JP2020521422A - 電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機械（１）の軸方向（Ａ）を定める回転軸（Ｄ）の周りで回転可能なロータ（３）と、複数のステータ巻線（６）と、冷却剤分配室（４）と、冷却剤分配室から軸方向に距離をおいて配置された冷却剤収集室（５）とを有するステータ（２）と、を備え、冷却剤分配室（４）が、冷却剤（Ｋ）が流れることのできる少なくとも一つの冷却通路（１０）によって冷却剤収集室と流体的に接続され、少なくとも一つのステータ巻線（６）が、冷却剤（Ｋ）に熱結合するために、電気絶縁性プラスチックからなる少なくとも一つのプラスチック構成物（１１）に、少なくとも部分的に、好ましくは完全に埋め込まれた、特に車両用の電気機械（１）に関する。冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、少なくとも一つのステータ巻線（６）に熱結合するために、少なくとも一つのプラスチック構成物（１１）に少なくとも部分的に配置されている。

Description

本発明は、特に車両用の電気機械、及びこのような機械を備えた車両に関する。

このような電気機械は、一般に電動機または発電機である。電動機は、外部ロータとして、または内部ロータとして実施できる。

一般的な機械は、例えば特許文献１で公知である。これは、内部空間を包囲してその周方向に展開し、内部空間を径方向に区画するジャケットと、軸方向の一端で内部空間を区画するリア側壁と、軸方向の他端で内部空間を区画するフロント側壁とを有するハウジングを備える。この機械のステータはジャケットに接続されて固定されている。この機械のロータはステータ内に配置され、ロータのロータ軸が、フロント側壁にフロント軸受で回転可能に支持されている。

米国特許第５，２１４，３２５号明細書

従来の電気機械のステータは、一般に、機械の動作中に通電されるステータ巻線を備える。それによって熱が発生し、熱は、過熱及び損傷、または、さらにそれに伴うステータの破壊を避けるために放散することが必要である。この目的のため、従来の電気機械から、ステータを冷却するための冷却装置を、特に前記ステータの巻線に備え付けることが知られている。このような冷却装置は、冷却剤が流れる一つまたは複数の冷却ダクトを備え、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。熱はステータ巻線から冷却材への熱伝達によってステータから放出できる。

各冷却ダクトを通って流れる冷却剤へステータから熱を効率的に伝達するのは、構造を非常に大きくする努力を伴う不都合があることが分かる。しかしながら、このことは電気機械の製造コストに不利な影響を有する。

したがって、本発明の目的は、この不都合が大部分、さらには完全に解消される電気機械の改良された実施形態を作り出すことである。特に、その意図は、ステータのステータ巻線の優れた冷却性を特徴とする、電気機械の改良実施形態を作り出すことである。

この目的は、特許請求の範囲の独立請求項の主題によって解決される。好ましい実施形態は、特許請求の範囲の従属請求項の主題である。

したがって、本発明の基本な発想は、電気機械のステータ巻線を電気絶縁性のプラスチックで構成されるプラスチック構成物に埋め込むことであり、プラスチック構成物には、熱の相互作用の結果としてステータ巻線により生成された排熱を吸収する冷却剤のため、冷却剤分配室と冷却剤用の冷却剤収集室も設けられる。したがって、プラスチックは熱をステータ巻線から冷却剤へ伝達するための熱伝達媒体として用いられる。

ステータ巻線と冷却ダクトを通って案内される冷却剤との間の特に良好な熱伝達は、このようにして達成される。このことは、熱伝導率の高いプラスチックが使用される場合に特に当てはまる。特に、いわゆる熱硬化性プラスチックはこの目的に適している。プラスチックが電気絶縁性の特性も有する事実により、同時に、冷却されるべきステータ巻線がプラスチックによって望まれていない方法で電気的に短絡しないことが保証される。したがって、例えば電気機械の高負荷時の動作中に発生するような、ステータの廃熱の発生が多い場合であっても、生じる廃熱をステータから確実に放出することも保証できる。そのため、ステータの過熱による電気機械の損傷または破壊でさえ回避できる。本発明の本質である、冷却剤分配室または冷却剤収集室を内部に有するプラスチック構成物は、冷却されるべきステータ巻線が、プラスチックで射出成形される場合には、射出成形により製造できる。したがって、ステータ巻線と冷却ダクトをプラスチック構成物に埋め込むのを非常に容易に行える。

ステータ巻線を冷却するため、プラスチック構成物で具体化された冷却剤収集室から進む冷却剤は、冷却剤がステータ巻線から熱の相互作用の結果として廃熱を吸収する複数の冷却ダクトに分配され得る。冷却剤は、冷却ダクトを通って流れた後、冷却剤収集室に集められる。冷却剤分配室と冷却剤収集室が、本発明に係るプラスチック生成物の中に配置されることにより、冷却剤分配室に存在する冷却剤は、冷却ダクトに分配される前にステータ巻線を冷却するために使用できる。同じことは、冷却ダクトを通って流れた後に冷却剤収集室に集められる冷却剤にも当てはまる。その結果、ステータ巻線の冷却効果を高めることがこのようにして達成される。

