JP2019518408A - 電動機冷却システム - Google Patents

Abstract

電動機は、ケースと、巻線端部を含むステータと、ロータ軸受を介してケースに連結されるロータとを含む。ロータは、中空円筒体と、第１のシャフト部分と、第２のシャフト部分とを含む。中空円筒体は、内壁、外壁、第１の遠位端、および第２の遠位端を含む。第１のシャフト部分は、第１の遠位端に連結し、第２のシャフト部分は、第２の遠位端に連結する。第２のシャフト部分は、流体受入れ端および流体供給端を有する、それと共に形成される流体供給管を含み、流体供給端は、中空円筒体の中央内側部分まで延在する。中空円筒体の第１の遠位端および第２の遠位端に隣接する複数の流体出口ポートは、ロータが回転している場合にステータの少なくとも巻線端部上に流体を噴霧する。【選択図】図３

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、あらゆる目的のために本出願の一部とされる、２０１６年６月７日に出願された「電動機冷却システムおよびロータの放電保護（ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＯＴＯＲ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＲＯＴＯＲ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ）」という表題の米国仮特許出願第６２／３４６，７４１号について米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権を主張するものである。
背景

本発明は電動機に関し、より詳細には、電動機からの熱の除去に関する。

電動機は、特にサイズおよび重量の制約が高出力の必要性とつながっている車両の牽引モータによって、かなりの熱を発生する場合もある。電動機の過熱は、モータ巻線の絶縁を急速に劣化させる。電動機温度の摂氏１０度の上昇ごとに、絶縁寿命は半分に短縮される。過熱によって引き起こされるもう１つの問題は、ロータの永久磁石が過熱するにつれてそれらの磁気特性を失い、それにより効率損失をもたらすことである。誘導電動機の場合、それらの銅巻線の温度が上昇すると、誘導電動機の効率が低下する、―銅の電気抵抗率は、摂氏１０度の温度上昇ごとに４％増加する。したがって、内部モータ構成要素（たとえば、ロータ）ならびに外部モータ構成要素（たとえば、ケース、ステータ）を冷却することが重要である。電動機は広範囲の周囲温度、湿度レベル、および／またはほこり／汚れレベルにさらされる場合があるので、電動機冷却システムは、周囲動作環境の大きな変動にわたって効率的に動作しなければならない。

車両の電動機に認められる冷却要求を満たすために、いくつかの異なるアプローチが取られてきた。たとえば、特許文献１は、モータ内の温度バランスを達成しようとして閉ループ液体冷却回路を使用することを開示しており、この冷却回路は、ステータおよび中空ロータシャフトの両方を通じて冷却液（通常は、油、たとえば自動変速機油または同様のタイプの油などの流体）を通過させる。中空ロータシャフト内には静止噴射管があり、この噴射管は、ステータフランジに固定される。流体は、噴射管を通して、これが噴射管のキャビティと中空ロータシャフトとの間を通されるロータシャフトの端部まで圧送される。次いで、流体は、ステータ構造を冷却し噴射管に戻される前に、ステータの長さおよび周囲にわたって延在する円筒形冷却チャンバを通過する。

特許文献２は、遊星歯車の主要要素のうちの１つが冷却回路の容積型ポンプを駆動する液冷式電動機を開示している。流体は、その周りを中空ロータシャフトが回転する静止管を通して圧送される。次いで、流体は、モータおよび遊星歯車ケーシングに組み込まれたラジエータを通過する前に、静止管と中空ロータシャフトとの間を通過する。

特許文献３は、流体がモータケースではなく減速ギヤケース内に集められ、それによってモータ磁石の劣化および変化を回避する電動機を開示している。リザーバからの流体は、これがモータに向かって流れる駆動軸の通路の端部を通して圧送される。流体の一部は、減速ギヤに噴霧されるが、流体の残りの部分は、駆動軸と減速ギヤ軸とモータ出力軸との間に圧送される。

これらの従来の解決策はいくつかの欠点を有していた。彼らは、ロータの長さに沿って異なる熱発生個所に対処できなかった。より多くの熱は、ロータの端部または遠位部分と比較してロータの中央部分において発生する傾向がある。従来技術の解決策は、ロータのある遠位部分からロータの別の遠位部分へ流れた流体を用いて冷却する傾向があり、それにより端部から端部へおよび端部からロータ中心へ熱勾配が生じた。さらに、従来技術の解決策は、いくつかの比較的複雑な部品を含み、その結果、比較的高い製造コストおよび比較的高い故障率が生じた。

