JP2024506615A - 高密度モータの冷却チャネルへの流体の流れと冷却チャネルからの流体の流れをガイドするヘッダ - Google Patents

Abstract

ステータコアと、内部に形成された冷却剤通路を含む１つまたは複数の巻線とを含む電気機械用のヘッダ。ヘッダは、冷却剤を受け入れる入口と、冷却剤がヘッダから出る出口と、入口に流体的に接続された入口プレナムと、入口プレナムから流体的に分離され、出口に流体的に接続された出口プレナムとを含む。入口プレナムと出口プレナムはそれぞれ、ヘッダの底部と比較して、ヘッダの上部から異なる、変化する断面を有する。

Description

本明細書に開示される主題は電気機械に関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、高密度電気モータのステータに冷却流体を供給するためのヘッダに関する。

典型的な液冷電気機械／モータは、コアと、コアを通って延びる１つまたは複数のロータ巻線（導体）とを有するロータとを含む。一部の機械、つまり永久磁石機械では、ロータ巻線が複数の永久磁石に置き換えられる。ロータはステータに囲まれており、ロータとステータの間には空隙が存在する。

同様に、ステータは、１つまたは複数のステータ巻線が貫通するステータコアを含む。高出力密度の電気機械（発電機またはモータ）は、ステータとロータの両方の巻線の激しい抵抗加熱と、ロータとステータのコアの渦電流と磁気ヒステリシス加熱を生成する。

ステータ冷却の一般的な方法には、エンドターンスプレイと、バックアイアンを介して冷却されたハウジングまたは流体媒体への熱伝導を利用する方法が含まれる。

例えば、従来のモータの熱管理は、外部フィンまたは液体冷却ジャケットの形態で行われることが多い。このようなシステムは通常、ステータコアの半径方向外側のバックアイアン（ハウジング）内の１つまたは複数のチャネルを通して冷却液を導く。しかしながら、これらの冷却方法は、ステータコアの半径方向及び軸方向の外周のみを冷却する。したがって、ステータ巻線のホットスポットがステータコアの軸方向中心線で発生する可能性がある。

ステータコアと、内部に形成された冷却剤通路を含む１つまたは複数の巻線とを含む電気機械用のヘッダが開示される。ヘッダは、冷却剤を受け入れる入口と、冷却剤がヘッダから出る出口と、入口に流体的に接続された入口プレナムと、入口プレナムから流体的に分離され出口に流体的に接続された出口プレナムとを含む。入口プレナムと出口プレナムはそれぞれ、ヘッダの底部と比較して、ヘッダの上部から異なる、変化する断面を有する。

任意の前述の実施形態では、入口プレナム及び出口プレナムは、並んで同一平面上にあり、互いに平行に離間され得る。

任意の前述の実施形態では、入口は主入口であり、出口は主出口であり、ヘッダは前面と背面を含み、ヘッダは、主入口に入る冷却剤が入口プレナム及びヘッダを出ることができるように、ヘッダの背面に形成され、入口プレナムと流体連通する複数の出口通路と、出口通路を通って出て、モータの一部を通った冷却剤が出口プレナムを出ることができるように、ヘッダの背面に形成され、出口プレナムと流体連通する複数の入口通路とをさらに備えることができる。

任意の前述の実施形態において、入口プレナムは、入口プレナムをプレナム入口側とプレナム出口側とに分割する内部に配置されたオリフィスプレートを備える。

任意の前述の実施形態では、オリフィスプレートはその中に複数の穴を含む。

任意の前述の実施形態では、穴のサイズはヘッダの上部からヘッダの底部まで変化する。

任意の前述の実施形態では、冷却剤はプレナム入口側で入口プレナムに受け入れられ、穴を通ってプレナム出口側に入り、出口通路を介してヘッダから出る。

任意の前述の実施形態では、複数の出口通路のうちの少なくとも１つは、第１のクロスオーバーセクションによって複数の出口通路のうちの別の１つの通路に接続される。

任意の前述の実施形態では、複数の入口通路のうちの少なくとも１つが、第２のクロスオーバーセクションによって複数の出口通路のうちの別の１つの通路に接続される。

任意の前述の実施形態では、入口及び出口は、ヘッダの軸方向に沿って冷却剤を受け取り、排出するように配置されている。

任意の前述の実施形態では、入口及び出口は、ヘッダの接線方向に沿って冷却剤を受け取り、排出するように配置されている。

任意の前述の実施形態では、入口及び出口は、ヘッダの垂直方向に沿って冷却剤を受け取り、排出するように配置されている。

また、ロータと、ステータと、任意の前述の実施形態のヘッダとを含むモータも開示される。ヘッダは、入口プレナムで受け取った冷却剤をモータに供給し、モータから出口プレナムに戻される冷却剤を受け取るように、モータに対して配置される。