特に車両用の、本発明に係る電気機械は、回転軸の周りで回転可能なロータを備える。回転軸は電気機械の軸方向を定める。この機械は、さらに、冷却剤分配室と、冷却剤分配室から軸方向に離れて配置された冷却剤収集室とを有する。冷却剤分配室は、ステータ巻線によって生成される廃熱を冷却するために冷却剤が流れることのできる冷却剤収集室と少なくとも一つの冷却ダクトにより流体的に連通する。このような冷却ダクトは少なくとも２つ設けるのが好ましく、複数の冷却ダクトを設けるのが特に好ましい。熱結合のために、電気絶縁性プラスチックからなるプラスチック構成物に、少なくとも一つのステータ巻線が、ある断面で、好ましくは完全に埋め込まれる。本発明によれば、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室が、それぞれ、少なくとも一つのステータ巻線との熱結合のために、少なくとも一部がプラスチック構成物の内部に形成または配置される。

好ましい実施形態によれば、プラスチックからなる少なくとも一つのプラスチック構成物の中に少なくとも一つの冷却ダクトが形成される。このことにより、冷却ダクトを通ってそれぞれのステータ巻線へ流れる冷却剤の良好な熱結合が保証される。

さらに好ましい実施形態によれば、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、プラスチック構成物の中に、少なくとも部分的に、好ましくは全体が設けられた中空スペースにより具体化できる。したがって、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室をそれぞれ制限するために、別のケーシングまたはハウジングを設けることは不要になる。このことは、大きな費用効果と結びつく。

他の好ましい実施形態によれば、ステータは、軸方方向に沿って延び、周方向に沿って互いに離れて配置されるステータティースを有し、ステータティースがステータ巻線を支持する。この実施形態の場合には、少なくとも一つの冷却ダクトを有し、少なくとも一つのステータ巻線が周方向に隣り合う２つのステータティースの間に形成される空間に配置される少なくとも一つのステータ巻線を有する。この方法によれば、冷却されるべきステータ巻線のすぐ近くの空間に冷却ダクトが配置されるため、ステータ巻線と冷却ダクトとの間の特に良好な熱伝達が保証される。そのうえ、プラスチック構成物の製造に対応して、ステータティースの間の前記空間を、プラスチック構成物のプラスチックが中へ射出される鋳型のように使用できる。このことにより、別の鋳型を設けることが不要になるため、プラスチック構成物の製造が簡素化される。

一つの好ましい実施形態によれば、少なくとも一つのプラスチック構成物が、前記空間から軸方向へ、好ましくは両側に突出する。したがって、各空間に存在するプラスチック構成物は、冷却剤分配室または冷却剤収集室のそれぞれを区切るためにも使用できる。

冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、ロータの回転軸に直角な横断面において、リング形状の幾何学構造を有することが好ましい。開いた、または閉じたリングの幾何学構想が特に好ましいと考えられる。このことにより、複数の冷却ダクトをステータの周方向へ互いに離して配置することが可能になる。

特に、少なくとも一つのプラスチック構成物が少なくとも部分的に、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室を画定することが好ましい。このことにより、別のハウジングを設けることが不要になる。

他の好ましい実施形態によれば、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、少なくとも一つのステータ巻線の、第１または第２の端部の径方向の外側及び／または径方向の内側に配置される。したがって、冷却剤分配室または冷却剤収集室は、それぞれ、冷却すべきステータ巻線に、径方向に関してすぐ近くに配置され、冷却すべきステータ巻線に対する冷却剤分配室または冷却剤収集室それぞれの効果的な熱結合が、このようにして達成される。

さらに好ましい実施形態によれば、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、ステータ巻線の軸方向の延長部を具体化するか、またはそれぞれの場合に、ステータ巻線の軸方向延長部に配置される。特に、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、少なくとも一つのステータ巻線に対して軸方向につながることが特に好ましい。したがって、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室が、それぞれ、冷却すべきステータ巻線に、軸方向に関してすぐ近くに配置されることにより、冷却すべきステータ巻線に対する冷却剤分配室または冷却剤収集室のそれぞれの効果的な熱結合がこのようにして達成される。

さらに好ましい実施形態によれば、冷却剤収集室及び／または冷却剤分配室が、一つのステータ巻線に、軸方向の端部側、好ましくは第１または第２の軸方向端部に加えて、径方向の外側及び／または径方向の内側で、それぞれつながる。

特に、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、ロータの回転軸に沿う長手方向の断面においてＵ形状の、少なくとも一つのステータ巻線の第１または第２の軸方向端部それぞれを包囲することが好ましい。

他の好ましい実施形態によれば、ステータは、軸方向に沿って互いに反対側に位置する第１及び第２の軸受シールドの間に軸方向に沿って配置される。この実施形態の場合、冷却剤分配室は第１の軸受シールドに配置される。その代わりに、またはそれに加えて、冷却剤収集室は第２の軸受シールドに配置される。

他の好ましい実施形態によれば、冷却剤分配室を、外側、好ましくは前側または円周上に設けられた第１軸受シールドに設けられる冷却剤入口に流体的に接続する冷却剤供給部が、第１軸受シールドに形成される。冷却剤収集室を、外側、好ましくは前側または円周上の第２軸受シールドに設けられる冷却剤出口に流体的に接続する冷却剤放出部が、さらに第２軸受シールドに形成される。特に好ましくは、冷却剤供給部は、ステータを回転可能に指示するために、第１軸受シールドに設けられる第１軸受に熱的に接続できる。同様に、冷却剤放出部は、ステータを回転可能に指示するために、第２の軸受シールドに設けられる第２軸受に熱的に接続できる。

プラスチック構成物の電気絶縁性プラスチックは、熱硬化性樹脂を含むか、熱硬化性樹脂であることが好ましい。また、プラスチック構成粒の電気絶縁性プラスチックは、熱可塑性樹脂を含むか、熱可塑性樹脂であってもよい。別の選択として、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の組み合わせも考えられる。

