JP2022500980A

JP2022500980A - 車両用の電気機械

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Inventors: ピーターセヴァー
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Abstract

本発明は、電気機械（１）に関する。機械（１）は、ステータ（４）と、ステータ（４）に対して、機械（１）の軸方向（Ａ）を規定する回転軸（Ｄ）周りに回転可能なロータ（５）とを備える。機械（１）はハウジング内部（３）を囲み、軸方向（Ａ）に沿ってハウジング内部（３）を境界づける第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）を有し、前記第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）に前記ロータ（５）をベアリングデバイス（９）によって回転可能に装着させるハウジング（２）を備える。熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、軸方向（Ａ）において、２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）のうちの少なくとも１つとロータ（５）との間に配置され、ハウジング部材（８ａ、８ｂ）とともに、冷却材（Ｋ）が流動可能な冷却材空間（１５）を境界づける。熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）から離れて形成される。

Description

本発明は、電気機械、特に車両用の電気機械、およびその機械を有する車両に関する。

そのような電気機械は、概して、電動モータまたは発電機であり得る。電気機械は、外部ロータまたは内部ロータとして構成され得る。

上記一般的なタイプの機械は、例えば、特許文献１に記載されている。当該機械は、ハウジング内部を囲むハウジングを備える。ハウジングは、ハウジングの周方向に全周にわたって延びかつハウジング内部を半径方向に境界づける側面と、軸方向の一側に位置しかつハウジング内部を軸方向に境界づける後部側壁と、軸方向の他側に位置しかつハウジング内部を軸方向に境界づける前部側壁とを有する。機械のステータは、側面に永続的に接続される。機械のロータは、ステータ内に配置される。ロータのロータシャフトは、前部軸受によって前部側壁に回転可能に装着される。

従来の電気機械のステータは、通常、機械の動作中に通電されるステータ巻線を備える。この場合、ロータ内に熱が発生する。ロータの過熱やそれに関連する損傷、さらには破壊を回避するためにその熱を取り除く必要がある。また、過度な高温によってロータの巻線や永久磁石の消磁を回避するために熱を取り除く必要がある。

従来技術において、電気機械のハウジング内に、冷却材が流動可能な冷却ダクトを設けることが知られている。冷却材は、機械内に発生した廃熱を吸収し、ハウジングの外部へ輸送し得る。ロータ内に存在する熱を特に効果的に取り除くことが可能となるように、従来の電気機械においては、ハウジング上に一体的に、かつ、ロータの近くに、例えばリブ状構造や高熱伝導体などの大きな熱相互作用領域を有する構造を設けて、ロータから特に大量の熱を吸収することができるようにすることが知られている。そのような構造は、通常、ハウジングの、ロータの近くに位置する部分となるので、従来の電気機械において、ロータの軸受は、通常、上記構造の領域内にある。しかし、このことは、ロータの回転運動中に発生する力を吸収できるように、上記構造は、それに対応して堅固にされる必要がある。したがって、上記構造は、大きな壁厚を必要とする。しかし、これは、ロータをさらに熱しにくくする。これを防止するために、熱伝導率の高い材料が使用されるが、この場合、大きなコストが必要となる。

米国特許第５２１４３２５号明細書

本発明は、電気機械について、上記欠点の大半、さらには完全に解消する、改善された実施形態を提供することを目的とする。特に、電気機械について、製造コストを低減しつつ、ロータの冷却を向上させることを特徴とする、改善された実施形態を提供することを目的とする。

上記目的は、本願の特許請求の範囲の独立請求項の発明によって達成される。好適な実施形態は、その従属請求項の発明である。

したがって、本発明の基本的な概念は、電気機械のロータをハウジングの２つのエンドプレート、すなわち、機械のハウジング内部を軸方向に境界づける２つのハウジング部材に直接装着することである。言い換えると、本明細書に記載の本発明に係る機械において、ロータは、ベアリングデバイスを介して２つのエンドプレートに直接接続および装着される。これにより、ロータによって生成される力が２つのエンドプレートにベアリングデバイスを介して直接に導入されることが確保される。次いで、これにより、ステータからの廃熱を吸収するために、ハウジング内に設けられる冷却材経路（冷却ダクト、冷却材コレクタとして構成され得る）とハウジング内部のロータとの間に配置される熱伝達体が特に薄い壁を用いて構成することが可能になる。これにより、熱伝達体を介する熱伝達速度が高くなり、したがって、ロータを冷却するための熱伝達体を使用して、特に高い冷却容量を設け得る。本発明によると、ハウジング部材は、熱伝達体とは別個に構成される。言い換えると、２つのハウジング部材のそれぞれおよび熱伝達体は、２つの部材として構成される。これにより、ハウジング部材の材料として、熱伝達体の材料よりも熱伝導率の低い材料を選択可能になる。熱伝導率の高い材料は、熱伝導率の低い材料よりも費用が高いので、このようにすれば、電気機械の製造に関して、コストを大きく削減することが可能になる。

