JP2008312439A - 電気モータ冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータの性能および効率に負の影響を与えず、かつ冷却源に過度の負担をかけない電気モータ冷却システムを提供する。
【解決手段】ハウジングと、第１および第２の冷却源とを有する電気モータ冷却システムが提示され、これら第１および第２の冷却源は互いに異なっていて、それぞれ第１および第２の冷却流を供給する。ステータはハウジング内に取り付けられ、第１の冷却流を受け入れる。ロータはステータに対して回転でき、第２の冷却流を受け入れる。実施例では、ハウジングは、ロータを支持するジャーナルベアリングを支持し、第２の冷却流はジャーナルベアリングを通って流れる。例えば、第１の冷却流は、ラムエアなどの低圧源から供給され、第２の冷却流は、抽気などの高圧源から供給される。円周方向のギャップがロータとステータの間に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、航空機用途で使用される電気モータを冷却する装置に関する。

多くのモータ用途では、許容できる温度以下にモータを維持するために、十分に冷却することが必要とされる。電気モータは、ロータを回転させる、固定されたステータを有する。ステータは通常、ステータの外径部に配置されたスロットを通る空気流によって冷却される。モータのロータは通常、ステータとロータを分離するギャップに空気を供給することで冷却される。一般的には、ステータおよびロータに供給される空気は、もとは同じ空気源である。冷却した高圧抽気がモータ冷却源としてしばしば使用されるが、これは、エンジン性能を低下させる。

ステータとロータの間のギャップ寸法は、モータ性能に影響を与える。ギャップは、モータの性能および効率をよりよくするために最小化される。しかし、ギャップを最小化すると、冷却空気の流れが制限され、これは、ロータの冷却をより困難にする。高回転速度では、ステータとロータの間の粘性力により、ギャップに高い抵抗が生じる。その結果、冷却流を強制的にギャップに通すために、高圧の空気が必要になる。一方、ステータの外径部にある冷却スロットは通常、冷却流をスロットに通すために、このような高圧を必要としない。その結果、冷却構成の全体的な効率は、不必要に高圧の空気をステータに供給することで低下する。

モータの性能および効率に負の影響を与えず、かつ冷却源に過度の負担をかけない冷却構成が必要とされている。

ハウジングと、第１および第２の冷却源とを有する電気モータ冷却システムが提供され、これら第１および第２の冷却源は互いに異なっていて、それぞれ第１および第２の冷却流を供給する。ステータはハウジング内に取り付けられ、第１の冷却流を受け入れる。ロータはステータに対して回転でき、第２の冷却流を受け入れる。実施例では、ハウジングは、ロータを支持するジャーナルベアリングを支持し、第２の冷却流はジャーナルベアリングを通って流れる。第１の冷却流は、ラムエアなどの低圧源から供給され、第２の冷却流は、抽気などの高圧源から供給される。

円周方向のギャップがロータとステータの間に設けられる。一例では、シールがハウジングとステータの間に配置されて、ジャーナルベアリングおよびギャップと流体的に連通するキャビティを提供する。ジャーナルベアリングからの冷却流はこのキャビティを通ってギャップに入り、ロータを冷却する。

別の例では、ロータは、円周方向に離間して空間を形成するマグネットを有する。その空間は、ロータの外側面の内側に配置される。流路が空間およびジャーナルベアリングと連通している。ジャーナルベアリングからの第２の冷却流は、その流路を通ってマグネットの間の空間に入り、ロータを冷却する。

よって、例示的な冷却構成は、ステータおよびロータに対して異なる冷却流を供給し、これにより、ギャップの増大によってモータの効率を損なうことなく、冷却源からの冷却流をより効率的に使用することができる。ステータおよびロータへの冷却流の量、圧力、および温度については、独立して制御することができる。

本明細書および図面から、本発明のこれらおよび他の特徴を最も深く理解することができる。

電気モータ１０を図１に示す。電気モータ１０は、例えば、航空機のコンプレッサを駆動するのに使用することができる。電気モータ１０は、ハウジング１６に取り付けられたステータ１４を有する。ロータ１２は、公知の技術どおりに、ステータ１４に対して軸Ａを中心に回転する。

ロータ１２は、第１のハウジング部分２０に取り付けたジャーナル軸受２２によって支持されたシャフト１８を有する。シールアセンブリ２４が、シャフト１８と第１のハウジング部分２０の間に配置されている。示した例では、シールアセンブリ２４はナイフエッジシールの構成である。ロータ１２は、端部キャップ２８の間に保持されたハブ２６を有し、端部キャップは、シャフト１８によって支持されている。マグネット３０は、ハブ２６を中心に円周方向に配置され、ライナ３２によって覆われている。