ヘッダは、冷却剤ステータ巻線または巻線セパレータを備えることができる。

本発明と見なされる主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲において詳細に指摘され、明確に特許請求される。本発明の前述の及び他の特徴ならびに利点は、添付の図面と併せることにより、以下の詳細な説明から明らかである。

ロータと、ステータの部分図とを示す電気機械の実施形態の断面図である。 電気機械用のステータの実施形態の斜視図である。 冷却通路が埋め込まれたステータ巻線の上面図を示す。 冷却通路が埋め込まれたステータ巻線の断面図を示す。 冷却通路が埋め込まれた巻線セパレータの断面図を示す。 一実施形態によるヘッダの斜視図を示す。 偏心プレナムを含む一実施形態によるヘッダの斜視図である。 Ａ～Ｃは、入口プレナムと出口プレナムの断面積の変化を示すために、図５の様々な位置で切取られた巻線／セパレータに接続された図５のヘッダの一部の断面図を示す。 Ａは、オリフィスプレートを示し、Ｂは、図６に示される位置で入口プレナム内に配置されたオフィスプレートを示す。 一実施形態による、分割ヘッダに対して配置されたモータの部品の断面図を示す。 一実施形態による、ヘッダ上に形成された入口通路及び出口通路の相互接続の詳細図を示す。 一実施形態によるモータの一部の斜視図を示す。 ２つのステータ歯の間に配置された幾つかの異なる巻線通路構成及びスペーサ構成を示す。 モータ内に配置されたヒートパイプに接続されたヘッダに対して配置されたモータの部品を示す。 接線方向の入口／出口の組み合わせを備えたヘッダを示す。 垂直方向の入口／出口の組み合わせを備えたヘッダを示す。

詳細な説明では、図面を参照して、例として、利点及び特徴とともに本発明の実施形態を説明する。

モータがよりコンパクトになるにつれて、ステータを冷却する別の方法が有益になる可能性がある。ここで開示するのは、そのような方法の１つで使用できるヘッダである。例えば、ヘッダは、ステータ内またはステータの近くに形成されたチャネルに冷媒を供給し、導くために使用することができる。チャネルは、ステータ巻線の内側にあってもよく、あるいは巻線間に配置された巻線セパレータに埋め込まれたチャネルであってもよい。さらに、一実施形態では、チャネルはステータ歯に設けることができる。つまり、セパレータは別個の要素、ステータ歯、またはその両方であってよい。

一実施形態では、冷媒などの冷却流体を電気機械のステータの巻線及び／または巻線セパレータに導き、巻線／セパレータから戻る流体を受け取るヘッダが開示される。

ヘッダはほぼ円形であってよく、入力プレナムと出力プレナムの両方を含み得る。一実施形態では、プレナムは偏心している。一実施形態では、プレナムは様々な断面を有し得る。一実施形態では、プレナムは並んで（平行に）いる。別の実施形態では、一方のプレナムが他方のプレナムを取り囲み、それらはほぼ同一平面上にある。他の変形及び構成が存在することは、以下の説明から理解されるであろう。本明細書の実施形態のいずれかまたはすべては、冷却チャネルに出入りする均一な冷却流体の流れを提供するのに役立ち得る。

さらに、別の実施形態では、冷却流ではなく、ヘッダは、上述のチャネルのいずれかに配置された１つまたは複数のヒートパイプと熱伝導接触するように配置することができる。

図１は、本開示の実施形態を組み込むことができる電気モータ１００の断面の概略図を示す。ロータ磁石がステータより外部またはステータの外側にあるように示されているが、向きは逆にすることもできる。さらに、本明細書の教示は、磁石がＵ字形であり、ステータの内側部分と外側部分の両方を取り囲む文脈に適用することができる。

より詳細には、図１及び図２は、電気モータ１００の断面図と簡略化されたステータコア１０４の斜視図をそれぞれ示す。電気モータ１００は、ロータシャフト１４２を取り囲むが、ロータシャフト１４２とともに回転しないように構成されたステータ１０２を含む。

