(57)【要約】【課題】改良された手段で冷却される電気機械を提供する。【解決手段】本発明による電気機械（２０）は、ロータ（２４）及びステータ（２２）を有する。ステータは、ステータ巻線（３０）を形成する導電性ワイヤ（４２）を有する。ステータ巻線は、ステータコア（２８）の軸線方向端部（４０）を越えて軸線方向に突出した第１の複数のエンドターン（３８）を形成する。第１の複数のエンドターンを形成する導電性ワイヤの部分は、別々の外側電気絶縁層（４４）を有する。第１の複数のエンドターンは、熱伝導率が５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導性材料（３２）で封入される。巻線の外側電気絶縁層を構成するのに、セラミック材料が用いられる。エンドターンを封入する熱伝導性材料を形成するのに、金属材料が用いられる。電気機械の製造方法も提供する。【選択図】図５
2013135611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械であって、
ロータと、前記ロータに作動的に結合されたステータと、を有し、
前記ステータは、第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部を備えたステータコアと、ステータ巻線を形成する少なくとも１本の導電性ワイヤと、を有し、
前記導電性ワイヤは、前記ステータコアに取付けられており、前記ステータ巻線は、前記第１の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第１の複数のエンドターンを形成し、前記第１の複数のエンドターンは、外側電気絶縁層を備えた複数のワイヤ部分を有し、各ワイヤ部分は、別々の外側電気絶縁層を有し、
前記ステータは、更に、前記第１の複数のエンドターンの上に配置された熱伝導性材料を有し、前記熱伝導性材料は、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、電気機械。
【請求項２】
前記熱伝導性材料は、少なくとも約１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記熱伝導性材料は、少なくとも約２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項４】
前記熱伝導性材料は、金属材料である、請求項１に記載の電気機械。
【請求項５】
前記導電性ワイヤは、その全長にわたって、前記外側電気絶縁層で被覆される、請求項１に記載の電気機械。
【請求項６】
更に、ハウジングを有し、
前記ステータ及び前記ロータは、前記ハウジング内に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記ハウジングと熱的に結合され、
前記ハウジングは、流体通路を有する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項７】
前記熱伝導性材料は、熱移送部を形成し、前記熱移送部は、実質的に中実で且つ連続した直線で囲まれた断面に対して、流体流れに露出される前記熱伝導性材料の表面積を増大させる、請求項１に記載の電気機械。
【請求項８】
前記外側電気絶縁層は、セラミック材料であり、前記熱伝導性材料は、アルミニウムを含む、請求項１に記載の電気機械。
【請求項９】
前記ステータ巻線は、前記第２の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第２の複数のエンドターンを形成し、前記第２の複数のエンドターンは、外側電気絶縁層を備えた複数の第２のワイヤ部分を有し、各第２のワイヤ部分は、別々の外側電気絶縁層を有し、
熱伝導率が少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の第２の熱伝導性材料が設けられ、前記第２の熱伝導性材料は、前記第２の複数のエンドターンを実質的に封入すると共に前記第２の複数のエンドターンの外側電気絶縁層に直接接触し、
前記熱伝導性材料は、前記第１の複数のエンドターンを実質的に封入すると共に前記第１の複数のエンドターンの前記外側電気絶縁層に直接接触する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記熱伝導性材料の少なくとも一部分は、隙間によって前記ステータコアから分離される、請求項１に記載の電気機械。
【請求項１１】
電気機械であって、
ロータと、前記ロータに作動的に結合されたステータと、を有し、
前記ステータは、第１及び第２の軸線方向端部を有するステータコアと、前記ステータの巻線を形成し且つ前記ステータコアに取付けられる少なくとも１本の導電性ワイヤと、を有し、前記ステータの巻線は、前記第１の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第１の複数のエンドターンを形成し、
