JP2022516992A

JP2022516992A - 構造化された螺旋表面を備える電気モータ内の冷却油循環システム

Info

Publication number: JP2022516992A
Application number: JP2021539983A
Authority: JP
Inventors: ライトン，クリストファー; シャオ，ジンジャン
Original assignee: Saudi Arabian Oil Co
Current assignee: Saudi Arabian Oil Co
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2022-03-03
Also published as: WO2020146152A1; US20200220431A1; US11095191B2; EP3909120A1

Abstract

モータは、ステータと、ステータ内に収容されステータによって回転するように支持されたロータシャフトアセンブリと、閉ループ冷却システムとを含む。ロータシャフトアセンブリは、ラジアルギャップによってステータから分離されたロータを含む。ロータシャフトアセンブリは、ロータがその周りを回転するように構成された細長い中空のシャフトを含む。シャフトは、シャフトの中空部分を通って流体を流すための開口を含む。閉ループ冷却システムは、ステータ内に配設された複数の螺旋部材を含む。複数の螺旋部材は、ステータ内のロータ回転中に、ラジアルギャップ、開口及びシャフトの中空部分によって画定される閉じた流路内で冷却液を流すように構成されている。

Description

本願は２０１９年１月８日に出願された米国特許出願第１６／２４２，７９５号の優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書は、電気機械、例えばモータに関し、より具体的には、運転中の電気機械の冷却に関する。

地下ゾーン（地下帯域）に閉じ込められた地層流体（例えば、石油、天然ガス、地層水あるいはそれらの組み合わせ）は、地下ゾーンに掘削された坑井を介して生成され（すなわち、地表に持ち上げられ）得る。場合によっては、地層流体が捕捉される圧力は、流体を生成するのに十分である。圧力が経時的に低下するため、生産を継続するために、二次生産技術を実施することができる。例えば、電気式水中ポンプ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＳｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅＰｕｍｐ、ＥＳＰ）を用いて地層流体を人工的に地表に持ち上げることは、二次生産技術の一例である。ＥＳＰは、モータによって駆動され、ダウンホール（ｄｏｗｎｈｏｌｅ、油井の穴）位置から地表に向かって流体をポンピングする。このようなモータは、効率的な動作と寿命の最大化のために、冷却する必要がある。

