JP7470507B2 - 特に車両用の電気機械 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械に関し、特に車両用の電気機械、及びこのような電気機械を有する車両に関する。

このような電気機械は、一般に、電気モータ又は発電機であってもよい。この電気機械は、外部ロータ又は内部ロータとして設計されてもよい。

一般的な電気機械は、例えば、以下の特許文献１に知られている。この電気機械は、内部を囲むハウジングを含み、該ハウジングは、その外周方向において、周囲に延び、且つ、内部を径方向に限定するケースと、一方の軸方向で内部を限定する後部側壁と、他方の軸方向で内部を限定する前部側壁とを有する。該電気機械のステータは、ケースと固定して結合されている。該電気機械のロータはステータ内に配置され、ロータのロータ軸は、前部軸受によって前部側壁に回転可能に搭載されている。

従来の電気機械のステータは、典型的には、該電気機械の作動中に電圧が印加されるステータ巻き線を含む。この作動中に熱が生じ、この生じた熱は、過熱及びこれに関連する損傷、さらにはステータの破壊を避けるために、消失しなければならない。このため、従来の電気機械は、ステータを冷却する、特に上記ステータ巻き線を冷却する冷却装置を該電気機械に備える構成が知られている。このような冷却装置は、冷却剤を流通し、且つ、ステータ内のステータ巻き線の近傍に配置された１つ又はそれ以上の冷却流路を含む。ステータ巻き線から冷却剤への熱の移動によって、該ステータからの熱の消失が可能となる。

米国特許第５２１４３２５号明細書

この場合、ステータから個々の冷却流路を流通する冷却剤への効率的な熱の移動は、無視できない構造的な出費でしか実現され得ないということが不利であることを証明する。とはいえ、これは、電気機械における製造コストに不利な結果をもたらす。

従って、本発明の１つの目的は、この不利を大きく、さらには、完全に排除されるように、電気機械の改善された実施形態を提供することにある。この目的は、特に、ステータにおけるステータ巻き線の改善された冷却によって特徴付けられる電気機械のための、改善された実施形態を提供することにある。

この目的は、独立請求項における主題によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。

従って、本発明の基本的な概念は、電気機械におけるステータ巻き線に、該ステータ巻き線と共に冷却流路を埋め込むことである。該冷却流路は、冷却剤が流通可能であり、且つ、典型的には、本質的に電気絶縁性と熱伝導性とが結び付くプラスチック内のステータ巻き線を冷却する。従って、このプラスチックは、一方では、ステータ巻き線から冷却流路を流通する冷却剤への熱を移動させる熱移動媒体として、他方では、ステータ巻き線に対する電気絶縁体として振る舞い得る。ステータ巻き線と冷却流路を通して導かれる冷却剤との間の、とりわけ良好な熱の移動は、これにより格段に生じる。これは、特に、高熱伝導度を有するプラスチックが用いられる場合である。電気絶縁特性を持つプラスチックの利用によって、冷却流路を通して導かれる冷却剤との、電気プラスチックによる望まない電気的短絡（以下、単に短絡と呼ぶ。）が生じないことが、さらに確実となる。

さらに、また、ステータの一部としてのステータ歯は、このプラスチックによって、ステータ巻き線との電気的な絶縁も可能となる。

冷却剤を含む冷却流路の、本発明に必須であるプラスチックを用いて冷却されるステータ巻き線との直接の熱結合は、従来の冷却装置と比べて、ステータ巻き線の、特に効果的な冷却をもたらす。従って、例えば、該電気機械の高負荷の作動中に生じるような、ステータに無駄な熱（以下、排熱と呼ぶ。）が、著しく発生した場合でさえも、生じた排熱が、ステータから消失できることを確実に行える。従って、ステータの過熱によって生じる損傷、又は該電気機械の破壊でさえも避けることができる。

本発明に係る、特に車両のための電気機械は、該電気機械の軸方向によって定義される回転軸に関して回転可能なロータを含む。電気機械は、さらに、導電性のステータ巻き線と、該ステータ巻き線を冷却する冷却剤が流通可能な少なくとも１つの冷却流路とを有するステータとを含む。該ステータは、軸方向に延びるステータ歯を有する。該ステータ歯は、ロータの外周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されると共に、ステータ巻き線を支持する。少なくとも１つの冷却流路と少なくとも１つのステータ巻き線とは、外周方向に隣接する２つのステータ歯同士の間に形成された、少なくとも１つの中間スペースに配置されている。本発明によると、ステータ巻き線から冷却流路に熱を移動するプラスチックは、中間スペースに配置される。従って、該プラスチックは、熱伝導性に設計されることが好ましい。また、該プラスチックは、好都合には、電気絶縁性、すなわち電気絶縁性プラスチック材料から構成されるように設計されてもよい。

好ましい一実施形態によると、プラスチックは、中間スペースを区画する２つの隣接するステータ歯の内側の表面部における少なくとも一部に配置される。冷却流路とステータ巻き線とは、プラスチックによってステータ歯から各々電気的に絶縁され、且つ、互いに熱伝導的に結合されていることが好ましい。

他のさらに好ましい実施形態によると、ステータは、ステータ歯が軸方向の内側に突き出すステータ本体を含む。この実施形態においては、上記で説明した一実施形態と、特に組み合わせてもよく、プラスチックは、中間スペースを径方向の外側で限定するステータ本体の内側の表面部に配置される。

この場合、プラスチックは、ステータ歯の中間スペースを、すなわち、当該中間スペースにおける外周方向と径方向の境界とを限定する。望まない電気的接続が、ステータ巻き線の導電性材料とステータ歯との間に生じ得る情況は、導電性の場合と同様に、これにより排除され得る。