さらに、厚さの薄い熱伝達体を用いることによって材料が削減されるので、コストに関して大きな利点がある。なぜなら、熱伝導率が非常に高い材料は、一般に、取得に係る費用が非常に高いからである。

本発明に係る乗り物用等の電気機械は、ステータと、ステータに対して回転軸を中心として回転可能なロータとを備える。回転軸によって機械の軸方向が規定される。機械は、ハウジング内部を囲むハウジングを備える。この場合、ハウジングは、好ましくは軸方向においてハウジング内部を境界づける第１および第２のハウジング部材を備える。第１および第２のハウジング部材にロータがベアリングデバイスによって回転可能に装着される。２つのハウジング部材は、特に、最初に言及した軸方向「エンドプレート」であり得る。ベアリングデバイスは、特に軸受タイプである、２つのベアリング要素を有し得る。ここで、第１のベアリング要素は、第１のハウジング部材上に配置され、第２のベアリング要素は、第２のハウジング部材上に、好ましくは第１のエンドプレートに軸方向に対向する第２のエンドプレート上に配置される。本発明によると、軸方向において、少なくとも１つのハウジング部材、すなわち、第１または第２のハウジング部材と、ロータとの間に熱伝達体が配置される。この熱伝達体は、当該ハウジング部材とともに、冷却材空間を境界づける。当該冷却材空間は、好ましくは冷却ダクト、冷却材コレクタ空間、および冷却材ディストリビュータ空間の少なくとも１つであり、それぞれの空間を冷却材が流れる。

１つの好適な実施形態によると、熱伝達体は、２つのハウジング部材とは別個に構成される。これにより、ハウジング部材の材料として、熱伝達体の材料とは異なる材料を選択することが可能になる。したがって、ハウジング部材のために特に強度の高い材料を使用し、熱伝達体のために熱伝導率の高い材料を使用し得る。

１つの好適な実施形態によると、熱伝達体および２つのハウジング部材は、材料に関して均一でないように構成される。これにより、ハウジング部材に対して、熱伝達構造よりも低い熱伝導率を有する材料を使用することが可能になる。これにより、機械の製造に関してコスト上の利点が得られる。代替または追加として、第１および第２のハウジング部材の少なくとも一方の材料は、熱伝達体の材料よりも高い上降伏強度およびクリープ限界の少なくとも１つを有し得る。

１つの好適な実施形態によると、熱伝達体の材料の熱伝導率は、第１および第２のハウジング部材の少なくとも一方の材料よりも高い。したがって、比較的費用対効果が良く、熱伝導率の低い材料を、熱をロータから冷却材空間に伝達する必要のないハウジング部材に使用し得る。

１つの好適な実施形態によると、それぞれの熱伝達体上に、ロータから熱伝達体へ廃熱を伝達するための熱伝達構造が存在する。

熱伝達構造および２つのハウジング部材は、便宜上、材料に関して均一でないように構成される。これにより、熱伝達構造よりも熱伝導率の低い材料をハウジング部材に使用することが可能になる。これにより、機械の製造に関してコスト上の大きな利点が得られる。

熱伝達構造の材料は、特に好ましくは、第１および第２のハウジング部材の少なくとも一方の材料よりも高い熱伝導率を有する。ロータから熱を効果的に伝導により取り除くために特に重要な熱伝達構造は、特に良好な熱輸送性を選択的に備え得る。

１つの有利な開発によると、熱伝達体および熱伝達構造は、材料に関して均一に構成される。このようにすると、熱伝達構造および熱伝達体の両方によって、熱の効果的な輸送が確保される。

ロータは、ハウジング部材に、便宜上、直接装着され得る。これにより、特に薄い壁を有する熱伝達構造を構成し得る。なぜなら、軸受力をロータから熱伝達構造中に導入させる必要がないからである。

特に好ましくは、回転子は、ハウジング部材に、熱伝達構造を介しては、装着されず、かつ好ましくはまた、熱伝達体を介しては、装着されない。また、この変形例により、特に薄い壁を有する熱伝達構造を構成し得る。なぜなら、軸受力を回転子から熱伝達構造中に導入させる必要がないからである。

特に好ましくは、ロータは、ハウジング部材に、熱伝達構造を介しては、装着されず、かつ、好ましくは熱伝達体を介しては、装着されない。また、この変形例により、特に薄い壁を有する熱伝達構造を構成し得る。なぜなら、軸受力をロータから熱伝達構造中に導入させる必要がないからである。

第１および第２のハウジング部材の少なくとも一方の軸方向に測定される壁厚は、熱伝達体の壁厚の、便宜上、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍である。したがって、熱伝達体は、特に薄い壁を用いて構成され得る。

