JP2018504881A - 流体冷却ティースを備えた電気機械ステータ - Google Patents

流体冷却ティースを備えた電気機械ステータ Download PDF

Info

Publication number
JP2018504881A
JP2018504881A JP2017540141A JP2017540141A JP2018504881A JP 2018504881 A JP2018504881 A JP 2018504881A JP 2017540141 A JP2017540141 A JP 2017540141A JP 2017540141 A JP2017540141 A JP 2017540141A JP 2018504881 A JP2018504881 A JP 2018504881A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stator
layers
teeth
flow path
back iron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017540141A
Other languages
English (en)
Inventor
イー．リッペル ウォーリー
イー．リッペル ウォーリー
リッペル エリック
リッペル エリック
Original Assignee
プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー
プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー, プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー filed Critical プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー
Publication of JP2018504881A publication Critical patent/JP2018504881A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

電気機械ステータのティースを冷却するシステム。ステータは、複数のラミネーションから形成されるステータコアを含む。各層は、複数のバックアイアン開口、ティースチップ開口、細長い開口を有する。ラミネーションがステータコアに組み立てられたとき、バックアイアン開口はバックアイアン入口流路およびバックアイアン出口流路を形成するように整列され、ティースチップ開口はティースチップ冷却流路を形成するよう整列される。冷却流体は、例えば、バックアイアン入口流路を通じて軸方向に、細長い開口を通じて方位角方向および半径方向内向きに、および、もう１つの細長い開口を通じてバックアイアン出口流路に流れる。【選択図】図３