前記ステータは、更に、前記第１の複数のエンドターンを形成する前記導電性ワイヤの部分の外側層に取付けられたセラミック材料と、前記第１の複数のエンドターンの上に配置された金属材料と、を有する、電気機械。
【請求項１２】
前記ステータの巻線を形成する前記導電性ワイヤは、その全長にわたって、前記セラミック材料の外側層を有する、請求項１１に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記金属材料は、前記第１の複数のエンドターンを実質的に封入し、前記セラミック材料に直接接触し、少なくとも約１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１１に記載の電気機械。
【請求項１４】
前記金属材料は、前記エンドターンを実質的に封入し、前記セラミック材料に直接接触し、少なくとも約２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１１に記載の電気機械。
【請求項１５】
電気機械を製造する方法であって、
ロータを準備する工程と、
第１及び第２の軸線方向端部を有するステータコアを準備する工程と、
巻線を導電性ワイヤから形成する工程と、
前記巻線を前記ステータコアに取付け、前記巻線により、前記ステータコアの第１の軸線方向端部を越えるように突出した第１の複数のエンドターンを形成する工程と、
前記巻線を前記ステータコアに取付ける前に、前記巻線を形成する導電性ワイヤに、外側電気絶縁層を被覆する工程と、
前記ステータコアを前記ロータと結合させる工程と、
前記第１の複数のエンドターンを、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する熱伝導性材料で被覆する工程と、を有する方法。
【請求項１６】
前記外側絶縁被覆材は、セラミック材料である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
更に、前記ステータコアをハウジング内に取付ける工程を有し、
前記第１の複数のエンドターンを熱伝導性材料で被覆する前記工程は、前記熱伝導性材料を少なくとも部分的に液体の状態で前記ハウジング内に導入する工程と、前記熱伝導性材料を前記ハウジング内で少なくとも部分的に凝固させる工程とを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の複数のエンドターンを被覆する前記工程は、前記第１の複数のエンドターンを形成する前記導電性ワイヤの部分を前記熱伝導性材料で実質的に全体的に包囲する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱伝導性材料は、金属材料であり、少なくとも約１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱伝導性材料は、金属材料であり、少なくとも約２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械に関し、特に電気機械の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電気機械は、極めて高い効率で動作するけれども、幾分かのエネルギーが必然的に失われる。かかるエネルギー損失は、摩擦損、鉄損及びヒステリシス損を含む種々の形態をとり、結果として、廃熱を発生させる。幾つかの適用例では、電気機械の巻線において廃熱が許容できないレベルに達するのを防止するために、電気機械から熱を積極的に除去する必要がある。
【０００３】
熱を電気機械から除去する種々の方法が、当該技術分野において知られている。噴霧冷却が、１つの既知の方法であり、典型的には、噴霧冷却により、油を端部巻線に噴霧して熱を電気機械から除去する。また、電気機械に「ウォータージャケット」を設けることが知られており、「ウォータージャケット」は、ハウジングの形態を有し、ハウジングは、熱を電気機械から除去する冷却用液体、例えば水を循環させる流体通路を有する。空気の流れを電気機械の中に又はそれを横切るように通して冷却を促進することも知られており、空気の流れは、ファンによって支援されるのがよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気機械を冷却する種々の効果的な手段が知られているけれども、この分野において、一層の改良が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、材料に封入されたエンドターンを備えたステータを有し、エンドターンを、それから熱を除去することを容易にする材料に封入した電気機械を提供する。
【０００６】