さらに好ましい実施形態は、少なくとも一つの冷却ダクトを、管体の内部空間を包囲する管体として具体化することを提案するものである。管体の内部空間を少なくとも２つの部分冷却ダクトに分割する少なくとも一つの分離要素が好ましくは管体に成形され、部分冷却ダクトは互いに流体的に分離される。

管体は、好ましくは、２つの広い側辺と２つの狭い側辺とを含む扁平管として具体化することができる。

特に好ましくは、プラスチック構成物は、電気絶縁性プラスチックの射出成形品である。射出成形法を用いると、プラスチック構成物の製造を簡素化且つ迅速化できる。このことは、電気機械の製造における費用効果につながる。

特に好ましくは、プラスチック構成物の全体、したがって特にステータティースの間の空間に配置されて冷却剤分配室と冷却剤収集室を画定するプラスチック構成物は、一つの部品として具体化される。この方法により、電気機械の製造が簡素化され、それが費用効果につながる。

効果的な別の発展例の場合、ステータは、ステータティースが突出する、好ましくはリング形状のステータ本体を備える。この別の発展例の場合、電気絶縁材料のプラスチック構成物は、ステータ本体の外周側に配置され、好ましくはこの外周側のプラスチックコーティングを形成する。したがって、ステータを周囲の領域から電気的に絶縁できる。そのため、ステータ本体を収容するための別のハウジングを設けることは不要である。ステータ本体の前側の少なくとも一方または両方にプラスチック構成物でコーティングすることも別の選択肢として考えられる。さらに別の選択肢では、プラスチック構成物により、ステータ本体を、好ましくは完全に包み込むことができる。

好ましい実施形態によれば、プラスチック構成物は、ステータ本体の空間から軸方向へ突出する少なくとも一つのステータ巻線の少なくとも一つの巻線部分を少なくとも部分的に包囲し、それによって、巻線部分が冷却剤に対して電気的に絶縁されるように、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室が部分的に画定される。このように、電気機械の動作中に、ステータ巻線に対して冷却剤が不用意に電気的に短絡することが防止される。

好ましい別の発展例によれば、冷却剤分配室は複数の冷却ダクトによって冷却剤収集室と流体的に連通する。

都合のよいことに、複数の冷却ダクトは、互いに間隔を開けて、軸方向に沿って延びている。このことにより、ステータ巻線のすべての軸方向セクションが冷却されることを保証できる。

冷却ダクトは、ステータの周方向に沿って互いに間隔をあけて配置されることが好ましい。このことにより、すべてのステータ巻線が周方向に沿って冷却されることが保証される。

別の好ましい実施形態によれば、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室は、ステータ本体に隣接するステータ本体の軸方向延長部にだけ配置される。この実施形態の場合、冷却剤分配室または冷却剤収集室は、それぞれ、径方向に沿って、ステータ本体またはステータを超えて突出しないことが好ましい。この実施形態は、径方向に極めて小さな設置スペースしか必要としない。

少なくとも一つのステータ巻線は、電気機械の動作中に少なくとも各スペースの内部の領域において、冷却剤から、そしてステータ本体から電気的に絶縁されるように実施することが特に好ましい。このことは、電気機械の全てのステータ巻線に適用されるのが特に好ましい。ステータ巻線とステータ本体との、または電気機械の運転中におけるステータ巻線と冷却剤との不要な電気的な短絡のそれぞれは、このようにして防止される。

ステータ本体からの、好ましくは空間を制限するステータティースからの、少なくとも一つのステータ巻線の電気絶縁材は、上述したように、プラスチック構成物によって、及び／または電気絶縁材の追加によって、完全に形成されることが特に好ましい。さらに電気絶縁材を設けることは、このようにして不要にすることができる。

他の好ましい実施形態によれば、追加の絶縁材は、空間の内部で、ステータ巻線をステータ本体及び空間を制限するステータティースから絶縁するように、軸方向に沿って測定されたその空間の長さの全体に亘って延びる。

さらに別の好都合な発展例によれば、追加の電気絶縁材は、空間の内部で、少なくともその周方向に沿った空間の全長に亘って、ステータ巻線を取り囲む。

特に好ましい実施形態の場合、少なくとも一つのステータ巻線は、管体として形成される冷却ダクトからも電気的に絶縁される。したがって、電気絶縁材は、プラスチック構成物及び／または追加の絶縁材によって形成される。

好ましい実施形態によれば、プラスチック構成物は、空間から軸方向へ突出する少なくとも一つのステータ巻線を少なくとも部分的に包囲し、それによって、電気機械の動作中にステータ巻線が冷却剤から電気的に絶縁されるように、冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室を少なくとも部分的に制限する。

ステータ巻線は、分布巻きの巻線の一部であることが特に好ましい。

さらに、本発明は上述した電気機械を備える車両、特に自動車に関する。上述した電気機械の効果は、したがって、本発明に係る車両にも適用することができる。

本発明のさらなる重要な特徴および効果は、従属請求項、図面、および図面に基づいて対応する図の説明から理解される。

言うまでもなく、上記の特徴および以下に説明する特徴は、それぞれの特定の組み合わせで使用できるだけでなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、他の組み合わせまたは単独で使用することもできる。

本発明の好ましい例示的な実施形態は、図面に示されており、以下の説明でより詳細に説明される。

各図は概略図である。

図１は、図１は、本発明に係る電気機械の一つの例を、ロータの回転軸に沿った縦断面で示す。 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な横断面で示す。 図３は、周方向に隣接する２つのステータティースの間の空間の領域における図２のステータの詳細を示す。 図４は、冷却ダクトを流れる冷却剤がロータの軸受を冷却するのにも用いられる場合の、図１に係る電気機械の第１の選択例を示す。 図５は、特に少しの挿入スペースしか必要としない、図１に係る電気機械の第２の選択例を示す。 図６は、ステータ巻線を特に効果的に冷却できる、図１に係る電気機械の第３の選択例である。