電池式電気自動車の動作によるもう１つの問題は、電力を供給している電池が低温では効率的に作動しないことである。電気自動車の開発が急激に増すにつれて、多くは寒い冬のある環境および／または常に寒い場所において使用される。電気自動車を妥当な効率レベルで運転し続けるために、電気自動車は、電池を許容できる動作温度に保つように内部に収納されるか、または外部から電力を供給される電池ヒータを使用しなければならない。この解決策は、もちろん、加熱された保管場所が利用できない場合、または外部電源が利用できない場合にはうまくいかない。

本開示の第１の実施形態によれば、電動機は、ケースと、巻線端部を有するステータと、ロータ軸受を介してケースに連結されるロータとを含む。ロータは、中空円筒体と、第１のシャフト部分と、第２のシャフト部分と、複数の流体出口ポートとを含む。中空円筒体は、内壁、外壁、第１の遠位端、および第２の遠位端を含む。第１のシャフト部分は、中空円筒体の第１の遠位端に連結する。第２のシャフト部分は、中空円筒体の第２の遠位端に連結し、流体受入れ端および流体供給端を有する、それと共に形成される流体供給管を含み、流体供給端は、中空円筒体の中央内側部分まで延在する。複数の流体出口ポートは、中空円筒体の第１の遠位端および第２の遠位端に隣接して存在し、ロータが回転している場合にステータの少なくとも巻線端部上に流体を噴霧するように構成される。

電動機のロータ構造の場合は、流体、たとえば油は、動作中にロータを冷却する働きをする。さらに、電動機のロータ構造の場合は、冷却流体はまた、ステータの巻線端部を冷却する働きをする。本開示のロータの構造によって引き起こされる流体の流れの場合は、単一の機構が、ロータ冷却とステータ巻線端部冷却の両方を支援する。

電動機は、いくつかの追加の特徴および構造を含むことができる。これらの特徴および構造は、これらの特徴および構造のうちの一部、これらの特徴および構造のすべて、あるいはこれらの特徴および構造のうちの１つを含むさまざまな組み合わせで含まれ得る。電動機は、流体を流体供給管の流体受入れ端に圧送するように構成される駆動モータ流体ポンプを含むことができる。

流体供給管の流体供給端は、第２のシャフト部分に形成され、中空円筒体の内壁に流体を噴霧するように構成される複数の流体噴霧口を含むことができる。電動機の場合は、中空円筒体の中央内側部分から複数の流体出口ポートまでの距離は、ロータ冷却を支援するように特定の流体膜厚に基づいていることができる。

電動機は、中空円筒体の外壁に連結される複数の永久磁石を含む円筒形積層スタックを含むことができる。電動機は、駆動モータ流体ポンプ出口および駆動モータ流体ポンプ入口を有する駆動モータ流体ポンプを含むことができる。電動機は、駆動モータ流体ポンプ出口と第２のシャフト部分の流体受入れ端との間に連結される出力部分と、ケース上の流体収集点と駆動モータ流体ポンプ入口との間に連結される入力部分と、駆動モータ流体ポンプ電子機器とを有する流体循環配管をさらに含むことができる。電動機は、流体を冷却するように構成されるラジエータをさらに含むことができる。電動機は、駆動モータ流体ポンプとラジエータとの間に連結される熱交換器をさらに含むことができる。

本開示の第２の実施形態によれば、電動機を運転する方法は、ロータの回転軸に沿って方向づけられる流体供給管を介してロータの中空円筒体内に流体を圧送するステップを含む。この方法は、流体供給管の複数の流体出口ポートからロータの中空円筒体の内壁に流体を噴霧するステップであって、ロータが回転している間に流体が中空円筒体の遠位端に隣接して配置される流体出口ポートに向かって中央部分から中空円筒体の内壁に沿ってさらに流れるステップをさらに含む。次いで、この方法は、ロータが回転している間に流体出口ポートから電動機のステータの少なくとも巻線端部に流体を噴霧するステップを含む。

この方法は、動作中のロータ、ならびにステータの巻線端部を冷却する働きをする。この方法の流体流れの場合は、単一の動作が、ロータ冷却およびステータ巻線端部冷却の両方を支援する。

電動機を運転する方法は、いくつかの追加の動作および／または特徴を含むことができる。これらの動作および／または特徴は、これらの動作および／または特徴のいくつか、これらの動作および／または特徴のすべて、あるいはこれらの動作および／または特徴のうちの１つを含むさまざまな組み合わせで含まれ得る。この方法は、中空円筒体の内壁の中央部分に流体を噴霧するステップによって複数の流体出口ポートから中空円筒体の内壁に流体を噴霧するステップを含むことができる。流体は、中空円筒体の内壁に沿って複数の流体出口ポートに流れる。この方法の場合は、中空円筒体の中央内側部分から複数の流体出口ポートまでの距離は、ロータ冷却を支援するように特定の流体膜厚に基づいていることができる。