１つの実施形態では、ロータと、ロータに作動的に結合されたステータとを有する電気機械が提供される。ステータは、第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部を備えたステータコアと、ステータ巻線を形成する少なくとも１本の導電性ワイヤとを有し、導電性ワイヤは、ステータコアに取付けられている。ステータ巻線は、第１の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第１の複数のエンドターンを形成し、第１の複数のエンドターンは、外側電気絶縁層を備えた複数のワイヤ部分を有し、各ワイヤ部分は、別々の外側電気絶縁層を有する。熱伝導性材料が、第１の複数のエンドターンの上に配置され、熱伝導性材料の熱伝導率は、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1である。
【０００７】
別の実施形態では、ロータと、ロータに作動的に結合されたステータとを有する電気機械が提供される。ステータは、第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部を備えたステータコアと、ステータ巻線を形成する少なくとも１本の導電性ワイヤとを有し、導電性ワイヤは、ステータコアに取付けられている。ステータ巻線は、第１の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第１の複数のエンドターンを形成し、セラミック材料が第１の複数のエンドターンを形成する導電性ワイヤの部分の上に配置される。金属材料が第１の複数のエンドターンの上に配置される。
【０００８】
さらに別の実施形態では、電気機械を製造する方法が提供され、上記方法は、ロータと、第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部を備えたステータコアを準備する工程を有する。上記方法は、更に、巻線を導電性ワイヤから形成する工程と、巻線をステータコアに取付ける工程とを有し、巻線は、ステータコアの第１の軸線方向端部を越えて突出した第１の複数のエンドターンを形成する。巻線をステータコアに取付ける前に、巻線を形成する導電性ワイヤに外側電気絶縁層を被覆する。ステータコアをロータと結合させ、第１の複数のエンドターンを、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する熱伝導性材料で被覆する。
【０００９】
本発明の上記特徴及び他の特徴並びにこれらを得る仕方は、添付の図面と関連して行う本発明の実施形態についての以下の説明を参照すると明らかになると共に本発明それ自体についても良好に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気機械の側面図である。
【図２】図１の電気機械の端面図である。
【図３】複数のステータエンドターンの側面図である。
【図４】ステータエンドターンの端面図である。
【図５】封入されたエンドターンの断面図である。
【図６】ステータ巻線の概略図である。
【図７】電気機械及びハウジングの断面図である。
【図８】電気機械及び変形例のハウジングの詳細断面図である。
【図９】熱伝導性材料によって形成された冷却用リブを示す概略図である。
【図１０】熱伝導性材料の中を通る流体通路の概略的な断面図である。
【図１１】ステータコアと熱伝導性材料の間の隙間を有する電気機械の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
同じ参照符号は、幾つかの図を通じて同じ部品を示している。本明細書の実施例は、本発明の実施形態を幾つかの形態で示しているが、以下に開示する実施形態は、網羅的ではなく、本発明の範囲を開示した形態そのものに限定するものと解されてはならない。
【００１２】
電気機械２０が、図１及び図２に示されている。電気機械２０は、互いに作動的に結合されたステータ２２及びロータ２４を有している。ロータ２４は、電気機械２０の回転軸線２６を定めている。図示の実施形態では、電気機械２０は、三相誘導モータであるが、他の実施形態では、電気機械のステータ巻線を冷却するのに有利である別の電気機械の形態を採用してもよい。三相誘導モータ及びその他の電気機械を作動させる一般的な原理は、当業者によく知られている。
【００１３】
ステータ２２は、ステータコア２８の上に取付けられた巻線３０を有している。当業者がよく理解しているように、巻線３０は、軸線方向に延びる部分４８とエンドターン３８を有しており、軸線方向に延びる部分４８は、ステータコア２８の互いに反対側に位置する軸線方向端部４０と軸線方向端部４０の間を延び、エンドターン３８は、ステータコア２８の軸線方向端部４０を軸線方向に越えて突出している。後で詳細に説明するように、エンドターン３８は、熱伝導性材料３２に封入されている。熱伝導性材料３２を貫通して突出したコネクタ３４が、ステータ巻線３０を三相ＡＣ電源等の電源に接続するのに用いられる。
【００１４】
図示のステータコア２８は、在来の構造を有しており、複数の積重ね金属板の層で形成され、略円筒形をなし、ロータ２４を受入れる中央ボアを有している。ロータ２４を包囲するステータ２２を利用することが慣例であるけれども、電気機械の変形実施形態では、中央のステータと、ステータを包囲するロータを採用してもよい。
