JP7100129B2 - 電気機械用ステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械用ステータの製造方法に関する。

一般に、従来の電気機械用ステータは、その機械の運転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、一般には電動機または発電機とすることができる。電動機は、外部ロータ機または内部ロータ機として構成できる。機械の動作中には、この機械に接続されているステータの過熱、及び損傷さらには破壊を避けるために放出すべき熱が発生する。そのために、従来のステータでは、ステータ、特に前記ステータ巻線を冷却するために、冷却システムをステータに設け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、ステータ巻線の近くに配置される１つまたは複数の冷却通路を有する。ステータ巻線から冷却剤への熱伝達によって、熱をステータから放出できる。このように、ステータ巻線の過熱と、それに伴うステータの損傷さらには破壊を回避できる。

前述の冷却通路を設けるための製造コストを抑えるために、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形成するステータのコアスタックをプラスチックマスでオーバーモールドし、射出成形中にプラスチックマスに前記冷却通路を形成することが知られている。オーバーモールディング中にステータティースに巻かれたステータ巻線は、ステータに取り外せないように固定することができる。

ステータ本体とステータティースに配置される巻線とのオーバーモールディング中に、導電性であるように形成される巻線が、同じように導電性のステータ本体に、一般には互いに積層される導電性の金属シートで形成されるステータ本体に、接触して位置しないようにするのを実際に保証できないため、この接続に問題があることが分かる。しかしながら、このことによってステータ巻線とステータ本体とが電気的に接続されると、望ましくない電気的短絡が引き起こされる。

このことは、実際にステータ巻線がすでに電気絶縁材を用いて製造された場合にも普通は当てはまり、その理由は、電気機械の運転中に高電流が巻線を流れることによって生じる高温のために電気絶縁材が部分的に損傷したり破壊されたりするおそれがあるからである。

同様に、プラスチックマスを用いる射出成形工程で冷却通路を形成した後に、ステータ巻線が冷却通路内へ突出しないということを、考慮しないことはできない。ステータ巻線の前記電気絶縁材が損傷したり、さらには破壊されたりした場合には、ステータ巻線は、冷却通路を通って導入される冷却剤と直接接触することがあるが、それはステータ巻線が冷却剤と電気的に接続されるのを防止するために避ける必要がある。

したがって、本発明の目的は、前述の欠点が大部分または完全に克服される、冷却通路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創出することである。

この目的は、特許請求の範囲の独立項の主題によって達成される。好ましい実施形態は、特許請求の範囲の従属項の主題である。

本発明に係る電気機械用ステータの製造方法は、第１ステップａ）を有する。ステップａ）では、環状のステータ本体を有するステータが準備され、このステータ本体から、周方向に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が、ステータ巻線を受けるために突出する。周方向に隣接する２つのステータティースの間には、それぞれ、中間空間、いわゆるステータスロットが形成される。

さらなるステップｂ）では、周方向に隣接する少なくとも２つのステータティースが、第１プラスチックマスで少なくとも部分的にオーバーモールドされる。このようにして、さらにステータティースに巻き付けるべきステータ巻線が、巻き付け後は導電性のステータティースに対して、さらに確実に電気的に絶縁される。このために、中間空間に面するステータティースの周方向の側面が優先的にオーバーモールドされる。

さらなるステップｃ）では、少なくとも１つのステータティースに少なくとも１つのステータ巻線が配置される。この動作は、ステータティースへのステータ巻線の巻き付けに対応する。ステータ巻線は、集中巻きまたは分散巻きのステータ巻線として実現できる。さらなるステップｄ）では、この少なくとも１つのステータ巻線が、第２プラスチックマスを用いる、このステータ巻線の少なくとも部分的なオーバーモールディングにより、ステータティースに固定、すなわち取り外せないように締め付けられる。

本発明によれば、第１プラスチックマスでのステップｂ）のオーバーモールドに続いて、そしてステップｄ）の少なくとも１つのステータ巻線の固定の前に、２つのステータティースの間の中間空間に第１マスクが導入される。このことは、冷却通路を形成するために第１マスクによって満たされる中間空間の容積がステップｄ）のオーバーモールディング中に第２プラスチックマスに制約されないままであるように実施される。

本明細書に記載される方法で製造されるステータの場合、ステータ巻線の冷却は、したがって、ステータ巻線で、特にその軸方向端部で発生した廃熱を、第１、第２及び／または第３プラスチックマスからステータ本体に形成された冷却剤通路への伝達によって行うことができる。そこで、廃熱は冷却剤通路を流れる冷却剤に吸収される。

上述の処理は、複数のステータティース及び複数のステータ巻線に適用するのが好ましい。特に、上述の処理は、ステータ本体にあ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とに適用されるのが好ましい。

本発明に係る方法の好ましい実施形態では、第１マスクは中間空間を径方向外側で区画するステータ本体の表面部分を覆い、その表面部分は、その表面部分がステップｄ）において第２プラスチックマスで覆われないように、ステップｂ）において第１プラスチックマスで部分的または完全に覆うことができる。したがって、第１プラスチックマスは、ステータ本体の電気的絶縁に用いることができる。同時に、第１マスクにより、ステータ巻線を第２プラスチックマスで固定するときに冷却通路を形成するのに必要な容積を自由に維持できる。

好ましい実施形態によれば、第１マスクは、対応する中間空間の径方向外側端部に導入される。中間空間のこの領域は、ステータ巻線が径方向外側端部の領域で特に多くの廃熱を発生するため、冷却通路を形成するのに特に適する。

特に実際には、第１マスクは、中間空間の径方向外側端部への導入の後に径方向外側端部の全体を満たす。特に好ましくは、第１マスクは、径方向外側端部を区画する第１プラスチックマスに接して少なくとも一部において平坦に位置する。

効果的なさらなる発展例によれば、この方法は、第２プラスチックマスを用いるオーバーモールディングに続いて第１マスクが中間空間から再び除去される追加の方法ステップｅ）を含む。このようにして、第１マスクの除去の後に形成される中空空間は、冷却剤が流れる冷却剤通路を形成する。