１つの好適な実施形態によると、冷却材空間を境界づけるために、２つのハウジング部材からともに離れて形成される、少なくとも２つの熱伝達体が存在する。この実施形態において、第１の熱伝達体は、軸方向における、第１のハウジング部材とロータとの間に配置され、第２の熱伝達体は、軸方向における、ロータと第２のハウジング部材との間に配置される。

１つの好適な実施形態によると、ベアリングデバイスは、軸方向に互いに離れて配置される第１のベアリング要素と第２のベアリング要素とを備え、よってロータは、軸方向における、２つのベアリング要素の間に配置される。この実施形態において、ベアリング要素の軸方向位置は、ベアリング要素によって吸収される半径方向の力の３５％未満、好ましくは１０％未満がそれぞれの熱伝達体に渡されるように規定される。これにより、熱伝達体が過負荷になることが回避される。

１つの好適な実施形態によると、ベアリングデバイスは、第１のベアリング要素と第２のベアリング要素とを備える。ロータは、第１のベアリング要素および第２のベアリング要素によって、それぞれ第１のハウジング部材および第２のハウジング部材に装着される。２つのベアリングデバイスは、互いに軸方向に離れて配置される。この実施形態において、軸方向における、第１の熱伝達体と第１のハウジング部材との間の距離が、第１のベアリング要素と第１のハウジング部材との間の距離よりも大きく、好ましくは少なくとも２倍の大きさである。この実施形態において、代替または追加として、軸方向に沿って、第２の熱伝達体と第２のハウジング部材との間で測定される距離が、第２のベアリング要素と第２のハウジング部材との間で測定される距離よりも大きく、好ましくは２倍の大きさである。

１つの好適な実施形態によると、ステータは、２つのハウジング部材のうち少なくとも一方に取り付けられる。ステータが熱伝達体に取り付けられる従来の電気機械と比較して、この実施形態においては、特に薄い壁を有する熱伝達体を構成し、熱伝達体を特にロータの近くに配置し得る。さらに、この実施形態は、材料をさらに削減し、したがってコスト上の利点を有する。

さらに好適な実施形態によると、ステータは、熱伝達体から離れて配置されるか、または熱伝達体上に単に緩んだ状態で載置される。このようにすることで、特に、本明細書に提案するように、熱伝達体が薄い壁を用いて構成される場合、熱伝達体に損傷を与え得る過度に大きな力を熱伝達体が受けるような状況を回避し得る。これに対する代替の変形例において、熱伝達体は、ステータとハウジング部材との間において、プレストレス力によって挟圧される。このプレストレス力は、ステータとハウジング部材との間に配置される、特にエラストマー封止体タイプの封止要素に対して水密な表面圧力を確保するのに十分な圧力である。

熱伝達体および少なくとも１つのハウジング部材は、好ましくは２つの部材で構成される。これにより、ハウジング部材に対して、熱伝達体とは異なる、特により低い熱伝導率を有する材料をより容易に選択することができる。また、この対策は、電気機械の製造に関してコスト上の大きな利点を有する。

１つのさらなる好適な実施形態において、熱伝達体は、少なくとも１つのハウジング部材に取り付けられる。ここで、その取り付けは、取り外し可能であってもよいし、取り外し不可でもよい。後者の場合、特に、実質的な接合接続であり得る。

１つの有利な開発によると、熱伝達構造は、ロータから熱伝達体へ向かって軸方向に突出し、熱伝達体に設けられた相補的な凹部に篏合する、複数の凸部を備える。上記の代替としての１つの有利な開発によると、熱伝達構造は、熱伝達体からロータへ軸方向に突出し、ロータ上に設けられた相補的な凹部に篏合する複数の凸部を備える。両代替において、熱をロータから熱伝達体へ伝達するための大きな相互作用領域が確保される。

凸部は、特に好ましくは櫛状に構成される。この変形例において、相補的に構成される凹部もまた、櫛状形状を有するので、熱をロータから熱伝達体へ伝達するための、特に大きな相互作用領域が確保される。

熱伝達構造を実装するための熱伝達体およびロータは、特に好ましくは、熱伝達構造の領域において、熱伝達体とロータとの間で、軸方向に沿って測定される距離が最大１ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍであるように、互いに対して配置される。この変形例において、熱伝達体およびロータとの間に形成される環状の隙間またはエアギャップは、小さなギャップ（隙間）幅を有するので、ロータから熱伝達体への熱の効果的な伝達が確保される。

熱伝達構造を実装するために、熱伝達体およびロータは、特に好ましくは、熱伝達構造の領域において、熱伝達体とロータとの間で、軸方向に沿って測定される距離が最大１ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍであるように、互いに対して配置される。この変形例において、熱伝達体およびロータとの間に形成される環状の隙間またはエアギャップは、ロータから熱伝達体への熱の効果的な伝達が確保されるように、好ましくは小さなギャップ（隙間）幅を有する。