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とを備えている。明確にするために、ステータ２は、図１の断面線II−IIに沿って、回転軸Ｄに直角な横断面で図２に別に図示している。図１によれば、ロータ３はロータ軸３１を有し、図１には詳細には示していない複数の磁石を有することができ、その磁気極性は、周方向Ｕに沿って交互に変わる。ロータ３は、回転軸Ｄの周りを回転可能であり、その位置は、ロータ軸３１の中心の長手方向の軸Ｍにより定められる。回転軸Ｄは、回転軸軸Ｄと平行に延びる軸方向Ａを定める。径方向Ｒは軸方向Ａと直角である。周方向Ｕは回転軸Ｄの周りを回転する。

図１から分かるように、ロータ３はステータ２に配置されている。したがって、ここで示される電気機械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の周りで回転可能となるように、第１軸受３２ａと、そこから軸方向に離れた第２軸受３２ｂに支持されている。

ステータ２は、すでに知られているように、磁場を生成するために通電可能な複数のステータ巻線６をさらに含む。ロータ３の磁石により生成される磁場と、導電性のステータ巻線６により生成される磁場との間の磁気的な相互作用により、ロータ３が回転するよう設定されている。

図２の断面から、ステータ２が、例えば鉄で構成されるリング状のステータ本体７を有してよいことが分かる。特に、ステータ本体７は、軸方向Ａに沿って互いに積み重ねられ、互いに接着される複数のステータ本体プレート（図示せず）から形成できる。複数のステータティース８は、ステータ本体７と径方向内側で一体に形成され、ステータティースは、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、周方向Ｕに沿って互いに離れて配置されるように、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が集合して巻線配列が形成される。ステータ巻線６によって形成される磁極の数に応じて、巻線配列の全体のうちの個々のステータ巻線６は適した態様で一緒に電気配線できる。

機械１の運転中に、通電されたステータ巻線６は、機械１の過熱、及び損傷、さらにはそれに伴う破壊を阻止するために、機械１から放出すべき廃熱を発生する。したがって、ステータ巻線６は、ステータ２を通って案内され、ステータ巻線６によって生成された廃熱を熱伝達で吸収する冷却剤Ｋに補助されて冷却される。

冷却剤Ｋがステータ２を通って案内されるように、機械１は冷却剤分配室４を備え、冷却剤Ｋを冷却剤入口３３から冷却剤分配室４の中へ導入できる。冷却剤収集室５は、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５と流体的に連通し、図１では複数の冷却ダクト１０のうちの一つのみが認識可能である。図示していない軸方向Ａに直角の横断面において、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幾何学形状を有することができる。複数の冷却ダクト１０は、それぞれが軸方向Ａに沿ってリング状の冷却剤分配室４からリング状の冷却収集室へ延び、周方向Ｕに沿って互いに距離をあけて配置される。冷却剤入口３３から冷却剤分配室４へ導入される冷却剤Ｋは、したがって、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、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を通って、再び機械１から放出される。

図１及び図２に示されているように、ステータ巻線６は、いずれも、周方向Ｕに隣り合う２つのステータティース８の間に具体化される空間９に配置される。前記空間９も、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「ステータグルーブ」または「ステータスロット」として、当業者に知られている。

以下ではステータティース８ａ，８ｂとも称する、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を詳細に示す図である図３に注目して説明する。ステータ巻線６により生成された廃熱を、冷却ダクト１０を通って流れる冷却剤Ｋに効率よく熱伝達するために、電気絶縁性プラスチックからなるプラスチック構成物１１が、それぞれ、図３の空間９に設けられる。特に、プラスチック構成物１１は、電気絶縁性プラスチックからなる射出成形された構成物であることが好ましい。射出成形法を適用することにより、プラスチック構成物の製造が簡素化され、且つ促進される。図３の例の場合、プラスチック構成物１１は単一のプラスチック材料から構成される。空間９に配置された冷却ダクト１０と同じ空間９に配置されたステータ巻線６とは、例えば、熱硬化性プラスチックまたは熱可塑性プラスチックから構成できるプラスチック構成物１１に埋め込まれる。図３において空間９に配置されるステータ巻線６は、それぞれ、第１ステータティース８ａに支持される第１ステータ巻線６ａに部分的に含まれ、第１ステータティース８ａに周方向Ｕに隣り合う第２ステータティース８ｂに支持される第２ステータ巻線６ｂに部分的につながることは言うまでもない。このことを分かりやすくするため、分離線１２を仮想線で図３に示す。図３において分離線１２の左に示されているステータの巻線１３ａは、ステータティース８ａによって支持されたステータ巻線６ａに含まれる。分離線１２の右に示されているステータの巻線１３ｂは、ステータティース８ｂによって支持されたステータ巻線６ｂに含まれる。

図３の詳細な表示によりさらに明らかなように、電気絶縁材料で構成される追加の電気絶縁材１５が、プラスチック構成物１１と、ステータ本体７または周方向Ｕに空間９を区切る２つのステータティース８ａ、８ｂの間のそれぞれの空間９に配置される。紙で構成された電気絶縁材１５は、特に費用効率に優れることが分かっている。このような方法では、プラスチック構成物１１が熱的な過負荷のために割れたり、他の何らかの方法で損傷したりした場合に、ステータ巻線６が、ステータ本体７、または一般に鉄や他の適切な導電性材料で形成されるステータティース８もしくは８ａ，８ｂのそれぞれと、望まれずに電気的に短絡するのを回避できる。