Description

本発明に係る実施形態の１または複数の態様は、電気機械に関し、特に電気機械ステータの冷却システムに関する。
連続出力質量比（比出力）は、電気モータ、特に電気およびハイブリッド車に電力を供給するための電気モータにとり重要な測定規準（metric）である。このパラメータが増加するにつれて、所定のレベルの性能を維持しながらモータ質量を低減することができる。これにより、直接的にも間接的にも経済的利益がもたらされる。動力はトルク×速度（ｒｐｍ）に等しいので、高い比出力は、高いシャフト速度と単位質量あたりの高トルク（高比トルク）の組み合わせによって達成される。電流およびコア磁気周波数はシャフト速度に比例し、磁気損失はこれらの周波数の２乗でほぼ増加するから、コア損失は速度が増加するにつれて急速に増大する。同様に、巻線損失はトルクの２乗にほぼ比例するので、この損失成分はトルクが増加すると急速に増大する。その結果、高い比出力装置の動作は、コアおよび巻線の両方に対する効率的な熱除去によって達成することができる。
巻線温度がコア温度を超えると、上昇した巻線温度により巻線損失が増加する。したがって、巻線ホットスポット温度およびステータ内の全損失に関係した測定規準（metric）が定義できる。測定規準であるステータの熱抵抗は、ステータ巻線の最も熱い部分と冷却媒体（例えば入口冷却材）との温度差を、ステータの全放熱量で除した商として定義される。ステータの熱抵抗が低下すると、機械全体の連続出力能力、したがって連続定格出力が増加する。このように、ステータ熱抵抗が低ければ、高い比出力を達成するのに役立つ。
関連技術の液冷式ステータでは、アクティブコアは液体冷却エンクロージャ（liquid cooled enclosure）内に収容されてもよく、巻線はスロットライナーおよび電気絶縁ワニス（electrical varnish）を介してコアから電気的に絶縁されてもよい。巻線内で発生した熱は、エンクロージャ内を流れる冷却材に達する前に、電気絶縁ワニスおよびスロットライナーのような、熱抵抗を加える１連の要素を通って流れるように制限することができる。電気絶縁ワニスとスロットライナーの両方が、大きな熱抵抗をもたらすことがある。熱はコアティースが受け取り、バックアイアンを通って半径方向に流れ、エンクロージャに流れる。
大径の機械では、ティースの熱抵抗とバックアイアンの熱抵抗の両方が重要な場合がある。コアとエンクロージャとの間の接触面は、エンクロージャ自体の材料であってもよいし、抵抗要素であってもよい。追加の抵抗要素は、エンクロージャの内表面から冷却材への熱伝達に関連する。このような熱抵抗素子の組み合わせは、モータの性能を制限する。ロータは、ステータと、伝導、対流、および輻射熱伝達によって熱交換するので、ステータの温度、特にステータティースチップ（stator teeth tips）の温度は、ロータに影響を及ぼすおそれがある。
このように、電気モータのステータを冷却するための改良されたシステムが必要である。
本発明の一実施形態によれば、軸を有する電気機械ステータであって、各層がバックアイアン部と複数のティースとを有する複数の層を有するステータコアと、前記複数の層のうちの第１の層の複数のティースのうちの１つのティースとを備え、該１つのティースは、流体流路の第１の部分を形成する第１の開口を有する、電気機械ステータが提供される。
一実施形態では、第１の層に隣接する層は、第１の開口と重なり合う開口を有する。
一実施形態では、流体流路の第１の部分は、ティース（tooth）内で半径方向に延びる。
一実施形態では、流体流路の第１の部分は、軸方向の寸法（dimension）を有し、その寸法は前記複数の層のうちの１層の厚さに等しい。
一実施形態では、流体流路の第１の部分は、軸に対して半径方向成分を有する方向の第１のセグメントと、軸に対して方位角成分（azimuthal component）を有する方向の第２のセグメントとを有する。
一実施形態では、ステータコアは総体積を有し、ステータコアは、複数の流体流路を有するとともに、該流体流路には、全流体接触面積を有する流体流路が含まれており、総体積を全流体接触面積で除した商は１インチ（２５．４ミリメートル）未満である。
一実施形態では、第１の層は第２の開口を有しており、該第２の開口は第１の開口の鏡像形状を有する。
一実施形態では、複数の層のうちの第２の層は、該複数の層のうちの第１の層と同じ形状を有する。
一実施形態では、各層のバックアイアン部は、複数の第２の開口を有し、該第２の開口は隣接する層に重なり合って複数の実質的に軸方向、複数の流体通路（fluid passages）を形成する。
一実施形態では、前記第１の開口は前記第２の開口の１つと重なり合う。
一実施形態では、ステータは、フローディレクタ（flow director）を備え、該フローディレクタは前記複数の実質的に軸方向の流体通路のサブセット（subset）に対して流体を流入または流出させるように構成されたフローディレクタを含む。
一実施形態では、前記フローディレクタは、前記ステータコアの１端側の層である。
一実施形態では、流体流路は、複数の層の第１のサブセットのバックアイアン部を通る第１の軸方向セグメントと、第１の層のバックアイアン部の第１の方位角セグメント（azimuthal segment）と、流体流路の前記第１の部分である第１の半径方向セグメントと、複数の層の第２のサブセットのそれぞれの各ティースを貫通して延びる第２の軸方向セグメントと、複数の層の第２の層の１つのティース内の第２の半径方向セグメントと、第２の層のバックアイアン部の第２の方位角セグメントと、複数の層の第３のサブセットのバックアイアン部を通る第３の軸方向セグメントとを含む。
一実施形態では、複数の層は、複数のラミネーションである。
一実施形態では、複数の層は、エッジ巻回ストリップ（an edge-wound strip）の複数のターン（turns）である。
一実施形態では、複数の層は、フェイス巻回ストリップ（a face-wound strip）の複数のターンである。
一実施形態では、複数のティースのティースは、ストリップの第１の端部ではストリップの第２の端部よりも狭く、ストリップの第１の端部において隣接するティースの間のスロットの幅は、ストリップの第２の端部において隣接するティースの間のスロットの幅と同じである。
一実施形態では、複数の層の各層の複数のティースの各ティースは、前記バックアイアン部から半径方向内向きに延びる。
一実施形態では、前記複数の層の各層の前記複数のティースの各ティースは、前記バックアイアン部から半径方向外向きに延びる。
一実施形態では、さらに、ステータ巻線と、約０．４Ｗ／ｍ／℃より大きい熱伝導率を有する電気絶縁性樹脂とを備え、該樹脂が、約１０％未満の空隙（a void fraction）、前記ステータコアと前記ステータ巻線との間の空間、および／または前記複数の層のうちの１対の隣接する層の間の隙間を充填する、電気機械である。
一実施形態では、電気機械は、前記複数の層の２つの隣接する層の間の隙間にシーリング剤（a sealing compound）をさらに含む。
一実施形態では、複数の層の各層は、複数の開口のうちの１つの開口を、それぞれのティースの先端に有し、複数の開口は第１の開口を含み、複数の開口の開口は重なり合って流体流路の第２の部分を形成し、流体流路の第２の部分は流体流路の第１の部分を含み、流体流路の第２の部分は実質的に軸方向である。
一実施形態では、複数の層のすべての層が同一であり、複数の層の各層が隣接する層に対して１つのティースのピッチでクロックされる（clocked by one tooth pitch）。
本発明の一実施形態によれば、回転軸を有するロータと、前記ロータの回転軸であるステータ軸を有するステータとを備え、該ステータは、各層がバックアイアン部と複数のティースとを有する複数の層を有するステータコアと、前記複数の層のうちの第１の層の複数のティースのうちの１つのティースは、流体流路の第１の部分を形成する第１の開口を有する、電気機械が提供される。
本発明の一実施形態によれば、ロータと、複数のティースを有するステータコアを有するステータと、前記ステータコアのティースを通って流体を導くための流路手段と、前記流体を前記流路手段に供給するためのポンプ手段とを含む、電気機械が提供される。
これらおよび他の本発明の特徴および利点は、明細書、特許請求の範囲および添付の図面を参照すれば評価され理解されるであろう。
本発明の一実施形態による、電気機械の断面図である。
本発明の一実施形態による、電気機械の別の断面図である。
本発明の一実施形態による、ステータラミネーション（lamination）の平面図である。
本発明の一実施形態による、別のステータラミネーションの平面図である。
本発明の一実施形態による、ステータラミネーションの積層（stack）の斜視分解図である。
本発明の一実施形態による、ステータラミネーションの１部の分解斜視図である。
本発明の一実施形態による、ラミネーションの積層（stack）内のフローパターンの部分斜視図である。
本発明の一実施形態による、巻回前のストリップの１部の平面図である。
本発明の一実施形態による、巻回前のストリップの３つの部分の平面図である。
本発明の一実施形態による、エッジ巻回ストリップから形成されたステータコアの分解図である。
本発明の一実施形態による、フェイス巻回ストリップから形成されたステータコアの分解図である。
発明の一実施形態による、マニホールド構造とともに、フェイス巻回ストリップから形成されたステータコアの分解図である。
本発明の一実施形態による、マニホールド構造およびエンドターン冷却要素とともに、フェイス巻回ストリップから形成されたステータコアの分解図である。
図２Ａ〜図２Ｂおよび図５Ａ〜図５Ｂの各図は、それぞれの実施形態の縮尺通りに描かれている。
添付の図面に関連した下記の詳細な説明は、本発明が提供する横方向液体冷却ティース（transverse liquid cooled teeth）を備えた電気機械ステータの例示的な実施形態の説明のためのものであって、本発明が構築され利用可能な唯一の形態を表わすものではない。詳細な説明は、図示の実施形態に関連して本発明の特徴を説明するものである。本発明の精神および範囲内に包含されることが意図された異なる実施形態によっても、同じまたは同等の機能および構成が達成できることが理解されるべきである。
本明細書の他の場所に示すように、同様の要素番号（同じ符号）は同様の要素または特徴を示すことを意図している。
本発明のいくつかの実施形態は、冷却材に対する巻線全体の熱抵抗（overall winding to coolant thermal resistance）が大幅に低減されるように、熱抵抗を除去または低減し、それによって、連続比出力の大幅な増加を可能にする。より具体的には、いくつかの実施形態では、熱伝達通路の長さが非常に小さい値に保持されるように、また、冷却液の水頭損失も比較的低い値に維持されるように、冷却材がステータコアのティース内に導入される。
図１Ａに示すように、一実施形態では、ステータは、磁気ステータコア１０２と、巻線１０４と、入口マニホールド１０６と、出口マニホールド１０８とからなる。次に、ステータコア１０２は、積層された内部ラミネーション１１０と端部ラミネーション１１２とからなる。（ステータコアのバックアイアンにおける）バックアイアン開口１３０が重なり合ってバックアイアン流路１３２を形成する。図１Ａの断面図は、ステータコア１０２の上部の巻線スロットを通り、ステータコア１０２の下部の反対側の巻線スロットを通る断面を示す。