有利な一展開によると、上記表面部に配置されたプラスチックは、中間スペースを限定する２つの隣接するステータ歯の内側の表面部を覆う、電気絶縁性の絶縁層を形成する。このような、プラスチックから形成された絶縁層は、例えば、射出成形法によって、極めて容易に製造できる。

冷却流路は、好都合に、中間スペースにおける径方向の内側の端部の一領域に配置される。これにより、中間スペースにおけるステータ巻き線の配置のための、極めて大きい取り付けスペースが利用できる。これに代えて又はこれに加えて、中間スペースにおける径方向の外側の端部の一領域に、冷却流路を配置することも考えられる。

さらに好ましい一実施形態において、上記プラスチックは、中間スペースに配置された少なくとも１つの位相絶縁を形成すると共に、該中間スペースを、径方向の内側のサブスペースと、径方向の外側のサブスペースとにさらに分割する。これにより、互いに電気的に絶縁されたステータ巻き線を構成する導体要素は、双方のサブスペースに配置できる。今度は、これが、互いに電気的に分離されなければならない２つの異なる電気的位相を、互いに電気的に絶縁された２つの導体要素に割り当てることを可能にする。本発明の一展開において、中間スペースに設けられる、このような位相絶縁を複数とすることも考えられる。径方向に測定して、該プラスチックからなる位相絶縁の直径は、適切には、１ｍｍから３ｍｍの間である。

位相絶縁は、好都合に外周方向に沿って延びてもよく、従って、プラスチックからなり、互いに隣接するステータ歯に配置される２つの絶縁層を接続してもよい。これにより、形成された２つのサブスペースは、好ましくは電気絶縁性プラスチックによって、完全に区画される。

有利な一展開によると、中間スペースに配置された少なくとも１つのステータ巻き線は、少なくとも１つの第１導体要素と少なくとも１つの第２導体要素とを含む。この展開によると、これら２つの導体要素は、中間スペースに、特に好ましくは、径方向に沿って配置される。第１導体要素は、ステータにおける第１電気位相の一部であってもよく、これに応じて、第２導体要素は、ステータにおける第２電気位相の一部であってもよい。好都合に、第１導体要素は、径方向の内側のサブスペースに配置され、且つ、電流源における第１同位相と接続されるために、互いに電気的に接続される。この展開において、第２導体要素は、径方向の外側のサブスペースに配置され、且つ、電流源における第２同位相と接続されるために、互いに電気的に接続される。

軸方向に垂直な断面において、少なくとも１つの第１導体要素、及びこれに替えて又はこれに加えて、少なくとも１つの第２導体要素は、本発明に必須である電気絶縁性及び熱伝導性プラスチックによって好都合に囲まれる。これは、全ての第１導体要素、及びこれに替えて又はこれに加えて、全ての第２導体要素の場合に好ましい。

第１導体要素、及びこれに替えて又はこれに加えて、第２導体要素は、導電性材料からなる巻き線バーとして、特に好都合に形成されてもよい。

有利な一展開によると、少なくとも１つの巻き線バーは、軸方向に垂直な断面において、２つの幅狭面と２つの幅広面とを持つ長方形状を有していてもよい。これは、ステータ巻き線における全ての巻き線バーの場合に好ましい。

特に好ましい一実施形態によると、少なくとも１つの第１導体要素は、少なくとも１つの第２導体要素から、上記プラスチックによって電気的に絶縁されている。第１導体要素は、特に好ましくは、径方向の内側のサブスペースを径方向の外側のサブスペースから分離する位相絶縁によって、第２導体要素から電気的に絶縁される。

さらに好ましい一実施形態において、上記プラスチックは、中間スペースに配置された保護膜を形成すると共に、軸方向に垂直な断面において、冷却流路を少なくとも部分的に、好ましくはその全体を区画するか又は囲む。「区画」とは、特に、冷却流路にいかなる区画もさらには要求されない、例えば管状体の形の区画をさらに要求されないことを意味すると理解される。「保護膜」とは、特に付加的な区画、例えば、上記の管状体の形にする付加的な区画が、冷却流路に設けられてもよいことを意味すると理解される。該保護膜は、冷却流路を通して導かれる、典型的には導電性である冷却剤が、ステータ巻き線と接触されるようになり、その結果、短絡が生じるという情況を防ぐことができる。ここでのステータ巻き線は、同様に、中間スペースに配置されるか、又は導電性のステータ歯に配置される。

有利な一展開によると、保護膜は、冷却流路を径方向の内側に区画し、また、これに代えて又はこれに加えて、軸方向に垂直な断面において径方向の外側に区画する。冷却流路における電気的絶縁、又は中間スペース内における径方向の外側若しくは径方向の内側に配置されたステータ巻き線から冷却流路を通して導かれる冷却剤における電気的絶縁は、これによって生み出される。

上記で説明した展開と組む合わせが可能な、さらに有利な一展開によると、保護膜は、軸方向に垂直な断面において冷却流路を外周方向に区画する。これにより、導電性のステータ歯から、冷却流路又は該冷却流路を通して導かれる冷却剤の電気絶縁性が保証される。

さらなる冷却流路が、特に中間スペースにおける径方向の外側の端部の一領域に、とりわけ好都合に配置されてもよい。これにより、ステータ巻き線の冷却を大きく改善することができる。

他の好ましい実施形態において、該プラスチックは、中間スペースに配置されたさらなる保護膜を、少なくとも部分的に好ましくは全体に、さらなる冷却流路を区画するか又は囲む。

さらに有利な一展開によると、さらなる保護膜は、さらなる冷却流路を径方向の内側に区画し、これに代えて又はこれに加えて、軸方向に垂直な断面において、径方向の外側に区画する。