別の好適な実施形態によると、熱伝達体は、軸方向に対して横方向に少なくともある部分に延びる冷却プレートとして構成され、軸方向に沿って測定される熱伝達体の壁厚が最大３ｍｍである。熱伝達構造を構成する凸部または凹部は、軸方向に沿って、この冷却プレート内または上に構築または形成される。

熱伝達体上の熱伝達構造を形成する凹部または凸部の、凹部深さおよび凸部高さの少なくとも１つは、冷却プレートの壁厚の特に好ましくは少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍である。この変形例において、熱伝達構造は、大きな相互作用領域を有するので、特に単位時間当たり大量の熱をロータから熱伝達体へ伝達し得る。同時に、冷却プレートは、やはり特に薄い壁を用いて構成される。

熱伝達構造を有する熱伝達体は、リブ状構造を有する深絞り要素、特にシート金属形状部材であり得る。ここで、リブ状構造は、深絞りまたは成形処理によって製造され得る。

１つの有利な開発によると、少なくとも１つのハウジング部材は、熱伝達体が取り付けられる取り付け部を有する。ここで、取り付け部上に、ロータを回転可能に装着するためのベアリングデバイスがさらに設けられる。両方のハウジング部材、すなわち、第１および第２のハウジング部材の両方は、特に好ましくは、そのように構成される取り付け部を有する。この変形例において、ベアリングデバイスは、多くの従来の電気機械の場合のように熱伝達体を介しては、ハウジングに取り付けられない。したがって、熱伝達体は、特に薄い壁を用いて構成され得る。

取り付け部は、特に好ましくは、ハウジング部材からハウジング内部内に軸方向に沿って内向きに突出するスリーブとして構成され得る。スリーブの内面上に、ベアリングデバイスのベアリング要素が配置される。そのようなスリーブ状の形態によって、ベアリングデバイスをハウジング部材に特に安定して取り付けることが確保される。

さらなる好適な実施形態において、熱伝達体は、２つのハウジング部材のうち少なくとも１つとは異なる材料から製造される。２つのハウジング部材は、特に熱伝達体と異なる材料から製造される。この変形例によれば、ハウジング部材に対しては、熱伝導率の低い、より安価な材料を使用可能としながら、熱伝達構造の一部としての熱伝達体に対して、熱伝導率の高い、比較的高価な材料を使用することが可能になる。

少なくとも１つのハウジング部材、好ましくは両方のハウジング部材の材料は、特に便宜上、熱伝達体の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する。したがって、ロータから冷却材空間に熱を伝達する必要のないハウジング部材においては、熱伝導率の低い、比較的安価に入手可能な材料が使用され得る。

熱伝達体の材料の熱伝導率は、少なくとも１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、好ましくは少なくとも１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。これにより、熱を、ロータから取り出して冷却ダクトを介して、冷却材空間に存在する冷却材に効果的に輸送することが確保される。

冷却材空間の一部である環状の隙間は、便宜上、冷却材空間内に突出するステータコイルの巻線端部と熱伝達体との間に形成される。

また、本発明は、上記の電気機械を有する車両、特に自動車に関する。したがって、上記のような電気機械の利点はまた、本発明に係る車両に適用され得る。

本発明のさらなる重要な特徴および利点は、独立請求項、図面、図面を参照した図に関連した説明から明らかである。

当然ながら、上記の特徴や下記される特徴は、それぞれの特定の組み合わせに限らず、本発明の範囲を逸脱せずに、他の組み合わせや単独でも使用され得る。

図１は、本発明に係る電気機械の一例の、ロータの回転軸に沿った長軸断面を示す図である。図２は、熱伝達体の領域における図１の詳細を示す図である。

本発明の好適な例示の実施形態を図面に例示し、以下においてより詳細に説明する。

図面において、いずれの場合も模式的な形態で例示される。

図１は、本発明に係る電気機械１の一例を例示する。機械１は、ハウジング内部３を囲むハウジング２を備える。ハウジング内部３内に、ステータ４およびロータ５が配置される。ステータ４は、ステータ本体１２と、ステータ本体１２に埋め込まれた複数のステータコイル１３（図１に詳細を示さず）と有し得る。複数のステータコイル１３に通電することによって、ロータ５を駆動し得る。ステータ４は、ハウジング２の周壁１４上に永続的に設けられる。

ロータ５は、ロータシャフト６と、一緒に回転するようにロータシャフト６上に配置される複数の永久磁石７（図1に詳細を示さず）とを備える。ロータ５は、回転軸Ｄを中心にして、ステータ４に対して回転し得る。回転軸Ｄは、ロータシャフト６の中心長軸Ｍによって規定される。電気機械１の軸方向Ａは、回転軸Ｄによって規定される。半径方向Ｒは、回転軸Ｄから垂直に離れる方向に延びる。周方向Ｕは、回転軸Ｄの周りに延びる。ロータ５の永久磁石７は、ロータシャフト６の周方向Ｕに沿って磁気分極が交互に換わる状態で配置され得る。言い換えると、磁北極Ｎと磁南極Ｓが周方向Ｕに沿って交互に換わる。