ステータ１０２は、ステータコア１０４と、コア１０４によって支持または保持される１つまたは複数のステータ巻線１１０とを含む。一実施形態では、巻線は、個別のポッティングされたリッツ線巻線として形成することができる。ステータコア１０４は、リングハブ１０６と、リングハブ１０６から外向きに延びる複数の歯１０８とを含む。隣接する歯１０８は、１つまたは複数のステータ巻線が配置され得るステータスロット１１２を形成する。すなわち、各スロットは、その中に配置された単一のステータ巻線１１０を有することができ、または以下のさらなる例に示すように２つ以上の巻線を含むことができる。

モータ１００はまた、ロータ１４０を含む。図１に示すロータは、回転軸１４４を中心に回転するロータシャフト１４２を含む。ロータ１４０はまた、シャフト１４２に接続された磁石保持構造１４６を含む。構造１４６は、１つまたは複数の永久磁石１４８を保持する。

図示のように、ステータ１０２（及びステータ１０２によって保持される巻線１１０）は、回転軸１４４に対してロータ磁石１４８の半径方向内側に配置され、ロータ１４０とステータ１０４との間に放射状空隙１５０が配置される。図示のように、ロータ１４０は、構造１４６によってシャフト１１０に取り付けられる。巻線１１０に電流が印加される「モータ」モードのとき、その電流は磁石１４８と相互作用し、磁石／構造を回転させて、軸１４４を中心とするロータシャフト１４２の回転を引き起こし、シャフト１４２が負荷に対する原動力を提供できるようにする。あるいは、「発電機」モードでは、磁石の相互作用によって巻線１１０に電流が流れて電気負荷を駆動するように、シャフト１４２を駆動することができる。

ステータコア１０４は、回転軸１４４に沿って積層された、軸方向に積層された複数の積層体から形成することができる。いくつかの実施形態では、積層体１１６は鋼材から形成されるが、当業者は、他の材料を利用できることを容易に理解するであろう。代替実施形態では、ステータ１０４は、当技術分野で知られているように、個別のステータセクションとして形成することができる。

ステータ巻線１１０は、図示のように、ステータコア１０４を通って延びるコアセグメント１１０ａと、ステータコア１０４の各軸方向ステータ端部から延びるエンドターンセグメント１１０ｂとを含む。上記のように、ステータ巻線１１０が電流によって励磁されると、結果として生じる磁界が回転軸１４４を中心にロータ１４０の回転を駆動する。

電気モータは、図１及び図２に示すように、高密度構成、様々な動作パラメータ、またはその他の理由により、冷却が必要な場合がある。例えば、高出力密度の航空クラスの電気モータとドライブには、モータ／ドライブの適切な動作を保証するために高度な冷却技術が必要な場合がある。これらの機械は一般に、高出力定格では熱制限があり、熱制限を緩和することで性能を向上させることができる。望ましい温度を維持するために、システムのコンポーネントに冷却を提供する熱管理システム（ＴＭＳ）がシステムに組み込まれる。航空機に搭載される場合、離陸時には電力要件、つまり熱管理システム（ＴＭＳ）の負荷が大幅に増加する。離陸条件（すなわち、最大負荷）に合わせてＴＭＳのサイズを決定すると、そのような負荷に対応するためにＴＭＳの重量が重くなる。その結果、そのような負荷が発生しない巡航状態では重量が重くなり出力密度が低下する。したがって、高い冷却能力のＴＭＳは必要ない。このような航空用途では、重量制約と熱負荷容量のバランスをとることが重要である。

本明細書では、ステータアセンブリの様々な部分のチャネルが開示されるとともに、それらのチャネルに冷却剤を送り込み、チャネルから戻される「加熱された」冷却剤を受け取るヘッダも開示される。一実施形態では、チャネルは巻線１１０に形成される。別の実施形態では、チャネルは、巻線の間に配置されたセパレータ（後述）に形成される。もちろん、実施形態は、巻線とセパレータの両方にチャネルが形成される状況も含み得る。

図３Ａ及び３Ｃは、それぞれ、例示的な巻線１１０及びセパレータ３５０の上面図を示す。巻線１１０の１つまたは複数は、ステータスロット１１２に配置することができる（図２）。場合によっては、セパレータ３５０が巻線１１０の一部またはすべての間に配置される。

巻線１１０は、巻線本体３０２を含む。一実施形態では、本体３０２は、基板３０６に支持または保持されるワイヤストランド３０５を含む。ストランドは形成線でも、通常の線でもリッツ線でもよい。一実施形態では、基板３０６は非導電性材料であってよい。一実施形態では、基板３０６はポッティング材料であってよい。