さらなる冷却流路の電気絶縁性、又は中間スペースにおける、さらなる冷却流路の径方向の外側若しくは径方向の内側に配置されたステータ巻き線から、さらなる冷却流路を通して導かれる冷却剤の電気絶縁性は、さらなる保護膜によって確実となる。

上記で説明した展開との組む合わせが可能な、さらに有利な一展開によると、さらなる保護膜は、軸方向に垂直な断面において、さらなる冷却流路を外周方向に区画する。これにより、さらなる冷却流路又は導電性のステータ歯から、さらなる冷却流路を通して導かれる冷却剤の電気絶縁性が保証される。

径方向の内側の端部の一領域に配置された冷却流路は、プラスチックからなる位相絶縁によって形成された径方向の内側のサブスペースに好都合に配置される。これに代えて又はこれに加えて、径方向の外側の端部の一領域に配置された冷却流路は、プラスチックからなる位相絶縁によって形成された径方向の外側のサブスペースに好都合に配置される。これにより、中間スペースの径方向の内側及び径方向の外側の双方に配置されたステータ巻き線を構成する導体要素は、個々の冷却流路を通して導かれる冷却剤への熱の移動によって、高度に効果的に冷却され得る。

他の好ましい一実施形態によると、空隙は、少なくとも２つの導体要素同士の間の少なくとも一部に形成され、これに代えて又はこれに加えて、少なくとも１つの導体要素と、ステータ歯若しくはステータ本体の内側の表面部に配置された電気絶縁層との間に形成される。この実施形態において、本発明に必須であるプラスチックは、当該空隙が少なくとも部分的に、好ましくは全体に充填されることによって、空隙充填材を形成する。

他の好ましい一実施形態によると、該プラスチックは、ステータ巻き線内において、電気絶縁性プラスチック集合体（ｍａｓｓ）を含んでいてもよい。

中間スペースは、好都合には、不等辺四辺形状を有していてもよく、好ましくは、軸方向に垂直な断面において、長方形状を有していてもよい。不等辺四辺形状若しくは長方形状は、少なくとも１つの冷却流路と多数の導体要素、又は個々の中間スペースのステータ巻き線への配置を可能にする。

好ましい一実施形態によると、ステータ歯の内側の表面部に設けられたプラスチックは、電気絶縁性プラスチックの第１プラスチック材料により形成されている。これに代えて又はこれに加えて、好ましい実施形態においては、少なくとも１つの位相絶縁を形成するプラスチックは、第２プラスチック材料によって形成される。さらに、第１プラスチック及び、これに替えて若しくはこれに加えて、上記さらなる保護膜を形成するプラスチックは、第２プラスチック材料によって、又はこれに替えて第３プラスチック材料によって形成されてもよい。

有利な一展開によると、第１プラスチック材料、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料は、同一材料である。これに代わる一展開において、第１プラスチック材料、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料は、異なる材料であってもよい。

第１プラスチック材料、これに替えて若しくはこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて若しくはこれに加えて第３プラスチック材料は、好都合に、熱可塑性プラスチックからなってもよく、又はこのような熱可塑性プラスチックを含んでもよい。第１プラスチック材料、これに替えて若しくはこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて若しくはこれに加えて第３プラスチック材料は、同様に好都合に、熱硬化性プラスチックからなってもよく、又は熱硬化性プラスチックを含んでもよい。

第１プラスチック材料、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料は、好都合に、同一の熱伝導度を有する。これに替えて又はこれに加えて、第１プラスチック材料、これに替えて若しくはこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて若しくはこれに加えて第３プラスチック材料は、異なる熱伝導度を有していてもよい。

第１プラスチック材料、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料は、同一材料であってもよい。第１プラスチック材料、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料は、同様であっても、また、それに拘わらず、異なる材料であってもよい。

特に好ましい一実施形態によると、少なくとも１つのステータ巻き線は、分配巻き線の一部である。

好ましい一実施形態によると、プラスチックの熱伝導度、特に、第１プラスチック材料、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料の熱伝導度は、少なくとも０．５Ｗ／ｍＫであり、好ましくは、少なくとも１Ｗ／ｍＫである。

さらに好ましい一実施形態において、中間スペースは、実質的に、プラスチックによって空隙がなく形成される。

特に、実行が容易な一実施形態において、中間スペースには、単一の冷却流路のみが設けられ、すなわち、第２冷却流路は設けられない。

有利な一展開によると、当該電気機械は、冷却剤分配スペースと、上記冷却剤分配スペースと軸方向に間隔をおいて配置された冷却剤収集スペースとを含む。この場合、冷却剤分配スペースは、冷却剤が流通可能な少なくとも１つの冷却流路によって、冷却剤収集スペースと流体的に連通する。

好ましい一実施形態によると、冷却剤分配スペースと、これに替えて又はこれに加えて、冷却剤収集スペースとは、ステータ巻き線と熱的に結合するために本発明に必須であるプラスチックに、少なくとも部分的に配置される。この場合に、該プラスチックは、電気絶縁性プラスチック材料により形成される。これにより、冷却剤分配スペース又は冷却剤収集スペースとステータ巻き線との間の極めて良好な熱の移動が可能となり、その結果、冷却剤分配スペース又は冷却剤収集スペースは、ステータ巻き線からの熱を直接に吸収するのに用いられることが可能となる。

電気絶縁性プラスチックは、とりわけ好ましくは、ステータ巻き線と熱的に結合するために、冷却剤分配スペースを、これに替えて又はこれに加えて、冷却剤収集スペースを、少なくとも部分的に区画する。

