JP2022530096A - 密閉型電動機冷却システム - Google Patents

Abstract

密閉型電動機（１４）を冷却するためのシステムは、電動機冷却冷媒流路（２４）に沿って配設されるように構成される密閉型電動機（１４）のハウジング（６０）を含む。ハウジング（６０）は、密閉型電動機（１４）の固定子（６２）の少なくとも一部分を取り囲むように構成され、冷媒ループ（１６）から冷媒を受け取るように構成された環状空洞（７８）を含む。システムはまた、環状空洞（７８）と固定子（６２）との間に位置決めされるように構成されたスリーブ（７２）であって、固定子（６２）の中心軸（１２０）に概ね平行に向けられた複数の排出ポート（９０）を含む、スリーブ（７２）を含む。複数の排出ポート（９０）は、冷媒を環状空洞（７８）から固定子（６２）に向かって排出するように構成されている。【選択図】図２

Description

関連出願

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年４月２４日に出願された「密閉型電動機冷却システム」と題する米国仮出願第６２／８３８，１４７号からの優先権および利益を主張し、これらはあらゆる目的でその全体が参照として本明細書に組み込まれる。

本項は、以下に説明される本開示の様々な態様に関し得る当技術分野の様々な態様を読み手に紹介することを意図する。この議論は、本開示の様々な態様のより良い理解を促進するために、読み手に背景技術の情報を提供するのに役立つと考えられる。したがって、これらの記述は、先行技術の承認事項としてではなく、この観点から読まれるべきであることを理解されたい。

冷凍サイクルの圧縮機は、電気電動機によって回転され得るシャフトによって駆動される。シャフトに結合された回転子の回転を駆動する固定子を形成する一連の巻線を電流が通過するにつれて、熱（例えば、熱エネルギー）が発生する場合がある。回転子および固定子は電動機ハウジング内に収容されており、電動機の動作中に熱が発生するにつれて温度の上昇を受ける場合がある。いくつかの圧縮機では、回転子は電磁軸受によって支持される場合があり、電磁軸受が熱を発生させ、電動機ハウジング内の温度をさらに上昇させる場合もある。したがって、冷却システムを介して冷却流体を電動機に提供して、熱を除去し、過熱によって生じる電動機の性能低下または運転停止を回避することができる。残念なことに、冷凍サイクルの電動機用のいくつかの冷却システムは、冷凍サイクルで低圧冷媒が利用された場合、固定子の一部分に冷却流体流の低減を受ける場合がある。このように、既存の電動機冷却システムの動作限界により、固定子に沿って大きな温度勾配（例えば、ホットスポット）が発生し、それによって、圧縮機および／または冷凍システムの全動作範囲に影響を与える場合がある。

１つの実施形態では、密閉型電動機を冷却するためのシステムは、電動機冷却冷媒流路に沿って配設されるように構成される密閉型電動機のハウジングを含む。ハウジングは、密閉型電動機の固定子の少なくとも一部分を取り囲むように構成され、冷媒ループから冷媒を受け取るように構成された環状空洞を含む。システムはまた、環状空洞と固定子との間に位置決めされるように構成されたスリーブを含み、スリーブは、固定子の中心軸に概ね平行に向けられた複数の排出ポートを含む。複数の排出ポートは、環状空洞から固定子に向かって冷媒を排出するように構成される。

１つの実施形態では、方法は、圧縮機を介して、冷媒流を冷媒ループに沿って誘導することであって、圧縮機が、密閉型電動機によって駆動される、誘導すること、を含む。本方法は、冷媒流の一部分を冷媒ループから密閉型電動機のハウジング内に形成された環状空洞の中に進路変更させることであって、ハウジングが、密閉型電動機の固定子の少なくとも一部分を取り囲み、かつスリーブが、環状空洞と固定子との間に半径方向に位置決めされる、進路変更させること、を含む。本方法は、さらに、スリーブ内に形成された複数の排出ポートを介して、冷媒流の部分のある量を環状空洞から固定子に向かって誘導することであって、複数の排出ポートが、固定子の中心軸に概ね平行に向けられる、誘導すること、を含む。

１つの実施形態では、密閉型電動機は、密閉型電動機の固定子の周りに配設されたハウジングを含む。ハウジングは、その中に形成された環状空洞を含み、環状空洞は、冷媒ループから冷媒を受け取るように構成されている。密閉型電動機はまた、環状空洞と固定子との間に位置決めされたスリーブであって、固定子の中心軸に概ね平行に向けられた複数の排出ポートを含む、スリーブ、を含む。複数の排出ポートは、環状空洞から冷媒を受け取り、固定子に向かって冷媒を排出するように構成されている。

本開示の一態様による、改善された冷却システムを利用し得る密閉型電動機を有する暖房、換気、空調、および／または冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの一実施形態の概略図である。 本開示の一態様による、改善された冷却システムを含む密閉型電動機の一実施形態の断面側面図である。 本開示の一態様による、改善された冷却システムを含む密閉型電動機の一実施形態の、図２の線３－３内で取られた部分断面側面図である。 本開示の一態様による、改善された冷却システムを含む密閉型電動機の一実施形態の、図２の線４－４内で取られた部分断面側面図である。 本開示の一態様による、密閉型電動機用の固定子の一実施形態の正面図である。 本開示の一態様による、改善された冷却システムを含む密閉型電動機の一実施形態の断面側面図である。