図３の詳細な表示により明らかなように、冷却ダクト１０は、それぞれ、例えばアルミニウムからなる管体１６により形成でき、管体１６は管体内部空間２２を包囲する。図３に詳細に表示されているように、一つまたは複数の分離要素１８を、管体１６に選択的に形成でき、その１つまたは複数の分離要素は、冷却ダクト１０を、互いに流体的に分離された部分冷却ダクト１９に細分する。このようにして、冷却ダクト１０内での冷却剤Ｋの流れの挙動を改善でき、そのことが、冷却剤への熱伝達性の改善につながる。さらに、管体１６は機械的に一層強化される。図３には、そのような３つの分離要素１８が例示されており、その結果、４つの部分冷却ダクト１９が形成されている。言うまでもなく、この例の選択肢において、異なる数の分離要素１８を設けることも可能である。冷却ダクト１０を形成する管体１６は、ロータ３の回転軸Ｄに直角な断面で、２つの広い側辺２０と２つの狭い側辺２１を有する扁平管１７として実現される（図３を参照）。図３に示すように軸方向Ａに直角な断面において、扁平管１７の２つの広い側辺２０は、径方向Ｒと直角に延びる。２つの広い側辺２０の長さは、この場合、２つの狭い側辺２１の長さの少なくとも４倍、好ましくは少なくとも１０倍である。

図１〜図３の例では、冷却ダクト１０は、それぞれの空間９内でステータ巻線６の径方向外側に配置される。したがって、冷却ダクト１０とロータ３との回転軸Ｄとの径方向の距離は、ステータ巻線６と回転軸Ｄとの径方向の距離よりも大きい。しかしながら、冷却ダクト１０を径方向内側に配置することも可能である。

図１〜図３に係る電気機械１を製造するために、それぞれが管体１６または扁平管１７によって形成された冷却ダクト１０が、最初に空間９に導入される。続いて、例えば紙からなる電気絶縁材１５が、空間９に挿入される。それから、ステータ巻線６がステータティース８に配置され、従って空間９にも導入され、次いで、例えば熱硬化性プラスチックによる射出成形で、プラスチック構成物１１が形成される。ステータ本体７は、プラスチック構成物１１の製造の途中に、特に熱硬化性プラスチックからなるプラスチック構成物１１が形成されるプラスチックで射出成形することもできる。冷却剤分配室４と冷却剤収集室５は、射出成形プロセスの途中で同様に製造される。

以下では、再び図１を参照する。図１に明示しているように、一つの部品に形成されたプラスチック構成物１１は、空間９から軸方向の両側へ突出することができる。このことにより、冷却剤分配室４と、その代わりの、またはそれに追加される冷却剤収集室５も、それぞれの空間９の軸方向外側に配置されたそれぞれのステータ巻線６の軸方向の端部１４ａ，１４ｂと熱結合するために、プラスチック構成物１１に埋め込まれる。言い換えると、この実施形態の選択肢では、１つのプラスチック構成物１１は、冷却剤分配室４と冷却剤収集室５を、それぞれの場合に少なくとも部分的に区切る。

このようにして、通常は特に熱負荷を受ける各ステータ巻線６の軸方向端部１４ａ，１４ｂの領域において、冷却剤分配室４または冷却剤収集室５にそれぞれ存在する冷却剤Ｋに効果的に熱伝達することができる。このことにより、ステータ巻線６の２つの軸方向端部１４ａ，１４ｂを特に効果的に冷却できる。

図１によれば、ステータ本体７とステータティース８とを有するステータ２が第１及び第２の軸受シールド２５ａ，２５ｂの間に、さらに軸方向に配置されている。図１に示されているように、冷却剤分配室４の一部は第１の軸受シールド２５ａに配置され、冷却剤収集室５の一部は第２の軸受シールド２５ｂに配置されている。冷却剤分配室４は、したがって、第１の軸受端部シールド２５ａとプラスチック構成物１１により区切られる。同様に、冷却剤収集室５は、第２の端部シールド２５ｂとプラスチック構成物１１によって区切られている。

冷却剤分配室４も冷却剤収集室５も、それぞれ、プラスチック構成物に設けられた中空スペース４１ａ，４１ｂにより部分的に成立している。第１の中空スペース４１ａは、冷却剤分配室４を形成するように第１の軸受シールド２５ａに形成された中空スペース４２ａにより補われる。同様に、第２の中空スペース４１ｂは、冷却剤収集室５を形成するように第２の軸受シールド２５ｂに形成された中空スペース４２ｂにより補われる。

特に図１に示された円周側の外側で第１軸受シールド２５ａに設けられる冷却剤入口３３に、冷却剤分配室４を流体的に接続する冷却剤供給部３５を、第１軸受シールド２５ａにさらに形成できる。これに対応して、図１に示された円周側の外側で第２軸受シールド２５ｂに設けられる冷却剤出口３４に、冷却剤収集室５を流体的に接続する冷却剤分配部３６を、第２軸受シールド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を、それぞれ、対応するステータ巻線６の第１または第２端部１４ａ，１４ｂの径方向の外側に配置でき、軸方向Ａに沿って前記端部１４ａ，１４ｂを延長する方向にも配置できる。上記の方法により、機械１の動作中に熱負荷を特に受けるステータ巻線６の端部１４ａ，１４ｂを、特に効果的に冷却できる。