本明細書は、ヘリカルモータの油循環システムに関する技術について記載する。

本明細書で説明される主題の特定の態様は、モータとして実施することができる。モータは、ステータと、ステータ内に設けられステータによって回転するように支持されたルータシャフトアセンブリと、閉ループ冷却システムとを含む。ロータシャフトアセンブリは、ラジアルギャップによってステータから分離されたロータを含む。ロータシャフトアセンブリは、ロータがその周りを回転するように構成された細長い中空のシャフトを含む。このシャフトは、シャフトの中空部分を通って流体を流動させるための開口を含む。閉ループ冷却システムは、ステータ内に配置された複数の螺旋部材を含む。この複数の螺旋部材は、ステータ内でのロータ回転中に、ラジアルギャップ、開口及びシャフトの中空部分によって規定される閉じた流路内で冷却液を流すように構成されている。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。開口は、シャフトに連結された流体スリンガー（ｆｌｕｉｄｓｌｉｎｇｅｒ）によって画定（ｄｅｆｉｎｅ、定義）される。流体スリンガーは、冷却流体がシャフトの中空部分からラジアルギャップに流れる複数の傾斜した開口部を含む。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。シャフトには、開口に加えて追加の開口部が含まれる。追加の開口部のそれぞれは、開口から軸方向に変位した（ずれた）シャフトの円周面上に形成される。追加の開口部のそれぞれは、ロータの回転中に、ラジアルギャップ及びシャフトの中空部分によって画定される閉じた流路内に冷却液を流すように構成されている。閉じた流路は、追加の開口部によってさらに画定される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。追加の開口部の数は、ロータ回転中にロータのラジアル荷重を支持するように構成されたラジアル軸受の数に等しい。追加の開口部のそれぞれは、それぞれのラジアル軸受によって覆われている。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。ラジアル軸受の一つは中間ラジアル軸受である。モータは、中間ラジアル軸受を支持する（ｃａｒｒｙｉｎｇ、運ぶ）中間ロータ軸受ハウジングを更に含む。中間ロータ軸受ハウジングは、冷却流体を流すように構成された流体移送開口部を含む。閉じた流路は、流体移送開口部によってさらに画定される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。軸方向開口部は、シャフトの軸方向端部に形成される。軸方向開口部は、ロータ回転中に、シャフトのラジアルギャップ及び中空部分によって画定される閉じた流路内で冷却液を流すように構成される。閉じた流路は、軸方向開口部によってさらに画定される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。複数の螺旋部材は、ロータの回転に応答して回転し、アルキメディアンスクリューの原理に従って、閉じた流路内の冷却流体を応答して流すように構成される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。複数の螺旋部材は、ロータのシャフトの中空部分に位置決めされた第１のセットの螺旋部材と、ロータとステータとの間のラジアルギャップに位置決めされた第２のセットの螺旋部材とを含む。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。第１のセットの螺旋部材は、シャフトの中空部分の内面に取り付けられ、ロータの回転に応答して、シャフトを通って軸方向に冷却流体を移動させるように構成される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。第２のセットの螺旋部材は、シャフトの外面に取り付けられ、ロータの回転に応答して、ラジアルギャップを通って軸方向に冷却流体を移動させるように構成される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。第２のセットの螺旋部材は、第１のセットの螺旋部材とは反対方向に配向される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。第１のセットの螺旋部材のピッチは、第２のセットの螺旋部材のピッチとは異なる。

本明細書で説明される主題の特定の態様は、モータとして実施することができる。モータは、ステータと、ステータ内に設けられステータによって回転するように支持されたロータシャフトアセンブリと、冷却システムとを含む。ロータシャフトアセンブリは、ロータを含む。ロータとステータはラジアルギャップによって分離されている。ロータは、ロータシャフトアセンブリが回転するように構成された細長い中空のシャフトを含む。冷却システムは、冷却流体と、ステータ内に配置された複数の螺旋部材とを含む。複数の螺旋部材は、ステータ内でロータが回転しているときに、シャフトのラジアルギャップ及び中空部分によって画定される閉じた流路内で冷却液を流動させるように構成される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。流体スリンガーがシャフトに連結される。流体スリンガーは、中空部分への開口を画定する。流体スリンガーは、冷却流体がシャフトの中空部分からラジアルギャップに流れる複数の傾斜した開口部を含む。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。シャフトは、軸方向に変位した中空のシャフトの円周上に複数の開口部を含み、冷却流体は、当該複数の開口部を通って、ラジアルギャップと中空部分との間を流れるように構成される。複数の開口部のそれぞれは、ロータの回転中に、ラジアルギャップ及びシャフトの中空部分によって画定される閉じた流路に冷却液を流すように構成されている。閉じた流路は、複数の開口部によってさらに画定される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。軸方向開口部は、シャフトの軸方向の端部に形成される。軸方向開口部は、ロータの回転中に、ラジアルギャップ及びシャフトの中空部分によって画定される閉じた流路内で冷却液を流すように構成される。閉じた流路は、軸方向開口部によってさらに画定される。

本開示の態様は、単独で又は他の態様のいずれかと組み合わせることができ、以下の特徴を含むことができる。第１のセットの螺旋部材は、シャフトの中空部分の内面に取り付けられ、ロータの回転に応答して、シャフトを通って冷却流体を軸方向に移動させるように構成される。

本明細書で説明される主題の１つ又は複数の実施の形態の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載される。主題の他の特徴、態様及び利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