図１Ｂは、ステータコア１０２の上部のティース１２０の中心を通り、ステータコア１０２の下部の反対のティースの中心を通る断面図である。図１Ｂには、複数の細長い開口１２２が、断面にて示されており、該細長い開口１２２のそれぞれが１つのラミネーションの位置でステータティースの中へ半径方向に延びる。さらに、細長い開口１２２のうちの１つの半径方向部分を含まない各ティースは、ティースチップ開口１２６を含む。内側のラミネーション１１０が積層されたときに、ティースチップ開口１２６が整列し、軸方向のティースチップ流路１２８が形成される。
本明細書で使用されるように、回転モータのためのステータの「軸」（axis）は、そのようなステータとともに使用されるロータの回転軸であり、「軸」（axial）方向とは、この軸と平行である。図１Ａおよび図１Ｂの実施形態は、ステータの内側にロータを有するモータを示す。他の実施形態では、該ステータはロータの内側にあってもよい。
ステータ内の流路は、流体流路として機能することができる。冷却流体が流路を循環してステータを冷却することができる。冷却流体または「冷却材」（coolant）は、（例えば、冷却流体ポンプから）冷却入口１４４でモータに供給されてもよく、（例えば、熱交換器を介して冷却流体容器に）冷却出口１４６を通じて戻ってもよい。同じ冷却流体は、冷却回路を通じてロータを冷却してもよく、該冷却回路は、図示のように、ステータ冷却回路と平行であってもよいし、また、図示のように、ロータのシャフトに接続された流体継手を通してロータ内の冷却流路に接続されていてもよい。モータは、例えば、２つの端部ベル１４８および密閉スリーブ１５０によってシールされてもよく、その各々は、入口マニホールド１０６および／または出口マニホールド１０８に対して密封してもよい。
いくつかの適用においては、モータの機能的要素は、関連する要素の１部であってもよく、またその逆であってもよい。例えば、モータがギアボックスに結合され、ギアボックスを駆動する場合、ギアピニオンは、ロータシャフトの不可欠な部分であってもよいし、対応する軸受が、ギアボックスの１部であってもよい。同様に、流体継手の一方または両方、あるいは、ステータマニホールドの一方または両方が、ギアボックス、インバータ、またはタンデム機械のような外部要素の１部であることも可能である。
一実施形態では、電気機械は、永久磁石ロータを有する永久磁石機械であって、ステータは、本明細書で説明したいくつかまたはすべての特徴を含む。
一実施形態では、電気機械の１部であるか、または電気機械に連結されたギアボックスは、入口マニホールド１０６または出口マニホールド１０８、端部ベル、軸受、および／または流体継手を含むか、または支持する。
各マニホールド１０６，１０８は、バックアイアン流路１３２のそれぞれのサブセットと連通するキャビティ１３４を含む。キャビティ１３４は、マニホールド材料と冷却材との間の熱伝達を高める熱伝達要素１３６を含んでもよい。これらの要素は、例えば、フィン、リブ、または流体流路を含む、積層されたラミネーションであってもよく、またはそれらを含んでもよい。各マニホールド１０６，１０８は、ガスケット、Ｏリングまたはシーラントを用いてステータコア１０２のそれぞれの面にシールされる。一実施形態では、２つのマニホールドは、２つ以上のタイロッド（図示せず）によって一体化される。マニホールドはまた、巻線エンドターン（winding end turns）のための冷却を提供することができる。マニホールドキャビティが、冷却流体との大きな接触面積を有する多層冷却要素を含む場合は、かなり良好な冷却が可能である。
図２Ａは、一実施形態における内部ラミネーション１１０の設計を示す。内部ラミネーション１１０はそれぞれ、該内部ラミネーション１１０が積層された（stacked）とき、巻線１０４を受け取る巻線溝（winding channels）を構成するように整列するラミネーションスロット１１４を含む。同様に、ラミネーションティース１１８は、内部ラミネーション１１０が積層されたときにティース１２０を形成するように整列する。各第ｎ番目のラミネーションティース１１８（図２Ａの実施形態ではｎ＝４）は、内部ラミネーション１１０のバックアイアン部１２４内に延びる細長い開口１２２を含む。
バックアイアン開口１３０は、スロットの中心線に沿ってバックアイアン部１２４内に位置し、積層されたときに軸方向バックアイアン流路１３２を形成するように整列する。これらのバックアイアン流路１３２の半分は、一つ置きのバックアイアン流路１３２（本明細書では「奇数番号」のバックアイアン流路という。）からなり、入口流路として動作し、入口マニホールド１０６に直接接続してもよい。そして、残りのバックアイアン流路１３２は、出口流路として動作し、出口マニホールド１０８に直接接続してもよい。
内部ラミネーション１１０のいずれかにおいて、細長い開口１２２の半分は、１つ置きの細長い開口１２２（本明細書では「偶数番号」の細長いティース開口という。）から構成され、内部ラミネーション１１０が積層されたときに偶数番号のバックアイアン流路１３２（バックアイロンの出口流路）と連続した通路を形成するように成形され配置される。同様に、奇数番号の細長い開口１２２は、内部ラミネーション１１０が積層されたときに、奇数番号のバックアイアン流路１３２（バックアイアン入口流路）との連続した通路を形成するように成形され配置される。
図２Ａの実施形態において、バックアイアン開口１３０の数と、細長い開口の数の和は、ティースの数に等しく、したがって全てのティースが冷却される。他の実施形態において、全部よりも少ない数のティースが、例えば、一つ置きのティースや、三番目毎の（二つ置きの）ティースを冷却してもよい。そのような実施形態において、例えば、バックアイアン開口または細長い開口である開口の数の和が、ティースの数の１／２、１／３、または１／４であるように、該開口の数の和が、ティースの数の整数分の１（integer fraction）であってもよい。
図２Ｂを参照すると、各端部ラミネーション１１２は、また、バックアイアン部１２４および複数のティース１１８、ならびに複数のバックアイアン開口１３０を含んでいてもよい。そして、該バックアイアン開口１３０の数は、内部ラミネーション１１０内のバックアイアン開口の数と、細長い開口の数の総和の半分であってもよい。
端部ラミネーション１１２は、ステータの入口端部（本明細書では入口端部ラミネーション１１２という。）において入口端部ラミネーション１１２のバックアイアン開口１３０がバックアイアン入口流路と整列するように調整されていてもよい。同様に、ステータの出口端部の端部ラミネーション１１２（本明細書では出口端部ラミネーション１１２という。）は、出口端部ラミネーション１１２のバックアイアン開口１３０がバックアイアン出口流路と整列するように調整されていてもよい。
内部ラミネーション１１０および各端部ラミネーション１１２のそれぞれは、ラミネーションの外縁に確認マーク（witness mark）１２７を含んでいてもよい。
一実施形態では、各バックアイアン開口１３０（図２Ａ〜図２Ｂ）は０．１０インチ×０．１０インチ（２．５４ミリメートル×２．５４ミリメートル）の正方形であり、各確認マーク１２７（図２Ａ〜図２Ｂ）は０．０５０インチ（１．２７ミリメートル）の直径の半円である。
図３は、一実施形態における、２つの端部ラミネーション１１２の間の複数の内部ラミネーション１１０の積層を示す。奇数番号および偶数番号の両方の細長い開口１２２は、ティースチップ開口１２６を重ね合わせることによって形成されるティースチップ流路１２８（図４Ｂ）と連続している。
一実施形態では、すべての内部ラミネーション１１０は同一である。この場合、図３に示すように、ｊ＋１番目のラミネーションが、ｊ番目のラミネーションに対して時計回り（または反時計回り）に１ティースピッチだけ回転するように積層（stacking）がなされる。端部ラミネーション１１２は、入口および出口のフローディレクタ（inlet and outlet flow directors）として機能する。
本明細書で使用される「フローディレクタ」は、そのような流路を有する構造内の軸方向バックアイアン流路、あるいは、そのような流路を有する構造内（例えば、以下でさらに詳細に説明するアキシャルギャップステータコア（axial gap stator core）内）の半径方向バックアイアン流路に対して、これら流路の全部ではなく、そのいくつかに対して流体を流入または流出させることを可能にする構造である。
図３の実施形態において、例えば、入口端部ラミネーションは、入口マニホールド１０６からバックアイアン入口流路にのみ流体を流すものであり、出口端部ラミネーションは、バックアイアン出口流路のみから出口端部マニホールド１０８へ流体を流すものである。
いくつかの実施形態では、ステータのすべてのラミネーションは同じであり、図２Ａに示すような内部ラミネーションの構成を有する。
これらの実施形態において、フローディレクタは、開口のいくつかにおいて（例えば、ティースチップ開口１２６の全部で、細長い開口１２２の全部で、およびバックアイアン開口１３０のサブセットにおいて）、端部ラミネーションの表面に対して（または端部ラミネーションの開口へと）延びるマニホールド流路内に、開口のいくつかを塞ぐための内部突出部を有するマニホールドであってもよい。その結果、流体は、該ラミネーションのバックアイアン開口１３０と細長い開口１２２の総数の半分の数の開口を含むバックアイアン開口の１セットのみに流体を流入または流出できることになる。
特に、ステータコア１０２の入口端部において、第１の端部ラミネーション１１２（入口端部ラミネーション）は、奇数番号のバックアイアン流路１３２（バックアイアン入口流路）に冷却流体を流入させる一方、偶数番号の流路に対して流体の流入または流出を阻止する。同様に、ステータコア１０２の出口端部において、第２の端部ラミネーション１１２（出口端部ラミネーション）は、偶数番号のバックアイアン流路１３２（バックアイアン出口流路）から冷却材を流出させる一方、奇数番号の流路に対して冷却材の流入または流出を阻止する。一実施形態では、これら第１の端部ラミネーションおよび第２の端部ラミネーションの両方が、同一である。第２の端部ラミネーション１１２は、第１の端部ラミネーション１１２に対して時計回りに（または反時計回りに）１ティースピッチ回転している。入口マニホールド１０６は、奇数番号のバックアイアン流路１３２への冷却材の流れを分配するよう機能する。同様に、出口マニホールド１０８は、偶数番号バックアイアン流路１３２からの冷却材を集める。図３に示されるように、内部ラミネーション１１０はそれぞれ、ステータの長さに沿って、先行するラミネーションに対して１ティース分、反時計回りに回転している。
他の実施形態では、連続するラミネーションの向きの変化は、１ティース分より大きくてもよいし、および／または反時計回りではなく、時計回りであってもよい。いくつかの実施形態では、内部ラミネーションのうちのいくつかは、隣接する内部ラミネーションに対して回転しなくてもよい。例えば、ｋ個のラミネーション（ｋは１より大きい正の整数である）のグループは、互いに整列されてもよく（すなわち、互いに対して回転されない）、また、ｋ個のラミネーションの隣接するグループは、互いに、１または複数のティース分回転していてもよい。例えば、ｋが２である場合、１対の内部ラミネーションの組が整列され、各細長い開口１２２は、対の他方のラミネーションの対応する細長い開口１２２と整列し、２つの細長い開口は、ラミネーションの厚さの２倍の軸方向幅を有する半径方向ティース冷却流路を形成する。
いくつかの実施形態では、内部ラミネーション１１０のすべてが製造公差内で同一である。これらの実施形態では、内部ラミネーション１１０の確認マークは、それぞれ、ステータコアの長さに沿って先行するラミネーションに対して時計回りまたは反時計回りに１ピッチ分進むように配置されているので、該確認マークは、組み立てられたステータコアの外表面上において、らせんを形成する。これにより、ラミネーションが正しく組み立てられたことを目視検査によって検証することが可能になる。例えば、どれか１つのラミネーションが、その隣のラミネーションに対して誤ったピッチ分だけ回転していれば、その確認マークは、ラミネーションが適切に整列していれば残りのラミネーションによって形成されるらせんからずれるからである。