図３に示すように、空間９は、ステータ巻線６が配置される第１部分空間９ｃと、冷却ダクト１０が配置され、空間９を形成するために第１部分空間９ｃを補う第２部分空間９ｄを含む。図３及び図４から明らかなように、取り付け装置２７が、２つの部分空間の間に配置でき、この取り付け装置２７により、冷却ダクト１０が第２部分空間９ｄに固定される。前記取り付け装置２７は、２つのステータティース８ａ，８ｂに形成される２つの突起２８ａ，２８ｂを備え、２つの突起２８ａ，２８ｂは、周方向Ｕに隣り合い、空間９を区切る。２つの突起２８ａ，２８ｂは、周方向Ｕに互いに向かい合い、冷却ダクトを固定するために前記空間に突出する。突起２８ａ，２８ｂは、それぞれ管体１６または扁平管１７として具体化される冷却ダクト１０の径方向のストッパとして機能し、ストッパは、特に、射出成形によって、射出成形構成物１１または１１ａ，１１ｂのそれぞれの製造に対応して、冷却ダクト１０の不要な径方向内側への移動を防止する。

図１に示すように、電気絶縁性プラスチックからなるプラスチック構成物１１は、ステータ本体７の外周側面３０に配置することもでき、外周側面３０にプラスチックコーティング１１．１を形成することができる。ステータ２のステータ本体７は、一般的に導電性のステータプレートから形成され、したがって周囲に対して電気的に絶縁することができる。そのため、ステータ本体７を収容するための別のハウジングを設けるのを不要にすることができる。

図４は、ロータ３の回転軸Ｄに沿った縦断面における図１の選択可能な例を示す。機械１の動作中に、ロータ軸３１に加えて２つの軸受３２ａ，３２ｂも冷却するために、冷却剤供給部３５は、第１の軸受シールド２５ａに配置された第１軸受３２ａと熱的に連結できる。同様に、冷却剤放出部３６は、第２の軸受シールド２５ｂに配置された第２の軸受３２ｂと熱的に連結できる。このように、軸受３２ａ，３２ｂを冷却するための別の冷却装置が不要になるため、費用効果につながる。図４の例では、冷却剤入口３３及び冷却剤出口３４は、それぞれ、第１または第２軸受シールド２５ａ，２５ｂの、それぞれの外側正面２６ａまたは２６ｂに設けられている。図４及び図１に係る選択可能な例の場合、ステータ巻線６は、径方向Ｒに関して冷却ダクト１０内に径方向に配置される。ステータ巻線６は、第２の軸受シールド２５ｂに設けられたフィードスルー３９を通じて電気接続部５０によってステータ２から外へ案内され、そのことにより、それらに外から通電できる。フィードスルー３９は、冷却剤分配室４または冷却剤収集室５と、径方向Ｒに関する回転軸Ｄと間に配置される。

図４と比較して簡素化された実施形態を部分的に示す図５の例では、冷却剤分配室４と冷却剤収集室５は、冷却ダクト１０の軸方向の延長部にのみ配置されている。この選択可能な例では、冷却剤分配室４と冷却剤収集室５のための設置スペースを、特に少ししか必要としない。図５に係る選択肢の場合、ステータ巻線６は、径方向Ｒに関して冷却ダクト１０の径方向内側に配置される。しかし、その代わりに、またはそれに加えて、冷却ダクト１０の径方向外側に配置することも考えられる。ステータ巻線６は、外側から通電できるように、第２の軸受シールド２５ｂに設けられたフィードスルー３９を介する電気接続部５０により、ステータ２から外へ案内されている。フィードスルー３９は、径方向Ｒに関して、冷却剤分配室４または冷却剤収集室５のそれぞれの径方向外側の第２軸受シールド２５ｂに配置される。

図４のさらに他の発展例が図６に示されている。このさらに他の発展例の場合、冷却剤分配室４が、それぞれのステータ巻線６の第１の軸方向端部１４ａを、Ｕ形状またはＣ形状で、したがって、図６に示す回転軸Ｄに沿った縦断面において、その軸方向の直接の延長部に沿っても、径方向の内側及び径方向の外側においても包囲する。それに応じて、冷却剤収集室５は、それぞれのステータ巻線６の第２の軸方向端部１４ｂを、Ｕ形状またはＣ形状で、回転軸Ｄに沿った縦断面において、その軸方向の直接の延長部に沿っても、径方向の内側及び径方向の外側においても包囲する。この選択例の場合、冷却ダクト１０は、ステータ巻線６の径方向内側にも径方向外側にも設けられる。軸方向端部１４ａ，１４ｂを含むそれぞれのステータ巻線６は、したがって、冷却ダクト１０、並びに冷却剤分配室４及び冷却剤収集室５を介して、冷却剤Ｋと熱的に接触する。このことにより、機械１の動作中に特別な熱負荷を受ける軸方向端部１４ａ，１４ｂを有するステータ巻線６を特に効果的に冷却できる。

プラスチック構成物１１の全体、特にステータティース８の間の空間９に配置され、冷却剤分配室４と冷却剤収集室５を画定するプラスチック構成物は、一つの部品に形成することが特に好ましい。

プラスチック構成物１１は、ステータ本体の空間９から軸方向へ突出するステータ巻線６の巻き線部分を包囲することもでき、それによって、冷却剤分配室４または冷却剤収集室のそれぞれを部分的に画定できる。その結果、前記冷却剤がそれぞれの冷却ダクト１０を機械１の運転中に流れるときに、それぞれのステータ巻線６またはステータ巻線６のそれぞれの巻線部分は、それぞれ、冷却剤に対して電気的に絶縁される。