冷却及び潤滑システムを備えたモータの内部の概略図である。

冷却及び潤滑システムを備えたモータの内部の別の概略図である。

冷却及び潤滑システムを備えた代替的な実施の形態に係るモータの内部の概略図である。

様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。

本明細書は、ＥＳＰのような細長いモータ等のモータ周りの誘電体潤滑及び冷却流体の流れの循環について説明する。溝又はリッジ（又はその両方）を含む螺旋構造（ヘリカル構造）が、モータロータの外面、モータステータの内面又はその両方に形成される。中空のロータシャフトの内面にも螺旋構造が形成されている。ロータ回転中、螺旋構造は互いに協働して、ロータシャフト内の中空部分と、ロータとステータとを分離するラジアルギャップ（半径方向の間隙）とによって画定される閉じた流路内に、冷却流体、例えば誘電性油（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｏｉｌ、あるいは絶縁油）を流す。以下の図面を参照して後述するように、閉じた流体流路は、冷却流体が流れるシャフト内の１つ又は複数の開口部によってさらに画定される。

本明細書において、ヘリカル冷却及び潤滑システムは、例えばＥＳＰモータで実施されるものとして説明されている。いくつかの実施の形態では、ヘリカル冷却及び潤滑システムを使用して、任意の電気機械、例えば発電機を冷却及び潤滑することができる。より一般的には、本明細書に記載されるヘリカル冷却及び潤滑システムは、中空の内部シャフトが外部構造内で回転し、内部シャフトを外部構造から分離するラジアルギャップを画定する任意の機械を冷却及び潤滑するために実施することができる。いくつかの実施の形態では、ラジアル軸受を冷却及び潤滑するために、ここで説明するヘリカル冷却及び潤滑システムを実施することができる。

ここで説明するヘリカル冷却システムは、冷却流体の循環、及びモータの全長に沿った内部モータ部品の潤滑及び冷却を改善することができる。ここで説明する螺旋構造は、流体が中空ロータシャフトに沿ってステータとロータとの間のラジアルギャップを通って流れるときに、冷却流体が受ける圧力降下を減少又は排除することができる。

図１は、冷却システムを有するモータ１００の内部の概略図である。いくつかの実施の形態では、モータ１００はダウンホールタイプモータ、すなわち油井の穴（ダウンホール）内にある状態で作動するように設計、製造されたモータである。例えば、その構成要素の構造は、坑井に出入りし数百フィート又は数メートル、さらには数マイル又は数キロメートルを通過する間にモータ１００が遭遇する衝撃、スクレイピング（ｓｃｒａｐｉｎｇ、こすること）及び他の物理的課題に耐えるように構成される。これは、ただ頑丈な外装であるだけでなく、モータの特定の部分又は全ての部分が衝撃に強いように頑丈にされ、そのような物理的課題の間及び作動中に液密を保つようにされていることを包含する。さらに、モータ１００は華氏４００度又は摂氏２００度を超えることがある坑井内で経験される圧力及び温度で長期間（例えば、数週間、数ヶ月又は数年）耐え、動作するように構成される。モータ１００は１つ又は複数の共通の配備システム、例えば、接合された管（すなわち、端部と端部がねじ込むように、又は他の方法で接合された管の長さ部分）、コイル状の管（すなわち、接合された管ではなく、単一の材料で形成された、連続した、破損していない、可撓性の管）、配備されたケーブル（すなわち、機械的に強化されたシース内の３つの導体相、場合によっては金属）、又は導電体を有するワイヤライン（すなわち、場合によってはｅライン（ｅ－ｌｉｎｅ）と呼ばれる、１つ又は複数の導電体を有するモノフィラメント又はマルチフィラメントのワイヤロープ）とインターフェースする（結合される）ように構成され、したがって、対応するコネクタを有することができる。