【００１５】
図示の実施形態では、複数のスロット３６が、ステータコア２８の半径方向内向き面の上をステータコア２８の軸線方向長さにわたって延びている。巻線３０は、その軸線方向に延びる部分４８をスロット３６に挿入することによって、ステータコア２８に取付けられている。ステータコア２８の軸線方向端部４０を越えて突出した巻線３０の短い部分３８が、エンドターンを形成している。図５に見られるように、ステータコア２８の軸線方向端部４０の各々のところに位置するエンドターン３８は、導電性ワイヤ４２で形成され、導電性ワイヤ４２は、外側電気絶縁層４４を有し、導電性ワイヤの各エンドターンの部分３８は、別々の外側電気絶縁層４４を有している。換言すれば、エンドターン３８は、多数のエンドターン３８を包囲する単一で一体の塊状の絶縁材料によって絶縁されてはいない。
【００１６】
図示の実施形態では、導電性ワイヤ４２を形成するのに銅が用いられ、巻線３０を形成する導電性ワイヤ４２は、全長にわたって、セラミック材料で絶縁されている。また、エンドターン２８を熱伝導性材料３２に封入することにより導電性ワイヤ４２又は外側電気絶縁層４４を損傷させないならば、導電性ワイヤ４２及び外側電気絶縁層４４を形成するのに他の材料を用いてもよい。外側電気絶縁層４４及び導電性ワイヤ４２の溶融温度よりも低い溶融温度を有する熱伝導性材料３２を利用することによって、エンドターン２８を、損傷させることなしに、溶融した熱伝導性材料３２で封入することができる。エンドターン３８だけが絶縁されている巻線３０を利用することも可能であるが、一般的には、巻線３０を形成する導電性ワイヤ４２を全長にわたって絶縁することが実用的であろう。
【００１７】
熱伝導性材料３２によるエンドターン３８の封入は、図３〜図５を参照することにより最もよく理解される。図３は、ステータの一方の軸線方向端部の側面図であり、エンドターン３８を概略的に示している。図３において、破線３３は、熱伝導性材料３２の上方の広がりを示している。図４は、ステータコア２８及び２つのエンドターン３８を示す端面図である。熱伝導性材料３２は、図４には示されていない。図５は、熱伝導性材料３２及び３つのエンドターン３８の断面図である。図を分かりやすくするために、図３〜図５において、限られた数のエンドターン３８だけが示されている。また、絶縁スロットライナ５６のカフが図３に見えることが注目される。スロットライナ５６は、通常、巻線３０を形成する導電性ワイヤ４２とステータコア２８の積層との間の電気絶縁バリヤを提供するのに用いられる。導電性ワイヤ４２が全長にわたって外側電気絶縁層４４を備えている場合、スロットライナ５６の使用を回避してもよい。
【００１８】
熱伝導性材料３２は、それがエンドターン３８の外側電気絶縁層４４に直接接触した状態でエンドターン３８を封入している。図５に示す断面図は、熱伝導性材料３２に埋込まれたエンドターン３８を示している。図５では、エンドターン３８は、互いに接触状態では示されていない。しかしながら、多くの適用例では、エンドターン３８は、エンドターン３８を形成する個々のワイヤの部分同士は、エンドターン３８を包囲している熱伝導性材料３２内でいくらか接触するであろう。一般的には、巻線３０から熱伝導性材料３２への熱移送を最大にするために、熱伝導性材料３２が外側電気絶縁層４４に直接接触する表面積を最大にすることが望ましい。エンドターン３８を熱伝導性材料３２内に封入することにより、熱移送を容易にするだけでなく、エンドターン３８を熱伝導性材料３２内に固着させる。ポット材料を用いて、ステータのエンドターンを封入して固着させることが知られている。伝統的なポット材料は、エポキシ及び樹脂状材料を含み、典型的には、約３．０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下の熱伝導率しか有していない。伝統的なポット材料は、エンドターンの構造的な固定を行うが、これら伝統的なポット材料は、典型的には、熱の除去を容易にするわけではない。
【００１９】
伝統的なポット材料とは対照的に、熱伝導性材料３２は、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、有利には少なくとも約１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、更に有利には少なくとも約２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する。高い熱伝導率を有する材料を用いることにより、エンドターン３８からの熱の移送を向上させる。
【００２０】