他の実施形態では、内部ラミネーション１１０は、確認マークに加えてアライメントノッチ（alignment notches）を有してもよく、該アライメントノッチは、連続したラミネーションのそれぞれにおいて、細長い開口１２２のパターンに対して円周上の異なる点に配置してもよい。端部ラミネーション１１２は、アライメントノッチを有していてもよい。内部ラミネーション１１０および端部ラミネーション１１２のアライメントノッチは、内部ラミネーション１１０および端部ラミネーション１１２がステータコアの１部として正しく組み立てられたときに、すべてのアライメントノッチが軸方向に整列するように、配置されてもよい。この実施形態では、ラミネーションが互いに結合されている間、および／またはステータ巻線１０４が固定されている間、内部ラミネーション１１０および端部ラミネーション１１２は、正しい方位角整合を達成および維持するために、対応する内部軸方向隆起部（interior axial ridge）を有するハウジングまたは組立治具内に設置される。
図３の実施形態では、数多くの平行な冷却材通路を確立されており、その通路のそれぞれは、軸方向入口流路から入った冷却材で始まり、次に半径方向に進むティース流路を通って、ティースチップ流路を通る短い軸方向通路が続き、それから第２の半径方向ティース流路を通って、隣接するバックアイアン出口流路に接続されている。一実施形態では、巻線とコアの間での低い熱抵抗を達成するために、通常のスロットライナーは、コアスロットに塗布される熱伝導性粉末コーティングによって置き換えてもよい。そして、例えば、熱伝達性エポキシ樹脂のような熱伝達性ポッティング樹脂は、エンドターンを含む巻線のすべての部材の内部で加圧成形してもよい。この組み合わせは、巻線の全ての部分とコアとの間の緊密な熱結合を提供することができる。能動の巻線素子ならびにエンドターンは、冷却され、その結果、巻線のどの部分も臨界的温度を超えることがなく、非常に高い電流密度が維持される。
いくつかの実施形態では、内部ラミネーション１１０と端部ラミネーション１１２とは、互いに接合され、接着剤またはシーリング化合物にてシールされる。該接着剤またはシーリング化合物は、組み立てに先立ってラミネーションの表面に塗布されるか、または、組み立て後にステータコアに塗布されてもよく、ラミネーション間の隙間を通じてステータコアから冷却流体が漏れるのを防止する。いくつかの実施形態では、上記の粉末コーティングまたはポッティング樹脂は、結合剤またはシーリング化合物に加えて、またはその代わりに、ステータコアをシールしてもよい。スカベンジポンプ１５２（図１Ａおよび図１Ｂ）を使用して、ステータコアまたはロータコアから漏れる冷却流体を再循環させてもよい。いくつかの実施形態では、冷却流体は、自動変速機油（ＡＴＦ）または変圧器油のような低粘性油である。いくつかの実施形態では、このようにして、冷却材とコアとの間で、低い熱インピーダンスを達成することができる。さらに、コアティースの冷却が提供されるので、ティースの熱抵抗は、サーマル回路全体から実質的に排除することができる。
３相機械では、ティースの数およびスロットの数は６の倍数であってもよい。小型の機械では６本のティースでもよいが、大型の機械では、６０本以上のティースを有してもよい。ティースの数が増えるにしたがって、電流高調波は減少するのと同時に、接触エリアの増大と、熱流動の長さの減少により、巻線とコアの間の熱伝達が改善される。
一実施形態では、Ｎt個のティースがあり（Ｎtは正の整数である）、内部ラミネーション１１０それぞれのバックアイアン内の、またはバックアイアン内部へ延びる開口の総数（すなわち、バックアイアン開口１３０および細長い開口１２２の総数）もまた、Ｎtである。これらの半分は、バックアイアンの入口流路を形成するよう機能し、他の半分は、バックアイアン出口流路を形成するよう機能する。内部ラミネーション１１０のそれぞれにおいて、ｎ番目毎のティースは、冷却材流路として働く細長い開口１２２を含む。ここで、ｎは、２とＮt／２の間の正の整数であって、Ｎtを割り切れる数である。内部ラミネーション１１０のそれぞれにおいて、細長い開口１２２の半分は、奇数番号のバックアイアン流路１３２から冷却材を受け取り、冷却材を半径方向内向きに（内向きのティースを有するラジアルギャップステータの場合）ティースチップ流路１２８へ運ぶ（図４Ｂ参照。）。次に、冷却材は、この積層ティースチップ流路を通ってｎ枚のラミネーション厚に等しい距離だけ軸方向に流れ、それから半径方向外向きに偶数番号の細長い開口１２２を通って偶数番号のバックアイアン流路１３２に流れ、最後に軸方向に出口マニホールドに流れる。
Ｎt個のティースおよびＮLの全内部ラミネーション１１０を有する実施形態では、（それぞれが細長い開口１２２によって形成される）半径方向ティース冷却流路のおおよその数は、ＮL＊Ｎt／ｎである。これらの流路に関連する総壁面積は重要である可能性がある。例えば、各細長い開口が０．５平方インチ（約３２３平方ミリメートル）、ＮL＝６００、Ｎt＝４８、およびｎ＝６である、関連した壁面積を有する一実施形態では、全流体接触面は約０．５×６００×４８／６＝２４００平方インチ（約１．５５平方メートル）または約１７平方フィートである。総流体接触面に対するステータコア体積の比は、１インチ（２５．４ミリメートル）未満であってもよい。冷却材流に関連する区画（section）は、比較的大きく、このため流量に対する水頭損失の比を比較的低くすることができる。上記の例で示されているように、熱流動の距離は短くてもよく、ティース要素内の最大の熱流動の長さは約０．１０インチ（２．５４ミリメートル）であってもよい。ティースチップ開口は、磁性部（magnetic sections）が最小限に減少するように比較的狭くしてもよい。ティースチップ開口の断面は、半径方向のティース冷却流路によって与えられる断面の約２倍にすることができ、その結果、ティースチップ流路による水頭損失は比較的小さくすることができる。ｎを小さくして、細長い開口の数を増やすと、熱伝達が改善され、磁性部を減らすことができる。これにより、所望のトレードオフ基準が満たされるようにｎを選択することができる。
いくつかの実施形態では、内部ラミネーションおよび端部ラミネーションの類似のセットを積層して、ティースとスロットが半径方向外向きに面する「インサイドアウト」モータのためのステータコアを形成する。他の実施形態では、リニア機械用のステータコアは、適切な類似のラミネーションを積層することによって形成される。
図２Ａおよび２Ｂのラミネーションを積層することによって形成されたステータコアは、入口マニホールドと出口マニホールドとの間に多数の平行な流体通路を収容することができ、そのうちの１つを図４Ａに示す。該流体通路は、第１の端部ラミネーション１１２内のバックアイアン開口１３０を通過する第１の軸方向部分４１０と、内部ラミネーション１１０内の第１の細長い開口１２２に続く第１のＬ形部分４１５と、複数のティースチップ開口１２６を通過する第２の軸方向部分４２０と、第２の細長い開口１２２内の第２のＬ形部分４２５と、バックアイアン出口流路を形成する複数の重なり合ったバックアイアン開口１３０を通過する第３の軸方向部分４３０とを含む。
図４Ｂには、このような複数の流体通路が、バックアイアン入口流路およびバックアイアン出口流路を含む２つのバックアイアン流路１３２と、ティースチップ流路１２８と、それぞれの細長い開口１２２によって形成された６つのＬ形流路を示す斜視図で示されている。流体は、バックアイアン入口流路を通って流れ、次いで、３つの平行な通路のいずれかを通って、それぞれの細長い開口１２２を通ってティースチップ流路１２８まで流れる。ティースチップ流路１２８内で、流体は、バックアイアン出口流路に接続された最も近い細長い開口１２２に流れ、該細長い開口１２２によって形成された流路を通ってバックアイアン出口流路に流れ、該バックアイアン出口流路から流出する。図４Ｂは、明確にするために、比較的少数の流路および流体通路のみを示している。上述したように、いくつかの実施形態では、ステータコアは、かなり多くの数の流路および流体通路を含むことができる。
いくつかの実施形態において、ステータコアは、ラミネーションの積層に代えて、エッジ巻回ストリップ（edge-wound strip）として形成される。ここで用いられているように、「エッジ巻回」ストリップは、「ＳＬＩＮＫＹ」（商標）の形、または、１回転のピストンリングの形を有しており、該エッジ巻回ストリップは、長さが幅よりも大きく、幅が厚さよりも大きい、長さ、幅および厚さを有しており、また、該ストリップは、らせん形に巻かれており、すべての点において幅方向に平行となるような曲率を有する。図５Ａを参照すると、巻回前のストリップは、その長さの１部に沿って示された形状を有し、ストリップが巻かれたときにティースが重なり合ってステータコアのティースを形成する。図６は、エッジ巻回ストリップで形成されたステータコアの分解図であって、内部ターンの開口を視認可能にするために軸方向に引き離された、連続したターン（または「層」）を有するものである。本明細書で使用される場合、「層」（layer）とは、巻回ストリップ（wound strip）のターンまたは積層構造のラミネーションのいずれかを指す。図６の巻回ストリップの組立て品の動作は、例えば、図３および図４Ａで説明した積層されたラミネーションの組立て品のものと類似している。該ストリップは、ストリップの２つの端部（図２Ａ〜図３の実施形態に類似する実施形態では、４８のティース分の長さの部分）のそれぞれに、１部分（図５Ａには図示せず）を有し、そして、その１部分は、巻回ストリップの最初と最後のターン６１２を形成し、偶数番号または奇数番号のバックアイアン流路１３２に対する流入または流出のフローディレクタとして機能し、また、該流路のそれぞれは、ストリップ内でバックアイアン開口１３０が重なり合うことによって形成される。ストリップのこれらの２つの部分のそれぞれは、ティースチップ開口１２６および細長い開口１２２を欠くことができ、ストリップの残りの部分の２倍離間したバックアイアン開口１３０（すなわち、ティースピッチの２倍離間したバックアイアン開口１３０）を有することができる。
ストリップの残りの部分は、ティースの開口を有していてもよく、巻回ストリップの内部ターン６１０を形成してもよい。ストリップのバックアイアン部は、巻回を容易にするためにノッチまたはスロット（例えば、図５Ａに示すような、ストリップの下端のスロットであって、巻回時にストリップの外縁となり得る）を有していてもよい（すなわち、ストリップが巻回されたときに伸びるかまたは圧縮されなければならない程度を減らすために）。高磁極数モータ（high pole-count motor）では、バックアイアンは十分に狭いので、そのようなノッチなしに容易に巻回が可能であり、ストリップはノッチなしで製造することができる（例えば、図５Ａに示されるように）。
別の実施形態では、図５Ａのストリップは、ティースが半径方向外向きのエッジ巻回ストリップに形成することができる。このようなストリップは、ステータがロータの内側にある「インサイドアウト」のラジアルギャップモータ用のステータコアとして使用することができる。
一実施形態では、図５Ａのストリップのノッチおよび開口は、それが巻回されると同時に形成（例えば、ストリップを巻回するために使用する機械に近接設置した、適宜のポンチまたはポンチの１組によって形成）されるので、ストリップの特徴の打ち抜きは、連続するターンの特徴間の整列を維持するために、ターンの巻回と同期させてもよい。