本発明は、さらに、上記で示した電気機械を有する車両、特に、自動車両に関する。従って、また、該電気機械の上述した効果は、本発明に係る車両にも適用する。

本発明のさらなる重要な特徴及び効果は、従属請求項から、図面から、及び該図面に基づいた関連する図の記述から明らかになる。

上述した特徴及び以下に説明する特徴は、個々に指定された組み合わせに用いるだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせ又はそれぞれ単独で使用できない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は、図面に例示されており、また、以下の記述に、さらに詳細に述べられる。

図１は本発明に係る電気機械の一例示であって、ロータの回転軸に沿った長軸断面図である。 図２は図１に従った電気機械におけるステータの、ロータの回転軸に垂直な方向の断面図である。 図３は図２のステータの詳細構成であって、外周方向に隣接する２つのステータ歯同士の間の中間スペースの一領域を示す断面図である。 図４は図３に従った例示の一展開であって、付加的な第２冷却流路を示す断面図である。 図５は図３に従った例示の一変形であって、ステータ巻き線が巻き線バーではなく、むしろプラスチック集合体に形成された巻き線ワイヤの場合を示す断面図である。

図１は本発明に係る電気機械１の一例を断面として示している。該電気機械１は、車両として、好ましくは自動車両として使用できるような寸法である。

電気機械１は、図１にかなり概略的に示されるに過ぎないロータ３を含むと共に、ステータ２を含む。明瞭にするために、ステータ２は、図１の切断線II－IIに沿った回転軸Ｄに対して垂直な断面である図２に、別図として図示されている。図１によると、ロータ３は、ロータ軸３１を有し、図１には、より詳細には示されない、その磁気分極が外周方向Ｕに沿って交替可能な複数の磁石を含んでいてもよい。ロータ３は、回転軸Ｄに関して回転でき、該回転軸Ｄの位置は、ロータ軸３１の中心長軸Ｍによって決定される。この回転軸Ｄは、該回転軸Ｄに対して平行に延びる軸方向Ａを定義する。径方向Ｒは、軸方向Ａに対して垂直に延びる。外周方向Ｕは、回転軸Ｄに関して回転する。

図１から分かるように、ロータ３は、ステータ２の中に配置される。従って、ここに示される電気機械１は、内部ロータとして知られている。しかしながら、該ロータ３がステータ２の外側に配置される、外部ロータとして知られるような実現も考えられる。ロータ軸３１は、第１軸受３２ａと該第１軸受３２ａから軸方向に間隔をおいた第２軸受３２ｂとに、ステータ２の回転軸Ｄに関して回転可能となるように搭載されている。

その上、公知のように、ステータ２は、磁場を生成するために電圧を印加される複数のステータ巻き線６を含む。ロータ３の磁石によって生成される磁場と、導電性のステータ巻き線６によって生成される磁場との磁気相互作用によって、ロータ３が回転する。

図２の断面から分かるように、ステータ２は、例えば鉄からなる環状のステータ本体７を有していてもよい。特に、ステータ本体７は、複数のステータ本体プレート（図示せず。）から形成されていてもよい。このステータ本体プレートは、軸方向Ａに沿って互いに積層され、且つ、互いに接着されている。複数のステータ歯８が、ステータ本体７の径方向の内側に形成されている。これら複数のステータ歯８は、軸方向Ａに沿って延びると共に、ステータ本体７から径方向の内側に突き出し、且つ、外周方向Ｕに沿って互いに間隔をおいて配置される。各々のステータ歯８は、ステータ巻き線６を支持する。個々のステータ巻き線６は、共に巻き線の配置をなす。このステータ巻き線６によって形成される磁極の個数に依って、全てのステータ巻き線配置の個々のステータ巻き線６は、適当に、互いに電気的に接続されてもよい。

電気機械１の作動中に、電圧が印加されるステータ巻き線６は、過熱及びこれに伴う損傷、さらには、該電気機械１の破壊を防ぐために、該電気機械１から消失しなければならない排熱が発生する。このため、ステータ巻き線６は、ステータ２を通して導かれ、且つ、熱の移動によって該ステータ巻き線６に生じる排熱を吸収する冷却剤Ｋによって冷却される。

ステータ２を通して冷却剤Ｋを導くために、電気機械１は、冷却剤Ｋが冷却剤入口３３を介して導入され得る冷却剤分配スペース４を含む。該冷却剤分配スペース４から軸方向Ａに間隔をおいて、冷却剤収集スペース５が配置されている。冷却剤分配スペース４は、複数の冷却流路１０によって冷却剤収集スペース５と流体的に連通する。該冷却流路１０は、図１の表示から、そのうちの１つに過ぎないことが認められる。図示はしていないが、軸方向Ａに垂直な断面において、冷却剤分配スペース４及び冷却剤収集スペース５は、各々環状を有していてもよい。外周方向Ｕに沿って、複数の冷却流路１０は、互いに間隔をおいて配置される。各々の場合、冷却流路１０は、環状の冷却剤分配スペース４から環状の冷却剤収集スペース５に軸方向Ａに沿って延びる。従って、冷却剤入口３３を介して冷却剤分配スペース４に導入される冷却剤Ｋは、個々の冷却流路１０に分配できる。冷却流路１０を流通し、ステータ巻き線６から熱を吸収した後、冷却剤Ｋは、冷却剤収集スペース５に収集され、且つ、ステータ２に設けられた冷却剤出口３４を介して、再度、電気機械１から外部に導かれる。

図１及び図２から明らかなように、ステータ巻き線６及び冷却流路１０は、中間スペース９に配置され、該中間スペース９は、各々の場合に、外周方向Ｕに隣接する２つのステータ歯８同士の間に形成される。上記中間スペース９は、ステータ歯８とまさに同様に軸方向Ａに沿って延びる、いわゆる「ステータ溝」又は「ステータスロット」としても当業関係者に知られている。