さらなる好ましい実施形態によれば、この方法は、追加の方法ステップｆ）を有する。ステップｆ）では、中空空間ないし冷却剤通路を区画する第２プラスチックマス、及びその代わりまたはそれに加えて第２プラスチックマスによってステータティースに固定されるステータ巻線、及びその代わりまたはそれに加えて第２プラスチックマスの除去前に第１マスクで覆われたステータ本体の表面部分が、第３プラスチックマスでオーバーモールドされる。このことは、第３プラスチックマスでオーバーモールディングされた後の中空空間ないし冷却剤通路が、第３または第１プラスチックマスのみで区画されるように実施されるのが好ましい。

実際には、第３プラスチックマスを用いるオーバーモールディングは、第１マスクを除去した後に行われる。第２プラスチックマスから突出する固定子巻線はどれも、このようにして、冷却剤通路を流れる冷却剤から絶縁される。好ましくは、同じやり方を、既に存在する中空空間ないし冷却剤通路の複数に適用することができる。特に好ましくは、同じやり方を、既に存在する中空空間ないし冷却剤通路の全てに適用することができる。

好ましくは、ステップｆ）の実施の後に、対応する冷却剤通路が、第１プラスチックマスのみまたは第３プラスチックマスのみで区画される。このようにして、ステータ巻線またはステータ本体と冷却剤との許容されない電気的／機械的な接触が排除される。

特に好ましくは、第１または第３プラスチックマスを用いるオーバーモールディングは、オーバーモールディングに続いて中空空間ないし冷却剤通路が、もはやステータ巻線及び／またはステータ本体によってどのようなポイントでも直接に区画されないように行われる。このようにして、ステータ巻線と冷却剤との許容できない電気的／機械的な接触が排除される。

別の好ましい実施形態によれば、第１プラスチックマスを用いるステップｂ）のオーバーモールディングに続いて、そしてステップｄ）の少なくとも１つのステータ巻線の固定の前に、第２マスクが中間空間の径方向内側の端部に導入される。このようにして、追加の冷却通路を形成するために第２マスクによって満たされる中間空間の容積が、ステップｄ）のオーバーモールディング中に第２プラスチックマスに制約されないままになることが保証される。また、中間空間のこの領域は、径方向内側端部の領域でステータ巻線が特に多くの廃熱を発生するため、冷却通路を形成するのに特に有利であることが分かる。

特に好ましくは、第２マスクは、ステップｂ）において第１プラスチックマスで部分的にまたは完全に覆うことができる中間空間の径方向内側を区画する２つのステータティースの表面部分を覆う。このように、ステップｄ）において表面部分が第２プラスチックマスで覆われないことが保証される。

好ましい実施形態によれば、ステップａ）で準備されるステータ本体の周方向に隣接する少なくとも２つのステータティースは、それぞれ、ステータ本体から離れて向かう端部に、周方向に突出する少なくとも１つの延長部を含む。この実施形態では、周方向に隣接するステータティースの２つの延長部は、周方向に互いに対向して位置する。このように、通路スロットを形成する２つの延長部は、ステータティースの間に形成される中間空間を径方向内側で部分的に区画する。

好ましくは、上述したやり方は、複数のステータティース及び複数のステータ巻線に適用される。特に好ましくは、上述のやり方は、ステータ本体にあるステータティースの全てに適用され、ステータティースに配置されるステータ巻線の全てに適用される。

さらなる好ましい実施形態によれば、この方法は、さらなる追加の方法ステップｅ１）を含むことができる。このステップｅ１）では、第２プラスチックマスを用いるオーバーモールディングに続いて通路スロットから第２マスクが除去される。したがって、第２マスクの除去に続いて形成される中空空間が、冷却剤が流れる追加の冷却剤通路を形成する。

さらに有利なさらなる発展例では、この方法は、さらなる追加の方法ステップｆ１）を含むことができる。追加の方法ステップｆ１）では、追加の冷却剤通路を区画する第２プラスチックマス、及びその代わりまたはそれに加えて第２プラスチックマスによってステータティースに固定されるステータ巻線、及びその代わりまたはそれに加えて第２マスクが除去される前に第２マスクによって覆われるステータティースの表面部分が、第３プラスチックマスでオーバーモールドされる。このことは、この発展例では、第３プラスチックマスＫ３でオーバーモールディングされた後に追加の冷却剤通路が第３または第１プラスチックマスＫ３、Ｋ１のみによって区画されるように行われる。

このようにして、第２プラスチックマスから突出する固定子巻線はどれも、冷却剤通路を流れる冷却剤から絶縁される。

特に好ましくは、追加の冷却剤通路は、第３プラスチック剤のみによって区画される。このようにして、ステータ巻線と冷却剤との許容されない電気的な接触が排除される。

実質的に、第３プラスチックマスを用いるオーバーモールディングは、オーバーモールディングに続いて、中空空間ないし冷却剤通路が、ステータ巻線及び／またはステータ本体によって、どのようなポイントでも直接区画されないように行われる。このようにして、ステータ巻線と冷却剤との許容されない電気的な接触が排除される。

好ましくは、第２マスクは、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通路スロットを満たすだけでなく、さらに、２つのステータティースの間の残りの中間空間へ径方向外側に突出するように構成される。この変形例では、第２マスクは、通路スロットに続いて中間空間の径方向内側端部をさらに満たす。

第１及び／または第２マスクは、それが特に好ましくは鋼からなるプレート状またはプレートレット状に形成されるインサートによって形成される場合に特に生産性がよく、費用効率がよいことが分かる。

有利なさらなる発展例によれば、この方法は、ステータ本体の少なくとも１つの外周側面を第４プラスチックマスでオーバーモールドできる、さらなる追加の方法ステップｇ）を備えることができる。