本体３０２内には、冷却剤通路３０４も封入されている。冷却剤通路３０４は、別個の要素であるか、または基板３０６によって形成される管として形成することができる。図３Ａでは、基板３０６に開口領域３１２があることに留意されたい。この領域は、一実施形態では省略することができる。この領域は、使用中のステータ歯によって埋めることができる。

図３Ｂに示すように、ワイヤストランド３０５は、本体３０２内の領域３５０に局在化することができる。通路３０４は、ストランド３０４の間またはストランド３０４の近くに配置され、それを通る冷却流体がストランド３０４に近接してストランド３０４から熱を除去できるようにする。

図３Ａにおいて、矢印は、巻線１１０を通る１つの可能な流れ方向を示している。もちろん、一実施形態では、流れの方向を逆にすることもできる。以下に開示されるヘッダは、巻線１１０に出入りする流体を提供する。より詳細には、流体は通路３０４に流入し、ストランド３０５を横断し、その中の熱を除去し、その後、巻線１１０から出ることができる。冷却剤は、液体として入り、巻線１１０を横断するときに、巻線１１０から熱を除去し、（全体的または部分的に）気化し得る。したがって、巻線から出る流れは、気体、液体、またはそれらの組み合わせのいずれかであってよい。

ここで図３Ｃを参照すると、セパレータ３５０は、セパレータ本体３５２を含む。セパレータ本体３５２は、中実の材料片として形成することができる、あるいは図３Ｃに示すように中空領域３５４を含み得る。一実施形態では、セパレータ３５０／セパレータ本体３５２は、非導電性材料で形成することができる。一実施形態では、セパレータ３５０はセラミック材料で形成される。

セパレータ本体３５２内には、冷却剤通路３５６が封入されている。冷却剤通路３５６は、別個の要素である管として形成することも、セパレータ本体３５２によって形成される管として形成することもできる。

図３Ｃにおいて、矢印は、セパレータ３５０を通る１つの可能な流れ方向を示している。もちろん、一実施形態では、流れの方向を逆にすることもできる。以下に開示のヘッダは、セパレータに出入りする流体を提供する。より詳細には、流体は、通路３５６に流入し、セパレータ本体３５２を横断し、その中の熱を除去し、その後、セパレータ３５０から出ることができる。一実施形態では、セパレータは巻線１１０に隣接して配置され、その外側から熱を除去することができる。上記と同様、冷却剤は液体（または液体と気体の混合物）として入り、セパレータを横断するときに、セパレータから熱を除去し、（全体または部分的に）気化する。したがって、セパレータ３５０を出る流れは、気体、液体、またはそれらの組み合わせのいずれかであってよい。

任意選択で、破線で示すように、セパレータ３５０は、本体３６０及び端部Ｕターン３６２を含む複数の部分によって形成することができる。

図４は、一実施形態によるヘッダ４００の例を示す。ヘッダ４００は、ステータの巻線１１０／セパレータ３５０に流体的に結合され、巻線／セパレータに冷却流体を供給し、巻線／セパレータから冷却流体を受け取る。簡単にするために、単一の巻線１１０及び単一のセパレータ３５０の対（対として概略的に示される）のみを図４に示すが、当業者は、ヘッダ４００が任意の数の巻線／セパレータに接続できることを理解するであろう。さらに、流体の流れは、流体を受け取る巻線とセパレータの両方を含むシステムで以下に説明されるが、一方のみが流路を含み、他方は流体を受け取らないこともあり得る。さらに、実施形態ではセパレータ３５０を省略できることに留意されたい。

ヘッダ４００は、入口４０２及び出口４０４を含む。冷却流体は入口４０２に入り、巻線１１０及びセパレータ３５０の一方または両方を通って導かれ、出口４０４を介してヘッダ４００から出る。図示のように、ヘッダ入口４０２は、重力（矢印ｇ）に関して出口４０４よりも上にある。必須ではないが、この構成により流れが改善し、詳細には、流れが均一になる。冷却剤は、ヘッダ４００の入口４０２及び出口４０４から軸方向Ｘに流入または流出する。

一実施形態では、ヘッダ４００は、冷却流体が巻線１１０とセパレータ３５０に同時に入るように構成することができる。このような実施形態では、流体は巻線１１０／セパレータ３５０を横断してヘッダ４００に戻り、出口４０４の方に導かれる。

別の実施形態では、冷却流体は最初に巻線１１０に入り、巻線１１０を横断した後、セパレータ３５０に導かれる。このような実施形態では、その後、流体はヘッダ４００に戻り、出口４０４の方に向けられる。