本開示の１つ以上の特定の実施形態について以下で説明する。説明されるこれらの実施形態は、本開示の技術の例にすぎない。加えて、これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装形態のすべての特徴が本明細書で説明されていない場合がある。いかなるそのような実際の実装形態の開発においても、あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、システム関連およびビジネス関連の制約への準拠など、開発者の特定の目標を達成するために、実装形態に特有の多数の決定を行う必要があり、これは実装形態によって変更される場合があることを理解されたい。さらに、そのような開発努力は複雑で時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常業務であることを理解されたい。

本開示の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、要素のうちの１つ以上が存在することを意味することが意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることが意図され、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。加えて、本開示の「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、記載された特徴も組み込まれる追加の実施形態の存在を除外するように解釈されることが意図されないことを理解されたい。

電動機（例えば、密閉型電動機）は、暖房、換気、空調、および／または冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの圧縮機を駆動するために利用することができる。電動機に供給される電流からの巻線抵抗および渦電流損失の結果として、電動機は動作中に熱を生成する。電動機によって生成された熱は、電動機ハウジングに熱エネルギーを伝達し、それによって電動機の温度が上昇する。したがって、冷却システムの少なくとも一部分は、熱エネルギーを吸収し、電動機の温度を低減させる（例えば、電動機を冷却する）ために電動機ハウジング内に含まれ得る。いくつかの実施形態では、冷却システムは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの冷媒ループから電動機ハウジングの中に冷媒を循環させて、電動機ハウジング内の熱エネルギーを吸収する。例えば、冷媒（例えば、冷却システムの冷却流体）は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの凝縮器から、かつ電動機ハウジングの中に誘導されて、電動機の動作中に発生した熱エネルギーを吸収する。次いで、冷媒は、電動機からＨＶＡＣ＆Ｒシステムの冷媒ループに戻るように誘導され得る。

場合によっては、凝縮器から電動機冷却システムに入る冷媒は、比較的低い圧力を有し得る。本明細書で使用されるとき、低圧冷媒は、ある圧力雰囲気下で約摂氏１９度（華氏６６度）の通常の沸点を有する冷媒を含み得る。本明細書で使用されるとき、「通常の沸点」は、ある圧力雰囲気下で測定された沸点温度を指し得る。結果として、電動機冷却システムは、電動機の固定子などの電動機ハウジング内の、ある特定の電動機構成要素に向かって不十分に冷媒を誘導する場合がある。実際、電動機冷却システム内で低圧冷媒を利用することは、例えば、固定子の端部巻線に向かって不十分な冷媒流を生じさせ、それによって、固定子の長さに沿って大きな温度勾配が発生する場合がある。したがって、典型的な電動機冷却システムは、低圧冷媒を使用する冷媒システムに十分な熱エネルギー移動を提供しない場合がある。

本開示は、低圧冷媒がＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて、特に電動機冷却に効果的に利用され得るように、固定子に沿った冷媒のさらにより均一な分配を促進するように構成される改善された電動機冷却システムに関する。したがって、改善された電動機冷却システムは、冷媒と電動機ハウジング内の電動機構成要素との間の熱エネルギー移動量を増加させ、それによって電動機の動作寿命および／または動作効率を向上させることができる。

例えば、いくつかの実施形態では、改善された電動機冷却システムは、固定子と電動機ハウジングとの間に位置決めされるスリーブを含む。環状空洞は、電動機ハウジング内に形成されてもよく、かつスリーブと電動機ハウジングの内面との間に位置決めされてもよい。環状空洞は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムから冷媒流を受け取るように構成され、スリーブ内に形成される複数の排出ポート（例えば、軸方向排出ポート）と流体連通している。動作中、冷媒は、排出ポートを介して環状空洞から排出され、それによって、冷媒が固定子の少なくとも一部分に直接接触して、固定子から熱エネルギーを吸収することを可能にする。実際、電動機冷却システムの排出ポートは、冷媒を固定子の特定の部分に向かって（例えば、固定子の端部巻線に向かって）誘導して、固定子にわたるさらにより均一な温度分布の発生を促進するように構成され得る。したがって、電動機冷却システムは、例えば、固定子の端部巻線での温度の急上昇（例えば、ホットスポット）を緩和または実質的に排除し得る。このように、本明細書で開示される電動機冷却システムの実施形態は、電動機の効率を改善し、圧縮機および／または冷凍システムの動作範囲を増加させることができる。

本実施形態がシステムで使用され得る様態を示すのに役立つように、図１は、電動機１４（例えば、密閉型電動機、電気電動機、油圧電動機、空気圧電動機など）によって駆動された圧縮機１２を含む、暖房、換気、空調、および／または冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム１０の概略図である。図１で示される実施形態に示すように、圧縮機１２は、冷媒ループ１６に沿って配設され、圧縮機１２は、冷媒ループ１６内で冷媒を循環させるように構成される。圧縮機１２から出る冷媒は、凝縮器１８によって受け取られる。いくつかの実施形態では、凝縮器１８は、空気が凝縮器１８のコイルを越えて誘導されて、コイルを通って流れる冷媒から熱エネルギー（例えば、熱）を吸収するような空気冷却凝縮器である。他の実施形態では、凝縮器１８は、冷媒を冷却流体（例えば、水）との熱交換関係に置く多管式熱交換器（ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）であり得る。いずれの場合でも、冷媒は、熱エネルギーを凝縮器１８の作動流体（例えば、空気、水、または別の適切な冷却流体）に伝達し、それによって、凝縮器１８から出る冷媒の温度を低減させる。