有利なさらなる発展例では、ステップｇ）のオーバーモールディング中にステータ本体の外周側面にも設けられる軸方向に延びる延長部が、第４プラスチックマスでオーバーモールドされ、その軸方向の端部側にはステータ本体にそれぞれベアリングシールドを締結するためのねじロッドがそれぞれ突出する。

他の好ましい実施形態では、互いに軸方向に対向して配置される２つのベアリングシールドが、追加の方法ステップにおいてオーバーモールドされたねじロッドによってステータ本体に締結される。このことは、冷却剤分配部を形成し、そのために既に存在する冷却通路と流体的に連通する第３及び／または第４プラスチックマスに設けられる第１中空空間を第１ベアリングシールドがシールするように行われる。締結は、さらに、冷却剤収集部を形成し、そのために既に存在する冷却通路と流体的に連通する第３及び／または第４プラスチックマスに設けられる第２中空空間を第２ベアリングシールドがシールするように実施される。２つのベアリングシールドは、軸方向に互いに対向して配置され、ステータ本体を軸方向に延長するエンドプレートの形態で形成できる。一方または両方のベアリングシールドには、第３及び第４プラスチックマスに設けられるそれぞれの中空空間を拡張する凹部を設けることができる。

以下では、異なるプラスチックマスの材料特性に関する種々の有利な実施形態を説明する。材料特性に関し、基本的には、高熱伝導率、高強度、および高冷却剤抵抗を有するプラスチックマスが望ましいことに留意すべきである。しかし、これらの材料特性をすべて備えたプラスチックは非常に高価である。そのため、以下では、それぞれのプラスチックマスがそれぞれの機能を満たすために必要な材料特性のみを持つ材料の組み合わせを説明する。例えば、ステータの外側のみに設けられ、ハウジングの機能を果たす第４プラスチックマスが高熱伝導率を有する必要はない。むしろ第４プラスチックマスは機械的に高強度であれば十分である。これに対して、冷却通路を直接に区画する第３プラスチックマスは、冷却通路を流れるそれぞれの冷却剤と直接に接触するため、高冷却剤抵抗を有するべきである。同様に冷却通路を区画し、したがって冷却剤と接触することがある第１プラスチックマスも同じである。個々のステータ巻線が配置される第２プラスチックマスは、ステータ巻線によって生成される熱を効果的に放出できるようにするため、できるだけ高い熱伝導率を有するべきである。

熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックの熱伝導率は、いずれも材料組成の選択によって調整可能である。したがって、熱可塑性プラスチックの熱伝導率は、熱硬化性プラスチックの熱伝導率以上にすることができ、その逆にすることもできる。熱可塑性プラスチックを用いることには、熱硬化性プラスチックを用いるのと比べて様々な利点がある。例えば、熱可塑性プラスチックは、その加工中に適用される可逆的な成形プロセスの結果としてリサイクル性に優れ、熱硬化性プラスチックと比較して脆性が低く減衰特性が高い。しかし、熱可塑性プラスチックは一般に熱硬化性プラスチックよりも調達コストが高いため、熱可塑性プラスチックは選択的に採用しなければならない。

好ましい実施形態では、第１及び／または第２及び／または第３及び／または第４プラスチックマスは、前述の利点を活用するために、熱可塑性プラスチックを含むか、または熱可塑性プラスチックである。

さらなる好ましい実施形態では、第１及び／または第２及び／または第３及び／または第４プラスチックマスは、熱硬化性プラスチックを含むか、または熱硬化性プラスチックであり、それによって前述のコストの利点を活用できる。

さらなる好ましい実施形態では、第１，第２及び／または第３プラスチックマスのプラスチック材料は、したがって熱硬化性プラスチックを含むか、または熱硬化性プラスチックである。これとは対照的に、この実施形態の第４プラスチックマスのプラスチック材料は、熱可塑性プラスチックを含むか、または熱可塑性プラスチックである。

有利なさらなる発展例では、第４プラスチックマスの熱伝導率は、第１，第２及び／または第３プラスチックマスの熱伝導率よりも低い。

さらに有利なさらなる発展例では、第３プラスチックマスの冷却剤抵抗は、第２または第１プラスチックマスの冷却剤抵抗よりも大きい。

さらに有利なさらなる発展例では、第１及び第２プラスチックマスの熱伝導率は、第３及び第４プラスチックマスの熱伝導率よりも高い。

別の好ましい実施形態では、第１及び第２及び第３プラスチックマスのプラスチック材料は、熱可塑性プラスチックを含むか、または熱可塑性プラスチックである。これに対して、この実施形態の第４プラスチックマスのプラスチック材料は、第１，第２及び第３プラスチックマスの熱可塑性プラスチックとは異なる熱硬化性プラスチックである。

有利なさらなる発展例では、第４プラスチックマスの熱伝導率は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマスの熱伝導率よりも低い。または、あるいはさらに、この実施形態の第４プラスチックマスの強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマスの強度よりも高い。

別の好ましい実施形態によれば、第１及び第３プラスチックマスのプラスチック材料は、同じ熱可塑性プラスチックを含むか、または同じ熱可塑性プラスチックから構成され、第２及び第３プラスチックマスのプラスチック材料とは異なる。この実施形態では、第２プラスチックマスのプラスチック材料は、第４プラスチックマスのプラスチック材料とは異なる。

有利なさらなる発展例によれば、第１及び／または第３プラスチックマスの冷却剤抵抗は、第２及び／または第４プラスチックマスの冷却剤抵抗よりも高い。または、あるいはさらに、このさらなる発展例の第１及び／または第３プラスチックマスの熱伝導率は、第２プラスチックマスの熱伝導率よりも低い。または、あるいはさらに、このさらなる発展例の第４プラスチックマスの強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマスの強度よりも高い。

実際には、それぞれの冷却通路を区画する第３及び／または第１プラスチックマスの層の厚さは、最大で０．８ｍｍになり、優先的には最大で０．３ｍｍになる。

さらに好ましい実施形態によれば、第１，第２，第３及び第４プラスチックマスのプラスチック材料は、異なる熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックを含むか、または異なる熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックから構成される。