熱伝導性材料３２は、２つの異なるメカニズムによって、エンドターン３８から熱エネルギーを除去する。第１に、熱伝導性材料３２は、熱をエンドターン３８から除去する導管として作用し、それに引続いて、熱を、熱伝導性材料３２に熱的に結合された別の媒体に移送する導管として作用する。例えば、熱伝導性材料３２は、熱をハウジングに、又は、熱伝導性材料３２と直接接触している空気又は別の流体に移送する。第２に、熱伝導性材料３２は、ヒートシンクとして作用し、エンドターン３８から除去された熱エネルギーは、熱伝導性材料３２の中に残り、その温度を上昇させる。ほぼ全ての適用例において、熱伝導性材料３２は、熱エネルギーをエンドターン３８から両方のメカニズムを介して除去する。
【００２１】
図示の実施形態では、熱伝導性材料３２は、金属材料であり、アルミニウム合金である。望ましい物理的特性を得るために、錫、銀及びその他の材料を熱伝導性材料３２に添加するのがよい。熱伝導率に加えて、熱伝導性材料３２のより重要な物理的性質のうちの１つは、導電性ワイヤ４２及び外側電気絶縁層４４に対する熱伝導性材料３２の溶融温度である。溶融した熱伝導性材料３２による封入中の導電性ワイヤ４２及び外側電気絶縁層４４の構造的損傷を阻止するため、熱伝導性材料３２は、その融点が導電性ワイヤ４２及び外側電気絶縁層４４の融点よりも低くなるように選択され、導電性ワイヤ４２又は外側電気絶縁層４４に損傷を与えることなしに、外側電気絶縁層４４に液体状態で接触することができる。一般的には、エンドターンを完全に液体の熱伝導性材料で封入し、熱伝導性材料を固体又は半固体状態に硬化させることが望ましいけれども、熱伝導性材料３２が部分的に溶融状態にあるときにエンドターンを封入することも可能である。
【００２２】
図示の実施形態では、導電性ワイヤ４２は、銅で形成され、銅の溶融温度は、約１０８４℃である。また、高温用マグネットワイヤをニッケル被覆銅又はニッケルだけで形成することが知られており、導電性ワイヤ４２を形成するのに、かかる高温用マグネットワイヤを用いてもよい。ニッケルは、約１４５３℃の溶融温度を有する。高温適用例のマグネットワイヤに外側セラミック層４４を設けることが知られている。かかる外側セラミック層４４は、完全に硬化させたガラス質エナメル膜で作られるのがよく、かかるガラス質エナメル膜は、ベースワイヤにしっかりと結合され、これと同じ可撓性を有する。セラミック被覆マグネットワイヤは、商業的に入手可能であり、セラミック被膜は、約１０００℃の温度に耐えるのがよい。
【００２３】
アルミニウムは、約６６０℃の溶融温度を有し、かくして、セラミック被膜４４銅ワイヤ４２と共に、純アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかとしての熱伝導性材料３２として容易に採用される。熱伝導性材料３２を形成するために、例えば、溶融温度が約２３２℃の錫及び溶融温度が約９６１℃の銀を、アルミニウムと共に用いてもよい。熱伝導性材料３２に用いられる材料の正確な比は、熱伝導性材料３２の溶融温度を制御するためだけでなく、熱伝導性材料３２の他の物理的性質、例えば熱伝導性材料３２の熱伝導率及び熱膨張率を制御するために調節されるのがよい。
【００２４】
封入材料３２を形成するのに用いられる材料の熱伝導率に関し、アルミニウムの熱伝導率は、２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1よりも幾分大きく、錫の熱伝導率は、約６６．８Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1であり、銀の熱伝導率は、４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1よりも幾分大きいことに注目すべきである。導電性ワイヤ４２に関し、銅は、３５０〜４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有し、ニッケルは、９１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する。外側電気絶縁層４４を形成するのに用いられるセラミック材料は、約３０〜４５Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する場合が多い。一般的には、封入材料３２の熱伝導率を最大にすることが望ましいが、他の設計要因も、封入材料、即ち、熱伝導性材料３２の選択に影響を及ぼす場合がある。熱伝導率の値のうちの下限について、封入材料３２は、外側電気絶縁層４４の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することが望ましく、また、一般的には、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の値を有する封入材料３２を用いることによって、外側電気絶縁層４４よりも高い熱伝導率を有する。
【００２５】