凝縮器１８から出る冷媒は、冷媒ループ１６に沿って膨張装置２０に向かって続いていてもよい。膨張装置２０は、冷媒の圧力を低減させるように構成され、これがまた、冷媒の温度をさらに低減させる。次いで、冷媒は、冷媒ループ１６に沿って配設された蒸発器２２に入る。蒸発器２２を通って流れる冷媒は、作動流体（例えば、水および／または空気）から熱エネルギー（例えば、熱）を吸収する。いくつかの実施形態では、蒸発器２２は、冷媒を冷却流体（例えば、水）との熱交換関係に置く多管式熱交換器である。他の実施形態では、蒸発器２２は、冷媒を空気との熱交換関係に置く。蒸発器２２の作動流体（例えば、水、空気、または別の適切な流体）は、建物、部屋、家、または別の調和された空間などの負荷を冷却するように構成され得る。次いで、蒸発器２２から出る冷媒は、圧縮機１２に再び入ることによって、冷媒ループ１６を完了する。

図１で示される実施形態に示すように、凝縮器１８を出る冷媒の一部分は、Ｔ継手２６（例えば、第１のＴ継手および／または第１の３方弁）を介して電動機冷却ループ２４に進路変更され得る。弁２８（例えば、ボール弁、蝶形弁、ゲート弁、グローブ弁、ダイヤフラム弁、および／または別の適切な弁）は、電動機冷却ループ２４に沿って、電動機冷却ループ２４を通る冷媒の流れに対してＴ継手２６の下流に配設され得る。弁２８は、冷媒ループ１６から電動機冷却ループ２４に進路変更される冷媒の量を調整するように構成され得る。いくつかの実施形態では、弁２８はコントローラ３０に結合されており、コントローラ３０は、例えば、センサ２９（例えば、赤外線カメラ、測温抵抗体、および／または熱電対などの温度センサ）によって監視された電動機１４の温度に基づいて、弁２８の位置を調整して、電動機冷却ループ２４を通る冷媒の流れを制御するように構成される。電動機冷却ループ２４を通って流れる冷媒は、電動機１４のハウジング（例えば、図２を参照）の中に誘導されて、冷媒を電動機１４の構成要素（例えば、固定子、回転子、および／または軸受）との熱交換関係に置く。したがって、冷媒は、電動機１４から熱エネルギー（例えば、熱）を吸収して、電動機１４の温度を低減させる。次いで、冷媒は、電動機１４から冷媒ループ１６に向かって戻るように誘導され、冷媒が蒸発器２２に流れ込む。いくつかの実施形態では、電動機冷却ループ２４は、ポンプ、エダクタ、圧縮機、または電動機冷却ループ２４を通る冷媒の押し出しを促進する別の適切な装置などの流れ発生装置を含み得ることを理解されたい。

図２は、電動機１４を通る電動機冷却ループ２４内の冷媒の流路を示す電動機１４の一実施形態の断面側面図である。図３は、電動機１４の一実施形態の、図２の線３－３内で取られた部分断面側面図であり、図４は、電動機１４の一実施形態の、図２の線４－４内で取られた部分断面側面図である。図２～図４について以下で同時に述べる。図２で示される実施形態に示すように、電動機１４は、ハウジング６０、ならびにハウジング６０内に配設された、固定子６２、シャフト６６に結合された回転子６４、および軸受６８（例えば、玉軸受、スリーブ軸受、磁気軸受、または他の適切な軸受）を含む。固定子６２の中央部分７０は、固定子６２とハウジング６０との間に位置決めされるスリーブ７２によって取り囲まれてもよい。特に、スリーブ７２は、中央部分７０の第１の端部面７４から中央部分７０の第２の端部面７６まで中央部分７０の長さに沿って延在し得る。電動機１４は、ハウジング６０内に形成され、ハウジング６０の内面とスリーブ７２との間に半径方向に延在する環状空洞７８を含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のシール８０（例えば、Ｏリング、ガスケット）は、スリーブ７２内に形成されたそれぞれの溝内に位置決めすることができ、環状空洞７８とハウジング６０の内部領域８１との間に流体シールを形成するように構成される。しかしながら、他の実施形態では、シール８０は、スリーブ７２から省いてもよいことに留意されたい。実際、そのような実施形態では、スリーブ７２自体は、（例えば、圧縮嵌合を介して）ハウジング６０の内面に当接して、スリーブ７２とハウジング６０との間の境界面を介して、環状空洞７８から内部領域８１への流体の流れを実質的に遮断するように構成され得る。