別の実施形態では、図５Ｂに示すストリップは、図７に示すフェイス巻回構造（face-wound structure）に形成してもよく、この構造のものは、例えば、アキシャルギャップ電気機械（axial gap electric machine）のステータコアであってもよい。図７では、明確化のため１部の破線は省略されている。本明細書で使用される「フェイス巻回」ストリップは、電気絶縁テープ（electrician's tape）の形状を有する構造であり、長さが幅よりも大きく、幅が厚さよりも大きい、長さ、幅および厚さを有するストリップであって、また、ストリップは、すべての点において厚さ方向に平行となるような曲率を有し、らせん形に巻かれている。この実施形態では、ティースのピッチは、（図５Ｂに示されるように）ストリップの長さに沿って増加してもよく、その結果、巻回されると、部分的に巻かれたストリップの直径は増加するが、各ターンのティースの数は一定となる。
この構造における流体の流れは、図４Ａおよび図４Ｂに示されている、流れに類似していてもよい。この流体の流れは、入口マニホールドに始まり、この構造の外周に伸びる、半径方向入口流路に流体を供給する、例示的な流体通路を有するものであって、半径方向バックアイアン流路の１組のうちの一つ置きの流路を含む。各バックアイアン入口流路から、１または複数の細長い開口１２２は、それぞれ、流体がバックアイアン入口流路から方位角方向に流れ、軸方向にそれぞれのティースチップに流れることを可能にする。次に、流体は、１または複数のティースチップ開口１２６を通って半径方向内向きに流れ、そして、隣接する半径方向バックアイアン出口流路に接続された別の細長い開口１２２を通って、軸方向にバックアイアンに戻り、ステータコアの内径の内側のマニホールドへと流れる。
いくつかの実施形態では、巻線スロットの幅は、ストリップの長さに沿って一定である一方、ティースの幅（および上述のようなティースのピッチ）は増加する。いくつかの実施形態では、開口の寸法は、ストリップの長さに沿って一定である。他の実施形態では、１または複数の、（ｉ）バックアイアン開口、（ｉｉ）ティースチップ開口、および（ｉｉｉ）細長い開口の、１または複数の寸法が、ストリップの長さに沿って変化する（例えば、ティースの幅が広くなるほど、開口の幅は広くなる。）。
図８を参照すると、一実施形態では、アキシャルギャップステータに対する流体の流入または流出は、マニホールド構造８１６を使用する。このマニホールド構造８１６は、入口ポート８２４と出口ポート８２６の両方を、（該マニホールド構造の内表面上にポートのうちの１つを有することに代えて）該マニホールド構造の外表面上に有している。マニホールド構造８１６は、２つの隔壁（two partitions）８２２により分離した、第１の半円形外部流体流路８１８および第２の半円形外部流体流路８２０を含んでいてもよい。第１の外部流体流路８１８は、入口ポート８２４によって供給され、入口マニホールドの流体流路として機能し、第２の外部流体流路８２０は、出口ポート８２６によって排出され、出口マニホールドの流体流路として機能する。ステータコア８０２は、２つの半環状半体（two semi-annular halves）、すなわち、入口ポート８２４に接続された第１の半環状半体と、出口ポート８２６に接続された第２の半環状半体とで動作する。冷却材は、概して、第１の半環状半体の内部を半径方向内向きに流れる。その結果、冷却材は、第１の半円形外部流体流路８１８から内側へ、ステータコアの第１の半環状半体を通って、（マニホールド構造８１６の内径に形成された）内部流体流路８３２へ流れる。内部流体流路８３２において、流体は、第１の半環状半体から第２の半環状半体に方位角方向に流れる。そして、冷却材は、概して、第２の半環状半体内部を半径方向外向きに流れる。その結果、冷却材は、内部流体流路８３２から外側へ、ステータコアの第２の半環状半体を通って、第２の外部流体流路８２０へ流れ、それから、出口ポート８２６へ流れる。
ステータコアの第１の半環状半体における１つの例示的な流体通路としては、半径方向部分（radial portion）を含むことができる。この半径方向部分に沿って、流体は、入口フローディレクタ（ステータコアの最外側ターン）を通り、巻回ストリップのいくつかのターンのバックアイアン開口１３０（バックアイアン入口流路を形成するように重なり合ったバックアイアン開口１３０）を通り、それから、第１の細長い開口１２２を通って軸方向にステータティースの端部方向へ流れ、半径方向内向きに（または外向きに、図４Ｂ参照）１または複数のステータティースチップ開口１２６を通り、次いで、第２の細長い開口１２２を通ってバックアイアンへ（巻回ストリップのいくつかのターンにおけるバックアイアン開口１３０の重ね合わせによって形成された）バックアイアン出口流路へ流れ、続いて、半径方向内向きにバックアイアン出口流路を通り、内部流体流路８３２へと流れる。
別の実施形態では、マニホールド構造は、隔壁８２２を欠いていてもよく、また、（入口ポート８２４および出口ポート８２６の両方をマニホールド構造の外表面上に有することに代えて）例えば、マニホールド構造の外表面上の入口と、マニホールド構造の内表面上の出口とを有していてもよい。
図９を参照すると、一実施形態では、巻回ストリップエンドターン冷却構造（wound strip end turn cooling structures）９１２，９１４を使用して、アキシャルギャップ電気機械内のステータエンドターンを冷却する。外部冷却構造９１２は、巻回されたストリップの一つ置きのターンに複数の狭い開口９１５を有する。外部冷却構造９１２の連続するターンは、内側のターンの開口が見えるように、半径方向に引き離されて図示されている。これらは、実質的に半径方向の入口流路の１組と、実質的に半径方向の出口流路の１組とが交互に形成されるように整列する。外部冷却構造９１２の最外側ターン９２８および最内側ターンのそれぞれが有する狭い開口の数は、狭い開口を有する、間にあるターン（intervening turns）の狭い開口の数の半分である。外部冷却構造９１２の最外側ターンの開口は、入口流路と整列し、外部冷却構造９１２の最内側ターンの開口は、出口流路と整列する。狭い開口９１５を有する、間にあるターンは、広い開口９１６を有するターンと互い違いになる。そして、その広い開口は、１または２の隣接するターンの２つの狭い開口を接続する。
流体は、最外側ターンを通って入口流路に流れ、次に、各入口流路から、平行な流体通路内を、長い開口（long apertures）によって形成された複数の方位角流路を通って出口流路に流れ、それから、該出口流路内で半径方向内向きに流れる。
方位角流路は、巻回ストリップの表面から冷却材に熱が伝達されるために重要な表面積を与えることができる。
アキシャルギャップ電気機械のステータ９０２は、フェイス巻回磁気ストリップで形成されたステータコア９０４を有することができ、スロット９０６は、ステータ巻線９０８の一方の面にある。ステータ９０２のバックアイアン９１０は、図８の実施形態と同様に、バックアイアン開口１３０を有していてもよく、また、ステータコアもまた、内部ターンまたはラミネーションに、互いの重ね合わせによりステータティース冷却のための流体通路を提供するティースチップ開口および細長い開口を有していてもよい。ステータ巻線９０８のエンドターンは、エンドターンからエンドターン冷却構造９１２，９１４への熱流路を提供する熱伝導性ポッティング樹脂（thermally conductive potting resin）９０９内に封入することができる。
一実施形態では、埋めなければ存在する可能性がある巻線の導体とステータコアの層との間の隙間を埋めるために、同じポッティング樹脂を、巻線スロット内に加圧成形することができる。熱伝導性ポッティング樹脂９０９はまた、ステータコア９０４をシールして、冷却材がステータコア９０４内の流体流路から漏れないようにすることができる。
ステータコアの最外側ターンの、対応するバック流路開口（back channel apertures）と整列された、外部冷却構造９１２の最内側ターンの開口の結果として、あるいは、外部冷却構造９１２の最内側ターンと、ステータコアの最外側ターンとの間の隙間の結果として、冷却材は、外部冷却構造９１２からステータコア内へ流れてもよい。冷却材は、ステータコアを通過した後、外部冷却構造９１２と類似の構造を有する内部冷却構造９１４を通って流れる。図８の実施形態に示すように、外部冷却構造９１２、ステータコア８０２および内部冷却構造９１４の組み合わせに対する冷却材の流入または流出は、入口ポート８２４および出口ポート８２６の両方を、その構造の外表面上に有するマニホールド構造８１６によってなされてもよい。他の実施形態として、図９のフェイス巻回構造は、円筒状のラミネーションで形成された類似の構造で置き換えてもよい。
図１に示す熱伝達要素１３６は、外部冷却構造９１２に類似する、エッジ巻回構造またはラミネーション構造（edge-wound or laminated structures）であってもよい。例えば、熱伝達要素１３６は、入口および出口フローディレクタとして動作する最初および最後のラミネーション、並びに、１つ置きのものが狭い開口を有し、残りのものが広い開口を有する、交互の内部ラミネーションの１組を含んでもよい。狭い開口は、交互の入口および出口流路を形成するように重なり合ってもよく、該入口流路は、（内部ラミネーションの半分の数の開口を有し、入口フローディレクタ開口は入口流路と整列される）入口フローディレクタによって供給され、また、出口フローディレクタは、該出口流路から（マニホールド）構造を出る類似の流路を提供する。次に、入口流路はそれぞれ、広い開口により形成された複数の平行な冷却通路（parallel cooling passages）によって、隣接する出口流路のそれぞれと接続されていてもよい。
いくつかの実施形態では、流体は、図４Ａおよび図４Ｂに示すものとは異なる通路に沿って流してもよい。例えば、流体は、ステータの全長に沿ってそれぞれのティースチップ流路において、各ティース内で軸方向に流れることができ、流路は、端部で適宜の入口マニホールドおよび出口マニホールドに接続してもよい。
別の実施形態において、細長い開口および対応する流体の流れは、以下の点で、図４Ａおよび図４Ｂに示すものとは異なってもよい。それは、流体が１つのティースに沿って軸方向に流れた後、流体は、半径方向外向きにバックアイアンへ向かい、方位角方向に第２のティースへ流れ、半径方向内向きにティースチップへ向かい、そして、戻る前に、第２のティースのティースチップに沿って軸方向に流れ、細長い開口を経由して、バックアイアン出口流路へ流れる、というものである。
別の実施形態では、流体は、１つのラミネーション内で、バックアイアン流路１３２から半径方向内向きにティースチップへ流れ、それから、例えば、ティース内のＵ字形開口に続いてバックアイアンへ戻ってもよい。いくつかの実施形態では、開口は図示のものとは異なる形状を有する。例えば、細長い開口は、角ばっている代わりに曲線状であってもよく、バックアイアン開口は、正方形ではなく円形または長方形であってもよい。
横方向液体冷却ティースを有する電気機械ステータの例示的な実施形態を本明細書に具体的に記載し例示したが、多くの修正および変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。
したがって、本発明の原理に従って構成された横方向液体冷却ティースを備えた電気機械ステータは、本明細書に具体的に記載されたもの以外のものとして具体化され得ることが理解されるべきである。
本発明は、特許請求の範囲およびその等価物においても定義される。