モータ１００は、ステータ１０２を含む。ステータ１０２は、ステータハウジング１０１の内部に収容され支持される。ステータ１０２とロータシャフトアセンブリ１０４とは、ラジアルギャップ１０３によって分離されている。ロータシャフトアセンブリ１０４は、細長い中空のシャフト１０６を含み、１つ又は複数のロータ１２５がステータ１０２内で回転するように構成される。シャフト１０６は、シャフト１０６の中空部分１１０を通って流体を流動させる（流す）ための開口１０８を含む。モータ１００は、ステータ１０２及び中空のシャフト１０６内に配置された複数の螺旋部材を含む閉ループ冷却及び潤滑システム１１２を含む。後述するように、螺旋部材のいくつかは、ステータ１０２内の、ステータ１０２の内面とロータ１２５の外面との間に配置される。螺旋部材のいくつかは、ロータシャフト１０６の中空部分１１０内のステータ１０２内に配置される。複数の螺旋部材は、図１の矢印１１４によって模式的に表される冷却及び潤滑液（例えば、誘電性油）を、ラジアルギャップ１０３、開口１０８及びシャフト１０６の中空部分１１０によって画定される閉じた流路内に流動させることができる。その経路がモータ１００の内部にあるという点で、流路は閉じられている。閉ループ誘電油又は代替の冷却及び潤滑流体の膨張／収縮は、モータに隣接し、モータに固定されるモータプロテクタ／リザーバ／アキュムレータによって管理される。油は、ＥＳＰ組立中にＥＳＰモータと表面のプロテクタ／油アキュムレータに添加される。このプロセス中、モータとプロテクタから空気がパージされる。ＥＳＰを穴に通して深さを設定すると、周囲温度が増加し、誘電体オイルが膨張し、差圧が約３ポンド毎平方インチ（ｐｏｕｎｄｐｅｒｓｑｕａｒｅｉｎｃｈ、ｐｓｉ）になるまで、坑井に放出される。坑井流体が冷えると、坑井流体は、差圧が再び約３ｐｓｉになるまでプロテクタに入ることができる。これは、圧力平衡システムとして知られている。

モータ１００は、シャフト１０６に連結され、開口１０８を規定する流体スリンガー１１６を含む。流体スリンガー１１６は、傾斜した穴（図示せず）を有するディスクとすることができる。いくつかの実施の形態では、ロータ回転中、螺旋部材は中空部分１１０を通って、シャフト１０６の外面上の流体スリンガー１１６によって囲まれる開口１０８に向かって、冷却流体を押し出す。冷却流体１１４が開口１０８を通って流れるとき、流体スリンガー１１６の傾斜した穴は、冷却流体１１４をステータ１０２と１つ以上のロータ１２５との間のラジアルギャップ内に押し込むか、又は「スリング（ｓｌｉｎｇ、投げつける）」する。冷却流体１１４はラジアルギャップ１０３を通って流れ、モータ１００の長さに沿った動圧に応じて、冷却流体は１つ以上のロータ１２５の間及びモータ１００のいずれかの端部（駆動端及び非駆動端）のラジアル軸受（例えば、ラジアル軸受１１９ａ、１１９ｂ又は１１９ｃ）への油潤滑穴を表す追加の開口部（例えば、開口部１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ）を通って、シャフト１０６の中空部分１１０に流入又は流出する。

追加の開口部（例えば、開口部１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ）のそれぞれは、開口１０８から軸方向に変位し（ずらし）、ロータ１２５間のラジアル軸受１１９ａ～１１９ｃの位置でシャフト１０６の円周面上に形成される。図１の概略図は、３つの追加の開口部を示す。シャフト１０６は、例えば、シャフト１０６の長さ、及びロータ１２５の数に応じて、３つよりも多い又は少ない開口部を含むことができる。