有利なさらなる発展例では、第１及び／または第３プラスチックマスの冷却剤抵抗は、第２プラスチックマスの冷却剤抵抗よりも高い。または、あるいはさらに、このさらなる発展例の第２プラスチックマスの熱伝導率は、第１及び／または第３及び／または第４プラスチックマスの熱伝導率よりも高い。または、あるいはさらに、このさらなる発展例の第４プラスチックマスの強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマスの強度よりも高い。

さら好ましい実施形態によれば、この方法は、２つの追加の方法ステップｈ１，ｈ２を有する。追加の方法ステップｈ１では、冷却剤分配空間及び冷却剤収集空間がステータ上及び／またはステータ内に設けられ、これらの空間は、少なくとも１つの冷却剤通路及び／または少なくとも１つの追加の冷却剤通路を介して互いに流体的に連通する。冷却剤分配空間は、冷却通路の全体に冷却剤を分配するために機能し、冷却剤収集空間は、冷却通路を通って流れる冷却剤を収集するために機能する。冷却剤分配部と冷却剤収集空間は、ステータ本体の軸方向の延長部に配置することができ、軸方向に沿って互いに対向するように位置する。冷却剤分配空間及び冷却剤収集空間の少なくとも一部を第２プラスチックマスの内部に配置または形成してもよい。導電性のステータ巻線は、個々の巻線部分が互いに接触したときに電気的短絡が生じるのを防止するために、それらの製造中であっても通常は電気絶縁材で包囲される。しかしながら、ステータ巻線の製造および組み立ての後に、これらの巻線のすべてがそのような絶縁材を引き続き備えているようにするのは保証できない。追加の方法ステップｈ２によれば、冷却剤分配空間、及び／または冷却剤収集空間、及び／または少なくとも１つのステータ巻線好ましくはステータ内に存在するすべてのステータ巻線の軸方向端部を区画する第２プラスチックマスは、したがって電気絶縁性を有する絶縁材料を用いてオーバーモールド及び／またはスプレーされる。そのために、好ましくは電気絶縁性ワニスが用いられる。または、あるいはさらに、プラスチックマス、特に第３プラスチックマス及び／または第４プラスチックマスを用いることも可能である。このようにして冷却剤分配空間または冷却剤収集空間に存在する冷却剤と導電性のステータ巻線との望ましくない電気的短絡を防止できる。

特に、ステップｈ２）のオーバーモールディングまたはスプレーは、オーバーモールディングまたはスプレーに続いて、第２プラスチックマスも、少なくとも１つのステータ巻線の軸方向端部も、好ましくは全てのステータ巻線の軸方向端部も、冷却剤分配空間または冷却剤収集空間を直接に区画しないように実施される。このようにして導電性のステータ巻線と冷却剤分配空間または冷却剤収集空間に存在する冷却剤との望ましくない電気的な接続が防止される。

特に好ましくは、少なくとも１つのステータ巻線の軸方向端部は、この方法のステップｄ）で、またはそれとは時間的にずれて、すなわちステップｄ）を実施する前またはステップｄ）を実施した後に、プラスチックマス好ましくは第２プラスチックマスによって少なくとも１つのステータティースに固定される。

本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面の図の説明から明らかになる。

前述の特徴及び以下でさらに説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、記載されたそれぞれの組み合わせで用いることができるだけでなく、当然に他の組み合わせまたはそれら単独でも用いることができる。

図１ａは、この方法のステップａ）で用いられるステータを図１ｂと異なる表現で示す図である。 図１ｂは、この方法のステップａ）で用いられるステータを図１ａと異なる表現で示す図である。 図２ａは、ステップｂ）の実施後の図１ａ，図１ｂのステータを図２ｂ，図２ｃと異なる表現で示す図である。 図２ｂは、ステップｂ）の実施後の図１ａ，図１ｂのステータを図２ａ，図２ｃと異なる表現で示す図である。 図２ｃは、ステップｂ）の実施後の図１ａ，図１ｂのステータを図２ａ，図２ｂと異なる表現で示す図である。 図３ａは、ステップｃ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図３ｂ，図３ｃと異なる表現で示す図である。 図３ｂは、ステップｃ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図３ａ，図３ｃと異なる表現で示す図である。 図３ｃは、ステップｃ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図３ａ，図３ｂと異なる表現で示す図である。 図４ａは、ステップｄ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図４ｂ，図４ｃと異なる表現で示す図である。 図４ｂは、ステップｄ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図４ａ，図４ｃと異なる表現で示す図である。 図４ｃは、ステップｄ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図４ａ，図４ｂと異なる表現で示す図である。 図５ａは、ステップｅ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図５，図５ｃと異なる表現で示す図である。 図５ｂは、ステップｅ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図５ａ，図５ｃと異なる表現で示す図である。 図５ｃは、ステップｅ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図５ａ，図５ｂと異なる表現で示す図である。 図６ａは、ステップｅ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図６ｂと異なる表現で示す図である。 図６ｂは、ステップｅ）の実施後の図２ａ，図２ｂ，図２ｃのステータを図６ａと異なる表現で示す図である。 図７ａは、この方法のステップｈ）を示す、図７ｂと互いに代替できる変形例の図である。 図７ｂは、この方法のステップｈ）を示す、図７ａと互いに代替できる変形例の図である。

以下、図面に示された本発明の好ましい代表的な実施形態をより詳細に説明する。

図１ａは、本発明に係る方法のステップａ）で準備される環状ステータ本体２を有するステータ１の斜視図である。図１ａから明らかなように、環状ステータ本体２の周方向Ｕに沿って互いに間隔をあけて配置されるステータ巻線（図示せず）を受けるための複数のステータティース３が、ステータ本体２から径方向内側へ突出している。