ステータ１４には、エンドターン３４を有する巻線が設けられている。実施例では、ステータ１４は、軸方向に延びるスロット３６を有し、このスロットは、ステータ１４と第２のハウジング部分３８の間に配置された冷却チャネルを形成する。ラムエアなどの第１の冷却源４０は、第１の冷却流に対応する低圧冷却源を提供する。第１の冷却流は、入口４２を通ってスロット３６に入り、出口４４から出る。第１の冷却流および第１の冷却源４０は例示的なものである。

一例としてのロータ冷却構成を図２に示す。タービンエンジンからの冷却した抽気などの第２の冷却源４６は、第１の冷却源４０に比べてより高圧の冷却源を提供する。第２の冷却源４６は、ジャーナルベアリング２２を冷却するのに使用される第２の冷却流を供給する。示した例では、第１のハウジング部分２０とステータ１４のエンドターン３４の間にシール４８が配置されている。シール４８は、例えば、板ばねタイプのシール、Ｏリング、または同様の装置とすることができる。シール４８は、エンドターン３４の第１の側５２にキャビティ５０を提供する。第１の側５２の反対側にある第２の側５４は、第１の冷却源４０によって提供されたより低い圧力になっている。エンドターン３４にわたる差圧により、空気がキャビティ５０からギャップ５６を通って第２の側５４に流れる。

円周方向のギャップ５６が、ロータ１２とステータ１４の間に設けられている。第２の冷却流は、従来どおりに、ジャーナルベアリング２２を通ってシールアセンブリ２４から漏出し、キャビティ５０に入る。閉じたキャビティ５０からの流れはギャップ５６に入って、ロータを冷却する。このように、必要とされる高圧冷却流をギャップ５６に供給して、ロータを冷却することができ、一方、ステータ１４は、図１に示すように、低圧冷却流を単に供給される。その結果、使用される抽気が少なくてすみ、これは冷却源の効率を改良する。

別の例によるロータ冷却構成を図３および図４に示す。図２に示した構成と同様に、第２の冷却流は、第２の冷却源４６から供給され、図３に示していないジャーナルベアリング２２を通って流れる。開口部５８がシールアセンブリ２４より上流に設けられて、第２の冷却流がシャフト１８の中空部分を流れるのを可能にしている。ハブ２６は、ハブ２６を中心に円周方向に離間して設けられたマグネット３０を有する。実施例では、軸方向に延びる空間６０がマグネット３０の間に設けられている。ライナ３２は通常、マグネット３０を覆うために使用され、ギャップ５６から分離された空間６０を提供する。ライナ３２は、ギャップ５６に面したロータ１２の外側面を形成する。示した例で、シャフト１８によって提供された流路６２は、第２の冷却流がマグネット３０の間の空間６０を流れて、ロータ１２を冷却するのを可能にしている。第２の冷却流は、第２の冷却流が流入した構造と同様の構造を通って、ロータ１２の反対側から出ることができる。ステータ１４のスロット３６用に使用される低圧冷却流の一部をギャップ５６に供給することもできる。これは、高圧冷却源が妨害されるか、または損なわれた場合に、冗長性を提供する。

バリアプレート１０１が、ロータ１２より上流にある第２および第３の冷却流を分離し、第３の冷却流をギャップ５６に案内する。流量および圧力の大きさに応じて、スロットルを使用して冷却源４６、１００からの流れを制御することができる。第２の冷却源４６と第３の冷却源１００が同じである例では、スロットルは必要とされない。第３の冷却流は、図５および図６に示されている。実施例では、第３の冷却流は、第３の冷却源１００から供給され、この第３の冷却源は、第２の冷却源４６と同じであっても、異なっていてもよい。第３の冷却流は、第２の冷却流に補足して冷却を行い、図５に示す例では地点１０２で第２の冷却流に合流する。

本発明の例示的な実施形態を説明したが、当業者ならば、特定の修正が本発明の範囲に入ると分かるであろう。この理由から、添付の特許請求の範囲を検討して、本発明の範囲と趣旨を判断すべきである。

ステータを通る第１の冷却流を示す、例示的なモータの部分断面図である。 ステータとロータの間のギャップを通る、ステータのスロットを通る冷却流とは異なる冷却流の一例を示す、拡大した部分断面図である。 ステータスロットを流れる冷却流とは異なる冷却源から供給されたロータギャップを通る別の例による冷却流の拡大した部分断面図である。 図３の線４−４に沿った断面図である。 第３の冷却流を含む、図２と同様の拡大した部分断面図である。 第３の冷却流を含む、図３と同様の拡大した部分断面図である。

Claims (22)