モータ１００は、シャフト１０６の軸方向端部に形成された軸方向開口部１２０を含む。軸方向開口部１２０は、上端、すなわちモータ１００が配置される坑井の地表に近いシャフト１０６の端部、又はシャフト１０６の下端、すなわち前述の上端と反対側の端部に形成することができる。いくつかの実施の形態では、流体スリンガー１１６は、軸方向開口部１２０が形成されているシャフト１０６の端部の近くに取り付けることができ、開口１０８を形成することができる。一般に、軸方向開口部１２０は、モータ１００の非駆動端にある。いくつかの実施の形態では、デブリ（ｄｅｂｒｉｓ、破片）がラジアル軸受を通って循環するのを防止するために、フィルタ（図示せず）を軸方向開口部１２０に含めることができる。軸方向開口部１２０は、例えば、ロータシャフト１０６の軸方向端面を中空部分１１０内に穿孔することによって形成することができる。いくつかの実施の形態では、軸方向開口部１２０は、開口が形成されるシャフト１０６の厚さに合わせて一定の直径を有することができる。閉じた流路は、軸方向開口部１２０によってさらに画定される。すなわち、ロータの回転中、冷却流体１１４は、中空部分１１０、追加の開口１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃのうちの１つ又は複数、軸方向開口部１２０、開口１１０及びステータ１０２と１つ又は複数のロータ１２５との間のラジアルギャップを通って流れることができる。

前述のように、複数の螺旋部材は、閉じた流路を通って冷却流体１１４を流すことができる。そうするために、複数の螺旋部材は、ロータの回転中に回転し、アルキメディアンスクリュー（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎｓｃｒｅｗ、アルキメデスの螺旋）の原理に従って、流体をラジアルギャップ及び中空部分１１０を通って移動又は輸送することができる。複数の螺旋部材は、シャフト１０６の中空部分１１０内に位置決めされた螺旋部材１２２を含む。螺旋部材１２２は、シャフト１０６の中空部分１１０の内面１２６に取り付けることができ、この内面１２６から中空部分１１０の内部領域に突出することができる。螺旋部材１２２が溝として形成される実施では、螺旋部材１２２はシャフト１０６の表面上に機械加工されるか、又はグルーブロールの接触により形成され得る。螺旋部材１２２が延長部として形成される実施では、螺旋部材１２２は、一方の端部に位置し、その長さにわたって延伸され、他方の端部に保持されるバネ鋼の（例えば、溶接ビードを用いた）リッジ（ｒｉｄｇｅ、突起、尾根）又はコイルとして、機械加工又はスクライブ加工されるか、あるいは形成されることができる。螺旋部材１２２のピッチは、部分的に、所望の冷却及び潤滑の量に基づいて、粗いものから微細なものまで変化させることができる。複数の螺旋部材は、ロータの外径上に、第２のセットの螺旋部材１２４を含む。この螺旋部材１２４のセットは、ロータ１２５の外面に取り付けられ、次に、シャフト１０６に取り付けられ、ロータ１２５とステータ１０２との間のラジアルギャップに面する外面１２５の上方に隆起させるか、又は凹ませることができる。加えて、第３のセットの螺旋部材１２９を、ステータ１０２の内面の上方に隆起させることも、又は内面に凹ませることもできる。第２及び第３のセットの螺旋部材の各々は、第１のセットの螺旋部材１２２と同様の構造的詳細を有することができ、同様の技術を使用して製造することができる。

第１、第２及び第３の螺旋部材１２２、１２４及び１２９は、それらがすべて一緒に働くことを確実にするために、反対の方向（ｏｐｐｏｓｉｔｅｈａｎｄｓ、反対の手）に向けられる。すなわち、螺旋部材１２２が左（回り）螺旋として配向される（方向づけられる）場合、ロータの螺旋部材１２４は右（回り）螺旋であり、ステータの螺旋部材１２９は左（回り）螺旋である。螺旋の各セットは、単一又は複数のスタートであり得る。螺旋部材の各セットは、アルキメディアンスクリューの原理を実施することによって、冷却流体の循環において互いにサポートし合う。すなわち、螺旋部材１１０及び１２４が回転すると、ロータ１０４の長手方向軸を横切って延びる螺旋部材の部分は、螺旋部材の回転方向に、ある量の冷却流体を運ぶ又は押す。静的な螺旋部材１２９は、ステータの内径の圧力降下を減少させることによってこのプロセスを補助する。このようにして、流体１１４は、中空部分１１０及びラジアルギャップ１３０を通って輸送される。