周方向Ｕに隣接する２つのステータティース３の間には、それぞれ中間空間４が形成され、この中間空間４は、当業者には「ステータスロット」という用語でも知られている。図１ｂは、図１ａのステータ本体２の詳細図であり、２つのステータティース３が周方向Ｕに隣接する部分を、ステータ本体２の長手方向中心軸Ｍに沿って延び、したがって周方向Ｕ直行する軸方向Ａへの平面図で詳細に示す。径方向Ｒは、長手方向中心軸から直角に離れる方向へ延び、したがって軸方向Ａと周方向Ｕの両方に直交する。

各ステータティース３は、ステータ本体２から離れる方向の端部に、ステータティース３から周方向Ｕに突出して周方向Ｕに対向する延長部１２ａ，１２ｂを備え、周方向Ｕに隣接する２つのステータティース３の周方向Ｕに互いに対向して配置される２つの延長部１２ａ，１２ｂは、それぞれ、中間空間４を部分的に区画し、径方向内側に通路溝１３を形成する。

さらなる方法ステップｂ）では、ステータティース３は、第１プラスチックマスＫ１でオーバーモールドされる。図２ａおよび２ｂは、方法ステップｂ）の実施後のステータ本体２を図１ａ及び図１ｂに対応する表現で示す。図２ｃは、図２ａを詳細図として、隣接する複数のステータティース３を示している。

第１プラスチックマスＫ１を用いるステップｂ）のオーバーモールディングに続いて、そしてステップｄ）のステータ巻線５の固定の前に、第１マスク６ａが２つのステータティース３の間のそれぞれの中間空間４の径方向外側端部１０ａに導入される。第１マスク６ａは径方向外側の端部１０ａの全体を満たすのが好ましい。したがって、冷却通路９を形成するために第１マスク６ａによって満たされる中間空間４の容積は、その後にさらに実施されるステップｄ）において、すなわち第２プラスチックマスＫ２を用いるオーバーモールド中に、第２プラスチックマスＫ２に制約されないままである。

実際には、中間空間４の径方向外側を区画し、ステップｂ）において第１プラスチックマスＫ１で部分的にまたは完全に覆うことができるステータ本体２の表面部分７を第１マスク６ａで覆うことができる。このようにして、その後にさらに実施される方法ステップｄ）において表面部分が第２プラスチックマスＫ２で覆われるのが防止される。

さらなる方法ステップｃ）では、ステータティース３にステータ巻線５が配置される。このことが方法ステップｃ）の実施後のステータ本体２を図２ａ，２ｂ，２ｃに対応する表現で表す図３ａ，３ｂ，３ｃに模式的に示されている。

さらなる方法ステップｄ）では、ステータ巻線５は、第２プラスチックマスＫ２を用いる少なくとも部分的なオーバーモールディングによってステータティース３に固定される。このことがステータ本体２を図３ａ，３ｂ，３ｃに対応する表現で示す図４ａ，４ｂ，４ｃに模式的に示されている。第１マスク６ａで満たされる容積は、前述したように、第２プラスチックマスＫ２に制約されないままである。第１マスク６ａは、中間空間４の径方向外側を区画し、ステップｂ）では第１プラスチックマスＫ１で部分的または完全に覆うことができるステータ本体２の表面部分７を覆う。このようにして、その後にさらに実施されるステップｄ）において表面部分７が第２プラスチックマスＫ２で覆われるのを防止できる。第２プラスチックマスＫ２を用いるオーバーモールディングに続いて、方法ステップｅ）において第１マスク６ａが中間空間４から再び除去され、そのマスク６ａの除去に続いて、冷却剤が通過する冷却剤通路９を形成する中空空間８を形成できる。

選択的に、第１プラスチックマスＫ１を用いるステップｂ）のオーバーモールディングに続いて、そしてステップｄ）のステータ巻線５の固定の前に、第２マスク６ｂをそれぞれの中間空間４の径方向内側端部１０ｂに導入することも可能である。したがって、ステップｄ）のオーバーモールディング中に追加の冷却通路９’を形成するために第２マスク６ｂで満たされる中間空間４の容積は、第２プラスチックマスＫ２に制約されないままである。第１マスク６ａと同様に、第２マスク６ｂは、ステップｂ）において第１プラスチックマスＫ１で部分的にまたは完全に覆うことができる中間空間４の径方向内側を区画する２つのステータティース３の表面部分７’をそれぞれ覆うことができる。したがって、ステップｄ）において表面部７’が第２プラスチックマスＫ２で覆われないことが防止される。

第１マスク６ａと同様に、第２マスク６ｂは、第２プラスチックマスクＫ２を用いるオーバーモールディングに続いて、それぞれの第２マスク６ｂを除去した後に形成される中空空間８’がそれぞれ冷却剤の通過する追加の冷却剤通路９’を形成するように、通路スロット１３から再び除去できる。

さらなる方法ステップｆ）では、中空空間８ないし冷却剤通路９を区画する第２プラスチックマスＫ２と、第２プラスチックマスＫ２によってステータティース２に固定されるステータ巻線３と、第１マスク６ａの除去前にこれらによって覆われていたステータ本体２の表面部分７とが、第３プラスチックマスＫ３でオーバーモールドされる。ステップｆ）は、第１マスク６ａの除去後に実施される。好ましくは、ステップｆ）の一部としての第３プラスチックマスＫ３を用いるオーバーモールディングは、第３プラスチックマスＫ３を用いるオーバーモールディング後の中空空間８または冷却剤９が、第３または第１プラスチックマスＫ３，Ｋ１のみで区画されるように実施される。

この場合、形成された中空空間８ないし冷却剤通路９は、冷却剤通路９を流れる冷却剤に対するステータ本体２の所望の電気的絶縁が保証されるように、第１または第３プラスチックマスＫ１，Ｋ３のみで区画される。特に、追加の冷却剤通路９’は、第３及び第１プラスチックマスＫ３、Ｋ１のみで区画できる。