1. 圧力が互いに異なり、それぞれ第１および第２の冷却流を供給する第１および第２の冷却源と、
   ハウジングに取り付けられ、前記第１の冷却流を受け入れるステータと、
   前記ステータに対して回転することができ、前記第２の冷却流を受け入れるロータと、を有する電気モータ冷却システム。
2. 前記ロータは、前記ステータに対して回転できるように、前記ハウジングに取り付けられたジャーナルベアリングによって支持され、前記第２の冷却流は、前記ジャーナルベアリングを通って流れることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ冷却システム。
3. 前記第２の冷却源は、タービンエンジンからの抽気であることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ冷却システム。
4. 前記第１の冷却源は、前記第２の冷却源よりも低圧とされ、その結果、差圧が生じることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ冷却システム。
5. 前記差圧により、前記第２の冷却流が、前記ステータと前記ロータの間に配置された円周方向のギャップを通って流れることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ冷却システム。
6. シールが前記ハウジングと前記ステータの間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ冷却システム。
7. 前記第１の冷却源はラムエアであることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ冷却システム。
8. 前記ロータは、空間を形成するマグネットを有し、前記空間は前記第２の冷却流を受け入れることを特徴とする請求項２に記載の電気モータ冷却システム。
9. 前記第１の冷却流は、前記ステータのスロットに供給されることを特徴とする請求項２に記載の電気モータ冷却システム。
10. 第３の冷却流を供給する第３の冷却源を有し、前記第３の冷却流は、前記ロータより上流で前記第２の冷却流から分かれており、前記ロータ近傍で前記第２の冷却流と合流することを特徴とする請求項１に記載の電気モータ冷却システム。
11. 前記第２および第３の冷却源は同じであることを特徴とする請求項１０に記載の電気モータ冷却システム。
12. バリアプレートが、前記ロータより上流で前記第２および第３の冷却流を分離することを特徴とする請求項１０に記載の電気モータ冷却システム。
13. ステータを支持するハウジングと、
    冷却流を供給する冷却源と、
    前記ステータに対して回転できるように支持され、前記ステータとの間に円周方向ギャップが設けられたロータと、
    前記ハウジングと前記ステータの間に配置されて、前記ギャップと流体的に連通するキャビティを提供するシールと、を有し、
    前記冷却流が前記キャビティを通って前記ギャップに入り、前記ロータを冷却する電気モータ冷却システム。
14. ジャーナルベアリングが、前記ハウジングに対して前記ロータを支持し、前記冷却流は、前記ジャーナルベアリングに供給され、前記キャビティを通って前記ギャップに入り、前記ロータを冷却することを特徴とする請求項１３に記載の電気モータ冷却システム。
15. シールアセンブリが前記ハウジングと前記ステータの間で、前記シールより上流に配置され、前記ジャーナルベアリングを通る前記冷却流は、前記シールアセンブリを通って前記キャビティに入ることを特徴とする請求項１４に記載の電気モータ冷却システム。
16. 前記ステータは第１および第２の側を有し、前記キャビティは前記第１の側にあり、前記第１および第２の側にわたる差圧により、前記冷却流が前記キャビティから前記第２の側に流れることを特徴とする請求項１３に記載の電気モータ冷却システム。
17. 前記冷却源は高圧空気であり、前記第２の側には、より低圧の空気が供給されることを特徴とする請求項１６に記載の電気モータ冷却システム。
18. ジャーナルベアリングとステータを支持するハウジングと、
    前記ジャーナルベアリングに冷却流を供給する冷却源と、
    前記ステータに対して回転できるように前記ジャーナルベアリングによって支持され、外側面およびその外側面の内側に配置された空間と、前記空間および前記ジャーナルベアリングと流体的に連通する流路と、を含むロータと、を有し、
    前記ジャーナルベアリングからの前記冷却流が、前記流路を通って前記空間に入り、ロータを冷却する電気モータ冷却システム。
19. シールアセンブリが、前記ハウジングと前記ステータの間で、前記シールより上流に配置され、前記ジャーナルベアリングと前記シールアセンブリの間でロータに設けられた開口部が、前記流路および空間と流体的に連通することを特徴とする請求項１８に記載の電気モータ冷却システム。
20. 前記冷却源は、タービンエンジンからの抽気であることを特徴とする請求項１８に記載の電気モータ冷却システム。
21. 前記ロータは、軸方向に延びる前記空間を形成する、円周方向に離間したマグネットを有することを特徴とする請求項１８に記載の電気モータ冷却システム。
22. 前記マグネットは、外側面を形成するライナによって覆われ、前記ステータと前記ロータの間に配置されたギャップが前記外側面に隣接することを特徴とする請求項２１に記載の電気モータ冷却システム。

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