以下に、図３の例示を説明する。これは、外周方向Ｕに隣接する２つのステータ歯８（以下の記述では、ステータ歯８ａ、８ｂとしても参照する。）同士の間に形成された中間スペース９の詳細な例示を示している。

図３に示すように、中間スペース９は、その径方向の内側に開口部５２を有しており、従って、径方向の内側が開放されるように形成されている。中間スペース９は、軸方向Ａに垂直な断面において、不等辺四辺形状、特に長方形状を有していてもよい。図３の例において、冷却流路１０は、中間スペース９又はステータ溝５４における径方向内側端部５６ａの一領域、すなわち開口部５２の一領域に配置される。

図３によると、冷却流路１０を流通する冷却剤に、ステータ巻き線６によって生じる排熱の移動を改善するために、熱伝導性のプラスチック１１が、冷却流路１０とステータ巻き線６とが一緒に中間スペース９に配置される。このプラスチック１１は、射出成形法によって中間スペース９に導入されるのが好ましい。

図３から分かるように、該プラスチック１１は、外周方向Ｕに隣接し、且つ、中間スペース９を区画する２つのステータ歯８の内側の表面部５０ｂ、５０ｃに配置される。該プラスチック１１は、さらに、中間スペース９を径方向の外側に区画するステータ本体７の表面部５０ａに配置される。

表面部５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに配置されたプラスチック１１は、好都合には、電気絶縁性プラスチックである。従って、これにより、中間スペース９に配置された冷却流路１０と、これと同一の中間スペース９に配置されたステータ巻き線６との双方は、プラスチック１１によって、各々、ステータ歯８からの電気的な絶縁が確実となる。さらに、ステータ巻き線６は、プラスチック１１によって、冷却流路１０と熱伝導的に接続されており、これにより、ステータ巻き線６に生じた又は該ステータ巻き線６によって生じた排熱は、該プラスチック１１を介して冷却流路１０を流通する冷却剤Ｋに移動され、従って、該ステータ巻き線６から消失される。

３つの表面部５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに配置されたプラスチック１１は、電気絶縁性及び熱伝導性絶縁層５１を形成し、且つ、該表面部５０ａ、５０ｂ及び５０ｃを覆う。例として、該絶縁層５１の層の厚さｄは、０．２ｍｍから０．５ｍｍであってもよい。

図３によると、プラスチック１１は該絶縁層５１だけでなく、（これに替えて又はこれに加えて、）中間スペース９に又はステータ溝５４に配置された位相絶縁５８をも形成してもよい。該位相絶縁５８は、中間スペース９を径方向内側サブスペース５９ａに、及び径方向外側サブスペース５９ｂに、さらに分割する。従って、第１位相巻き線７０ａを形成するステータ巻き線６の第１導体要素６０ａは、径方向内側サブスペース５９ａに配置されてもよい。同様に、第１位相巻き線７０ａから電気的に絶縁された第２位相巻き線７０ｂを形成するステータ巻き線６の第２導体要素６０ｂは、径方向外側サブスペース５９ｂに配置されてもよい。

位相絶縁５８は、好都合には外周方向Ｕに沿って延びる。該位相絶縁５８は、好ましくは、プラスチック１１からなり、且つ、互いに隣接するステータ歯８ａ、８ｂに配置された２つの絶縁層５１と接続する。

プラスチック１１が電気絶縁層５１を形成するだけでなく、中間スペース９に配置され、且つ、冷却流路１０を区画又は囲む第１保護膜７５をも形成することが分かる。

図３の例示的なシナリオにおいて、第１保護膜７５は、開放するように形成された中間スペース９又はステータ溝５４における、開口部５２を閉じる。

図３からわかるように、ステータ巻き線６は、また、第１保護膜７５を形成するプラスチック１１によって、冷却流路１０から電気的に絶縁されるだけでなく、該冷却流路１０とは、むしろ熱伝導的に接続されてもいる。その結果、ステータ巻き線６に生じる又はステータ巻き線６によって生じる排熱が、第１保護膜７５を介して冷却流路１０に流通する冷却剤にも移動可能となる。

第１導体要素６０ａは径方向内側サブスペース５９ａに配置され、第２導体要素６０ｂは径方向外側サブスペース５９ｂに配置される。

径方向内側端部５６ａの一領域に配置された冷却流路１０は、プラスチック１１からなる位相絶縁５８によって形成された径方向内側サブスペース５９ａに配置される。

図３からわかるように、中間スペース９に配置されたステータ巻き線６は、径方向Ｒに沿った中間スペース９に互いに間隔をおき、互いに隣に配置された第１導体要素６０ａ及び第２導体要素６０ｂを含む。好ましくは外周方向Ｕに沿って延びてもよい空隙６１は、径方向Ｒに隣接する２つの導体要素６０ａ、６０ｂの間に、各々の場合に形成される。この場合、プラスチック１１は、該ギャップ６１が完全に充填されることによって、空隙充填材６２を形成する。

同様に、空隙６１は、第１導体要素６０ａ及び第２導体要素６０ｂと、ステータ歯８ａ、８ｂにおける表面部５０ｂ、５０ｃに配置された電気絶縁層５１との間に形成されてもよい。この場合と同様に、プラスチック１１は、空隙６１が充填されることによって、空隙充填材６２を形成する。プラスチック１１が充填された上記空隙６１は、また、一部にのみ延びてもよい、又はエアポケット（空気溜まり）として知られる形に存在してもよい、と理解される。また、プラスチック１１からなる空隙充填材６２が充填された複数の空隙６１又はエアポケットが存在することも考えられる。従って、第１導体要素６０ａ及び第２導体要素６０ｂは、図３に示す断面において、軸方向Ａに垂直に、電気絶縁性及び熱伝導性を有するプラスチック１１に囲まれる。