この方法は、電動機から熱交換器に流体を循環させるステップ、熱交換器によって流体を冷却するステップ、および熱交換器から電動機に流体を循環させるステップをさらに含むことができる。この方法は、ラジエータと熱交換器との間に冷却液を循環させるステップをさらに含むことができる。この方法は、熱交換器と電池との間に冷却液を循環させるステップを追加として含むことができる。さらに、この方法は、ロータの温度に基づいて流体の流れを調整するステップを含むことができる。

電池式電気自動車の基本的構成要素を示す図である。

開示された実施形態に従って構成され動作する駆動モータ冷却システムおよび電池加熱システムの構成要素を示す図である。

開示された実施形態による駆動モータの構成要素および駆動モータ冷却システムの構成要素の一部を示す図である。

開示された実施形態による駆動モータの構成要素および駆動モータ冷却システムの構成要素の一部を示し、特に流体が流れる方法を示す図である。

代表的な実施形態によるロータを示し、ロータの中空中央部分内の流体出口ポートの構成を詳述する図である。 代表的な実施形態によるロータを示し、ロータの中空中央部分内の流体出口ポートの構成を詳述する図である。

本開示の１つまたは複数の実施形態による駆動モータの動作を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による駆動モータの動作を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による駆動モータの動作を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による駆動モータの動作を示す図である。

開示された実施形態による電動機の冷却および電池加熱動作を示すフロー図である。

図１は、電池式電気自動車（電気自動車）１００の基本的構成要素を示している。電気自動車１００は、少なくとも１つの駆動モータ（牽引モータ）１０２Ａおよび／または１０２Ｂと、対応する駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂに連結される少なくとも１つのギアボックス１０４Ａおよび／または１０４Ｂと、電池１０６と、（駆動モータ電子機器を含む）電子機器１０８とを含む。一般に、電池１０６は、電気自動車１００の電子機器１０８に、および駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂを用いて電気自動車１００を推進するように電気を供給する。電気自動車１００は、本明細書に説明されていないが当業者に知られている多数の他の構成要素を含む。図１の電気自動車１００の構造は４つの車輪を有するように示されているが、異なる電気自動車は、４つの車輪より少ないかまたは４つより多い車輪を有することができる。さらに、他の種類の車両の中で、オートバイ、航空機、トラック、ボート、機関車をはじめとする、異なる種類の電気自動車１００が、本明細書に説明されている発明概念を組み込むことができる。

電気自動車１００についてのさまざまな動作上の問題が、さまざまな実施形態に関連して本明細書において説明されている。これらの動作上の問題のうちの１つは、駆動モータ１０２Ａまたは１０２Ｂの冷却に関する。これらの動作上の問題のうちのもう１つのものは、電池１０６の動作温度の制御に関する。本明細書における後の説明は、この図１の構成要素に戻って関連することができる。本明細書において説明されるさらなる図で識別される構成要素を指すために共通の番号付けが使用され得る。

図２は、開示された実施形態に従って構成されると共に動作する駆動モータ冷却システムおよび電池加熱システム２００の構成要素を示している。駆動モータ冷却システムおよび電池加熱システム２００は、駆動モータ流体ポンプ２０４、流体リザーバ２０６および電子機器２０８を有する駆動モータ冷却システム２０２を含む。図示の実施形態においては、流体は、油、たとえば自動変速機油、潤滑油、または同様の油である。他の実施形態においては、他の種類の流体が使用され得る。駆動モータ流体ポンプ２０４は、駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂと、流体リザーバ２０６と、熱交換器２１０との間で流体を圧送する。１つの実施形態においては、熱交換器２１０は、流体からの熱を水またはアルコール系冷却液と交換し、冷却するために水またはアルコール系冷却液をラジエータ２１２に送る。熱交換器２１０は、水またはアルコール系冷却液を冷却液管２１４を介して電池１０６に循環させるもう１つのポンプを含むことができる。他の実施形態においては、駆動モータ流体ポンプ２０４は、共通の流体が使用される場合、電池１０６の冷却液管２１４および／またはラジエータ２１２に直接連結することができる。駆動モータ流体ポンプ２０４は、電子機器２０８によって制御され、これは、デジタルコンピュータ、メモリ、および／またはデータ処理および制御コンポーネントを含むことができる。駆動モータ流体ポンプ２０４は、駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂと、リザーバ２０６と、熱交換器２１０（および他の実施形態においては電池１０６冷却液管２１４）との間の流体の流れを制御する制御弁を含むことができる。熱交換器２１０はまた、いくつかの実施形態においては電子機器２０８の制御下で、冷却液の流れを電池１０６冷却剤管２１４に、およびラジエータ２１２に方向づける弁を含むことができる。

