JP7449592B2 - 軸方向磁束マシンの固定子の冷却機構 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、軸方向磁束マシン用の固定子の分野に関する。より具体的には、本発明は、そのような固定子を冷却するための冷却機構および冷却方法に関する。

軸方向磁束マシンは、様々な異なる用語の下で当技術分野で知られているタイプの電気機械である。特に、限定されないが、ヨークレスおよびセグメント化アーマチュア（ＹＡＳＡ）モータまたは発電機、ヨークレス軸方向磁束機、軸方向エアギャップ電子モータまたは発電機、軸方向磁束永久磁石機、または単に軸方向磁束マシンと称される。これらの用語は、そのような機械の特定の実施形態を示し得るが、以下の説明では、軸方向磁束マシンという用語が使用される。それにもかかわらず、軸方向磁束マシンの基本原理は引き続き適用可能であることが理解されよう。

基本原理は、概して、軸方向磁束マシンが、中心軸と同軸に配置された円板状またはリング状の回転子および固定子構造を備えることである。典型的には、固定子は、複数の固定子要素を含み、それぞれの固定子要素は、前記中心軸の周りに回転対称に配置されたコイルおよび強磁性コアを含み、回転子は、中心軸の周りを回転できるようにベアリングに取り付けられた永久磁石のセットを含む。動作条件に応じて、回転子は固定子から発生する磁場によって駆動されるため機械はモータとして動作するか、風車などの外力によって駆動されるため発電機として動作する。他の電気機械と比較して軸方向磁束マシンは、より高い電力密度を有する。換言すれば、それはより軽いマシンであるが、他のマシンと比較して同様のパワーを有している。

軸方向磁束マシンが作動すると、その固定子の内部で熱が放散される。安全上の理由だけでなく、機械の効率のためにも、熱を排出する必要がある。例えば、ＷＯ２０１０／０９２４００には、軸方向磁束マシンが２つの環状プレートおよび２つの円筒形壁を有する固定子ハウジングを含む固定子が開示されている。この環状プレートは、固定子要素のシューを受け入れるためのポケットを含み、固定子の２つのクラムシェルハウジングが一緒に組み立てられるときに、複数の固定子要素を配置するのに役立つ。さらに、組み立てられるときに、固定子ハウジングは、それらを冷却するために、非導電性液体などの冷却流体が固定子要素間の空間にポンプで送られることを可能にするポートを備えている。

したがって、放散された熱を排出するために、冷却流体は固定子を通してポンプで送られ、熱が吸収されると、冷却流体は排出される。しかしながら、欠点は、冷却流体が制御されない方法で固定子内を流れ、局所的な流れの渦を引き起こし、固定子に大きな温度勾配を引き起こす可能性があることである。これにより、専用スポットに熱が集中するなどの望ましくない状況が発生し、固定子の機能が低下する可能性がある。これは、冷却流体の非効率的な使用につながり、その結果、放散された熱を排出するための固定子の容量がより少なくなり、このため、電力および効率が低下する。同様の対応する欠点を伴う同様の解決策が、ＣＮ１０９４７４１１４に開示されている。

別の解決策は、ＤＥ１０２０１４２２１６４８に提示されている。それは、固定子と回転子との間のエアギャップに近い領域までの固定子コアの改善された冷却を目標とする、Ｌ字形またはＵ字形の断面を有する冷却チャネルの構成を開示する。この冷却チャネルの構成は、円周方向の２つのチャネルと、双方の円周方向チャネルを接続する半径方向のチャネルとを含む。冷却チャネルの配置は隣接しており、半径方向のチャネルは固定子のカバーの固定子の外面に配置されている。したがって、利用可能な冷却チャネルはコイルから完全に分離されており、冷却チャネルを流れる流体はコイルと接触しない。その結果、コイルの効率的な冷却が得られない。

したがって、本発明の目的は、上記の欠点を軽減し、改善された冷却システムを有する固定子を提供することである。

この目的は、第１の態様によれば、軸方向磁束マシン用の固定子によって達成され、この固定子は、
取り付けられたときに前記軸方向磁束マシンの回転軸に対応する中心軸と、
冷却流体を供給及び排出するための第１及び第２のポートと、
前記中心軸を中心に同軸に配置された内側構造、中間構造、及び外側構造と、
を備え、
前記中間構造が前記内側構造と前記外側構造との間に配置され、
前記外側構造が、冷却流体が前記中心軸を中心に接線方向に流れるように構成された外側冷却チャネルを備えており、
前記内部構造が、冷却流体が前記中心軸に対して接線方向に流れるように構成された内側冷却チャネルを備えており、
前記中間構造が、対称に配置された複数の固定子要素を備え、１つの固定子要素は、強磁性コアと、前記強磁性コアの周りに巻かれた複数のターンを備えるコイルとを備えており、
前記固定子は、さらに、前記固定子要素の間に配置された複数の案内壁をさらに備えており、これにより、流体通路を通って流れる流体を前記コイルに押し付けて強制的に流すように、前記外側冷却チャネル及び内側冷却チャネル間に流体通路を規定する。