熱伝導性材料３２を形成する金属材料の使用により、幾つかの利点が得られる。封入材料３２を形成する金属の使用により、伝統的なポット材料と比較して高レベルの熱伝導率が得られるだけでなく、一般的には、導電性ワイヤ４２の熱膨張率に比較的近い熱膨張率が得られる。その結果、導電性ワイヤ４２は、電気機械２０の動作温度範囲全体にわたって導電性ワイヤ４２及び封入材料３２に生じる熱膨張の差による損傷を受ける恐れが低くなる。また、エンドターンと熱伝導性材料の間の熱膨張の差を補償する材料をエンドターンと熱伝導性材料の間に配置することが可能である。
【００２６】
エンドターン３８を封入するのに金属材料を用いることが有利であるけれども、変形実施形態では、非金属材料又は純非金属材料が比較的高い熱伝導率を有していれば、金属材料と非金属材料の組合せ、又は、金属材料と純非金属材料の組合せを採用してもよい。また、金属は、典型的には、導電性材料であり、導電性ワイヤ４２を熱伝導性材料３２から分離するために外側電気絶縁層４４を用いることにより、かかる導電性材料を、エンドターンを短絡させることなしに熱伝導性材料として用いることを可能にすることに注目すべきである。
【００２７】
図示の実施形態は、厚さ０．１〜０．３ミリメートルのセラミック外側電気絶縁層４４を備えた導電性ワイヤ４２を有する。しかしながら、外側電気絶縁層４４を形成する他の材料を用いてもよい。例えば、錫が熱伝導性材料３２を形成するのに用いられる唯一の又は主要な材料であり、例えば、熱伝導性材料が錫と銀で形成されていれば、外側電気絶縁層４４は、セラミック材料により得られる熱的性能と同一の熱的性能を必要とせず、約２６０℃の温度限度を有するポリイミドフィルムを外側電気絶縁層４４として利用することが可能である場合がある。種々の他の変形実施形態も可能である。例えば、熱伝導性材料３２を形成するのに、金属材料と非金属材料の混合物を用いてもよく、幾つかの熱伝導性材料３２では、約１８０℃の温度限度を有するポリイミドエナメルで形成された外側電気絶縁層４４を有する導電性ワイヤ４２を坂要することが可能な場合がある。
【００２８】
図７及び図８に示すように、電気機械２０を形成するステータ２２及びロータ２４が、ハウジング５０内に配置される。熱伝導性材料３２とハウジング５０を熱的に結合させることによって、電気機械２０の冷却を一段と促進させることができる。熱伝導性材料３２をハウジング５０に熱的に結合させるのに、一般的には、熱伝導性材料３２をハウジング５０の表面５４に直接当接させることが有利である。熱伝導性材料３２とハウジング５０の間の熱エネルギーの移送を行う他の手段を採用してもよい。
【００２９】
図７及び図８に示すハウジング５０は、流体通路５２を有し、熱伝導性材料３２からハウジング５０に移送された熱を除去する冷却用液体を、流体通路５２を通して循環させる。かかる流体通路を備えたハウジング５０は、しばしば、ウォータージャケットと呼ばれる。流体通路５２を備えることにより、ハウジング５０の除熱能力が大幅に増大するけれども、かかる通路を備えていないハウジングは、熱伝導性材料３２に熱的に結合されていれば、ヒートシンクとして働くことによって熱の除去を容易にする。かかるハウジングは、熱を周囲環境中に放散させるフィン又はその他の手段を有していてもよい。かかる熱消散速度を増大させるファンを採用してもよい。
【００３０】
次に、電気機械２０の製造及び組立てについて説明する。従来の方法を利用して、ロータ２４を製造する。従来の巻線設備及び方法を用いて、巻線３０を巻いて、ループにする。ステータコア２８は、従来の構造を有し、ステータコア２８を、積重ね金属層から形成する。巻線３０をステータコア２８に取付け、エンドターン３８を、軸線方向端部４０を越えるようにそれから突出させる。巻線３０を、従来の挿入設備及び方法を利用して挿入し、巻線３０の軸線方向部分４８を、ステータスロット３６に挿入する。
【００３１】
エンドターン３８を封入する前、エンドターン３８は、外側電気絶縁層４４を有している。これは、導電性ワイヤ４２を巻線３０に形成する前に且つ巻線３０をステータコア２８に取付ける前に、導電性ワイヤ４２に外側電気絶縁層４４を設けることによって最も容易に達成される。巻線３０をステータコア２８に取付けた後、エンドターン３８を熱伝導性材料３２で封入する。エンドターン３８を封入する前又はその後のいずれかにおいて、ステータコアとロータを互いに結合させて、電気機械を形成する。同様に、電気機械２０がハウジング５０を有していれば、ステータコア２８をハウジング５０内に取付ける前又はその後のいずれかにおいて、エンドターン３８を封入する。一般的には、成形ジグを用い且つ圧力下で、熱伝導性材料３２を成形することが有利である。また、エンドターン３８を熱伝導性材料３２の中に浸して、エンドターン３８を封入してもよい。浸しプロセスの１つの利点は、浸しプロセスが、熱伝導性材料とステータコア２８との間に隙間６４を形成するのに容易に使用されることである。かかる隙間６４を、図１１に示し、かかる隙間６４により、エンドターン３８の短い長さ部分を熱伝導性材料３２とステータコア２８の間に露出させたままにし、また、冷却用流体、すなわちガス及び液体が隙間６４を流れて、除熱を促進させることを可能にする。