図２にさらに示されているのは、電池１０６から電力を受け取り、駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂに電力を供給する駆動モータ電子機器２１６である。駆動モータ電子機器２１６は、パワーエレクトロニクスおよび制御電子機器を含む。パワーエレクトロニクスは、駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂのステータを駆動するインバータを含むことができる。制御電子機器は、処理回路およびメモリを含むことができる。処理回路は、中央処理装置、カスタマイズされた制御回路、またはソフトウェア命令を実行しデータを処理するように構成される他の回路であることができる。メモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、フラッシュＲＡＭ、フラッシュＲＯＭ、またはソフトウェア命令および／またはデータを記憶することができる別の種類のメモリを含むことができる。

図３は、開示された実施形態による駆動モータ１０２Ａ（または１０２Ｂ）の構成要素および駆動モータ冷却システム２００の構成要素の一部を示している。駆動モータ１０２Ａは、ケース３０２と、巻線端部３０５を含むケース３０２に連結されるステータ３０４と、ステータ駆動電子機器（図示せず）と、ケースに連結される少なくとも１つのロータ軸受（図３には図示せず）と、少なくとも１つのロータ軸受を介してケース３０２に連結されるロータ３０３とを含む。ロータ３０３は、内壁３１０、外壁３１２、第１の遠位端、および第２の遠位端を有する中空円筒体３０８を含む。また、ロータ３０３は、中空円筒体３０８の第１の遠位端に連結される第１のシャフト部分３１４と、中空円筒体３０８の第２の遠位端に連結される第２のシャフト部分３１６とを含む。第２のシャフト部分３１６は、流体受入れ端３２０および流体供給端３２２を有する、それと共に形成される流体供給管３１８を含む。流体供給端３２２は、中空円筒体３０８の中央内側部分まで延在する。第２のシャフト部分３１６の流体供給端３２２は、中空円筒体３０８の内壁３１０上に流体を噴霧するように構成される複数の流体噴霧口３２４を含む。また、ロータ３０３は、中空円筒体３０８の第１の遠位端および第２の遠位端に隣接して形成される複数の流体出口ポート３２６を含む。

中空円筒体３０８の内壁３１０から複数の流体出口ポート３２６までの距離は、ロータ３０３が回転している間に、たとえばモータ１０２Ａが整備された車両１００の運動を引き起こしている場合にロータ冷却を支援する特定の流体厚さに基づいている。この種の特定の流体厚さは、流体の粘度、ロータ３０３の回転速度、および流体の温度に基づいている。内壁３１０、複数の流体出口ポート３２６、および特定の流体厚さの間の関係は、図４および図５を参照してさらに説明されることになる。

また、ロータ３０３は、中空円筒体３０８の外壁３１２に連結される円筒形積層スタック３０６を含む。円筒形積層スタック３０６は、複数の永久磁石および絶縁材料を含む。ステータ３０４は、ステータ巻線端部３０５によって連結される複数のステータ巻線（図示せず）を含む。１つの実施形態においては、電動機は、三相４極電動機である。この種の実施形態においては、ステータ３０４は、４極構成の３つの異なる相巻線を含み、円筒形積層スタック３０６は、三相４極構成に対応するように配置される磁石を含む。

駆動モータ流体ポンプ２０４は、駆動モータ流体ポンプ出力３０７および駆動モータ流体ポンプ入力３０９を有する。駆動モータ冷却システム２００は、駆動モータ流体ポンプ出力３０７とロータの第２のシャフト部分３１６の流体受入れ端３２０との間に連結される出力部分を有する流体循環配管を含む。さらに、流体循環配管は、ケース３０２内の流体収集開口部３１１と駆動モータ流体ポンプ入力３０９との間に連結される入力部分を含む。駆動モータ流体ポンプ電子機器２０８は、リザーバ２０６から流体供給管３１８の流体受入れ端３２０へ流体を圧送するように駆動モータ流体ポンプ２０４（および関連する弁）を方向づける。流体は、ケース３０２内の流体収集開口部３１１を介して駆動モータ流体ポンプ２０４に再循環される。ステータ駆動電子機器および駆動モータ流体ポンプ電子機器は、非動作モード、廃熱モード、およびロータ／ステータ冷却モードで動作するように設計される。

廃熱モードにおいては、ステータ駆動電子機器は、ロータ３０３を回転させることなくステータ３０４に電力を供給する。さらに、廃熱モードにおいては、駆動モータ流体ポンプ２０４は、中空円筒体３０８を少なくとも実質的に流体で満たす。この廃熱モード動作により、駆動モータ流体ポンプ２０４は流体を加熱するようにステータ３０４の巻線端部３０５上で流体を循環させることになる。ステータ３０４の巻線端部３０５から発生した廃熱は、流体によって集められ、熱交換器２１０に循環される。次いで、加熱された流体は、電池１０６を加熱するように電池の冷却液管２１４に送られ得る。これらの動作は、図７を参照して本明細書においてさらに説明される。