いずれの場合も、図示する実施形態に示すように、ハウジング６０は、電動機冷却ループ２４が環状空洞７８に冷媒の流れを誘導することを可能にする入口ポート８２を含む。すなわち、環状空洞７８は、入口ポート８２に結合されている電動機冷却ループ２４の入口ライン８４を介して電動機冷却ループ２４と流体連通することができる。上述のように、いくつかの実施形態では、電動機冷却ループ２４に入る冷媒は、凝縮器１８から排出された冷媒の一部分を含み得る。実際、入口ライン８４は、入口ライン８４が実質的に液体状態（例えば、凝縮状態）で冷媒を受け取ることができるように、凝縮器１８の一部分または凝縮器１８の下流の冷媒ループ１６の一部分に流体的に結合され得る。いくつかの実施形態では、電子膨張弁８６は、入口ライン８４に結合され、冷媒が入口ポート８２を介して環状空洞７８に入る前に、実質的に液体状態から蒸気状態または液体と蒸気との混合物へと膨張するように構成され得る。電子膨張弁８６は、コントローラ３０に通信可能に結合することができ、コントローラ３０は、電子膨張弁８６を操作（例えば、制御）して、蒸気状態へと膨張される冷媒の量を制御するように構成され得る。このように、電子膨張弁８６は、環状空洞７８に入る冷媒の相組成（例えば、蒸気冷媒と液体冷媒の比率）を制御するように（例えば、コントローラ３０によって提供される信号を介して）動作可能である。加えてまたは代替として、コントローラ３０は、電子膨張弁８６を操作して、例えば、環状空洞７８に入る冷媒の流量および／または環状空洞７８内の冷媒の圧力を制御することができる。

図３および４に示すように、スリーブ７２は、環状空洞７８と流体連通し、環状空洞７８からハウジング６０の内部領域８１の中に冷媒を排出する（例えば、矢印９１によって表される）ように構成される複数のポート９０（例えば、軸方向排出ポート）または通路を含み得る。具体的には、スリーブ７２は、スリーブ７２の第１の端部部分９３内に形成され、第１の端部面７４に近接するポート９２（図３）の第１の群と、スリーブ７２の第２の端部部分９５内に形成され、第２の端部面７６に近接するポート９４（図４）の第２の群と、を含み得る。このようにして、ポート９２の第１の群は、固定子６２の第１の端部巻線９８に向かって、かつそれにわたって第１の方向９６に冷媒の流れを排出することができ、一方、ポート９４の第２の群は、固定子６２の第２の端部巻線１０２に向かって、かつそれにわたって第１の方向９６とは概ね反対の第２の方向１００に冷媒の流れを排出することができる。したがって、冷媒は、電動機１４の動作中に比較的大量の熱エネルギー（例えば、熱）が発生し得る第１および第２の端部巻線９８、１０２、および特に端部巻線９８、１０２の部分（例えば、端部巻線９８、１０２の基部および／または遠位端）に直接接触し得る。したがって、冷媒は、第１および第２の端部巻線９８、１０２から熱エネルギーを吸収して、第１の端部巻線９８、固定子６２の中央部分７０、および第２の端部巻線９８に沿った温度勾配が低減されるか、または実質的にごくわずかになることを確実にすることができる。ポート９０の各々は、各ポート９０に沿ったそれぞれの流路がスリーブ７２によって囲まれるように、スリーブ７２を通って延在することを理解されたい。

いくつかの実施形態では、ポート９０は、固定子６２の中心軸１２０に対して概ね平行に（例えば、５度以内に）延在し得る。本明細書で使用されるとき、「平行」または「概ね平行」という用語は、共通の方向に延在するが必ずしも数学的またはユークリッド（Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ）平行関係によって制約されない特徴または要素間の空間関係を指す。他の実施形態では、ポート９０は、中心軸１２０に対してある角度で延在し得る。例えば、ポート９２、９４の第１および第２の群は、環状空洞７８から第１の端部巻線９８または第２の端部巻線１０２に向かってそれぞれ半径方向内側に延在し得る。いくつかの実施形態では、ポート９２、９４の第１および第２の群は、それぞれの冷媒流を異なる流量で排出するように構成され得る。例えば、以下で詳細に述べるように、ポート９０の数量および／またはポート９０のサイズは、ポート９２の第１の群が、第１の流量（例えば、比較的大きな流量）で環状空洞７８から冷媒を排出することを可能にするように調整することができ、一方、ポート９４の第２の群は、第２の流量（例えば、比較的低い流量）で環状空洞７８から冷媒を排出することができる。このようにして、電動機冷却ループ２４は、固定子６２の長さに沿って、および／またはハウジング６０内の他の電動機構成要素（例えば、回転子６４、シャフト６６）全体にわたって、温度変動（例えば、ホットスポット）を緩和または実質的に低減するように構成され得る。すなわち、ポート９０のサイズ、数、および／または他の構成は、より大きな流量の冷媒を、固定子６２の部分および／または電動機１４の動作中により大きな熱負荷を受けることが予想されるハウジング６０内の他の電動機構成要素に向かって排出するように選択されるか、または付勢され得る。

いくつかの実施形態では、ポート９０は、入口ライン８４から環状空洞７８に入る実質的にすべての冷媒を排出するように構成され得る。ある特定の実施形態では、環状空洞７８は、ハウジング６０内に形成され、環状空洞７８から冷媒の少なくとも一部分を受け取るように構成される出口ライン１２８と流体連通していてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、出口ライン１２８は、蒸発器２２、または冷媒ループ１６の別の適切な区域に流体的に結合することができ、冷媒の一部分を蒸発器２２に戻すように排出するように構成され得る。例えば、弁は、環状空洞７８から蒸発器２２への冷媒排出の流量を制御するために使用することができる。