図１から明らかなように、ハウジング２は、第１および第２のハウジング部材８ａ、８ｂを備える。また、これらの２つのハウジング部材８ａ、８ｂは、「エンドプレート」として称されるものとして当業者に知られている。ハウジング部材８ａ、８ｂは、ハウジング内部３を軸方向Ａに沿って境界づける。さらに、機械を半径方向に境界づける第３のハウジング部材８ｃは、プラスチック製の、ステータ４の射出成形封入体によって形成される。また、第１および第２のハウジング部材８ａ、８ｂは、第３のハウジング部材８ｃに対して別個に構成され得る。ロータシャフト６を有するロータ５は、ベアリングデバイス９によってハウジング２に回転可能に装着される。こうするために、ベアリングデバイス９は、第１のベアリング要素１０ａを備える。第１のベアリング要素１０ａによって、ロータシャフト６は、第１のハウジング部材８ａに回転可能に装着される。これに対応して、ベアリングデバイス９は、第２のベアリング要素１０ｂを備える。第２のベアリング要素１０ｂは、第１のベアリング要素１０ａから軸方向に離れて配置されるので、ロータ５は、軸方向に沿って、２つのベアリング要素１０ａ、１０ｂの間に配置される。第２のベアリング要素１０ｂによって、ロータシャフト６は、第２のハウジング部材８ｂに回転可能に装着される。

２つのベアリング要素１０ａ、１０ｂは、当業者には、用語「軸受」によっても知られるが、この目的のために、第１または第２のハウジング部材８ａ、８ｂに取り外し出来ないように接続される。また、ステータ本体１２とステータコイル１３とを有するステータ４は、ハウジング部材８ａ、８ｂ、８ｃに取り付けられる。

さらに、ハウジング内部３内には、永久磁石７を含むロータ５によって動作中に発生する廃熱を伝導して取り除くための第１および第２の熱伝達体１１ａ、１１ｂが設けられる。２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂは、２つのハウジング部材８ａ、８ｂに対して別個に形成され、２つのハウジング部材８ａ、８ｂとともに、冷却ダクトとして形成され、冷却材Ｋが流動可能な冷却材空間１５を境界づける。したがって、第１および第２の熱伝達体１１ａ、１１ｂ、ならびに熱伝達体１１ａ、１１ｂに対してそれぞれ割り当てられたハウジング部材８ａ、８ｂは、それぞれ２つの部材から構成される。第１の熱伝達体１１ａは、例えば実質的な接合接続によって、第１のハウジング部材８ａに取り付けられ得る。これに対応して、また、第２の熱伝達体１１ｂは、好ましくは、実質的な接合接続によって、第２のハウジング部材８ｂに取り付けられ得る。実質的な接合接続の代わりに、適切な切り離し可能な接続も考えられ得る。熱伝達構造１８の２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂは、好ましくは軸方向の圧力によって、ここで、排他的にロックされる。ロータ５は、便宜上、ハウジング部材８ａ、８ｂに直接に装着される。特に、ロータ５は、図１から明らかなように、熱伝達構造１８や熱伝達体１１ａ、１１ｂを介しては、ハウジング部材８ａ、８ｂに装着されない。

第１の熱伝達体１１ａは、軸方向Ａに沿って、第１のハウジング部材８ａとロータ５との間に配置される。第２の熱伝達体１１ｂは、軸方向Ａに沿って、ロータ５と第２のハウジング部材８ｂとの間に配置される。冷却材Ｋは、２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂを介して、機械１の動作中にロータ５が発生させる熱を吸収し得るので、機械１の過熱やそれに関連する損傷、さらには破壊が回避され得る。第１のハウジング部材８ａ内のハウジング２の外周上において、冷却材Ｋを冷却材空間１５に供給するための冷却材入口１６が設けられ、第２のハウジング部材８ｂ内に、冷却材Ｋを冷却材空間１５から放出するための冷却材出口１７が設けられる。熱は、冷却材空間１５を流れる冷却材Ｋに渡され、当該空間から機械１の外部へ２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂを介して放出される。各熱伝達体１１ａ、１１ｂは、冷却材空間１５を部分的に境界づける。