ロータ／ステータ冷却モードにおいては、ステータ駆動電子機器は、電気自動車１００の運転状況の所要電力に基づいて、ロータ３０３を回転させるようにステータ３０４に電力を供給する。さらに、駆動モータ流体ポンプ２０４は、電動機のロータ３０３およびステータ３０４の動作温度を管理するように流体を循環させる。駆動モータ流体ポンプ２０４は、流体を熱交換器２１０に循環させる。熱交換器２１０は、流体を冷却し、または電池１０６の暖機ために流体からの熱を使用することができる。

図４は、開示された実施形態による駆動モータ１０２Ａの構成要素、および駆動モータ冷却システムの構成要素の一部を示し、特に流体が流れる方法を示している。図３と図４との間の番号付けは、流体の流れおよび熱の流れを示すように図４に含まれる矢印と合致している。図４のボックス参照符号１において、流体（図４の実施形態においては油）は、流体受入れ端３２０で流体供給管３１８に入る。流体供給管３１８は、第２のシャフト部分３１６の鍛造された内部延長部分であり得るが、第２のシャフト部分３１６の流体供給端３２２に向かって流体を輸送する。図４のボックス参照番号２において、流体は、流体噴霧口３２４を介して流体供給管３１８を出て行く。ロータ３０３が高速回転している場合の流体の圧送圧力および遠心力により、流体は中空円筒体３０８の内壁３１０に受け入れられることになる。図４のボックス参照番号３で示されるように、ロータ３０３が高速回転している場合、油は、内壁３１０の中央部分に０．５ｍｍの厚さの層（または他の実施形態においては他の厚さ）を形成し、流体出口ポート３２６に向かって内壁３１０に沿って流れる。図４のボックス参照番号４に示されるように、流体は、流体出口ポート３２６を介してロータ３０３から出て行き、それにより一定の流れおよび熱輸送が提供される。

図３および図４において、駆動モータ流体ポンプ２０４は通常の冷却液ポンプではないことに留意されたい。駆動モータ流体ポンプ２０４がロータ３０３を通して圧送する流体は、水／グリコール流体ではあり得ないが、誘電性液体ではないが油であり、したがって、駆動モータ流体ポンプ２０４は、本明細書において説明される実施形態ではオイルポンプである。さらに、本明細書において説明されるロータ冷却構造および方法は、任意の他のステータ冷却方法で使用され得る。本明細書において説明されるロータ冷却は、１つまたは複数のステータ冷却分岐と直列または並列になることができる。

図５Ａおよび図５Ｂは、代表的な実施形態によるロータ３０３を示し、ロータ３０３の中空中央部分内の流体出口ポートの構成を詳述している。示されるように、流体は、ロータ３０３の内部から流体出口ポート３２６を出て行く。廃熱モードにおいては、駆動モータ駆動モータ流体ポンプは、中空円筒体３０８を流体で満たし、流体は、圧送圧力によって流体出口ポート３２６から押し出される。

図４、図５Ａ、および図５Ｂのすべてを参照すると、ロータ／ステータ冷却モードの間中、ロータ３０３の回転によって引き起こされる遠心力により、流体は中空円筒体３０８の内壁３１０上に膜を形成することになる。内壁に沿って移動する際のフィルムの厚さは、流体出口ポート３２６の最外部および内壁３１０からの距離、ならびに粘度および温度、ロータ３０３の角速度、および他の要因などの流体特性に基づいている。１つの実施形態においては、この寸法は、０．５ｍｍである。流体は、内壁３１０の中央部分から、複数の流体出口ポート３２６が形成される中空円筒体３０８の遠位部分へ流れる。流体は、流体噴霧口３２４を出て行く時に第１の温度にあり、中央部分で内壁３１０に集められる。流体が内壁３１０に沿って中空円筒体３０８の遠位端に向かって流れる際に、これは、ロータ３０３から熱を集め、流体は第２の温度になるが、これは第１の温度よりも高い。したがって、ロータ冷却システムの構造の場合は、より多くの熱が発生するロータ３０３の中央部分により多くの冷却が提供される。この利益は、ロータ３０３のより均一な温度制御をもたらす。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄは、本開示の１つまたは複数の実施形態による駆動モータの動作を示す図である。ロータ３０３は、ロータ３０３に固定される少なくとも１つの油分配リング６０２を含む。油分配リング６０２は、ステータ巻線端部３０５に向かって流体出口ポート３２６を介して中空円筒体３０８から出て行く流体（油）を偏向させる。流体の偏向は、廃熱モードの間にもロータ／ステータ冷却モードの間にも行われる。図６Ａは、ロータ３０３の近位端に配置される油分配リング６０２を詳述している。図６Ｂは、中空円筒体３０８の内側から、流体出口ポート３２６の中から、油分配リング６０２に対して、かつステータ巻線端部３０５に向かう流体の流れ（矢印の方向）を示している。図６Ｃは、油分配リング６０２からステータ巻線端部３０５に向かう流体の流れを示している。図６Ｄは、流体出口３２６から積層スタック３０６を通り過ぎてステータ巻線端部３０５に向かう流体の流れを示している。