他の実施形態では、出口ライン１２８は、環状空洞７８から、かつ軸受６８に向かって冷媒流を誘導し、それによって、冷媒が軸受６８に接触し、軸受６８から熱エネルギーを吸収することを可能にするように構成され得る。一例として、図示する実施形態では、出口ライン１２８は、軸受６８のインペラ側軸受１３０に向かって延在し、その上に冷媒の流れを誘導するように構成される。実際、出口ライン１２８は、補助冷媒流（例えば、矢印１３１によって表される）をインペラ側軸受１３０上に誘導することができる。ある特定の実施形態では、流れ制御装置１３２（例えば、追加の電子膨張弁、無段階制御弁）は、出口ライン１２８に結合することができ、出口ライン１２８を介して環状空洞７８から排出する冷媒の流量を調節するように動作可能である。

ある特定の実施形態では、弁２８（例えば、図１を参照）、電子膨張弁８６、流れ制御装置１３２、またはそれらの組み合わせは、ポート９０を通って排出される冷媒の流量を制御するように（例えば、コントローラ３０を介して）動作可能であり得る。言い換えれば、電動機冷却ループ２４は、電動機冷却ループ２４のポート９０を通る冷媒流を調節するように構成されるアクティブ制御システムを含み得る。一例として、（例えば、コントローラ３０からの入力に基づいて）電子膨張弁８６を開放位置に向かって移動すると、環状空洞７８に入る冷媒の流量を増加させることができ、したがって、ポート９０を通して排出される冷媒の流量および／または排出圧力を増加させることができる。逆に、（例えば、コントローラ３０からの入力に基づいて）電子膨張弁８６を閉鎖位置に向かって移動すると、環状空洞７８に入る冷媒の流量を減少させることができ、したがって、ポート９０を通して排出される冷媒の流量および／または排出圧力を減少させることができる。いくつかの実施形態では、弁２８、電子膨張弁８６、および／または流れ制御装置１３２は、電動機冷却ループ２４から省いてもよいことに留意されたい。そのような実施形態では、ポート９０を介して排出される冷媒の流量は、例えば、凝縮器１８内の冷媒圧力に対応し得る。すなわち、そのような実施形態では、電動機冷却ループ２４は、受動制御システムを含み、電動機冷却ループ２４を通る冷媒流は、凝縮器１８、または冷媒ループ１６の別の部分内の冷媒パラメータ（例えば、冷媒圧力）に基づいて決定される。

いずれの場合でも、ポート９０から排出される冷媒は、固定子６２の第１および第２の端部巻線９８、１０２からなど、ハウジング６０内の電動機構成要素から相当量の熱エネルギー（例えば、熱）を吸収することができ、これにより、冷媒が蒸発して、冷媒蒸気または冷媒蒸気と液体冷媒との混合物になり得る。したがって、ハウジング６０は、冷媒蒸気がハウジング６０の内部領域８１から排出され、（例えば、導管を介して）冷媒ループ１６に向かって戻るように流れることを可能にする排出管１４０を含み得る。加えて、ハウジング６０はまた、液体冷媒が（例えば、導管を介して）内部領域８１から冷媒ループ１６に向かって戻るように流れることを可能にする排出口１４２を含み得る。冷媒がスリーブ７２から排出管１４０および／または排出口１４２に向かって流れるとき、冷媒はさらに、回転子６４および／または軸受６８などのハウジング６０内の電動機構成要素からの熱（例えば、熱エネルギー）と接触し、それを吸収することができることを理解されたい。

図５は、スリーブ７２内に形成されたポート９２の第１の群を示す固定子６２の一実施形態の正面図である。明確にするために、ポート９４の第２の群がポート９２の第１の群と実質的に同様の様態でスリーブ７２内に形成および配置されてもよいことに留意されたい。しかしながら、簡潔にするために、ポート９２の第１の群について図５を参照して以下で述べる。ポート９２の第１の群は、固定子６２の中心軸１２０の周りに、対称もしくは均一な配置、または非対称配置で配列され得る。いくつかの実施形態では、ポート９０のある特定の部分は、これらのポート９０を通る冷媒流を遮断するように構成されるプラグ１４４を含み得る。したがって、スリーブ７２は、電動機１４の動作中に固定子６２の他の部分よりも高い熱負荷を受ける場合がある固定子６２の特定の部分に向かって冷媒を排出するように付勢され得る。例えば、いくつかの実施形態では、実証実験（例えば、センサ２９を介した熱データ収集）または計算モデリングソフトウェアを使用した熱分析を使用して、電動機１４の動作中に、固定子６２の第１の側面部分１４６が、第１の側面部分１４６とは反対側の固定子６２の第２の側面部分１４８よりも少ない熱負荷を受けるかどうかを決定することができる。したがって、そのような実施形態では、第２の側面部分１４８の近くに位置決めされたポート９０に結合されたプラグ１４４の数量よりも多くの数量のプラグ１４４が、第１の側面部分１４６の近くに位置決めされたポート９０に結合され、それによって、固定子６２の第２の側面部分１４８に向かって冷媒流を付勢し得る。実際に、試験または分析を実施して、別の部分よりも多いまたは少ない熱負荷を受ける固定子６２の任意の部分を決定することができ、プラグ１４４は、必要に応じて、ポート９０のうちの１つ以上とともに利用され得る。このようにして、スリーブ７２を有するポート９０の配置は、電動機１４の動作中に固定子６２にわたって実質的にまたはさらにより均一な温度分布を達成するように調整され得る。