【００３２】
電気機械をハウジング内に取付ける前にエンドターンを封入する場合、又は、電気機械２０がハウジングを有していない場合、エンドターン３８を熱伝導性材料３２で封入するとき、固定具及び型が用いられる。変形例として、エンドターン３８を、溶融状態でハウジング５０内に導入される熱伝導性材料３２で封入する前、ステータコア２８をハウジング５０内に取付けてもよい。それにより、ハウジング５０は、型として作用し、熱伝導性材料３２の最終形状を形成するのに用いられる固定具及び型の必要を減少させ又はなくす。
【００３３】
図７は、電気機械２０をハウジング５０内に取付ける前にエンドターン３８を封入した実施形態を示している。図８は、エンドターン３８を封入する前に電気機械２０がハウジング５０内に取付けられ、ハウジング５０が熱伝導性材料３２の型として作用する実施形態を示している。ハウジング５０を熱伝導性材料３２のための部分的な又は完全な型として使用することは、電気機械のエンドターンを電気機械のハウジング内に封入するために従来のポット材料を使用することと類似している。熱伝導性材料３２をハウジング５０内で成形することによって、熱伝導性材料３２とハウジング５０が直接接触する表面積を容易に拡大させることができる。この拡大した接触表面積は、熱伝導性材料からハウジング５０への熱移送を促進させる。
【００３４】
熱伝導性材料３２は又、熱の伝達を更に増大させる種々の熱移送部を形成するのがよい。図９及び図１０は、かかる熱移送部の２つの例を示している。図９は、軸線方向に突出したフィンの形態を有する熱移送部６２を示している。フィン６２は、熱をエンドターン３８から移送して遠ざけるのに利用可能な熱伝導性材料３２の表面積を増大させる。フィン６２は、熱伝導性材料から、成形によって形成されてもよいし、予備成形フィンを熱伝導性材料の主本体に溶接することによって形成されてもよいし、その他適当な手段によって形成されてもよい。
【００３５】
図１０は、熱伝導性材料３２の中を延びる流体通路の形態を有する熱移送部５８を示している。流体通路５８により、冷却用ガス又は液体が熱伝導性材料３２の中を流れ、熱の移送を促進させる。中空管６０を適当な箇所に位置決めし、エンドターン３８を熱伝導性材料３２で封入すると同時に、管６０を熱伝導性材料３２で封入することによって、流体通路５８を形成するのがよい。管６０は、成形プロセス中、熱伝導性材料３２の制限を越えて延び、成形材料３２の硬化後、管６０を切除するのがよい。
【００３６】
図９及び図１０に示す熱移送部６２，６８は両方とも、図５に示したように実質的に中実で且つ連続した直線で囲まれた断面に対して、流体の流れに露出される熱伝導性材料３２の表面積を増大させる。流体の流れに露出される表面積の増大をもたらす更に別の熱移送部を採用してもよい。例えば、熱移送に利用できる表面積を増大させる不連続部を熱伝導性材料の外面に形成してもよく、かかる不連続部は、例えば、図示のフィン0以外の突出部、又は、ディンプル等の凹部である。
【００３７】
本発明を例示の設計を有するものとして説明したが、本発明は、本発明の精神及び範囲内で更に改造できる。したがって、本願の要旨は、本発明の一般的な原理を用いた本発明の任意の変形例、使用又は改造例を含むものである。
【符号の説明】
【００３８】
２０  電気機械
２２  ステータ
２４  ロータ
２８  ステータコア
３０  巻線
３２  熱伝導性材料
３４  コネクタ
３６  スロット
３８  エンドターン
４０  軸線方向端部
４２  導電性ワイヤ
４４  外側電気絶縁層
４８  軸線方向に延びる部分
５０  ハウジング
５２  流体通路
【図１】
2013135611.tif 000003
【図２】
2013135611.tif 000004
【図３】
2013135611.tif 000005
【図４】
2013135611.tif 000006
【図５】
2013135611.tif 000007
【図６】
2013135611.tif 000008
【図７】
2013135611.tif 000009
【図８】
2013135611.tif 000010
【図９】
2013135611.tif 000011
【図１０】
2013135611.tif 000012
【図１１】
2013135611.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月26日(2012.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械であって、
ロータと、前記ロータに作動的に結合されたステータと、を有し、
前記ステータは、第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部を備えたステータコアと、ステータ巻線を形成する少なくとも１本の導電性ワイヤと、を有し、