ここで説明した製造方法の過程で、追加の冷却剤通路９’を区画する第２プラスチックマスＫ２、第２プラスチックマスＫ２によってステータティース３に固定されるステータ巻線５、及びそれを除去する前に第２マスク６ｂによって覆われたステータティース３の表面部分７’を、第３プラスチックマスＫ３でオーバーモールドすることができる。ここで、オーバーモールディングは、第３プラスチックマスＫ３でオーバーモールディングした後の追加の冷却剤通路９’が、第３及び第１プラスチックマスＫ３，Ｋ１のみで区画されるように実施される。

冷却剤通路９と同様に、追加の冷却剤通路９’も、第１または第３プラスチックマスＫ３のみで区画される。特に、追加の冷却剤通路９’は第３プラスチックマスＫ３のみで区画できる。

言い換えると、第３プラスチックマスＫ３を用いるオーバーモールディングは、特に実際には、そのオーバーモールディングに続いて、中空空間８，８’ないし冷却剤通路９，９’が、どのようなポイントでもステータ巻線またはステータ本体２で直接に区画されないように実施される。さらなる方法ステップでは、ステータ本体２の少なくとも１つの外周面１６を第４プラスチックマスＫ４でオーバーモールドできる。このことが図５ａ及び図５ｂに対応する表現の図６ａ及び図６ｂに示されている。第４プラスチックマスＫ４を用いるオーバーモールディングの過程で、図６ａ及び図６ｂに示されているように、ステータ本体２の外周面１６に軸方向へ延びる延長部１８が設けられる。ステータ本体２にそれぞれベアリングシールドを締結するため、延長部の各端面から軸方向へねじロッド１９が突出し、ねじロッドも第４プラスチックマスＫ４でオーバーモールドできる。

選択的なさらなる方法ステップでは、２つのベアリングシールドを、オーバーモールドされたねじロッド１９によって、軸方向Ａに沿って対向配置されるステータ本体に締結することができる。このことが図７ａおよび図７ｂの互いに入れ換え可能な２つの変形例に示されている。両方の変形例において、第１ベアリングシールド２０ａは、したがって、冷却剤分配部２２ａを形成し且つそのためにステータ１内に存在する冷却通路９，９’と流体的に連通する、第３及び第４プラスチックマスＫ３，Ｋ４の内部に設けられる第１中空空間２１を密封する。第２ベアリングシールド（図示せず）は、第３及び第４プラスチックマスＫ３，Ｋ４に形成され、且つそのためにステータ１に形成される冷却通路９，９’と流体的に連通する第２中空空間（図示せず）をシールする。図７ａ及び図７ｂの２つのベアリングシールドは、軸方向Ａに沿って互いに対向して位置し、ステータ１のステータ本体２を軸方向に区画する。

図７ａの軸方向Ａに沿ったステータ１の縦断面において、冷却剤分配部２２ａ及び冷却剤収集部は、それぞれ、ステータ巻線５の各軸方向端部２３を軸方向の延長部において径方向外側と径方向内側で部分的に包囲するＵ字形状を有する。図７の軸方向Ａに沿ったステータ１の縦断面において、冷却剤分配部２２ａ及び冷却剤収集部は、それぞれステータ巻線５の各軸方向端部を軸方向の延長部において径方向外側で部分的に包囲するＩ字形状を有する。ステータ本体２へのベアリングシールド２８の締結は、ステータ本体２に設けられた前述のねじロッド１９と、これらのねじロッド１９に合うねじ付きナット２４とを用いることによって行われる。第１及び第２マスク６ａ，６ｂは、それぞれ、好ましくは鋼製でプレート状またはプレートレット状のインサート１７ａ，１７ｂとして形成することができる。

実施形態の第１変形例では、第１，第２及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ２，Ｋ３のプラスチック材料は、熱硬化性プラスチックを含むか、または同じ熱硬化性プラスチックから構成される。これと比較して、第４プラスチックマスＫ４のプラスチック材料は、第１，第２及び第３プラスチックマスの熱硬化性プラスチックとは異なる熱可塑性プラスチックである。この変形例の第４プラスチックマスＫ４の熱伝導率は、第１，第２及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ２，Ｋ３の熱伝導率よりも低い。これとは別に、本実施形態における第４プラスチックマスＫ４の強度は、第１，第２及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ２，Ｋ３の強度よりも高い。

実施形態の第２変形例では、第１及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ３のプラスチック材料は、同一の熱硬化性プラスチックを含むか、または同一の熱硬化性プラスチックからなり、第２及び第４プラスチックマスＫ２，Ｋ４のプラスチック材料とは異なる。この変形例では、第２プラスチックマスＫ２のプラスチック材料は、第４プラスチックマスＫ４のプラスチック材料とは異なる。この変形例では、第１及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ３の冷却剤抵抗は、それぞれ、第２プラスチックマスＫ２の冷却剤抵抗よりも大きい。さらに、この変形例では、第１及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ３の熱伝導率は、それぞれ、第２プラスチックマスＫ２の熱伝導率よりも低い。最後に、その代わりにまたはそれに加えて、本実施例のこの変形例では、第４プラスチックマスＫ４の強度は、第１，第２及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ２，Ｋ３の強度よりも高い。この変形例では、第３及び第１プラスチックマスＫ３，Ｋ１の層の厚さは最大で０．８ｍｍになり、好ましくは最大で０．３ｍｍである。

この変形例では、第１及び第３プラスチックマスＫ１，Ｋ３の冷却剤抵抗は、それぞれ、第２及び第３プラスチックマスＫ２，Ｋ４の冷却剤抵抗よりも高い。これとは別に、このさらなる発展例の第２プラスチックマスＫ２の熱伝導率は、第１，第３及び／または第４プラスチックマスＫ１，Ｋ３，Ｋ４の熱伝導率よりも高い。または、あるいはさらに、このさらなる発展例の第４プラスチックマスＫ４の強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマスＫ１，Ｋ２，Ｋ３の強度よりも高い。