他の実施形態では、プラグ１４４を使用してスリーブ７２からの冷媒流排出を付勢する代わりに、固定子６２のある特定の部分に近いポート９０の数量を増加または減少させてもよいことに留意されたい。すなわち、例えば、固定子６２の第２の側面部分１４８に向かって冷媒流を付勢するために、第２の側面部分１４８の近くに位置決めされるか、またはそこに形成されるポート９０の数量は、固定子６２の第１の側面部分１４６の近くに位置決めされるか、またはそこに形成されるポート９０の数量と比較して増加させてもよい。したがって、冷媒は、スリーブ７２の第１の側面部分１４６の近くに排出する冷媒の流量よりも大きい流量で、固定子６２の第２の側面部分１４８に近いスリーブ７２から排出され得る。さらに、ある特定の実施形態では、冷媒流は、スリーブ７２内に配列された様々なポート９０の断面積を増加または減少させることによって、固定子６２の、ある特定の部分に向かって付勢され得る。一例として、固定子６２の第２の側面部分１４８に冷媒流を付勢するために、第２の側面部分１４８の近くに位置決めされたポート９０の断面積は、固定子６２の第１の側面部分１４６の近くに位置決めされたポート９０の断面積と比較して増加させてもよい。

これらの技術に従って、冷媒流はまた、特に、ポート９２の第１の群および／またはポート９４の第２の群の前述のパラメータへの調整を介して、固定子６２の第１の端部巻線９８または第２の端部巻線１０２に向かって付勢することができることを理解されたい。例えば、第１の端部巻線９８に向かって冷媒流を付勢するために、第２の端部巻線１０２に向かって誘導され得る冷媒の流量と比較して、スリーブ７２は、ポート９４の第２の群に含まれるポート９０の数量よりも、ポート９２の第１の群内のポート９０がより多くの数量を含むように製造され得る。加えてまたは代替として、ポート９２の第１の群は、ポート９４の第２の群の累積断面積（例えば、ポート９４の第２の群内のポート９０の複合断面積）よりも大きな累積断面積（例えば、ポート９２の第１の群内のポート９０の複合断面積）を有するように構成され得る。

図６は、電動機１４を通る電動機冷却ループ２４内の冷媒の流路を示す電動機１４の別の実施形態の断面側面図である。いくつかの実施形態では、示すように、電子膨張弁８６は、環状空洞７８が凝縮器１８から液体冷媒または実質的に液体冷媒の流れを受け取ることができるように、電動機冷却ループ２４の入口ライン８４から省いてもよい。このように、環状空洞７８内の冷媒の圧力、したがって、ポート９０を介して環状空洞７８から排出される冷媒の流量は、凝縮器１８内の冷媒圧力に対応し得る。したがって、比較的高い凝縮器圧力によって、ポート９０が比較的大きな冷媒流量（例えば、冷媒９１）を排出することを可能にすることができ、一方、比較的低い凝縮器圧力によって、ポート９０が比較的低い冷媒流量（例えば、冷媒９１）を排出することを可能にすることができる。言い換えれば、電動機冷却ループ２４は、凝縮器１８の圧力の制御を介して受動的に制御され得る。ある特定の実施形態では、ポート９０は、冷媒が固定子６２の第１および第２の端部巻線９８、１０２に沿って実質的に液体として流れ得るように、冷媒を液体状態で環状空洞７８から排出し得る。他の実施形態では、ポート９０を通して冷媒を誘導することにより、冷媒が気化し、したがって、ポート９０が第１および第２の端部巻線９８、１０２に向かって冷媒蒸気を排出することが可能になり得る。さらなる実施形態では、ポート９０は、液体冷媒と冷媒蒸気との混合物を排出し得る。

いくつかの実施形態では、示すように、電子膨張弁８６は、入口ライン８４の代わりに出口ライン１２８に流体的に結合され得る。電子膨張弁８６は、環状空洞７８から排出し、ハウジング６０内に形成される第１の軸方向出口ライン１５０および／または第２の軸方向出口ライン１５２に流れ込む冷媒の流量を制御するように（例えば、コントローラ３０を介して）動作可能であり得る。ある特定の実施形態では、電子膨張弁８６は、冷媒が第１および第２の軸方向出口ライン１５０、１５２に入る前に、環状空洞７８内の実質的な液体状態から蒸気状態、または液体と蒸気との混合物へと冷媒を膨張させる（例えば、気化させる）ように構成され得る。しかしながら、他の実施形態では、電子膨張弁８６は、第１および／または第２の軸方向出口ライン１５０、１５２が冷媒流（例えば、実質的に液体冷媒流）を出口ライン１２８から直接受け取ることができるように、出口ライン１２８から省いてもよいことに留意されたい。