シャフト１０６が回転すると、第１のセットの螺旋部材１２２はシャフト１０６と共に回転し、シャフト１０６の軸方向長さに沿って中空部分１１０内の冷却流体１１４を運ぶことができる。第１のセットの螺旋部材１２２が冷却流体１１４を運ぶ方向は、部分的に、螺旋の向き（すなわち、右螺旋又は左螺旋）及びシャフト１０６の回転方向（すなわち、時計回り又は反時計回り）に依存し得る。第１のセットの螺旋部材１２２は、中空部分１１０の内面１２６又は軸方向開口部１２０に沿った１つ又は複数の開口の方へ冷却流体１１４を運ぶことができる。開口は、冷却流体１１４が中空部分１１０からステータ１０２とロータ１２５との間のラジアルギャップを通過することを可能にし得る。開口１０８を取り囲む流体スリンガー１１６は、図３を参照して後述するように、潤滑及び冷却流体にエネルギーを付加し、流体１１４をモータ１００のラジアルギャップ内及び他の構成要素上を移動させることができる。ラジアルギャップにおいて、第２のセットの螺旋部材１２４は、シャフト１０６と共に回転し、ステータ１０２の軸方向長さに沿ったラジアルギャップ内で冷却流体１１４を運ぶことができる。第２のセットの螺旋部材１２４は、第１のセットの螺旋部材１２２とは反対方向に向けられるため、ラジアルギャップ内の冷却流体１１４の流れ方向は中空部分１０６内の流れ方向とは反対である。いくつかの実施の態様では、２つの螺旋（すなわち、第１のセットの螺旋部材１２２と、第２及び第３のセットの螺旋部材１２４及び１２９）のピッチは同じであっても異なっていてもよい。例えば、ピッチは、冷却流体１１４が中空部分１１０を通って移動するのに要する時間が同じであり、ラジアルギャップが同じになるように選択することができる。第２のセットの螺旋部材１２４は、シャフト１０６の外面１２８又は軸方向開口部１２０に沿った開口の１つ又は複数に向けて冷却流体１１４を運ぶことができる。開口は、冷却流体１１４がラジアルギャップから中空部分１１０内に通過することを可能にし得る。いくつかの実施の形態では、冷却流体によって運ばれる熱は、モータ１００上を流れる生成された流体に伝達され得る。このようにして、冷却流体１１４は、閉じた流体経路内を流れ続けることができる。

図２は、冷却システム１１２を含むモータ１００の内部の別の概略図である。図２に示されている概略図は、図１に示されている概略図と比較して、追加のモータ構成要素を示している。特に、図２に示す模式図は、ラジアル軸受１１９ｂを収容する中間ラジアル軸受ハウジング２０２を示す。中間ラジアル軸受ハウジング２０２は、ラジアルギャップ内の冷却流体１１４が流れることができる開口部を含む。また、この概略図は、モータ１０２の駆動端及び非駆動端におけるステータ巻線のオーバーハング２３２及び２０４をそれぞれ示している。オーバーハングは、ラジアルギャップに流体的に接続され、中空部分１１０に流入する前に冷却流体１１４が流れる空洞２３４内に配置される。図２に示す概略図では、第２のセットの螺旋部材は右螺旋（右ねじれ）２１４であり、第１のセットの螺旋部材はロータシャフトの端部から見て時計回り方向２１８に回転するロータシャフト用の左螺旋（左ねじれ）２１６である。概略図はさらに、プロテクタと流体を交換するための領域２２０を示す。また、この概略図は、ポットヘッド、タップ付き締結穴２２４、ポットヘッド２２８、モータテール２３０、モータ溶接部２３２及び２０６、ならびにエンドキャップ２１２を備えたヘッド２２２のようなモータの構成要素を示している。