流れが巻線／セパレータにどのように提供されるかに関係なく、流入する「冷たい」流体が巻線／セパレータを通過した後の「加熱された」流体と混合するのを防ぐために、ヘッダを２つのプレナムに分離することができる。ここで図５を参照すると、ヘッダ５００の例は、入口プレナム５０２及び出口プレナム５０４を含み得る。ヘッダ５００に関する本明細書の説明は、本明細書に開示されるヘッダの任意の実施形態に任意選択で適用できることを理解されたい。

図５において、入口プレナム５０２は任意選択で出口プレナムを取り囲んでよい。入口プレナム５０２は入口５０６に流体接続され、出口プレナム５０４は出口５０８に流体接続される。しかしながら、この実施形態または任意の他の実施形態では、入口５０６はヘッダの本体５２０内の出口５０８に流体的に接続されていない。これにより、入口５０６に入る流体は、入口５０６から出口５０８に移動するために巻線１１０またはセパレータ３５０に進入しなければならないことが保証される。

さらに詳細には、図６も参照すると、ヘッダ５００は、前面５５４及び背面５５６を含む。背面５５６は、ヘッダ５００の背面５５６上に形成された複数の出口通路５５０を含み得る。出口通路５５０は、主入口５０６に入る流体が入口プレナム５０２及びヘッダ５０２から出ることができるように、入口プレナム５０２と流体連通している。ヘッダ５００はまた、ヘッダ５００の背面５５６に形成された複数の入口通路５５２を含む。入口通路は出口プレナム５０４と流体連通しているため、出口通路５５０を通って出てモータの一部（例えば、巻線／セパレータ）を通る流体が出口プレナム５０４に入ることができる。

図５のヘッダ５００は、入口プレナム５０２及び出口プレナム５０４の断面に関連する任意選択の特徴を含む。詳細には、入口プレナム５０２は、ヘッダ５００の底部５１２と比較して、ヘッダ５００の上部５１０からｇ方向に変化する断面積を有し得る。詳細には、断面積は、底部５１２よりも上部５１０の方が大きい。同様に、出口プレナム５０４の断面積は、ヘッダ５００の底部５１０と比較して、ヘッダの上部５１０からｘ方向に増大する断面積を有し得る。断面の変化により、巻線／セパレータへの流体のより均一な分布を生み出すことができる。詳細には、入口プレナム５０２への最大の流体の流れを可能にするためには、より大きな断面積が必要である。これにより、ヘッダに接続された各巻線／セパレータに流体を提供することができる。しかしながら、ヘッダ５００の底部５１２付近では、流体を受け入れる必要がある巻線／セパレータの数は比較的少なくなる。したがって、流れを収容するために必要な面積は小さくなる。出口プレナム５０４についてはその逆が当てはまる。詳細には、ヘッダ５００の上部では、少数の巻線／セパレータのみが出口プレナム５０４に流体を「戻す」が、ヘッダの底部５１２では、巻線／セパレータのほとんどまたはすべてから戻される流体を収容する必要があるため、出口プレナム５０４の断面積を増大させることが望ましい。

新しく、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃを参照すると、それぞれ図５の矢印Ａ、Ｂ及びＣによって示される位置でヘッダ５００の半径に沿って切り取られた断面が示されている。図６Ａでは、入口プレナム５０２の断面積は、出口プレナム５０４の断面積より大きい。文脈のために、巻線１１０（またはセパレータ３５０）を通る流体の流れが、図６Ａに、流体が出口通路５５０を介して入口プレナム５０２から出て、巻線１１０／セパレータ３５０を横断し、入口通路５５２を介して出口プレナム５０４に入ることを示す矢印によって示されている。

図６Ｂでは、入口プレナム５０２の断面積は、出口プレナム５０４の断面積とほぼ同じである。図６Ｃでは、入口プレナム５０２の断面積は、出口プレナム５０４の断面積より小さい。

本明細書に開示されるいずれの実施形態においても、巻線／セパレータに接続する多くのチャネルにおける均一な流量分布を促進するために、ヘッダにオリフィスプレートを追加することができる。このようなプレート７００の例は、図７Ａに示されており、これは、図７Ｂに示されるように入口ヘッダ５０２に配置される。

プレート７００には、１つまたは複数の穴７０２を形成することができる。プレート７００は、プレナムの一方または両方を２つの部分に分割するように、ヘッダ５００（または本明細書に開示される任意の他のヘッダ）に配置または形成することができる。図７Ｂに示すように、プレート７００は、入口プレナム５０２をプレナム入口側７１０とプレナム出口側に分割することができる。図示のプレート７００は、一定のサイズの穴７０２を有する。しかしながら、穴のサイズは円周方向に変化する可能性がある。つまり、図５の文脈では、穴のサイズは、プレート７００が配置されるヘッダの上部５１０から底部５１２まで変化し得る。