２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂの両方は、少なくともある部分において軸方向Ａに対して横方向に（すなわち、半径方向Ｒに沿って）延びる冷却プレート２２ａ、２２ｂとして構成され得る。熱伝達構造１８の領域における、軸方向Ａに沿って測定される２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂの壁厚Ｗは、最大３ｍｍである。冷却プレート２２ａ、２２ｂは、深絞り状シート金属部材によって実装され得る。図１から明らかなように、２つの熱伝達体１１ａおよび１１ｂは、ステータ本体１２を有するステータ４から離れて配置され、接触部１９を介してステータ４に対して緩んだ状態で載置されるだけである。例えば、第１および第２のハウジング部材８ａ、８ｂの軸方向Ａに測定された壁厚は、第１および第２の熱伝達体１１ａ、１１ｂの壁厚の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍である。

熱伝達構造１８および２つのハウジング部材８ａ、８ｂは、材料に関して均一でないように構成される。同様に、２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂは、２つのハウジング部材８ａ、８ｂと比較して、材料に関して均一でないように構成される。比較として、２つの熱伝達体１１ａ、１１ｂおよび熱伝達構造１８は、材料に関して均一であるように構成される。熱伝達構造１８の材料は、便宜上、第１および第２のハウジング部材８ａ、８ｂの材料よりも高い熱伝導率を有する。さらに、熱伝達体の材料は、２つのハウジング部材８ａ、８ｂの材料よりも高い熱伝導率を有する。２つのハウジング部材８ａ、８ｂの材料は、熱伝達体１１ａ、１１ｂの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する。このように、機械１の製造におけるコストを削減し得る。なぜなら、高い熱伝導率を有する適切な材料は、通常、低い熱伝導率を有する材料よりも高価であるからである。ロータ５から熱伝達体１１ａ、１１ｂを介したそれぞれのハウジング部材８ａ、８ｂへの高い熱伝達性能を確保するために、熱伝達体１１ａ、１１ｂの材料の熱伝導率は、少なくとも１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、好ましくは少なくとも１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

ベアリング要素１０ａ、１０ｂの軸方向Ａに沿った軸方向位置は、ベアリング要素１０ａ、１０ｂによって吸収される半径方向の力の３５％未満、好ましくは１０％未満が熱伝達体１１ａ、１１ｂに渡されるように便宜上規定される。これにより、熱伝達体１１ａ、１１ｂそれぞれに負荷がかかりすぎることが回避される。

また、第１および第２のハウジング部材８ａ、８ｂの材料は、熱伝達体１１ａ、１１ｂの材料と比較して、より高い上降伏強度およびより高いクリープ限界を有し得る。

以下では、図２を参照する。図２は、第１の熱伝達体１１ａの領域における図１の詳細を例示する。図２に例示するように、第１の熱伝達体１１ａおよびロータ５上に、廃熱をロータ５から熱伝達体１１ａに伝達するための熱伝達構造１８が形成される。図２によると、熱伝達構造１８は、複数の凸部２１を有する。凸部２１は、ロータ５から第１の熱伝達体１１ａに向かって軸方向Ａに沿って突出し、熱伝達体１１ａ上に設けられた相補的な凹部２０に篏合する。代替の変形例（図１および２に詳細を示さず）において、熱伝達体からロータ５に向かって軸方向に突出し、ロータ５に設けられた、凸部２１に対して相補的な凹部２０に篏合する複数の凸部２１を第１の熱伝達体１１ａが備えることが考えられる。凸部２１は、好ましくは櫛状に構成され得る。熱伝達構造１８の領域において測定される、熱伝達体１１ａとロータ５aとの間の軸方向の距離Ｘは、最大１ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍである。第１の熱伝達体１１ａ上で熱伝達構造１８を形成する凹部２０の凹部深さＴ１および第１の熱伝達体１１ａ上で熱伝達構造１８を形成する凸部２１の凸部高さＨ１は、冷却プレートの上記壁厚Ｗの少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍である。

また、図２は、第１のハウジング部材８ａが、第１の熱伝達体１１ａが取り付けられる（第１の）取り付け部２３ａを有することを示す。さらに、（第１の）取り付け部２３ａ上に、ロータ５を回転可能に装着するためのベアリングデバイス９が設けられる。（第１の）取り付け部２３ａは、便宜上、スリーブ２４として構成される。スリーブ２４は、第１のハウジング部材８ａからハウジング内部３内に軸方向内向き突出する。スリーブ２４の内面２５上に、ベアリングデバイス９の第１のベアリング要素１０ａが配置される。また、第２のハウジング部材８ｂは、第２の熱伝達体１１ｂおよびロータ５が取り付けられる（第２の）取り付け部（２３ｂ）を有する。同様に、ベアリングデバイス９の第２のベアリング要素１０ｂは、第２の取り付け部２３ｂ上に設けられ得る。

また、第１の熱伝達体１１ａおよび第１の熱伝達体１１ａに割り当てられた第１のハウジング部材８ａに関して図２を参照して記載したことは、第２の熱伝達体１１ｂおよび第２の熱伝達体１１ｂに割り当てられた第２のハウジング部材８ｂにも必要な変更を加えて適用される。