第１導体要素６０ａ及び第２導体要素６０ｂは、各々、導電性で且つ機械的に剛体の材料からなる第１巻き線バー６５ａ及び第２巻き線バー６５ｂとして形成される。第１巻き線バー６５ａ及び第２巻き線バー６５ｂは、各々、軸方向Ａに垂直な断面において、２つの幅狭面６７及び２つの幅広面６８を持つ長方形状を有する。

図３によると、第１導体要素６０ａは、径方向内側サブスペース５９ａに配置され、且つ、電流源の第１同位相と接続するために互いに電気的に接続されている。これに応じて、第２導体要素６０ｂは、径方向外側サブスペース５９ｂに配置され、且つ、電流源の第２同位相と接続するために互いに電気的に接続されている。さらに、第１導体要素６０ａは、位相絶縁５８によって、第２導体要素６０ｂから電気的に絶縁されている。

図４は、図３の例示に係る一展開を示している。図４の例示は、付加的な冷却流路１０が、中間スペース９すなわちステータ溝５４における径方向外側端部５６ｂの一領域、すなわち、径方向Ｒに関し、径方向内側端部５６ａの反対側に位置する一領域に配置される点が、図３の場合とは異なる。

図４の例示において、プラスチック１１は、（冷却流路１０の第１保護膜７５と同様に、）中間スペース９に配置されると共に、付加的な冷却流路１０を区画し、これにより、該冷却流路１０を囲む第２保護膜７５を形成する。図４から分かるように、径方向外側端部５６ｂに配置された付加的な冷却流路１０は、径方向外側サブスペース５９ｂに配置される。この径方向外側サブスペース５９ｂは、中間スペース９すなわちステータ溝５４において、プラスチック１１により形成される位相絶縁５８によって形成される。第１保護膜７５と同様の方法で、該第２保護膜７５は、軸方向Ａに垂直な断面において、第２冷却流路１０を、径方向の内側及び径方向の外側にも区画してもよい。第２保護膜７５は、第２冷却流路１０を同様に囲んでもよく、これにより、第２冷却流路１０を、軸方向Ａに垂直な断面においてステータ２の外周方向Ｕに区画してもよい。

図５は、図３の例示に係る一変形である。図５の例示において、プラスチック１１は、ステータ巻き線６に填め込まれるプラスチック集合体を形成する。図５の例示において、ステータ巻き線６の導体要素６５は、分配巻き線の一部である巻き線ワイヤ７２によって形成される。

ステータ歯８ａ、８ｂの表面部５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに設けられたプラスチック１１は、好ましくは、電気絶縁性の第１プラスチック材料Ｋ１によって形成されてもよい。位相絶縁５８を形成するプラスチック１１は、第２プラスチック材料Ｋ２によって形成されてもよい。第１保護膜７５及び第２保護膜７５を形成するプラスチック１１は、第２プラスチック材料Ｋ２又は該第２プラスチック材料Ｋ２と異なる第３プラスチック材料Ｋ３によって形成されてもよい。第２プラスチック材料Ｋ２は、好都合には、電気絶縁性又は導電性であるように設計されてもよい。第３プラスチック材料Ｋ３は、また、電気絶縁性か又は導電性であるように設計されてもよい。第１プラスチック材料Ｋ１は、熱可塑性又は熱硬化性であってもよい。該第１プラスチック材料Ｋ１は、第２プラスチック材料Ｋ２及び第３プラスチック材料Ｋ３にも適用できる。各々の場合に、２つの又は３つ全てのプラスチック材料Ｋ１、Ｋ２及びＫ３でさえも、同一の熱伝導度を有していてもよい。これらに替えて第１プラスチック材料Ｋ１、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料Ｋ２、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料Ｋ３は、異なる熱伝導度を有していてもよい。第１プラスチック材料Ｋ１、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料Ｋ２、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料Ｋ３は、異なる熱伝導度を有していてもよい。第１プラスチック材料Ｋ１、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料Ｋ２、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料Ｋ３は、同一の材料であってもよい。これらに替えて第１プラスチック材料Ｋ１、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料Ｋ２、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料Ｋ３は、異なる材料であってもよい。

プラスチック１１の熱伝導度、特に、第１プラスチック材料Ｋ１、これに替えて又はこれに加えて第２プラスチック材料Ｋ２、及びこれに替えて又はこれに加えて第３プラスチック材料Ｋ３は、同様に好都合に、少なくとも０．５Ｗ／ｍＫであり、好ましくは少なくとも１Ｗ／ｍＫである。

以下に、再度、図１を参照する。図１によると、ステータ本体７及びステータ歯８を有するステータ２は、さらに、第１端面シールド２５ａと第２端面シールド２５ｂとの間に軸方向に配置される。

図１から分かるように、冷却剤分配スペース４の一部は第１端面シールド２５ａに配置され、冷却剤収集スペース５の一部は第２端面シールド２５ｂに配置される。従って、冷却剤分配スペース４及び冷却剤収集スペース５は、各々の場合の、プラスチック１１に設けられた空洞４１ａ、４１ｂによって部分的に形成される。第１空洞４１ａは、冷却剤分配スペース４を形成するように、第１端面シールド２５ａに形成された空洞４２ａによって、この場合、補われる。これと対応して、第２空洞４１ｂは、冷却剤収集スペース５を形成するように、第２端面シールド２５ｂに形成された空洞４２ｂによって補われる。このように、上述された実施形態の変形において、プラスチック１１は、冷却剤分配スペース４及び冷却剤収集スペース５を少なくとも部分的に区画する。