液体は、入口側７１０の入口プレナム５０２に入り、オリフィスプレート７００の穴７０２（複数可）を通って進む。ある実施形態では、液体は、プレナム出口側７１２で二相混合物として穴７０２から現れる。次に、二相混合物は巻線を冷却するために使用される通路に進む。通路は、巻線１１０の内側の通路３０４（図３Ａ）またはセパレータ３５２の通路３５６（図３Ｂ）を含み得るが、これらに限定されない。もちろん、混合物は、ステータ歯１０８（図２）などのステータの他の部分に形成された通路を通ることもできる。

上記説明では、ヘッダ４００／５００はほぼ同一平面上のプレナムを有するとして記載した。別の実施形態では、図８に示すように、ヘッダ８００は、２つの分離されたプレナムを含むように形成することができる。２つのプレナムは、入口プレナム要素８０２及び出口プレナム要素８０４と呼ばれる。図８では、入口プレナム要素８０２は出口プレナム部分８０４よりもステータ１０２に近いが、順序／相対位置は逆であってもよい。上記の説明と同様に、入口プレナム要素８０２に入る冷却剤は、それぞれ通路３０４、３５６によって巻線／セパレータの対（概してボックス１１０、３５０で示す）に供給される。一実施形態では、流体は巻線／セパレータを通り、通路３０４、３５６を通って出口プレナム要素８０４に戻される。入口プレナム要素８０２は、上述のプレート７００を含み得る。

図示のように、入口プレナム要素８０２と出口プレナム要素８０４は互いに間隔をあけて配置されているが、それらは互いに接触していてもよい。

さらに、ステータ１０２及びロータ（例えば、磁石保持構造１４６）に対するヘッダ８００の位置によって、ヘッダ８００が冷却剤をモータに供給するように、ヘッダ８００（または任意の他のヘッダ）がモータの隣に配置できることが明らかになり、したがって、モータと本明細書に開示の任意のヘッダの組み合わせは、モータアセンブリと呼ぶことができることに留意されたい。

本明細書に開示されるヘッダの前述の実施形態では、各巻線及び各セパレータがそれぞれ、ヘッダの個々の出口に直接接続されていると想定されている（例えば、各巻線／セパレータはヘッダへの出入りに固有のアクセスを有する）。以下の実施形態では、ヘッダの背面は、ヘッダの入口プレナムからの単一の排出及び出口プレナムへの単一の流入が、複数の巻線、巻線／セパレータの対、または巻線／セパレータの他の組み合わせのいずれかを冷却できるように、クロスオーバーチャネルを含み得る。

例えば、図９を参照すると、本明細書の任意のヘッダは、前面９００及び背面９０２を含み得る。背面９０２は、クロスオーバーセクション９１０を含んでよく、クロスオーバーセクション９１０は、例えば、巻き管３０４及びセパレータ管３５６を一緒に接続して、両方が入口プレナム５０２の背面で単一の排出によって供給できるようにする。このように、クロスオーバーセクションにより、単一の出口通路５５０が冷却剤を２つの場所（例えば、巻取り管３０４及びセパレータ管３５６）に供給することが可能になる。

図９では、管はそれぞれ「入る」と「出る」を示す「ｉ」と「ｏ」で示されている。適用すると、３０４ｉとマークされた管は冷たい冷却流体を巻線に運び、３０４ｏとマークされた管は加熱された冷却剤を巻線から運ぶ。セパレータ／歯の管にも同じことが当てはまる。

図示のように、入口クロスオーバー管９１０ｉは、巻き管３０４ｉ及びセパレータ管３５６ｉに取り付けることができる入口接続部９１２、９１４を接続する。冷却剤は矢印Ｉで示すように両方に入る。

冷却剤は巻線／セパレータを横断し、それぞれの巻線３０４ｏ及びセパレータ管３５６ｏに戻る。戻ってくる冷却剤の戻り流は、矢印Ｏで示されている。別のクロスオーバー９１０ｏは、管３０４０と３５６ｏを接続して、両方からの流体が出口プレナム５０４に戻るようにする。