選択的な方法ステップでは、冷却剤分配空間２２ａと冷却剤収集空間２２ｂとを初期に区画する第２プラスチックマスＫ２は、電気的に絶縁性の絶縁材料でオーバーモールド及び／またはスプレーすることができる。同様に、各中間空間４から軸方向Ａに沿って両側に突出することがあるステータ巻線６の軸方向端部を電気的に絶縁性の絶縁材料でオーバーモールド及び／またはスプレーすることができる。実際には、このために電気絶縁性のワニスが使用される。しかしながら、第３プラスチックマスＫ３及び／または第４プラスチックマスＫ４または別の適切なプラスチックマスを用いることも考えられる。オーバーモールディングとスプレーは、オーバーモールディングまたはスプレーに続いて、第２プラスチックマスＫ２もステータ巻線５の軸方向端部も、冷却剤分配空間２２ａまたは冷却剤収集空間２２ｂを直接に区画しないように行われる。このようにして、導電性のステータ巻線６と、冷却剤分配空間２２または冷却剤収集空間２２ｂの内部に存在する冷却剤との、望ましくない電気的な接続が排除される。

ステップｄ）の過程で、またはそれとはずれた時間すなわちステップｄ）の実施前またはステップｄ）の実施後に、ステータ巻線５の軸方向端部を、プラスチックマスで、特に第２プラスチックマスＫ２で各ステータティース３に固定してもよい。

Claims (25)