さらに、冷却剤供給３５は、冷却剤分配スペース４を、第１端面シールド２５ａの外側に、図１に示すように、特にその外周面上に設けられた冷却剤入口３３と流体的に結合するように、第１端面シールド２５ａに形成されてもよい。これに応じて、冷却剤吐出３６は、冷却剤収集スペース５を、第２端面シールド２５ｂの外側に、図１に示すように、特にその外周面上に設けられた冷却剤出口３４と流体的に結合するように、第２端面シールド２５ｂに形成されてもよい。これにより、ステータ巻き線６における当該第１端部１４ａ又は第２端部１４ｂの径方向の外側の各々の場合に、且つ、軸方向Ａに沿ってこれら端部１４ａ、１４ｂの延長方向にも、冷却剤分配スペース４又は冷却剤収集スペース５の配置が可能となる。該電気機械１の作動中に、特に過大な熱負荷が掛けられたステータ巻き線６の第１端部１４ａ及び第２端部１４ｂは、この手段によっても、極めて効果的に冷却される。

図１によると、プラスチック１１は、また、ステータ本体７の外周面３０の上に配置されてもよく、従って、該外周面３０の上にプラスチック被膜１１．１を形成してもよい。このように、典型的には導電体ステータプレートから形成されたステータ２のステータ本体７は、その周囲と電気的に絶縁が可能となる。従って、ステータ本体７を収容する別体のハウジングの用意は不要となる。

Claims (24)