配置されているように、巻線の「外側」部分はセパレータの内側部分と同時に冷却されて、クロスフロー冷却体制が形成される。

上記の教示はすべて、巻線とセパレータ／歯の様々な組み合わせに適用することができる。図１０は、ステータ／ロータの組み合わせの「背面」の斜視図を示す。図１０に示す組み合わせは、すべての実施形態に適用可能であり、冷却剤または他の冷却方法（例えば、ヒートパイプ）を実施することができるように、本明細書に開示されるヘッダのいずれかに近接して配置することができる。

簡潔にするために、図１０に示す組み合わせは、モータ１０００と呼ばれる。モータ１０００はステータ１００２を含む。ステータは、ステータコア１００４と、コア１００４によって支持または保持される１つまたは複数のステータ巻線１１００とを含む。図示のように、コア１００４は、個別のステータセグメント１００４ａから形成され、リングハブ１００６と、リングハブ１０６から外向きに延びる複数の歯１００８と組み合わされる。

モータ１０００はまた、ロータ１４００を含む。図示していないが、図１０に示されるロータは、回転軸を中心に回転するロータシャフトを含むことを理解されたい。ロータ１４００は、１つまたは複数の永久磁石１４８０を保持する。モータ１０００は上述のように動作する。

図１１をさらに参照し、構成されるように、ステータコア１００４は、リングハブ１００６と、リングハブ１００６から外向きに延びる複数の歯１００８とを含む。隣接する歯１００８は、１つまたは複数のステータ巻線を配置することができるステータスロット１０１２を形成する。すなわち、各スロットは、単一のステータ巻線１１００をその中に配置することができる、または図１０と以下のさらなる例に示すように２つ以上の巻線を含み得る。

巻線１１００は、上述のように冷却チャネルを含み得る。図１０に示すように、各巻線１１００はセパレータ１１５０によって互いに分離されている。これらのセパレータは、本明細書に記載されているような任意のセパレータであってよい。

図示のように、スロット１０１２には３つの巻線１１００がある。それぞれの巻線内には、１つまたは複数の流路を形成することができる。巻線ごとに可能な流路の様々な例が、各巻線のドットの数で示されている。実際には、巻線は典型的には同じ数のチャネルを含み、図１１は、単一の図で複数の可能性を示すために提示していることを理解されたい。さらに、一実施形態では、巻線は流路を含まなくてもよい。

図示のように、各巻線１１００は、セパレータ１１５０によって隣接する巻線から分離されている。任意選択で、各セパレータ１１５０は、巻線１１００と同様に流路を含み得る。したがって、図１１に基づいて、当業者は、（１）セパレータ１１５０と巻線１１００の両方が流路を含む構成、（２）巻線のみが流路を含む構成、（３）セパレータ１１５０のみが流路を含む構成の少なくとも３つの構成を実現するであろう。さらに、当業者は、流路を上記に開示したヘッダのいずれかに接続して、流路に冷却剤を供給できることを理解するであろう。

さらに、別の実施形態では、流路を冷却剤に利用することはできず、代わりに流路内にヒートパイプを備えることができる。例えば、ここで図１２を参照すると、サーマルスプレッダ１２０２とフローヘッダ１２０４の組み合わせであるヘッダ１２００を設けることができる。ヒートパイプ１２０６は巻線１１０内に延びており、熱をサーマルスプレッダに伝達することができる。巻線は、本明細書に開示される巻線のいずれかであってよい。

前述の実施形態では、ヘッダへの流れは軸方向Ｘであることが示されている（図２、４、及び５を参照）。他の流れ方向も考えられることに留意されたい。例えば、図１３は、ヘッダ１３００に対して接線方向に配置された入口１３０６及び出口１３０８を示す。（入口／出口以外の）ヘッダ１３００は、本明細書の任意のヘッダについて説明したのと同じ方法で形成することができる。

あるいは、図１４に示すように、入口１４０６と出口は垂直方向に向けられた流れを有することができる。（入口／出口以外の）ヘッダ１４００は、本明細書の任意のヘッダに関して説明したのと同じ方法で形成することができる。

本発明は、限りある数の実施形態のみに関連して詳細に説明したが、本発明がそのような開示の実施形態に制限されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまでに記載していないが、本発明の趣旨と範囲に一致する任意の数の変形、改変、置換、または同等の構成を組み込むように変更することができる。さらに、本発明の様々の実施形態を記載したが、本発明の態様は記載した実施形態の一部だけを含んでよいことも理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって制限されると見なすべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。

Claims (17)