冷却材空間１５内に突出するステータコイル１３の巻線端部２６と、熱伝達体１１ａ、１１ｂそれぞれとの間に環状の隙間２７が形成され得る。当該環状の隙間２７は、冷却材空間１５の一部である。

Claims

電気機械（１）、特に車両用の電気機械（１）であって、
ステータ（４）と、
前記ステータ（４）に対して、前記機械（１）の軸方向（Ａ）を規定する回転軸（Ｄ）周りに回転可能なロータ（５）と、
ハウジング内部（３）を少なくとも部分的に囲むハウジング（２）であって、好ましくは前記軸方向（Ａ）に沿って前記ハウジング内部（３）を境界づける第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）を備え、該第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）上に前記ロータ（５）がベアリングデバイス（９）によって回転可能に装着される、ハウジング（２）と、
を有し、
前記軸方向（Ａ）における、前記２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）のうち少なくとも１つと前記ロータ（５）との間には、少なくとも１つの熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）が配置され、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、前記ハウジング部材（８ａ、８ｂ）とともに、好ましくは冷却材（Ｋ）が流動可能な冷却材空間（１５）であって、好ましくは冷却ダクト、冷却材ディストリビュータ空間、および冷却材コレクタ空間の少なくとも１つである冷却空間を境界づける、電気機械。
請求項１に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、前記２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）から離れて形成されることを特徴とする機械。
請求項１または２に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）および前記２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）は、材料に関して不均一に構成され、かつ／または
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の材料は、前記第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）の少なくとも一方の材料よりも高い熱伝導率を有し、かつ／または
前記第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）の少なくとも一方の材料は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の材料よりも高い上降伏強度およびクリープ限界の少なくとも１つを有することを特徴とする機械。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）および前記ロータ（５）は、前記ロータ（５）から前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）に熱を伝達するための熱伝達構造（１８）を備えることを特徴とする機械。
請求項４に記載の機械において、
前記熱伝達構造（１８）および前記２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）は、材料に関して不均一に構成されることを特徴とする機械。
請求項４または５に記載の機械において、
前記熱伝達構造（１８）の材料の熱伝導率は、前記第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）の少なくとも一方の材料よりも高いことを特徴とする機械。
請求項４〜６のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）および前記熱伝達構造（１８）は、材料に関して均一に構成されることを特徴とする機械。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の機械において、
前記ロータ（５）は、前記ハウジング部材（８ａ、８ｂ）に直接装着されることを特徴とする機械。
請求項４〜８のいずれか１項に記載の機械において、
前記ロータ（５）は、前記ハウジング部材（８ａ、８ｂ）に、前記熱伝達構造（１８）または前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）を介しては、装着されないことを特徴とする機械。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の機械において、
前記第１および第２のハウジング部材（８ａ、８ｂ）の少なくとも一方の前記軸方向（Ａ）に測定される壁厚は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の壁厚の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍であることを特徴とする機械。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の機械において、
前記冷却材空間（１５）、特に前記冷却ダクト、冷却材コレクタ空間、および冷却材ディストリビュータ空間の少なくとも１つを境界づけるための２つの熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）が設けられ、
第１の熱伝達体（１１ａ）は、前記軸方向（Ａ）に沿って、前記第１のハウジング部材（８ａ）と前記ロータ（５）との間に配置され、第２の熱伝達体（１１ｂ）は、前記軸方向（Ａ）に沿って、前記ロータ（５）と前記第２のハウジング部材（８ｂ）との間に配置されることを特徴とする機械。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の機械において、
前記ベアリングデバイス（９）は、前記ロータが、軸方向に沿って、２つのベアリング要素（１０ａ、１０ｂ）の間に配置されるように、軸方向に互いに離れて配置される第１のベアリング要素（１０ａ）と第２のベアリング要素（１０ｂ）とを備え、
前記ベアリング要素（１０ａ、１０ｂ）の軸方向位置は、前記ベアリング要素によって吸収される半径方向の力の３５％未満、好ましくは１０％未満が前記熱伝達体に渡されるように規定されることを特徴とする機械。
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の機械において、
前記ベアリングデバイス（９）は、第１のベアリング要素（１０ａ）と第２のベアリング要素（１０ｂ）とを備え、前記ロータ（５）は、前記第１のベアリング要素（１０ａ）および前記第２のベアリング要素（１０ｂ）によって、それぞれ前記第１のハウジング部材（８ａ）および前記第２のハウジング部材（８ｂ）に装着され、前記第２のベアリング要素（１０ｂ）は、前記第１のベアリング要素（１０ａ）から軸方向に離れて配置され、
前記軸方向（Ａ）に沿って、第１の熱伝達体（１１ａ）と前記第１のハウジング部材（８ａ）との間で測定される距離が、前記軸方向（Ａ）に沿って、前記第１のベアリング要素（１０ａ）と前記第１のハウジング部材（８ａ）との間で測定される距離よりも大きく、好ましくは少なくとも２倍の大きさであり、
前記軸方向（Ａ）に沿って、第２の熱伝達体（１１ｂ）と前記第２のハウジング部材（８ｂ）との間で測定される距離が、前記軸方向（Ａ）に沿って、前記第２のベアリング要素（１０ｂ）と前記第２のハウジング部材（８ｂ）との間で測定される距離よりも大きく、好ましくは２倍の大きさであることを特徴とする機械。
