及び第２の保護コーティング（７５）を構成するプラスチック（１１）が、第２のプラスチック材料（Ｋ２）または第３のプラスチック材料（Ｋ３）によって形成される
   ことを特徴とする電気機械。
10. 請求項１から９の何れか１つにおいて、
    第２のプラスチック材料（Ｋ２）が、電気絶縁性または導電性であるように構成され、または／及び
    第３のプラスチック材料（Ｋ３）ｇａ，電気絶縁性または導電性であるように構成される
    ことを特徴とする電気機械。
11. 請求項１から１０の何れか１つにおいて、
    第１のプラスチック材料（Ｋ１）または／及び第２のプラスチック材料（Ｋ２）または／及び第３のプラスチック材料（Ｋ３）が熱可塑性であり、
    第１のプラスチック材料（Ｋ１）または／及び第２のプラスチック材料（Ｋ２）または／及び第３のプラスチック材料（Ｋ３）が熱硬化性である
    ことを特徴とする電気機械。
12. 請求項１から１１の何れか１つにおいて、
    第１のまたは／及び第２のまたは／及び第３のプラスチック材料（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が、同一の熱伝導率を有し、または／及び
    第１のまたは／及び第２のまたは／及び第３のプラスチック材料（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が、異なる熱伝導率を有する
    ことを特徴とする電気機械。
13. 請求項１から１２の何れか１つにおいて、
    第１のまたは／及び第２のまたは／及び第３のプラスチック材料（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が、同一の材料であり、
    第１のまたは／及び第２のまたは／及び第３のプラスチック材料（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が、異なる材料である
    ことを特徴とする電気機械。
14. 請求項１から１３の何れか１つにおいて、
    プラスチック（１１）による空間（９）の射出成形または充填が、それぞれ、射出成形または充填後に空間（９）にエアギャップ（６１）が存在しなくなるように行われる
    ことを特徴とする方法。
15. 請求項１から１４の何れか１つにおいて、
    空間（９）が、プラスチック（１１）によって（本質的に）ギャップのない方法で構成される
    ことを特徴とする方法。
16. 請求項１から１５の何れか１つに係る方法によって製造されたステータ（２）。
17. 請求項１から１５の何れか一つに係る方法にって製造された、特に請求項１５に係るステータ（２）を有し、
    ステータ（２）の回転軸（Ｄ）の周りで回転可能に構成されたロータ（３）を備える
    電気機械。