図７は、開示された実施形態による電動機冷却および電池加熱動作７００を示すフロー図である。示されているように、電動機冷却および電池加熱動作は、非動作モード（ステップ７０２）、廃熱モード（ステップ７０４）、およびロータ／ステータ冷却モード（ステップ７１８）を含む。非作動モード（ステップ７０２）は、電気自動車が使用されていない時、電池１０６が許容できる動作温度範囲内にある時、および／またはロータ／ステータが冷却を必要としない時に使用される。廃熱モード（ステップ７０４）は、電池１０６（または電気自動車１００のもう１つの構成要素）の熱管理が電池１０６の暖機を必要とする時に成立する。寒い場所においては、電池１０６の温度は、周囲温度により華氏マイナス３０度と同じくらい低くなる場合がある。電池１０６が電気自動車１００を駆動するのに十分に機能的であるために、電池１０６の温度は、少なくとも華氏マイナス１０度まで上昇されなければならない。廃熱モード（ステップ７０４）は、この目的に役立つ。

廃熱モードにおいては、電動機のステータは、電動機のロータ３０３を回転させることなく、ステータ（および、ステータ３０４の他の部分ならびにロータ３０３）の巻線端部を加熱するように電力を供給される（ステップ７０６）。ロータ３０３の回転なしでこのようなステータ３０４に電力を供給することは、ステータ駆動電子機器によってステータ巻線にＤＣ電圧／電流を印加することによって達成され得る。あるいは、ロータ３０３の回転なしでステータ３０４に電力を供給することは、ステータ巻線の相の各々に同じＡＣ駆動信号を印加することによって達成され得る。次いで、駆動モータ流体ポンプ２０４は、ロータ３０３の中空円筒体３０８内に流体を圧送するように運転される（ステップ７０８）。この種の圧送は、中空円筒体３０８が少なくとも実質的に満たされるまで続く。中空円筒体３０８が満たされるまで圧送を続けることによって、流体は、流体出口ポート３２６を介して中空円筒体３０８を出て行き、流体がステータ巻線端部３０５から熱を集めるステータ巻線端部３０５に流れる（ステップ７１０）。油分配リング６０２は、流体をステータ巻線端部３０５に方向づけるのに役立つことができる。ステップ７１０の動作により、電動機のケース３０２が少なくとも実質的に流体で満たされることになり得る。次いで、加熱された流体は、それを通して循環する冷却液を加熱するように熱交換器２１０に圧送される（ステップ７１２）。次いで、加熱された冷却液は、電池１０６を加熱するように冷却液管２１４を介して循環される（ステップ７１４）。流体加熱および循環動作は、電池が（ステップ７１６で決定されるように）許容できる動作温度に加熱されるまで続けられる。いったん電池が許容できる動作温度まで加熱されれば、動作は、非動作モードに戻る（ステップ７０２）。

廃熱モードは、最初に駆動モータ流体ポンプ２０４および流体を許容できる動作温度まで暖めることから始めることができる。１つの実施形態においては、駆動モータ流体ポンプ２０４は、流体リザーバ２０６に沈められ、流体のための小さなヒータとして働く。このような場合、駆動モータ流体ポンプ２０４は、熱のみを生じ、トルクをほとんどまたは全く生じないように非常に非効率的に運転される。いったん駆動モータ流体ポンプ２０４および流体が暖められれば、廃熱モードは、電池１０６を引き続き暖めることができる。局所的なホットスポットにより、駆動モータ流体ポンプ２０４は低温の油を同時に吸い込むことによって下流の冷却および潤滑システム内に、流体についておよび駆動モータ流体ポンプ２０４の周りで吸い込むことができるようになっている。この低温の油はその後加熱されることになるが、これは、廃熱モードを続けるように流体温度をさらに速く上昇させるようになる。

図７の廃熱モードの動作７０４は、本明細書において前述したものとは異なるロータおよびステータ構造を用いて実行され得る。たとえば、異なる流体供給管構造が、ロータの中空円筒体３０８内に流体を供給するように使用され得る。この種の実施例においては、流体供給管は、ロータのシャフトとは別個でもよい。さらに、流体がロータの中空円筒体３０８を出て行くように、および／またはステータの巻線端部３０５上に方向づけられるように、異なる構造が用いられ得る。