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の機械において、
前記ステータ（４）は、前記２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）のうち少なくとも１つに取り付けられることを特徴とする機械。
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の機械において、
前記ステータ（４）は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）から離れて配置されるか、または前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）上に単に緩んだ状態で載置されることを特徴とする機械。
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、前記少なくとも１つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）に取り付けられ、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）および前記少なくとも１つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）は、一体として構成されることを特徴とする機械。
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達構造（１８）は、少なくとも２つ、好ましくは２つよりも多くの、凸部（２１）を備え、前記凸部（２１）は、前記ロータ（５）から前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）へ向かって軸方向に突出し、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）に設けられた相補的な凹部（２０）に篏合することを特徴とする機械。
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達構造（１８）は、少なくとも２つ、好ましくは２つよりも多くの、凸部（２１）を備え、前記凸部（２１）は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）から前記ロータ（５）へ軸方向に突出し、前記ロータ（５）上に設けられた相補的な凹部（２０）に篏合することを特徴とする機械。
請求項１７または１８に記載の機械において、
前記凸部（２１）は、櫛状に構成されることを特徴とする機械。
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達構造（１８）の領域において、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）と前記ロータ（５）との間で、前記軸方向（Ａ）に沿って測定される距離（Ｘ）が最大１ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍであることを特徴とする機械。
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、前記軸方向（Ａ）に対して横方向に少なくともある部分で延びる深絞り構成要素として、好ましくは深絞りシート金属形状部材として、より好ましくは冷却プレート（２２ａ、２２ｂ）として構成され、少なくともある部分において、好ましくは前記軸方向（Ａ）に対して横方向の前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の全体にわたって、前記軸方向（Ａ）に沿って測定される前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の壁厚（Ｗ）が最大３ｍｍ、好ましくは最大１ｍｍであることを特徴とする機械。
請求項２１に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）上の前記熱伝達構造（１８）を形成する凹部（２０）または凸部（２１）の、凹部深さ（Ｔ１）および凸部高さ（Ｈ１）の少なくとも１つは、前記冷却プレートの前記壁厚（Ｗ）の少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍であることを特徴とする機械。
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の機械において、
少なくとも１つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）、好ましくは両方のハウジング部材（８ａ、８ｂ）は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）が取り付けられる取り付け部（２３ａ、２３ｂ）を有し、当該取り付け部（２３ａ、２３ｂ）上に、前記ロータ（５）を回転可能に装着するための前記ベアリングデバイス（９）がさらに設けられることを特徴とする機械。
請求項２３に記載の機械において、
前記取り付け部（２３ａ、２３ｂ）は、前記ハウジング部材（８ａ、８ｂ）から前記ハウジング内部（３）内に前記軸方向（Ａ）に沿って内向きに突出するスリーブ（２４）として構成され、前記スリーブ（２４）の内面上に、前記ベアリングデバイス（９）のベアリング要素（１０ａ、１０ｂ）が配置されることを特徴とする機械。
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の機械において、
前記２つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）と異なる材料から製造されることを特徴とする機械。
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の機械において、
少なくとも１つのハウジング部材（８ａ、８ｂ）の、好ましくは両方のハウジング部材（８ａ、８ｂ）の材料の熱伝導率は、前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の熱伝導率よりも低いことを特徴とする機械。
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）の材料の熱伝導率は、少なくとも１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、特に好ましくは少なくとも１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする機械。
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の機械において、
前記ハウジング（２）の一部であり、かつ前記機械（１）を半径方向に境界づけ、かつプラスチック製の、前記ステータ（４）の射出成形封入体によって形成される第３のハウジング部材（８ｃ）を更に備えることを特徴とする機械。
請求項１〜２８のいずれか１項に記載の機械において、
前記冷却材空間（１５）内に、特に前記冷却ダクト、冷却材ディストリビュータ空間、および冷却材コレクタ空間内の少なくとも１つに突出する巻線端部（２６）間に、前記冷却材空間（１５）の一部である環状の隙間（２７）が設けられることを特徴とする機械。
請求項１〜２９のいずれか１項に記載の機械において、
前記熱伝達体（１１ａ、１１ｂ）は、軸方向の圧縮によって、排他的にロックされていることを特徴とする機械。