図３は、冷却及び潤滑システム３１２を含む代替的な実施の形態に係るモータ３００の内部の概略図である。モータ３００は、図１を参照して説明したモータ１００の構成要素と同一であるいくつかの構成要素を含む。モータ１００の流体スリンガー１１６の代わりに、モータ３００は、流体がステータ１０２と１つ又は複数のロータ１２５との間のラジアルギャップ１０３内に循環するときに、潤滑及び冷却流体１１４にエネルギーを加えるための１つ又は複数の螺旋スクリューポンプ（例えば、螺旋スクリューポンプ３２０ａ、３２０ｂ）を含む。図示のために、モータ３００のロータシャフトアセンブリ１０４は、時計回りに回転するように示されているモータ１００のロータシャフトアセンブリ１０４とは対称的に、反時計回りに回転するように示されている。各螺旋スクリューポンプの一端は、シャフト１０６の外面に取り付けられている。螺旋状の溝は、各螺旋スクリューポンプの反対側の端部に画定されている。作動中、ロータシャフトアセンブリ１０４が回転すると、スクリューポンプの螺旋状の溝は、冷却流体１１４を循環させるためのエネルギーを提供する。

ここまで、主題の特定の実施の形態を説明した。他の実施は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。

Claims

ステータと；
前記ステータ内に収容され前記ステータによって回転するように支持されたロータシャフトアセンブリであって、前記ロータシャフトアセンブリは、ラジアルギャップによって前記ステータから分離されたロータと、前記ロータが回転するように構成された細長い中空のシャフトとを備え、前記シャフトは、前記シャフトの中空部分を通って流体を流すための開口を備える、前記ロータシャフトアセンブリと；
前記ステータ内に配設された複数の螺旋部材を備える閉ループ冷却システムであって、前記複数の螺旋部材は、前記ステータ内で前記ロータが回転しているときに、前記ラジアルギャップ、前記開口及び前記シャフトの前記中空部分によって画定される閉じた流路内に冷却液を流すように構成されている、前記閉ループ冷却システムと；を備える、
モータ。
前記開口は、前記シャフトに結合された流体スリンガーによって画定され、前記流体スリンガーは、冷却流体が前記シャフトの前記中空部分から前記ラジアルギャップに流れる複数の傾斜した開口部を備える、
請求項１に記載のモータ。
前記シャフトは、前記開口に加えて追加の開口部を備え、前記追加の開口部のそれぞれは、最初の前記開口から軸方向に変位した前記シャフトの円周面に形成され、前記追加の開口部のそれぞれは、前記ロータの回転中に前記ラジアルギャップと前記シャフトの前記中空部分によって画定される前記閉じた流路に前記冷却液を流すように構成され、前記閉じた流路は、前記追加の開口部によってさらに画定される、
請求項１に記載のモータ。
前記追加の開口部の数は、前記ロータの回転中に前記ロータのラジアル荷重をサポートするように構成されたラジアル軸受の数と等しく、前記追加の開口部は、前記ラジアル軸受に覆われている、
請求項３に記載のモータ。
前記ラジアル軸受の１つは、中間ラジアル軸受であり、前記モータは、前記中間ラジアル軸受を支持する中間ロータ軸受ハウジングをさらに備え、前記中間ロータ軸受ハウジングは、前記冷却流体を流すように構成された流体移送開口部を備え、前記閉じた流路は、前記流体移送開口部によってさらに画定される、
請求項３に記載のモータ。
前記シャフトの軸方向端部に形成された軸方向開口部をさらに備え、前記軸方向開口部は、前記ロータの回転中に前記ラジアルギャップと前記シャフトの前記中空部分によって画定される前記閉じた流路内に前記冷却液を流すように構成され、前記閉じた流路は、前記軸方向開口部によってさらに画定される、
請求項３に記載のモータ。
前記複数の螺旋部材は、前記ロータの回転に応答して回転し、アルキメディアンスクリューの原理に従って、前記閉じた流路内で前記冷却流体を応答して流すように構成される、