1. ステータコアと、内部に形成された冷却剤通路を含む１つまたは複数の巻線とを含む電気機械用のヘッダであって、
   冷却剤を受け入れる入口と、
   前記冷却剤が前記ヘッダから出る出口と、
   前記入口に流体的に接続された入口プレナムと、
   前記入口プレナムから流体的に分離され、前記出口に流体的に接続された出口プレナムと、を備え、
   前記入口プレナムと前記出口プレナムはそれぞれ、前記ヘッダの底部と比較して、前記ヘッダの上部から異なる、変化する断面を有する、ヘッダ。
2. 前記入口プレナムと前記出口プレナムが同一平面上にある、請求項１に記載のヘッダ。
3. 前記入口プレナムと前記出口プレナムが並んで互いに平行に離間されている、請求項１に記載のヘッダ。
4. 前記入口は主入口であり、前記出口は主出口であり、前記ヘッダは前面と背面を含み、
   前記ヘッダはさらに、
   前記主入口に入る冷却剤が前記入口プレナム及び前記ヘッダから出ることができるように、前記ヘッダの背面に形成され、前記入口プレナムと流体連通する複数の出口通路と、
   前記出口通路を出てモータの一部を通過した冷却剤が前記出口プレナムに入ることができるように、前記ヘッダの背面に形成され、前記出口プレナムと流体連通する複数の入口通路と、
   を含む、請求項１に記載のヘッダ。
5. 前記入口プレナムが、前記入口プレナムをプレナム入口側とプレナム出口側とに分割する、内部に配置されたオリフィスプレートを含む、請求項４に記載のヘッダ。
6. 前記オリフィスプレートが複数の穴を含む、請求項５に記載のヘッダ。
7. 前記穴のサイズが、前記ヘッダの前記上部から前記ヘッダの前記底部まで変化する、請求項６に記載のヘッダ。
8. 冷却剤が、前記プレナム入口側で前記入口プレナムに受け入れられ、前記穴を通って、前記プレナム出口側に入り、前記出口通路を介して前記ヘッダから出る、請求項６に記載のヘッダ。
9. 前記複数の出口通路のうちの少なくとも１つが、第１のクロスオーバーセクションによって前記複数の出口通路のうちの別の１つの通路に接続されている、請求項４に記載のヘッダ。
10. 前記複数の入口通路のうちの少なくとも１つが、第２のクロスオーバーセクションによって前記複数の入口通路のうちの別の１つの通路に接続されている、請求項９に記載のヘッダ。
11. 前記入口及び前記出口が、前記ヘッダの軸方向に沿って冷却剤を受け取り、排出するように配置される、請求項１に記載のヘッダ。
12. 前記入口及び前記出口が、前記ヘッダの接線方向に沿って冷却剤を受け取り、排出するように配置される、請求項１に記載のヘッダ。
13. 前記入口及び前記出口が、前記ヘッダの垂直方向に沿って冷却剤を受け取り、排出するように配置される、請求項１に記載のヘッダ。
14. モータであって、
    ロータと、
    ステータと、
    ステータコアと、内部に形成された冷却剤通路を含む１つまたは複数の巻線とを含む電気機械用のヘッダであって、
    冷却剤を受け入れる入口と、
    前記冷却剤が前記ヘッダから出る出口と、
    前記入口に流体的に接続された入口プレナムと、
    前記入口プレナムから流体的に分離され、前記出口に流体的に接続された出口プレナムと、
    を備える前記ヘッダと、を備え、
    前記入口プレナム及び前記出口プレナムはそれぞれ、前記ヘッダの底部と比較して、前記ヘッダの上部から異なる、変化する断面を有し、
    前記ヘッダは、前記入口プレナムで受け取った冷却剤を前記モータに供給し、前記モータから前記出口プレナムに戻される冷却剤を受け取るように、前記モータに対して配置される、モータ。
15. 前記入口は主入口であり、前記出口は主出口であり、前記ヘッダは前面と背面を含み、
    前記ヘッダはさらに、
    前記主入口に入る冷却剤が前記入口プレナム及び前記ヘッダから出て、前記ステータの一部に冷却剤を供給できるように、前記ヘッダの背面に形成され、前記入口プレナムと流体連通する複数の出口通路と、
    前記出口通路を出て前記ステータの前記一部を通過した冷却剤が前記出口プレナムに入ることができるように、前記ヘッダの背面に形成され、前記出口プレナムと流体連通する複数の入口通路と、
    を備える、請求項１５に記載のモータ。
16. 前記ステータの前記一部がステータ巻線である、請求項１５に記載のモータ。
17. 前記ステータの前記一部が巻線セパレータである、請求項１５に記載のモータ。

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