いくつかの実施形態では、第１の軸方向出口ライン１５０および第２の軸方向出口ライン１５２は、それぞれ、第１の半径方向排出ポート１５４および第２の半径方向排出ポート１５６と流体連通してもよく、これらは、第１および第２の軸方向出口ライン１５０、１５２から固定子６２に向かって、またはハウジング６０内の別の適切な電動機構成要素に向かって冷媒を排出するように構成される。例えば、第１の半径方向排出ポート１５４は、冷媒の第１の流れ（例えば、矢印１５８によって表される）を固定子６２の第１の端部巻線９８に向かって、およびそれにわたって誘導するように構成され得、第２の半径方向排出ポート１５６は、冷媒の第２の流れ（例えば、矢印１６０によって表される）を、固定子６２の第２の端部巻線１０２に向かって、およびそれにわたって誘導するように構成され得る。ある特定の実施形態では、第１の軸方向出口ライン１５０は、第３の半径方向排出ポート１６２（例えば、中心軸１２０に向かって角度を付けられた入口ポート）と流体連通してもよく、第３の半径方向排出ポート１６２は、インペラ側軸受１３０に向かって冷媒（例えば、補助冷媒流１３１）を誘導するように構成され得る。

図示する実施形態では、電動機１４は３つの半径方向排出ポート（例えば、半径方向排出ポート１５４、１５６、１６２）を含むが、他の実施形態では、任意の適切な数量の半径方向排出ポートがハウジング６０内に形成され、中心軸１２０の周りに位置決めされ得る。一例として、いくつかの実施形態では、電動機１４は、冷媒の流れをハウジング６０内に配設された様々な構成要素の上に、またはそれらに向かって誘導するように構成されるハウジング６０内に形成された１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、または６つ超の半径方向排出ポートを含み得る。さらに、他の実施形態では、第１の軸方向出口ライン１５０、第２の軸方向出口ライン１５２、またはそれらの両方は、電動機冷却ループ２４から省いてもよいことに留意されたい。そのような実施形態では、出口ライン１２８に入る冷媒は、ハウジング６０に結合された導管を介してなど、冷媒ループ１６に向かって戻る方に向かって誘導することができ、冷媒は蒸発器２２に流れ込む。さらなる実施形態では、出口ライン１２８は、入口ライン８４を通って環状空洞７８に入るすべての冷媒がポート９０を介して内部領域８１の中に排出するように、ハウジング６０から省いてもよい。加えてまたは代替として、電動機１４は、上述の電動機冷却特徴のうちの任意の１つまたは組み合わせを含み得る。

上記のように、本開示の実施形態は、電動機１４の固定子６２に沿った温度勾配を緩和または実質的に排除するのに有用な１つ以上の技術的効果を提供することができる。より具体的には、開示される電動機冷却システムは、従来の電動機冷却システム内で低圧冷媒を使用する場合、典型的には不十分な冷媒流を受け取る固定子６２の特定の部分（例えば、端部巻線９８、１０２）に向かって冷媒流を誘導するように構成される。実際、本明細書で述べる改善された密閉型電動機冷却システムは、低圧冷媒がＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０の電動機冷却ループ２４内で効果的利用されて、電動機１４を冷却することができるように、固定子６２にわたって冷媒がさらにより分配されることを促進する。このようにして、改善された電動機冷却システムは、ハウジング６０内の冷媒と電動機構成要素（例えば、固定子６２）との間の熱エネルギー移動量を増加させ、それによって電動機１４の動作寿命および／または動作効率を向上させることができる。

本開示のある特定の特徴および実施形態のみを図示および説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された主題の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および比率、パラメータの値（温度、および圧力など）、取り付け配置、材料の使用、色、向きなどにおける変形形態などの多くの修正および変更を想到し得る。任意のプロセスまたは方法ステップの順番または順序は、代替的な実施形態に従って変更または再順序付けされ得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨に収まるものとして、そのようなすべての修正および変更を網羅することが意図されていることを理解されたい。さらに、例示的な実施形態の簡潔な説明を提供するために、本開示を実施する最良の形態に関係しないもの、または主張する実施形態を実現するのに関係しないものなど、実際の実装形態のすべての特徴が説明されていない場合がある。いかなるそのような実際の実装形態の開発においても、あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるように、実装形態に特有の多数の決定が行われ得ることを理解されたい。そのような開発努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては、過度の実験を伴わない設計、製作、および製造の日常業務であろう。

Claims (20)