冷却剤分配室４も冷却剤収集室５も、ステータ本体７に隣接する、ステータ本体７の軸方向延長部分に配置することが好ましい。冷却剤分配室４または冷却剤収集室５は、それぞれ、その径方向Ｒにそって、ステータ本体７またはステータ２を超えて突出しないことが好ましい。

ステータ巻線６は、それぞれの場合に、電気機械１の運転中に、少なくとも各空間９の内部で、冷却剤９から、及びステータ２のステータ本体７から電気的に絶縁されるように構成される。このようにして、ステータ巻線６とステータ本体７との不要な電気的短絡が、そして電気機械１の動作中には、ステータ巻線６と冷却剤との不要な電気的短絡が、回避される。ステータ本体７に対するステータ巻線６の、好ましくは空間９を区切るステータティース８に対するステータ巻線６の、このような電気絶縁材は、すでに説明したように、プラスチック構成物及び／または追加の電気絶縁材１５によって効果的に形成される。

追加の電気絶縁材１５は、ステータ巻線６をステータ本体７及び／またはステータティース８からそれぞれ絶縁するように、軸方向Ａに沿って空間９の全長に亘って空間内に延びているのが好ましい。

追加の電気絶縁材１５は、空間９の内部の少なくとも周方向の境界に沿った全長に亘って、空間９内でステータ巻線６を包囲するのが好ましい。

また、ステータ巻線６は、管体１６として具体化される冷却ダクトから電気的に絶縁されるのが好ましい。その結果、電気絶縁材は、プラスチック構成物によって、その代わりに、またはそれに加えて、追加の電気絶縁材１５によって形成される。

プラスチック構成物１１は、空間９から軸方向へ突出するステータ巻線６を少なくとも部分的に包囲でき、それによって、機械１の動作中にステータ巻線６が冷却剤Ｋから電気的に絶縁されるように、冷却剤分配室４及び／または冷却剤収集室を少なくとも部分的に区切ることができる。

Claims (30)