1. 電気機械（１）であって、
   前記電気機械（１）の軸方向（Ａ）によって定義される回転軸（Ｄ）に関して回転するロータ（３）と、導電性のステータ巻き線（６）を有するステータ（２）と、
   前記ステータ巻き線（６）を冷却する冷却剤（Ｋ）が流通する少なくとも１つの冷却流路（１０）とを備え、
   前記ステータ（２）は、前記軸方向（Ａ）に延びると共に、前記ロータ（３）の外周方向（Ｕ）に沿って互いに間隔をおいて配置され、且つ、前記ステータ巻き線（６）を支持し、
   少なくとも１つの前記冷却流路（１０）及び少なくとも１つの前記ステータ巻き線（６）は、前記外周方向（Ｕ）に隣接する２つのステータ歯（８、８ａ、８ｂ）同士の間に形成された少なくとも１つの中間スペース（９）に配置され、
   前記ステータ巻き線（６）から少なくとも１つの前記冷却流路（１０）に熱を移動するプラスチック（１１）が、前記中間スペース（９）に配置され、
   前記ステータ歯（８、８ａ、８ｂ）の表面部（５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）に設けられた前記プラスチック（１１）は、電気絶縁性の第１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（５８）を形成する前記プラスチック（１１）は、第２プラスチック材料（Ｋ２）によって形成され、
   保護膜（７５）若しくは付加的な保護膜（７５）又はその両方を形成する前記プラスチック（１１）は、前記第２プラスチック材料（Ｋ２）によって、又は第３プラスチック材料（Ｋ３）によって形成され、
   第２プラスチック材料（Ｋ２）は、導電性に設計され、
   及び第３プラスチック材料（Ｋ３）は、導電性に設計され、
   前記プラスチック（１１）の熱伝導度、第１プラスチック材料（Ｋ１）、第２プラスチック材料（Ｋ２）及び第３プラスチック材料（Ｋ３）の熱伝導度は、少なくとも０．５Ｗ／ｍＫである
   電気機械。
2. 請求項１に記載の電気機械において、
   前記プラスチック（１１）は、前記中間スペース（９）を区画する、２つの隣接する前記ステータ歯（８）の表面部（５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）に配置されていることを特徴とする電気機械。
3. 請求項１又は２に記載の電気機械において、
   前記ステータ（２）は、前記ステータ歯（８ａ、８ｂ）が径方向の内側に突き出すステータ本体（７）を含み、
   前記プラスチック（１１）は、前記中間スペース（９）を径方向の外側に区画する前記ステータ本体（７）の表面部（５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）に配置されていることを特徴とする電気機械。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の電気機械において、
   表面部（５０、５０ａ、５０ｂ）に配置された前記プラスチック（１１）は、電気絶縁性の絶縁層（５１）を形成し、且つ、前記中間スペース（９）若しくはステータ本体（７）又はその両方を区画する２つの隣接する前記ステータ歯（８、８ａ、８ｂ）の表面部を覆うことを特徴とする電気機械。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の電気機械において、
   前記冷却流路（１０）は、前記中間スペース（９）における径方向内側端部（５６ａ）又は径方向外側端部（５６ｂ）の一領域に配置されていることを特徴とする電気機械。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の電気機械において、
   前記プラスチック（１１）は、前記中間スペース（９）に配置された少なくとも１つの位相絶縁（５８）を形成し、且つ、前記中間スペース（９）を、径方向内側サブスペース（５９ａ）及び径方向外側サブスペース（５９ｂ）に分割し、
   これにより、第１位相巻き線（７０ａ）を形成する前記ステータ巻き線（６）の第１導体要素（６０ａ）は、前記径方向内側サブスペース（５９ａ）に配置され、前記第１位相巻き線（７０ａ）と電気的に絶縁された第２位相巻き線（７０ｂ）を形成する前記ステータ巻き線（６）の第２導体要素（６０ｂ）は、前記径方向外側サブスペース（５９ｂ）に配置されることを特徴とする電気機械。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の電気機械において、
   位相絶縁（５８）は、前記外周方向（Ｕ）に沿って延びると共に、前記プラスチック（１１）からなり、且つ、互いに隣接する前記ステータ歯（８ａ、８ｂ）に配置された２つの絶縁層（５１）と接続していることを特徴とする電気機械。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の電気機械において、
   前記ステータ巻き線（６）は、少なくとも１つの第１導体要素（６０ａ）と少なくとも１つの第２導体要素（６０ｂ）とを含み、
   前記第１導体要素（６０ａ）は、径方向内側サブスペース（５９ａ）に配置され、且つ、電流源の第１同位相と接続するために互いに電気的に接続され、
   前記第２導体要素（６０ｂ）は、径方向外側サブスペース（５９ｂ）に配置され、且つ、前記電流源の第２同位相と接続するために互いに電気的に接続されることを特徴とする電気機械。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の電気機械において、
   少なくとも１つの第１導体要素（６０ａ）若しくは少なくとも１つの第２導体要素（６０ａ）又はその両方は、軸方向（Ａ）に垂直な断面において、電気絶縁性及び熱伝導性のプラスチックによって囲まれていることを特徴とする電気機械。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の電気機械において、
    少なくとも１つの第１導体要素（６０ａ）若しくは少なくとも１つの第２導体要素（６０ａ）又はその両方は、導電性材料からなる巻き線バー（６５ａ、６５ｂ）として形成されていることを特徴とする電気機械。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の電気機械において、
    少なくとも１つの巻き線バー（６５ａ、６５ｂ）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な断面において、２つの幅狭面（６７）及び２つの幅広面（６８）を持つ長方形状（６６）を有していることを特徴とする電気機械。
12. 請求項７～１１のいずれか１項に記載の電気機械において、
    第１導体要素（６０ａ）は、位相分離（５８）によって、第２導体要素（６０ｂ）と電気的に絶縁されていることを特徴とする電気機械。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の電気機械において、
    前記プラスチック（１１）は、前記中間スペース（９）に配置される保護膜（７５）を形成し、且つ、前記軸方向（Ａ）に垂直な断面において、前記冷却流路（１０）を、少なくとも部分的に区画するか若しくは囲むか又はその両方であることを特徴とする電気機械。
14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の電気機械において、
    保護膜（７５）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な断面において、前記冷却流路（１０）を、径方向の内側若しくは径方向の外側又はその両方に区画することを特徴とする電気機械。
15. 請求項１～１４のいずれか１項に記載の電気機械において、
    保護膜（７５）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な断面において、前記冷却流路（１０）を、前記ステータ（２）の前記外周方向（Ｕ）に区画することを特徴とする電気機械。
16. 請求項１～１５のいずれか１項に記載の電気機械において、
    付加的な冷却流路（１０）は、前記中間スペース（９）における径方向外側端部（５６ｂ）又は径方向内側端部（５６ａ）に配置されていることを特徴とする電気機械。
17. 請求項１６に記載の電気機械において、
    前記プラスチック（１１）は、前記中間スペース（９）に配置された付加的な保護膜（７５）を形成し、且つ、少なくとも部分的に、前記付加的な冷却流路（１０）を区画するか又は囲むことを特徴とする電気機械。
18. 請求項１７に記載の電気機械において、
    前記付加的な保護膜（７５）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な断面において、前記付加的な冷却流路（１０）を、径方向の内側若しくは径方向の外側又はその両方に区画することを特徴とする電気機械。
19. 請求項１７又は１８に記載の電気機械において、
    前記付加的な保護膜（７５）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な断面において、前記付加的な冷却流路（１０）を、前記ステータ（２）の前記外周方向（Ｕ）に区画するか若しくは囲むか又はその両方であることを特徴とする電気機械。
20. 請求項１～１９のいずれか１項に記載の電気機械において、
    第１プラスチック材料（Ｋ１）、第２プラスチック材料（Ｋ２）及び第３プラスチック材料（Ｋ３）のうち少なくとも１つは、熱可塑性プラスチックであり、
    前記第１プラスチック材料（Ｋ１）、前記第２プラスチック材料（Ｋ２）及び前記第３プラスチック材料（Ｋ３）のうち少なくとも１つは、熱硬化性プラスチックであることを特徴とする電気機械。
21. 請求項１～２０のいずれか１項に記載の電気機械において、
    第１プラスチック材料（Ｋ１）、第２プラスチック材料（Ｋ２）及び第３プラスチック材料（Ｋ３）のうち少なくとも２つは、同一の熱伝導度を有し、
    及び／又は前記第１プラスチック材料（Ｋ１）、前記第２プラスチック材料（Ｋ２）、及び前記第３プラスチック材料（Ｋ３）のうち少なくとも１つは、異なる熱伝導度を有していることを特徴とする電気機械。
22. 請求項１～２１のいずれか１項に記載の電気機械において、
    第１プラスチック材料（Ｋ１）、第２プラスチック材料（Ｋ２）及び第３プラスチック材料（Ｋ３）のうち少なくとも２つは、同一の材料であり、
    及び／又は前記第１プラスチック材料（Ｋ１）、前記第２プラスチック材料（Ｋ２）、及び前記第３プラスチック材料（Ｋ３）のうち少なくとも１つは、異なる材料であることを特徴とする電気機械。
23. 請求項１～２２のいずれか１項に記載の電気機械において、
    前記ステータ巻き線（６）は、分配巻き線の一部であることを特徴とする電気機械。
24. 請求項１～２３のいずれか１項に記載の電気機械において、
    前記中間スペース（９）は、実質的に、前記プラスチック（１１）によって空隙がないように若しくはエアポケットがないように又はその両方により、形成されていることを特徴とする電気機械。