ロータ／ステータ冷却モード（ステップ７１８）においては、ステータが、電気自動車１００を推進するように必要に応じて、ロータを回転させることができるようにされる（ステップ７２０）。流体は、選択された流量で駆動モータ流体ポンプ２０４によって中空円筒体３０８内に圧送される（ステップ７２２）。流体は、中空円筒体３０８の遠位端に向かって中空円筒体３０８の内壁３１０に沿って流れ、途中でロータ３０３から熱を集め、次いでステータの巻線端部３０５に向かって流体出口ポート３２６を介して中空円筒体３０８を出て行く。（ステップ７２４）。次いで、流体は、流体を冷却するために任意選択的に熱交換器２１０に送られる（ステップ７２６）。流量調整が冷却速度を変更するために必要である場合（ステップ７２８で決定されるように）、流体流量は変更される（ステップ７３０）。もしそうでなければ、動作は、ステップ７２２に戻る。ロータ／ステータ冷却モードは、車が運転を停止した場合、またはロータ／ステータがもはや冷却を必要としないならば中止される。

前述の明細書においては、本開示は、特定の実施形態を参照して説明されている。しかしながら、当業者には理解されるように、本明細書において開示されたさまざまな実施形態は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな他の方法で修正されまたは別様に実施され得る。したがって、この説明は、例示と見なされるべきであり、開示されたシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品のさまざまな実施形態を作成し使用する方法を当業者に教示するためである。本明細書において示され説明された開示の形態は代表的な実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。均等な要素、材料、プロセス、またはステップは、本明細書において代表的に例示され説明されたものに取り換えられ得る。さらに、本開示のこの説明の利益を有する後に当業者に明らかであろうように、本開示のある一定の特徴が他の特徴の使用とは無関係に利用され得る。

本明細書において説明されるルーチン、方法、ステップ、動作、またはその一部は、ソフトウェアおよびファームウェア命令を用いて電子機器、たとえば１つまたは複数のプロセッサを通して実施され得る。「プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」は、データ、信号、または他の情報を処理する任意のハードウェアシステム、ハードウェア機構、またはハードウェアコンポーネントを含む。プロセッサは、中央処理装置、複数の処理装置、機能を達成するための専用回路、または他のシステムを持つシステムを含むことができる。いくつかの実施形態は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、光学的、化学的、生物学的、量子またはナノテクシステム、コンポーネント、および機構を用いることによって、１つまたは複数のデジタルコンピュータまたはプロセッサでソフトウェアプログラミングまたはコードを用いることによって実施され得る。本明細書において代表的に提供される開示および教示に基づいて、当業者は、本発明を実施するための他の方式または方法を理解するであろう。

本明細書において使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、またはそれらのいかなる文脈上の変形も、非排他的包含に適用されるように意図されている。たとえば、要素のリストを含むプロセス、製品、物品、または装置は必ずしもそれらの要素のみに限定されるものではなく、明示的に列挙されていない他の要素、またはそのようなプロセス、製品、物品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。さらに、それとは別段の明示的な記述がない限り、「または（ｏｒ）」は、包含的なｏｒ（または）を指し、排他的なｏｒ（または）を指すものではない。たとえば、条件「ＡまたはＢ（ＡｏｒＢ）」は、次に述べることのいずれか１つ、すなわち、Ａが真であり（または存在し）かつＢが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）かつＢが真である（または存在する）、および、ＡとＢの両方が真である（または存在する）、によって満たされる。

ステップ、動作、または計算が特定の順序で提示される場合があるが、この順序は、異なる実施形態においては変更され得る。いくつかの実施形態においては、複数のステップがこの明細書において連続したステップと示される限り、他の実施形態におけるこの種のステップのいくつかの組み合わせは、同時に実行され得る。本明細書において説明される一連の動作は、中断され、一時停止され、逆にされ、またはもう１つのプロセスで別様に制御され得る。

特定の用途に従って有用であるように、図面／図に描かれた要素のうちの１つまたは複数はより分離または統合された方法でやはり実装され、あるいは場合によっては動作不能として除去またはレンダリングさえされ得る。

米国特許第６，１９１，５１１号明細書 米国特許第６，３２９，７３１号明細書 米国特許第７，１５６，１９５号明細書

Claims (20)