1. 電気機械用ステータ（1）の製造方法であって、
   ａ）環状のステータ本体（２）を有し、ステータ本体（２）の周方向（Ｕ）に沿って互いに間隔をあけて配置されるステータ巻線（５）を受けるための複数のステータティース（３）が径方向内側に突出し、さらに周方向（Ｕ）に隣接する２つのステータティース（３）の間にそれぞれ中間空間（４）が形成されるステータ（１）を準備するステップと、
   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（３）を第１プラスチックマス（Ｋ１）で少なくとも部分的にオーバーモールドするステップと、
   ｃ）少なくとも１つのステータティース（３）に少なくとも１つのステータ巻線（５）を配置するステップと、
   ｄ）少なくとも１つのステータ巻線（５）を、第２プラスチックマス（Ｋ２）を用いるステータ巻線の少なくとも部分的なオーバーモールディングにより少なくとも１つのステータティース（３）に固定するステップと、
   を含み、
   ステップａ），ｂ），ｃ），ｄ）が順に行われるステップであり、
   第１プラスチックマス（Ｋ１）を用いるステップｂ）のオーバーモールディングに続いて、そしてステップｄ）の少なくとも１つのステータ巻線（５）の固定の前に、冷却通路（９）を形成するための（第１）マスク（６ａ）によって満たされる中間空間（４）の容積が、ステップｄ）のオーバーモールディング中に第２プラスチックマス（Ｋ２）から制約されないままであるように、２つのステータティース（３）の間の中間空間（４）に（第１）マスク（６ａ）が導入される
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１において、
   第１マスク（６ａ）は、ステップｂ）において第１プラスチックマス（Ｋ１）で部分的または完全に覆うことができる中間空間（４）を径方向外側で区画するステータ本体（２）の表面部分（７）を覆い、その表面部分(７)がステップｄ）のオーバーモールディング中に第２プラスチックマス（Ｋ２）で覆われないようにする
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２において、
   （第１）マスク（６ａ）が、中間空間（４）の径方向外側の端部（１０ａ）に導入される
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項３において、
   （第１）マスク（６ａ）は、径方向外側の端部（１０ａ）の全体を満たす
   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、
   追加の方法ステップｅ）を含み、ステップｅ）は
   ｅ）（第１）マスク（６ａ）の除去の後に存在する中空空間（８）が、冷却剤が流れる冷却剤通路（９）を形成するように、第２プラスチックマス（Ｋ２）を用いるオーバーモールディングに続いて中間空間から（第１）マスク（６ａ）を除去するステップである
   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、
   追加の方法ステップｆ）を含み、ステップｆ）は、
   ｆ）中空空間（８）または冷却材通路（９）を区画する第２プラスチックマス（Ｋ２）、及び／または第２プラスチックマス（Ｋ２）によってステータティース（３）に固定されるステータ巻線（５）、及び／または（第１）マスク（６ａ）によって覆われたステータ本体（２）の表面部分（７）を、（第１）マスク（６ａ）を除去する前に第３プラスチックマス（Ｋ３）でオーバーモールドするステップである
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項６において、
   第３プラスチックマス（Ｋ３）を用いるオーバーモールディングが、（第１）マスク（６ａ）の除去後に行われる
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項６または７において、
   冷却剤通路（９）は、第１及び／または第３プラスチック剤（Ｋ１，Ｋ３）のみで区画される
   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、
   第１プラスチックマス（Ｋ１）を用いるステップｂ）のオーバーモールディングに続いて、そしてステップｄ）の少なくとも１つのステータ巻線（５）の固定の前に、（第２）マスク（６ｂ）によって満たされる中間空間（４）の容積が、追加の冷却通路（９’）を形成するためのステップｄ）のオーバーモールディング中に第２プラスチックマス（Ｋ２）に制約されないままであるように、第２マスク（６ｂ）が中間空間（４）の径方向内側端部（１０ｂ）に導入される
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項９において、
    第２マスク（６ｂ）は、ステップｂ）において第１プラスチックマスＫ１）で部分的にまたは完全に覆うことができる中間空間（４）を径方向内側で区画するステータティース（３）の表面部分（７’）を覆い、ステップｄ）において表面部分（７’）が第２プラスチックマス（Ｋ２）で覆われないようにする
    ことを特徴とする方法。
11. 請求項９または１０において、
    追加の方法ステップｅ１）を含み、ステップｅ１）は
    ｅ１）第２マスク（６ｂ）の除去に続いて存在する中空空間（８’）が、冷却剤が流れる追加の冷却剤通路（９’）を形成するように、第２プラスチックマス（Ｋ２）を用いるオーバーモールディングの後に中間空間（４）から第２マスク（６ｂ）を除去するステップである
    ことを特徴とする方法。
12. 請求項６から１１の何れか１つにおいて、
    第３プラスチックマス（Ｋ３）を用いるオーバーモールディングは、そのオーバーモールディングに続いて、オーバーモールドされた中空空間（８）及び／または追加の中空空間（８’）ないし冷却剤通路（９）及び／または追加の冷却剤通路（９’）が、どのようなポイントでもステータ巻線（５）及び／またはステータ本体（２）によって直接に区画されないように実施される
    ことを特徴とする方法。
13. 請求項１から１２の何れか１つにおいて、
    追加の方法ステップｇ）を含み、ステップｇ）は、
    ｇ）ステータ本体（２）の少なくとも１つの外周側面（１６）を第４プラスチックマス（Ｋ４）でオーバーモールドするステップである
    ことを特徴とする方法。
14. 請求項１から１３の何れか１つにおいて、
    第１及び／または第２及び／または第３及び／または第４プラスチックマスは、熱硬化性プラスチックを含むか、または熱硬化性プラスチックである
    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、
    第１及び／または第２及び／または第３及び／または第４プラスチックマスは、熱可塑性プラスチックを含むか、または熱可塑性プラスチックである
    ことを特徴とする方法。
16. 請求項１から１５の何れか１つにおいて、
    第１及び第２及び第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）のプラスチック材料は、同一の熱硬化性プラスチックを含むか、または同一の熱硬化性プラスチックからなり、
    第４プラスチックマス（Ｋ４）のプラスチック材料は、第１、第２及び第３プラスチックマスの熱硬化性プラスチックとは異なる熱可塑性プラスチックである
    ことを特徴とする方法。
17. 請求項１６において、
    第４プラスチックマス（Ｋ４）の熱伝導率は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の熱伝導率よりも低く、及び／又は
    第４プラスチックマス（Ｋ４）の強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の強度よりも高い
    ことを特徴とする方法。
18. 請求項１から１７の何れか１つにおいて、
    第１及び第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ３）のプラスチック材料は、同一の熱硬化性プラスチックを含むか、または同一の熱硬化性プラスチックからなり、且つ第２及び第４プラスチックマス（Ｋ２，Ｋ４）のプラスチック材料とは異なり、第２プラスチックマスのプラスチック材料（Ｋ２）は、第４プラスチックマス（Ｋ４）のプラスチック材料とは異なる
    ことを特徴とする方法。
19. 請求項１８において、
    １及び／または第３プラスチックマス（Ｋ４）の冷却剤耐性は、第２及び／または第４プラスチックマス（Ｋ４）の冷却剤耐性よりも高く、及び／または
    第１及び／または第３プラスチックマス（Ｋ４）の熱伝導率は、第２プラスチックマス（Ｋ２）の熱伝導率よりも低く、及び／または
    第４プラスチックマス（Ｋ４）の強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ２，ａＫ３）の強度よりも高い
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１８または１９において、
    各冷却通路を区画する第３及び／または第１プラスチックマスの層の厚さが、最大０．８ｍｍになり、優先的には最大０．３ｍｍになる
    ことを特徴とする方法。
21. 請求項１から１７の何れか１つにおいて、
    第１，第２，第３及び第４プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４）のプラスチック材料は、異なる熱可塑性プラスチックもしくは熱硬化性プラスチックを含むか、または異なる熱可塑性プラスチックもしくは熱硬化性プラスチックからなる
    ことを特徴とする方法。
22. 請求項２１において、
    第１及び／または第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ３）の冷却剤耐性は、第２プラスチックマス（Ｋ２）の冷却剤耐性よりも高く、及び／または
    第２プラスチックマス（Ｋ２）の熱伝導率は、第１及び／または第３及び／または第４プラスチックマス（Ｋ４）の熱伝導率よりも高く、及び／または
    第４プラスチックマス（Ｋ４）の強度は、第１及び／または第２及び／または第３プラスチックマス（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の強度よりも高い
    ことを特徴とする方法。
23. 請求項１から２２の何れか１つにおいて、
    追加の方法ステップ（ｈ１，ｈ２を含み、ステップ（ｈ１，ｈ２）は、
    ｈ１）ステータ（２）の表面及び／または内部に、少なくとも１つの冷却剤通路（９）を介して、及び／または少なくとも１つの追加の冷却剤通路（９’）を介して互いに流体的に連通する冷却剤分配空間（２２ａ）および冷却剤収集空間（２２ｂ）を設けるステップと、
    ｈ２）冷却剤分配空間（２２ａ）、及び／または冷却剤収集空間（２２ｂ）、及び／または少なくとも１つのステータ巻線（５）の軸方向端部のうちの少なくとも１つの固定子巻線（５）の軸方向端部を、電気的に絶縁性の絶縁材料を用いて、及び／または第３プラスチックマス（Ｋ３）を用いて、及び／または第４プラスチックマス（Ｋ４）を用いて区画する第２プラスチックマス（Ｋ２）をオーバーモールド及び／またはスプレーするステップと、
    を含む
    ことを特徴とする方法。
24. 請求項２３において、
    ステップｈ２）のオーバーモールドまたはスプレーは、そのオーバーモールドまたはスプレーに続いて、第２プラスチックマス（Ｋ２）も、少なくとも１つのステータ巻線（６）優先的には複数のステータ巻線（５）の軸方向端部も、冷却剤分配空間（２２ａ）または冷却剤収集空間（２２ｂ）を区画しないように実施される
    ことを特徴とする方法。
25. 請求項２３または２４において、
    方法のステップｄ）では、少なくとも１つのステータ巻線（６）の軸方向端部もまた、少なくとも１つのステータティース（３）に第２プラスチックマス（Ｋ２）によって固定される
    ことを特徴とする方法。

Images