Claims (25)

  1. 軸を有する電気機械ステータであって、
    該電気機械ステータが、各層がバックアイアン部と複数のティースとを有する複数の層を有するステータコアと、
    前記複数の層のうちの第１の層の複数のティースのうちの１つのティースであって、流体流路の第１の部分を形成する第１の開口を有する１つのティースと、
    を備えることを特徴とする電気機械ステータ。
  2. 前記第１の層に隣接する層は、前記第１の開口と重なり合う開口を有する、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  3. 前記流体流路の前記第１の部分は、前記ティース内で半径方向に延びる、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  4. 前記流体流路の前記第１の部分は、軸方向の寸法を有し、その寸法は前記複数の層のうちの１層の厚さに等しい、請求項３に記載の電気機械ステータ。
  5. 前記流体流路の前記第１の部分は、前記軸に関して半径方向成分を有する方向の第１セグメントと、前記軸に関して方位角成分を有する方向の第２セグメントとを有する、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  6. 前記ステータコアは、総体積を有し、該ステータコアは、複数の流体流路を有するとともに、該流体流路には、全流体接触面積を有する流体流路が含まれており、
    総体積を全流体接触面積で除した商が、１インチ（２５．４ミリメートル）未満である、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  7. 前記第１の層は第２の開口を有しており、該第２の開口は前記第１の開口の鏡像形状を有する、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  8. 前記複数の層のうちの第２の層は、前記複数の層のうちの前記第１の層と同じ形状を有する、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  9. 前記各層の前記バックアイアン部は、複数の第２の開口を有し、
    前記第２の開口が隣接する層に重なり合って、実質的に軸方向の、複数の流体通路を形成する、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  10. 前記第１の開口は、前記第２の開口のうちの１つと重なり合う、請求項９に記載の電気機械ステータ。
  11. フローディレクタを備え、該フローディレクタは前記複数の実質的に軸方向の流体通路のサブセットに対して流体を流入または流出させるように構成された、請求項９に記載の電気機械ステータ。
  12. 前記フローディレクタは、前記ステータコアの１端側の層である、請求項１１に記載の電気機械ステータ。
  13. 前記流体流路は、
    前記複数の層の第１のサブセットの前記バックアイアン部を通る第１の軸方向セグメントと、
    前記第１の層の前記バックアイアン部の第１の方位角セグメントと、
    前記流体流路の前記第１の部分である第１の半径方向セグメントと、
    前記複数の層の第２のサブセットのそれぞれの各ティースを貫通して延びる第２の軸方向セグメントと、
    前記複数の層の第２の層の１つのティース内の第２の半径方向セグメントと、
    前記第２の層の前記バックアイアン部の第２の方位角セグメントと、
    複数の層の第３のサブセットのバックアイアン部を通る第３の軸方向セグメントとを含む、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  14. 前記複数の層は、複数のラミネーションである、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  15. 前記複数の層は、エッジ巻回ストリップの複数のターンである、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  16. 前記複数の層は、フェイス巻回ストリップの複数のターンである、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  17. 前記複数のティースのティースは、前記ストリップの第１の端部では前記ストリップの第２の端部よりも狭く、
    前記ストリップの前記第１の端部において隣接するティースの間のスロットの幅は、ス前記トリップの前記第２の端部において隣接するティースの間のスロットの幅と同じである、請求項１６に記載の電気機械ステータ。
  18. 前記複数の層の各層の前記複数のティースの各ティースは、前記バックアイアン部から半径方向内向きに延びる、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  19. 前記複数の層の各層の前記複数のティースの各ティースは、前記バックアイアン部から半径方向外向きに延びる、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  20. さらに、ステータ巻線と、
    約０．４Ｗ／ｍ／℃より大きい熱伝導率を有する電気絶縁性樹脂とを備え、該樹脂が、約１０％未満の空隙、前記ステータコアと前記ステータ巻線との間の空間、および／または前記複数の層のうちの１対の隣接する層の間の隙間を充填する、請求項１に記載の電気機械ステータ。
  21. 前記複数の層の２つの隣接する層の間の隙間にシーリング剤をさらに含む、請求項１に記載の電気機械。
  22. 前記複数の層の各層は、複数の開口のうちの１つの開口を、それぞれのティースの先端に有し、
    前記複数の開口は前記第１の開口を含み、
    前記複数の開口の前記開口は重なり合って流体流路の第２の部分を形成し、前記流体流路の前記第２の部分は前記流体流路の前記第１の部分を含み、前記流体流路の前記第２の部分は実質的に軸方向である、請求項１に記載の電気機械。
  23. 前記複数の層のすべての層が同一であり、前記複数の層の各層が隣接する層に対して１つのティースのピッチでクロックされる、請求項１に記載の電気機械。
  24. 回転軸を有するロータと、
    前記ロータの回転軸であるステータ軸を有するステータとを備え、
    該ステータは、
    各層がバックアイアン部と複数のティースとを有する複数の層を有するステータコアと、
    前記複数の層のうちの第１の層の複数のティースのうちの１つのティースは、流体流路の第１の部分を形成する第１の開口を有する、電気機械。
  25. ロータと、
    複数のティースを有するステータコアを有するステータと、
    前記ステータコアのティースを通って流体を導くための流路手段と、
    前記流体を前記流路手段に供給するためのポンプ手段とを含む、電気機械。
JP2017540141A 2015-01-30 2016-01-29 流体冷却ティースを備えた電気機械ステータ Pending JP2018504881A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562110314P 2015-01-30 2015-01-30
US62/110,314 2015-01-30
PCT/US2016/015700 WO2016123507A1 (en) 2015-01-30 2016-01-29 Electric machine stator with liquid cooled teeth