1. ケースと、
   巻線端部を含むステータと、
   ロータ軸受を介して前記ケースに連結されるロータであって、
   内壁、外壁、第１の遠位端、および第２の遠位端を有する、中空円筒体、
   前記中空円筒体の前記第１の遠位端に連結される第１のシャフト部分、
   前記中空円筒体の前記第２の遠位端に連結される第２のシャフト部分であって、前記第２のシャフト部分が、流体受入れ端および流体供給端を有する、それと共に形成される流体供給管を含み、前記流体供給端が前記中空円筒体の中央内側部分まで延在する、第２のシャフト部分、ならびに
   前記ロータが回転している場合に前記ステータの少なくとも前記巻線端部上に流体を噴霧するように構成される前記中空円筒体の前記第１の遠位端および前記第２の遠位端に隣接する複数の流体出口ポートを備えるロータと、を備える、電動機。
2. 前記流体を前記流体供給管の前記流体受入れ端部に圧送するように構成される駆動モータ流体ポンプと、流体リザーバとをさらに備える、請求項１に記載の電動機。
3. 前記流体供給管の前記流体供給端が、前記第２のシャフト部分に形成され、前記中空円筒体の前記内壁に流体を噴霧するように構成される複数の流体噴霧口を備える、請求項１に記載の電動機。
4. 前記中空円筒体の前記外壁に連結され、複数の永久磁石を含む円筒形積層スタックをさらに備える、請求項１に記載の電動機。
5. 前記中空円筒体の前記中央内側部分から前記複数の流体出口ポートまでの距離が、ロータ冷却を支援するように特定の流体膜厚に基づいている、請求項１に記載の電動機。
6. 駆動モータ流体ポンプ出口および駆動モータ流体ポンプ入口を有する駆動モータ流体ポンプと、
   前記駆動モータ流体ポンプ出口と前記第２のシャフト部分の前記流体受入れ端との間に連結される出力部分、ならびに
   前記ケース上の流体収集点と前記駆動モータ流体ポンプ入口との間に連結される入力部分
   を有する、流体循環配管と、
   駆動モータ流体ポンプ電子機器と
   をさらに備える、請求項１に記載の電動機。
7. 前記流体を冷却するように構成されるラジエータをさらに備える、請求項６に記載の電動機。
8. 前記駆動モータ流体ポンプと前記ラジエータとの間に連結される熱交換器をさらに備える、請求項７に記載の電動機。
9. 巻線端部を有するステータと共に使用するためのロータであって、
   内壁、外壁、第１の遠位端、および第２の遠位端を有する中空円筒体と、
   前記中空円筒体の前記第１の遠位端に連結される第１のシャフト部分と、
   前記中空円筒体の前記第２の遠位端に連結される第２のシャフト部分であって、第２のシャフト部分が流体受入れ端および流体供給端を有する、それと共に形成される流体供給管を含み、前記流体供給端が前記中空円筒体の中央内側部分まで延在する、第２のシャフト部分と、
   前記ロータが回転している場合に少なくとも前記ステータの前記巻線端部上に流体を噴霧するように構成される前記中空円筒体の前記第１の遠位端および前記第２の遠位端に隣接する複数の流体出口ポートと、を備える、ロータ。
10. 前記ロータを前記ステータに回転可能に連結するロータ軸受をさらに備える、請求項９に記載のロータ。
11. 前記流体供給管の前記流体供給端が、前記第２のシャフト部分に形成され、前記内壁に流体を噴霧するように構成される複数の流体噴霧口を備える、請求項９に記載のロータ。
12. 前記中空円筒体の前記外壁に連結され、複数の永久磁石を含む円筒形積層スタックをさらに備える、請求項９に記載のロータ。
13. 前記中空円筒形体の前記中央内側部分から前記複数の流体出口ポートまでの距離が、ロータ冷却を支援するように特定の流体膜厚に基づいている、請求項９に記載のロータ。
14. 電動機を運転する方法であって、
    前記ロータの回転軸に沿って方向づけられる流体供給管を介してロータの中空円筒体内に流体を圧送するステップと、
    前記流体供給管の複数の流体出口ポートから前記ロータの前記中空円筒体の内壁に前記流体を噴霧するステップであって、前記ロータが回転している間に前記流体が前記中空円筒体の遠位端に隣接して配置される流体出口ポートに向かって中央部分から前記中空円筒体の前記内壁に沿ってさらに流れるステップと、
    前記ロータが回転している間に前記流体出口ポートから前記電動機のステータの少なくとも巻線端部に前記流体を噴霧するステップと
    を含む、方法。
15. 前記複数の流体出口ポートから前記中空円筒体の前記内壁に前記流体を噴霧するステップが、前記中空円筒体の前記内壁の中央部分に前記流体を噴霧するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記中空円筒体の前記中央内側部分から前記複数の流体出口ポートまでの距離が、ロータ冷却を支援するように特定の流体膜厚に基づいている、請求項１５に記載の方法。
17. 前記電動機から熱交換器へ前記流体を循環させるステップと、
    前記熱交換器によって前記流体を冷却するステップと、
    前記熱交換器から前記電動機に前記流体を循環させるステップと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
18. ラジエータと前記熱交換器との間に冷却液を循環させるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記熱交換器と電池との間に前記冷却液を循環させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ロータの温度に基づいて前記流体の流れを調整するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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