1. 特に車両用の電気機械（1）であって、
   電気機械（1）の軸方向（A）を定める回転軸（D）の周りで回転可能なロータ（3）を備え、ステータ巻線（6）を有するステータ（2）を備え、
   冷却剤分配室（4）と、冷却剤分配室（4）から軸方向へ離れて配置された冷却剤収集室（5）を備え、冷却剤分配室（4）は、冷却剤収集室（5）に、冷却剤（K）が流れることの可能な少なくとも一つの冷却ダクト（10）により流体的に連通し、
   冷却剤（Ｋ）に熱的に結合するための少なくとも１つのステータ巻線（６）は、電気絶縁性プラスチックからなるプラスチック構成物（１１）に埋め込まれ、
   冷却剤分配室及び／または冷却剤収集室（５）は、ステータ巻線（６）に熱的に結合するために、少なくとも一部がプラスチック構成物（１１）に配置される
   電気機械。
2. 請求項１において、
   少なくとも一つの冷却ダクト（１０）も、電気絶縁性プラスチックからなる少なくとも一つのプラスチック構成物に埋め込まれている
   ことを特徴とする電気機械。
3. 請求項１または２において、
   冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、プラスチック構成物（１１）内に少なくとも部分的に、好ましくは完全に設けられた中空空間（４１ａ，４１ｂ）によって形成される
   ことを特徴とする電気機械。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   ステータ（２）は軸方向（Ａ）に沿って延び、ロータ（３）の周方向（Ｕ）に沿って互いに間隔をあけて配置され、ステータ巻線（６）を支持するステータティース（８）を有し、
   少なくとも一つの冷却ダクト（１０）と少なくとも一つのステータ巻線（６）を有するプラスチック構成物（１１）が、周方向（Ｕ）に隣接する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
   ことを特徴とする電気機械。
5. 請求項３または４において、
   プラスチック構成物（１１）は、空間（９）から軸方向へ、好ましくは両側へ突出する
   ことを特徴とする電気機械。
6. 請求項１から５の何れか１つにおいて、
   冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、リング状の幾何学構造、好ましくは、
   ロータ（３）の回転軸（Ｄ）に直角な横断面において、開いた、または閉じたリングの幾何学構造を有する
   ことを特徴とする電気機械。
7. 請求項１から６の何れか１つにおいて、
   プラスチック構成物（１１）は、冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）を少なくとも部分的に画定する
   ことを特徴とする電気機械。
8. 請求項１から７の何れか１つにおいて、
   冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、少なくとも一つのステータ巻線（６）の第１または第２端部（１４ａ，１４ｂ）のぞれぞれの径方向外側及び／または径方向内側に配置される
   ことを特徴とする電気機械。
9. 請求項１から８の何れか１つにおいて、
   冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、それぞれステータ巻線（６）の軸方向の延長部を形成し、またはそれぞれステータ巻線（６）の軸方向延長部に配置される
   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、
    冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、少なくとも一つのステータ巻線（６）に、好ましくはステータ巻線（６）の第１及び第２軸方向端部にそれぞれ接続される
    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、
    冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、少なくとも一つのステータ巻線（６）に、径方向の外側及び／または径方向の内側でも、軸方向の端部でも、接続される
    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、
    冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、少なくとも一つのステータ巻線（６）の第１または第２の軸方向端部のそれぞれを、回転軸（Ｄ）に沿った縦断面においてＵ形状またはＣ形状に包囲する
    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、
    ステータ（２）は、軸方向（Ａ）に沿って、互いに反対に位置する第１及び第２軸受シールド（２５ａ，２５ｂ）の間に配置され、
    冷却剤分配室（４）の一部は第１軸受シールと（２５ａ）に配置され、及び／または冷却剤収集室（５）の一部は第２軸受シールド（２５ｂ）の一部に配置される
    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、
    冷却剤分配室（４）を、第１軸受シールド（２５ａ）の外側に設けられる冷却剤入口（３３）に、好ましくは周方向の正面側で流体的に接続する冷却剤供給部（３５）が、第１軸受シールド（２５ａ）に形成され、
    冷却剤供給部（３５）は、好ましくは、ステータ（２）を回転可能に支持するための第１軸受シールド（２５ａ）に設けられる第１軸受（３２ａ）に熱的に連結され、及び／または、
    冷却剤収集室（５）を、第２軸受シールド（２５ｂ）の外側に設けられる冷却剤出口（３４）に、好ましくは周方向の正面側で流体的に接続する冷却剤放出部（３６）が、第２軸受シールド（２５ｂ）に形成され、
    冷却剤放出部（３６）は、好ましくは、ステータ２を回転可能に支持するための第２軸受シールド（２５ｂ）に設けられるだい２軸受（３３ａ）に熱的に連結される
    ことを特徴とする電気機械。
15. 請求項１から１４の何れか１つにおいて、
    電気絶縁性プラスチックが、熱硬化性プラスチックを含むか、熱硬化性プラスチックであり、及び／または
    電気絶縁性プラスチックは、熱可塑性プラスチックを含むか、熱可塑性プラスチックである
    ことを特徴とする電気機械。
16. 請求項１から１５の何れか１つにおいて、
    少なくとも一つの冷却ダクト（１０）は、管体の内部空間（２２）を包囲する管体（１６）として構成され、
    管体の内部空間（２２）を互いに流体的に分離する少なくとも２つの部分冷却ダクト（１９）に分割する、少なくとも一つの分離要素（１８）が、好ましくは管体（１６）に成形される
    ことを特徴とする電気機械。
17. 請求項１から１６の何れか１つにおいて、
    管体（１６）が、２つの広い側辺（２０）と２つの狭い側辺（２１）を有する扁平管（17）として構成される
    ことを特徴とする電気機械。
18. 請求項１から１７の何れか１つにおいて、
    プラスチック構成物（１１）は、電気絶縁性プラスチックの射出成形構成品である
    ことを特徴とする電気機械。
19. 請求項１から１８の何れか１つにおいて、
    プラスチック構成物が一つの部品として構成される
    ことを特徴とする電気機械。
20. 請求項１から１９の何れか１つにおいて、
    ステータ（２）は、好ましくはリング状のステータ本体（７）を有し、
    電気絶縁性プラスチックからなるプラスチック構成物（１１）は、ステータ本体（７）の周方向外面に配置され、好ましくは、この外周面（３０）の外側コーティング（１１．１）を構成する
    ことを特徴とする電気機械。
21. 請求項１から２０の何れか１つにおいて、
    プラスチック構成物（１１）は、空間（９）から軸方向へ突出して冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）を部分的に画定するステータ巻線（６）の少なくとも巻線部分を少なくとも部分的に包囲し、前記巻線部分が機械（１）の動作中に冷却剤（Ｋ）に対して電気的に絶縁される
    ことを特徴とする電気機械。
22. 請求項１から２１の何れか１つにおいて、
    冷却剤分配室（４）は、複数の冷却ダクト（１０）によって冷却剤袖手室（５）と流体的に連通する
    ことを特徴とする電気機械。
23. 請求項２２において、
    すく数の冷却ダクト（１０）は、軸方向（Ｒ）に沿って互いに間隔をあけてのびる
    ことを特徴とする電気機械。
24. 請求項２２または２３において、
    離客ダクト（１０）は、ステータ（２）の周方向（Ｕ）に沿って互いに距離をおいて配置される
    ことを特徴とする電気機械。
25. 請求項１から２４の何れか１つにおいて、
    冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集室（５）は、ステータ本体（７）またはそれに隣接するステータ（２）の軸方向の延長部にのみ配置され、好ましくは、ステータ本体（７）またはステータ（２）のそれぞれから、その径方向（Ｒ）に沿って突出しない
    ことを特徴とする電気機械。
26. 請求項１から２５の何れか１つにおいて、
    少なくとも一つのステータ巻線（６）は、電気機械（１）の動作中に少なくともそれぞれの空間（９）の内部の領域で、冷却剤（Ｋ）及びステータ本体（７）から電気的に絶縁されるように構成される
    ことを特徴とする電気機械。
27. 請求項２６において、
    少なくとも一つのステータ巻線の電気絶縁材は、ステータ本体（７）から、好ましくは空間（９）を画定するステータティース（８）から、プラスチック構成物（１１）及び／または追加の電気絶縁材によって好ましくは完全になされる
    ことを特徴とする電気機械。
28. 請求項１から２７の何れか１つにおいて、
    プラスチック構成物（１１）は、空間（９）から軸方向へ突出する少なくとも一つのステータ巻線（６）を部分的に包囲し、それによって冷却剤分配室（４）及び／または冷却剤収集治す（５）を部分的に画定し、ステータ巻線（６）が機械（１）の動作中に冷却剤に対して電気的に絶縁される
    ことを特徴とする電気機械。
29. 請求項１から２８の何れか１つにおいて、
    ステータ巻線（６）が分布巻きの巻線の一部である
    ことを特徴とする電気機械。
30. 請求項１から２９の何れか１つに係る電気機械（１）を少なくとも一つ備える
    ことを特徴とする車両、特に自動車。