請求項１に記載のモータ。
前記複数の螺旋部材は、
前記ロータの前記シャフトの前記中空部分に配置された第１の複数の螺旋部材と；
前記ロータと前記ステータとの間の前記ラジアルギャップに配置された第２の複数の螺旋部材と；を備える、
請求項１に記載のモータ。
前記第１の複数の螺旋部材は、前記シャフトの前記中空部分の内面に取り付けられ、前記ロータの回転に応答して、前記シャフトを通って軸方向に前記冷却流体を移動させるように構成される、
請求項８に記載のモータ。
前記第２の複数の螺旋部材は、前記シャフトの外面に取り付けられ、前記ロータの回転に応答して、前記ラジアルギャップを通って軸方向に前記冷却流体を移動させるように構成される、
請求項８に記載のモータ。
前記第２の複数の螺旋部材は、前記第１の複数の螺旋部材と反対に配向されている、
請求項１０に記載のモータ。
前記第１の複数の螺旋部材のピッチは、前記第２の複数の螺旋部材のピッチと異なる、
請求項８に記載のモータ。
ステータと；
前記ステータ内に収容され前記ステータによって回転するように支持されたロータシャフトアセンブリであって、前記ロータシャフトアセンブリは、ロータを備え、前記ロータ及び前記ステータは、ラジアルギャップによって分離され、前記ロータは、前記ロータシャフトアセンブリが回転するように構成された細長い中空のシャフトを備える、前記ロータシャフトアセンブリと；
冷却システムであって、
冷却流体と；
前記ステータ内に配置された複数の螺旋部材であって、前記複数の螺旋部材は、前記ステータ内で前記ロータが回転しているときに、前記ラジアルギャップ及び前記シャフトの中空部分によって画定される閉じた流路内に前記冷却液を流すように構成される、前記複数の螺旋部材と；を備える、前記冷却システムと；を備える、
モータ。
前記シャフトに結合された流体スリンガーであって、前記流体スリンガーは、前記中空部分への開口を画定し、前記流体スリンガーは、前記冷却流体が前記シャフトの前記中空部分から前記ラジアルギャップに流れる複数の傾斜した開口部を備える、前記流体スリンガーをさらに備える、
請求項１３に記載のモータ。
前記シャフトは、前記冷却流体が前記ラジアルギャップと前記中空部分との間を流れるように構成される、前記中空のシャフトの円周上の複数の軸方向に変位した開口部を備え、前記開口部のそれぞれは、前記ロータの回転中に前記ラジアルギャップと前記シャフトの前記中空部分によって画定される前記閉じた流路に前記冷却液を流すように構成され、前記閉じた流路は、前記複数の開口部によってさらに画定される、
請求項１３に記載のモータ。
前記シャフトの軸方向端部に形成された軸方向開口部であって、前記軸方向開口部は、前記ロータの回転中に前記ラジアルギャップと前記シャフトの前記中空部分によって画定される前記閉じた流路内に冷却液を流すように構成され、前記閉じた流路は、前記軸方向開口部によってさらに画定される、
請求項１５に記載のモータ。
前記複数の螺旋部材は、前記ロータの回転に応答して回転し、アルキメディアンスクリューの原理に従って、前記閉じた流路内の前記冷却流体を応答して流すように構成される、
請求項１３に記載のモータ。
前記複数の螺旋部材は、
前記ロータの前記シャフトの前記中空部分に配置された第１の複数の螺旋部材と；
前記ロータと前記ステータとの間の前記ラジアルギャップに配置された第２の複数の螺旋部材と；を備える、
請求項１７に記載のモータ。
前記第１の複数の螺旋部材は、前記シャフトの前記中空部分の内面に取り付けられ、前記ロータの回転に応答して、前記シャフトを通って軸方向に前記冷却流体を移動させるように構成される、
請求項１８に記載のモータ。
前記第２の複数の螺旋部材は、前記シャフトの外面に取り付けられ、前記ロータの回転に応答して、前記ラジアルギャップを通って軸方向に前記冷却流体を移動させるように構成される、
請求項１８に記載のモータ。