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018504881A true JP2018504881A (ja) 2018-02-15

Family

ID=56544400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017540141A Pending JP2018504881A (ja) 2015-01-30 2016-01-29 流体冷却ティースを備えた電気機械ステータ

Country Status (6)

Country Link
US (4) US10411563B2 (ja)
JP (1) JP2018504881A (ja)
KR (1) KR101972682B1 (ja)
CN (1) CN107210653A (ja)
DE (1) DE112016000531T5 (ja)
WO (1) WO2016123507A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022522211A (ja) * 2019-02-28 2022-04-14 シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー 内部冷却通路を有する電気機械
WO2023234183A1 (ja) * 2022-05-31 2023-12-07 ヤマハ発動機株式会社 モータおよびモータユニット

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11255612B2 (en) 2014-07-25 2022-02-22 Enure, Inc. Wound strip machine
US10756583B2 (en) 2014-07-25 2020-08-25 Enure, Inc. Wound strip machine
JP2018504881A (ja) * 2015-01-30 2018-02-15 プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー 流体冷却ティースを備えた電気機械ステータ
GB2577820B (en) * 2017-06-02 2022-04-27 Magnix Tech Pty Ltd Cooling arrangements in devices or components with windings
DE102017112348A1 (de) * 2017-06-06 2018-12-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrische Maschine
DE102017211317A1 (de) * 2017-07-04 2019-01-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Stator einer elektrischen Maschine sowie Kühlvorrichtung hierfür
US10910916B2 (en) 2017-11-30 2021-02-02 General Electric Company Fluid cooled and fluid insulated electric machine
US10923972B2 (en) * 2017-12-01 2021-02-16 American Axle & Manufacturing, Inc. Electric motor having stator with laminations configured to form distinct cooling channels
DE102017221835A1 (de) * 2017-12-04 2019-06-06 Mahle International Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
WO2019117229A1 (ja) * 2017-12-15 2019-06-20 イーグル工業株式会社 電動機
US10886814B2 (en) * 2018-05-08 2021-01-05 Galatech, Inc. Methods and systems for stator cooling
CN108768118B (zh) * 2018-06-29 2020-04-07 李洋涛 一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机
CN109104045B (zh) * 2018-10-26 2020-04-24 宁波万骏电机有限公司 一种轴向冷却液传导散热电机
WO2020112918A1 (en) * 2018-11-29 2020-06-04 Prippell Technologies, Llc Fluid cooled magnetic element
WO2020147897A1 (de) * 2019-01-17 2020-07-23 Hanon Systems Efp Deutschland Gmbh Verfahren zur herstellung eines stators sowie stator
DE102019114264A1 (de) * 2019-05-28 2020-12-03 Nidec Gpm Gmbh Stator mit flüssigkeitsgekühlten Statorkern
US11469647B2 (en) * 2019-06-07 2022-10-11 Borgwarner Inc. Oil cooling system for a stator of an electric machine
CN110365151A (zh) * 2019-07-22 2019-10-22 宁波华表机械制造有限公司 一种循环冷却永磁同步电机
JP7436785B2 (ja) * 2019-09-30 2024-02-22 ダイキン工業株式会社 モータ
DE102019131069A1 (de) * 2019-11-18 2021-05-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Stator für eine elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung, elektrische Maschine, Kraftfahrzeug
GB2590677B (en) * 2019-12-23 2023-09-27 Dyson Technology Ltd A motor core
CN111416465B (zh) * 2020-03-30 2021-02-23 重庆文理学院 一种快速降温的永磁电机
US11462958B2 (en) 2020-05-11 2022-10-04 Atieva, Inc. Stator-integrated manifold assembly to supply coolant to axial coolant channels
US11462957B2 (en) 2020-05-11 2022-10-04 Atieva, Inc. Motor cooling system utilizing axial coolant channels
US11535097B2 (en) 2020-05-11 2022-12-27 Atieva, Inc. Motor cooling system utilizing axial coolant channels
US11791693B2 (en) * 2020-08-31 2023-10-17 Ge Aviation Systems, Llc Electric machine having an electrically insulative manifold
US11757334B2 (en) * 2020-10-29 2023-09-12 Dana Belgium N.V. Systems and method for an electric motor with pin-fin cooling
CN114649882A (zh) 2020-12-18 2022-06-21 采埃孚股份公司 用于电机的定子和电机
DE102021204589A1 (de) * 2021-05-06 2022-11-10 Zf Friedrichshafen Ag Rotorträger für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit diesem
GB2609961A (en) * 2021-08-19 2023-02-22 Jaguar Land Rover Ltd Coolant manifold for an electric motor
DE102022121843A1 (de) 2022-08-30 2024-02-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Stator für eine elektrische Maschine
US11637463B1 (en) * 2022-10-16 2023-04-25 RH Motor Industry, LLC Double rotor brushless direct-current motor with fluid cooling

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5354706A (en) * 1976-10-29 1978-05-18 Toshiba Corp Working method of spiral core
JPS545011U (ja) * 1972-04-24 1979-01-13
JPS6219049U (ja) * 1985-07-17 1987-02-04
JPH0654469A (ja) * 1992-04-16 1994-02-25 Westinghouse Electric Corp <We> 冷却促進手段を備えた環状固定子コア
JP2002153008A (ja) * 2000-11-09 2002-05-24 Hitachi Ltd 回転電機
JP2003088014A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Asmo Co Ltd 回転電機用電機子及び回転電機
JP2005185014A (ja) * 2003-12-19 2005-07-07 Toyota Motor Corp 回転電機の螺旋巻コア
JP2010268677A (ja) * 2009-05-13 2010-11-25 General Electric Co <Ge> マルチパス軸方向冷却式発電機
JP2014165992A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Ebara Corp 真空ポンプ用モータロータ及びこれを備えるモータ並びに真空ポンプ
JP2014183602A (ja) * 2013-03-18 2014-09-29 Nissan Motor Co Ltd 回転電機