1. 密閉型電動機を冷却するためのシステムであって、
   電動機冷却冷媒流路に沿って配設されるように構成された前記密閉型電動機のハウジングであって、冷媒ループから冷媒を受け取るように構成された環状空洞を含み、かつ前記密閉型電動機の固定子の少なくとも一部分を取り囲むように構成されている、ハウジングと、
   前記環状空洞と前記固定子との間に位置決めされるように構成されたスリーブであって、前記固定子の中心軸に概ね平行に向けられ、前記環状空洞から前記固定子に向かって前記冷媒を排出するように構成された複数の排出ポートを含む、スリーブと、を備える、システム。
2. 前記複数の排出ポートが、前記スリーブの円周の周りに均一に間隔を置いている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の排出ポートが、前記スリーブの周りに非対称に間隔を置いているか、または
   前記複数の排出ポートのうちの少なくとも１つの排出ポートが、前記複数の排出ポートのうちの別の排出ポートの断面積よりも大きいもしくは小さい断面積を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数の排出ポートが、前記冷媒の第１の部分を前記環状空洞から前記固定子の第１の端部巻線に向かって誘導するように構成された第１の複数の排出ポートと、前記冷媒の第２の部分を前記環状空洞から前記固定子の第２の端部巻線に向かって誘導するように構成された第２の複数の排出ポートと、を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１の複数の排出ポートの第１の数量が、前記第２の複数の排出ポートの第２の数量よりも多いまたは少ない、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１の複数の排出ポートが、前記第１の端部巻線に直接接触するように前記冷媒の前記第１の部分を誘導するように構成され、前記第２の複数の排出ポートが、前記第２の端部巻線に直接接触するように前記冷媒の前記第２の部分を誘導するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
7. 前記固定子を備え、前記固定子が、前記固定子の一対の端部巻線間に軸方向に位置決めされた中央部分を備え、前記スリーブが、前記中央部分の第１の端部面から前記中央部分の第２の端部面に延在し、前記複数の排出ポートが、前記冷媒を前記固定子の前記一対の端部巻線にわたって誘導するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記電動機冷却冷媒流路を備え、前記電動機冷却冷媒流路が、前記冷媒ループに沿って配設された凝縮器から前記密閉型電動機に、かつ前記密閉型電動機から前記冷媒ループに戻るように前記冷媒を誘導するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記電動機冷却冷媒流路が、前記環状空洞を前記冷媒ループに流体的に結合する入口ラインを備え、かつ前記入口ラインに沿って配設され、前記入口ラインを介して前記環状空洞に入る前記冷媒の流れパラメータを制御するように構成された電子膨張弁を備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記電動機冷却冷媒流路が、前記環状空洞に流体的に結合され、かつ前記環状空洞から前記密閉型電動機の軸受に向かって補助冷媒流を誘導するように構成された出口ラインを備える、請求項８に記載のシステム。
11. 前記ハウジング内に形成され、かつ前記環状空洞と流体連通している出口ラインであって、前記冷媒の流れを前記環状空洞から受け取るように構成されている、出口ラインと、
    前記ハウジング内に形成され、かつ前記出口ラインと流体連通している半径方向排出ポートであって、前記冷媒の前記流れを前記出口ラインから受け取り、前記冷媒の前記流れを前記固定子の端部巻線上に誘導するように構成されている、半径方向排出ポートと、を備える、請求項１に記載のシステム。
12. 前記出口ラインに沿って配設され、かつ前記出口ラインを通って前記環状空洞から排出された前記冷媒の前記流れの流量を制御するように構成された電子膨張弁を備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 圧縮機を介して、冷媒流を冷媒ループに沿って誘導することであって、前記圧縮機が、密閉型電動機によって駆動される、誘導することと、
    前記冷媒流の一部分を前記冷媒ループから前記密閉型電動機のハウジング内に形成された環状空洞の中に進路変更させることであって、前記ハウジングが、前記密閉型電動機の固定子の少なくとも一部分を取り囲み、スリーブが、前記環状空洞と前記固定子との間に半径方向に位置決めされている、進路変更させることと、
    前記スリーブ内に形成された複数の排出ポートを介して、前記冷媒流の前記部分のある量を前記環状空洞から前記固定子に向かって誘導することであって、前記複数の排出ポートが、前記固定子の中心軸に概ね平行に向けられている、誘導することと、を含む、方法。
14. 前記ハウジング内に形成され、かつ前記環状空洞と流体連通している流出路を介して、前記冷媒流の前記部分の別個の量を前記環状空洞から前記ハウジング内に形成された半径方向排出ポートに誘導することと、
    前記半径方向排出ポートを介して、前記冷媒流の前記部分の前記別個の量を、前記固定子の端部巻線に向かって、前記密閉型電動機の軸受に向かって、またはそれらの両方に誘導することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記環状空洞に流体的に結合された膨張弁を介して、前記冷媒流の前記部分の流量、前記冷媒流の前記部分の圧力、前記冷媒流の前記部分の相組成、またはそれらの組み合わせを制御することを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 密閉型電動機であって、
    前記密閉型電動機の固定子の周りに配設され、その中に形成され、冷媒ループから冷媒を受け取るように構成された環状空洞を備えるハウジングと、
    前記環状空洞と前記固定子との間に位置決めされたスリーブであって、前記スリーブが、前記固定子の中心軸に概ね平行に向けられた複数の排出ポートを備え、前記複数の排出ポートが、前記環状空洞から前記冷媒を受け取り、前記固定子に向かって前記冷媒を排出するように構成されている、スリーブと、を備える、密閉型電動機。
17. 前記複数の排出ポートが、前記冷媒の第１の部分を前記環状空洞から前記固定子の第１の端部巻線に向かって誘導するように構成された第１の群の排出ポートを備え、前記冷媒の第２の部分を前記環状空洞から、前記第１の端部巻線の反対側の、前記固定子の第２の端部巻線に向かって誘導するように構成された第２の群の排出ポートを備える、請求項１６に記載の密閉型電動機。
18. 前記第１の群の排出ポートの累積断面積が、前記第２の群の排出ポートの累積断面積とは異なる、請求項１７に記載の密閉型電動機。
19. 前記ハウジングが、その中に形成され、前記冷媒を前記ハウジングの内部から前記冷媒ループに沿って配設された蒸発器に向かって誘導されるように構成された排出管を備える、請求項１６に記載の密閉型電動機。
20. 前記複数の排出ポートの各排出ポートが、各排出ポートによって画定されたそれぞれの流路が前記スリーブ内でかつ前記スリーブによって囲まれるように、前記スリーブを通って延在する、請求項１６に記載の密閉型電動機。

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