前記導電性ワイヤは、前記ステータコアに取付けられており、前記ステータ巻線は、前記第１の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第１の複数のエンドターンを形成し、前記第１の複数のエンドターンは、外側電気絶縁層を備えた複数のワイヤ部分を有し、各ワイヤ部分は、別々の外側電気絶縁層を有し、
前記ステータは、更に、前記第１の複数のエンドターンの上に配置された熱伝導性材料を有し、前記熱伝導性材料は、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、電気機械。
【請求項２】
前記熱伝導性材料は、少なくとも約１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記熱伝導性材料は、少なくとも約２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項４】
前記熱伝導性材料は、金属材料である、請求項１に記載の電気機械。
【請求項５】
前記導電性ワイヤは、その全長にわたって、前記外側電気絶縁層で被覆される、請求項１に記載の電気機械。
【請求項６】
更に、ハウジングを有し、
前記ステータ及び前記ロータは、前記ハウジング内に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記ハウジングと熱的に結合され、
前記ハウジングは、流体通路を有する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項７】
前記熱伝導性材料は、熱移送部を形成し、前記熱移送部は、実質的に中実で且つ連続した直線で囲まれた断面に対して、流体流れに露出される前記熱伝導性材料の表面積を増大させる、請求項１に記載の電気機械。
【請求項８】
前記外側電気絶縁層は、セラミック材料であり、前記熱伝導性材料は、アルミニウムを含む、請求項１に記載の電気機械。
【請求項９】
前記ステータ巻線は、前記第２の軸線方向端部を軸線方向に越えて突出した第２の複数のエンドターンを形成し、前記第２の複数のエンドターンは、外側電気絶縁層を備えた複数の第２のワイヤ部分を有し、各第２のワイヤ部分は、別々の外側電気絶縁層を有し、
熱伝導率が少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の第２の熱伝導性材料が設けられ、前記第２の熱伝導性材料は、前記第２の複数のエンドターンを実質的に封入すると共に前記第２の複数のエンドターンの外側電気絶縁層に直接接触し、
前記熱伝導性材料は、前記第１の複数のエンドターンを実質的に封入すると共に前記第１の複数のエンドターンの前記外側電気絶縁層に直接接触する、請求項１に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記熱伝導性材料の少なくとも一部分は、隙間によって前記ステータコアから分離される、請求項１に記載の電気機械。
【請求項１１】
電気機械を製造する方法であって、
ロータを準備する工程と、
第１及び第２の軸線方向端部を有するステータコアを準備する工程と、
巻線を導電性ワイヤから形成する工程と、
前記巻線を前記ステータコアに取付け、前記巻線により、前記ステータコアの第１の軸線方向端部を越えるように突出した第１の複数のエンドターンを形成する工程と、
前記巻線を前記ステータコアに取付ける前に、前記巻線を形成する導電性ワイヤに、外側電気絶縁層を被覆する工程と、
前記ステータコアを前記ロータと結合させる工程と、
前記第１の複数のエンドターンを、少なくとも約５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する熱伝導性材料で被覆する工程と、を有する方法。
【請求項１２】
前記外側絶縁被覆材は、セラミック材料である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
更に、前記ステータコアをハウジング内に取付ける工程を有し、
前記第１の複数のエンドターンを熱伝導性材料で被覆する前記工程は、前記熱伝導性材料を少なくとも部分的に液体の状態で前記ハウジング内に導入する工程と、前記熱伝導性材料を前記ハウジング内で少なくとも部分的に凝固させる工程とを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の複数のエンドターンを被覆する前記工程は、前記第１の複数のエンドターンを形成する前記導電性ワイヤの部分を前記熱伝導性材料で実質的に全体的に包囲する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱伝導性材料は、金属材料であり、少なくとも約１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱伝導性材料は、金属材料であり、少なくとも約２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の熱伝導率を有する、請求項１１に記載の方法。