Family Cites Families (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1877904A (en) 1929-08-14 1932-09-20 Westinghouse Electric & Mfg Co Rotor ventilation for turbo generators
US2433660A (en) 1946-10-18 1947-12-30 Gen Electric Core for electrical devices
US2792511A (en) 1954-03-17 1957-05-14 Westinghouse Electric Corp Oriented-punching cores for dynamoelectric machines
US2774000A (en) 1955-06-29 1956-12-11 Westinghouse Electric Corp Oriented-steel stator-cores
US3165655A (en) 1962-01-02 1965-01-12 Gen Electric Dynamoelectric machines
US3206964A (en) * 1962-01-02 1965-09-21 Gen Electric Apparatus and method for helically winding strip material
US3288209A (en) 1964-04-13 1966-11-29 Dewandre Co Ltd C Heat transmitting tubes having helical fin means
SE318939B (ja) * 1965-03-17 1969-12-22 Asea Ab
US3498370A (en) 1968-05-06 1970-03-03 Joseph E Raggs Heat exchanger
DE1763579A1 (de) * 1968-06-26 1971-11-11 Siemens Ag Anordnung zur Fluessigkeitskuehlung der Staenderblechpakete elektrischer Maschinen,insbesondere fuer Turbogeneratoren
US3896320A (en) 1971-10-19 1975-07-22 United Aircraft Corp High speed electric generator
US3827141A (en) 1972-05-17 1974-08-06 Skf Ind Trading & Dev Method of manufacturing an electric rotary machine
US4208597A (en) * 1978-06-22 1980-06-17 Westinghouse Electric Corp. Stator core cooling for dynamoelectric machines
JPS5830833B2 (ja) * 1979-03-27 1983-07-01 株式会社リコー 気泡除去促進装置
DE3006207C2 (de) 1980-02-15 1982-10-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektrische Maschine mit einem Ständerblechpaket aus kornorientierten Blechen
JPS5956832A (ja) * 1982-09-25 1984-04-02 Fuji Electric Co Ltd 電気機器の鉄心
DE3444189A1 (de) 1984-03-21 1985-09-26 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Einrichtung zur indirekten gaskuehlung der staenderwicklung und/oder zur direkten gaskuehlung des staenderblechpaketes dynamoelektrischer maschinen, vorzugsweise fuer gasgekuehlte turbogeneratoren
WO1990010835A1 (de) 1989-03-14 1990-09-20 Hans Stierlin Absorber für eine diffusionsabsorptionsanlage
US4993487A (en) 1989-03-29 1991-02-19 Sundstrand Corporation Spiral heat exchanger
JPH09215270A (ja) * 1996-02-02 1997-08-15 Honda Motor Co Ltd 電動機の冷却構造
US5859482A (en) 1997-02-14 1999-01-12 General Electric Company Liquid cooled electric motor frame
JPH10271716A (ja) 1997-03-21 1998-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電動機の固定子鉄心及びその製造方法
JP3599168B2 (ja) 1999-02-12 2004-12-08 三菱電機株式会社 電動機および製造方法
HRP990222A2 (en) 1999-07-14 2001-10-31 Belobrajić Radivoj Magnetic core of alternative part of rotary engines made of magnetic sheet metal
DE19939598A1 (de) * 1999-08-20 2001-03-08 Magnet Motor Gmbh Reluktanz-Elektromaschine
JP4032280B2 (ja) 2001-10-29 2008-01-16 株式会社安川電機 Ａｃモータの固定子の製造方法
FR2835046B1 (fr) 2002-01-21 2004-05-28 Rhodia Polyamide Intermediates Serpentin de circulation d'un fluide caloporteur, procede de fabrication d'un tel serpentin et reacteur comprenant un tel serpentin
WO2003094323A1 (en) * 2002-05-06 2003-11-13 Aerovironment, Inc. Lamination cooling system
US7057324B2 (en) 2002-12-19 2006-06-06 General Electric Company Silicon steel punching orientation modifications to lower eddy current losses at the stator core end of dynamoelectric machines
JP4323940B2 (ja) 2002-12-20 2009-09-02 新日本製鐵株式会社 励磁機、界磁機およびそれを用いた同期機
JP2004236495A (ja) 2003-01-10 2004-08-19 Nippon Steel Corp 励磁機およびそれを用いた同期機
JP4369797B2 (ja) 2004-05-18 2009-11-25 新日本製鐵株式会社 ステータコアの製造方法
US20070013241A1 (en) * 2005-07-13 2007-01-18 Schiferl Rich F Lamination stack cooling path
JP2007209070A (ja) 2006-01-31 2007-08-16 Tamagawa Seiki Co Ltd ステータ鉄心
US7740057B2 (en) 2007-02-09 2010-06-22 Xi'an Jiaotong University Single shell-pass or multiple shell-pass shell-and-tube heat exchanger with helical baffles
US7845065B2 (en) * 2007-11-07 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of making a rotating electric machine stator core
US7851966B2 (en) * 2008-01-10 2010-12-14 Rippel Wally E Stator for electric machine with improved efficiency and thermal performance
US8198762B2 (en) 2008-01-31 2012-06-12 Pratt & Whitney Canada Corp. Winding end turn cooling in an electric machine
US7911308B2 (en) * 2008-11-26 2011-03-22 Rippel Wally E Low thermal impedance conduction cooled magnetics
DE102008064498A1 (de) 2008-12-23 2010-07-01 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit radial versetztem Kühlstrom und Kühlverfahren
FR2943038B1 (fr) * 2009-03-13 2012-07-27 Aircelle Sa Dispositif de degivrage,notamment pour nacelle d'aeronef
NO338460B1 (no) 2009-12-16 2016-08-15 Smartmotor As Elektrisk maskin, dens rotor og dens fremstilling
US8395287B2 (en) * 2010-10-04 2013-03-12 Remy Technologies, Llc Coolant channels for electric machine stator
US20120080983A1 (en) 2010-10-05 2012-04-05 Trevor Iund Stator with cooling system and associated motor
US8362661B2 (en) 2010-10-06 2013-01-29 General Electric Company Ventilated rotor and stator for dynamoelectric machine
US9048710B2 (en) 2011-08-29 2015-06-02 Remy Technologies, Llc Electric machine module cooling system and method
US20130069455A1 (en) 2011-09-15 2013-03-21 Colin J. Hamer Electric machine module cooling system and method
US9225208B2 (en) * 2011-09-30 2015-12-29 Hamilton Sundstrand Corporation Internal cooling of magnetic core for electric machine
CN102510141B (zh) * 2011-10-31 2014-01-29 安泰科技股份有限公司 轴向磁通电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心及其制造方法
TWI439010B (zh) 2011-11-11 2014-05-21 Ind Tech Res Inst 運用於旋轉電機裝置之分段式導磁結構
US8405262B1 (en) 2011-11-30 2013-03-26 Kollmorgen Corporation Cooling of electric motor with coolant pipe and conduction plates or cups
CN102538562B (zh) 2012-02-17 2013-08-14 西安交通大学 一种组合式单壳程连续螺旋折流板管壳式换热器
US8970075B2 (en) 2012-08-08 2015-03-03 Ac Propulsion, Inc. Liquid cooled electric motor
JP5969902B2 (ja) * 2012-11-20 2016-08-17 株式会社ティラド モータ冷却装置
KR101863481B1 (ko) 2014-03-27 2018-05-31 프리펠 테크놀로지스, 엘엘씨 횡방향 수냉식 로터 및 스테이터를 구비하는 인덕션 로터
JP6599985B2 (ja) 2014-07-25 2019-10-30 プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー 流体冷却式の巻きストリップ構造
CN107078569A (zh) 2014-09-18 2017-08-18 普里派尔技术有限公司 电机端匝冷却装置
JP2018504881A (ja) * 2015-01-30 2018-02-15 プリペル テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー 流体冷却ティースを備えた電気機械ステータ

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS545011U (ja) * 1972-04-24 1979-01-13
JPS5354706A (en) * 1976-10-29 1978-05-18 Toshiba Corp Working method of spiral core
JPS6219049U (ja) * 1985-07-17 1987-02-04
JPH0654469A (ja) * 1992-04-16 1994-02-25 Westinghouse Electric Corp <We> 冷却促進手段を備えた環状固定子コア
JP2002153008A (ja) * 2000-11-09 2002-05-24 Hitachi Ltd 回転電機
JP2003088014A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Asmo Co Ltd 回転電機用電機子及び回転電機
JP2005185014A (ja) * 2003-12-19 2005-07-07 Toyota Motor Corp 回転電機の螺旋巻コア
JP2010268677A (ja) * 2009-05-13 2010-11-25 General Electric Co <Ge> マルチパス軸方向冷却式発電機
JP2014165992A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Ebara Corp 真空ポンプ用モータロータ及びこれを備えるモータ並びに真空ポンプ
JP2014183602A (ja) * 2013-03-18 2014-09-29 Nissan Motor Co Ltd 回転電機

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022522211A (ja) * 2019-02-28 2022-04-14 シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー 内部冷却通路を有する電気機械
JP7234396B2 (ja) 2019-02-28 2023-03-07 シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー 内部冷却通路を有する電気機械
WO2023234183A1 (ja) * 2022-05-31 2023-12-07 ヤマハ発動機株式会社 モータおよびモータユニット

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170101989A (ko) 2017-09-06
US10411563B2 (en) 2019-09-10
US20210242751A1 (en) 2021-08-05
CN107210653A (zh) 2017-09-26
KR101972682B1 (ko) 2019-04-25
DE112016000531T5 (de) 2017-11-02
US20200412209A1 (en) 2020-12-31
US20190334413A1 (en) 2019-10-31
US20160226327A1 (en) 2016-08-04
US10790728B2 (en) 2020-09-29
WO2016123507A1 (en) 2016-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10790728B2 (en) Electric machine stator with liquid cooled teeth
JP6343092B2 (ja) 横断液冷式回転子および固定子を有する誘導電動機
US11245309B2 (en) Liquid cooled stator for high efficiency machine
JP6420471B2 (ja) 電気機械座巻冷却装置
JP5445675B2 (ja) 回転機
US10348146B2 (en) Liquid cooled high efficiency permanent magnet machine with glycol cooling
US10312760B2 (en) Liquid cooled high efficiency permanent magnet machine with in slot glycol cooling
US9379585B2 (en) Winding construction for high efficiency machine
EP2575237A2 (en) Internal cooling of magnetic core for electric machine
US9362785B2 (en) Concentrated winding stator construction for high efficiency machine
US20140015352A1 (en) High efficiency permanent magnet machine with concentrated winding and double coils
EP2873138B1 (en) Glycol cooled high efficiency permanent magnet machine
US20140015353A1 (en) High efficiency permanent magnet machine with layer form winding
WO2014074423A2 (en) Compact permanent magnet machine construction

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170728

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180703

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180920

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181228

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190514