固定子は、３つの主要部分、すなわち、内側構造、中間構造、および外側構造からなる。これらの３つのパーツは、共通の中心軸として取り付けられた場合、軸方向磁束マシンの回転軸の周りに同軸に配置される。より具体的には、内側構造は中心軸に最も近く配置され、外側構造は中心軸から最も離れて配置され、中間構造は内側構造と外側構造の間に配置される。

固定子は、冷却流体を供給および排出するための２つのポートをさらに備えている。例えば、第１のポートは冷却流体を固定子に供給し、第２のポートは冷却流体を固定子から排出する。第１のポートと第２のポートの機能を逆にすることもでき、すなわち、第１のポートは排出用であり、第２のポートは供給用となる。したがって、固定子は、冷却流体を固定子に循環させるための２つのポートをさらに備えることに留意されたい。循環は、さらに、外部ポンプによって駆動され、この場合、外部ポンプは固定子の一部を形成しない。第１および第２のポートは、固定子の異なる位置に配置することができ、これは、様々な実施形態によってさらに示されるであろう。

外側構造は、冷却流体が流れる外側冷却チャネルを含む。流れるときに、冷却流体は中心軸の周りを接線方向に流れ、これは、中心軸の周りの循環的な流れを表す。

内側構造は、同様に、冷却チャネル、内側冷却チャネルを含み、それを通って冷却流体が中心軸の周りを接線方向に流れ、これは、中心軸の周りの循環的な流れを表す。

中間構造は、複数の対称的に配置された固定子要素を含む。固定子要素は、強磁性コアと、強磁性コアの周りに巻かれた複数のターンとを含む。このようにして、ターンはコアに巻かれたコイルを形成する。したがって、強磁性コアとコイルは、軸方向磁束マシンに適した電磁石を形成する。

固定子は、それが複数の案内壁を含むという点でさらに特徴付けられる。案内壁は固定子要素の間にある。このようにして、複数の案内壁は外側と内側の冷却チャネル間の流体通路を規定する。これは、冷却流体が隣接する固定子要素の間を外側から内側の冷却チャネルに、またはその逆に流れ、それによって案内壁によって導かれることを意味する。

したがって、冷却流体は、中心軸の周りの接線方向に内側および外側冷却チャネルを通って流れる。次に、冷却流体は、内側及び外側冷却チャネル間の固定子を通って半径方向に流れるように強制される。この強制は、内側チャネルと外側チャネルの間で制御された方法で冷却流体を案内するように構成された案内壁によって達成される。

案内壁は、冷却流体の流体力学、外部ポンプの力によって加えられる流量、および冷却チャネルの寸法に適応するように設計されている。したがって、案内壁の形状とその材料は、リストされたこれらのパラメータに適合する。

案内壁はさらに、冷却流体を外側から内側の冷却チャネルに導くか、内側の冷却チャネルから外側冷却チャネルに導くか、又は、冷却流体を双方向に導くように適合され、これにより、流れの方向は、冷却流体と第１及び第２ポートの位置とに加えられる力によって決定される。これは、固定子のさまざまな実施形態によってさらに説明される。

さまざまな利点が確認されている。第一に、コイル間にスペースを備えた内側および外側冷却チャネルのみを提供する代わりに、案内壁は、冷却流体が内側チャネルと外側チャネルとの間で所定の方法で流れるように強制する。したがって、制御されていない冷却流体の流れに依存する代わりに、流れが強制され、それによって、固定子内の特定の位置での流体の経路および流動速度の双方を制御する。このようにして、冷却媒体流体の経路および速度を最適化して、固定子から最大量の熱を抽出することができる。

第二に、流れの経路と速度が制御されるため、冷却流体が固定子内にとどまる時間は、それに加えられる力によって同様に制御され得る。このようにして、その冷却能力の観点から冷却流体をこの時間に適合させることができ、そうでなければ、時間を冷却流体の冷却能力に適合させることができる。

第三に、固定子内の特定の位置での流体経路と速度が制御されるため、固定子の冷却も効率的に制御される。その利点は、熱集中が回避され、固定子内の温度勾配が所望のレベルに制限されることである。

案内壁は、流体通路を通って流れる流体をコイルに押し付けて強制的に流すように配置されている。これは、固定子要素の間を流れている間、流体をコイルのターンに沿ってコイルに押し付けて強制的に流すことを意味する。したがって、案内壁が内側チャネルと外側チャネルの間で冷却流体を案内するとき、冷却流体はさらにコイルに押し付けられ、それによってコイルと直接接触する流体の割合を増加させ、コイルと直接接触することなくコイルを通過する流体の割合を最小限に抑える。

したがって、当技術分野で知られている固定子の固定子要素間に存在するギャップのために、熱を吸収することができるポンプで送られる冷却流体のごく一部の代わりに、ギャップによってほとんどの流体が固定子要素間を制限なく通過し、必ずしもコイルと接触することなく、ガイド壁により、冷却流体のかなりの部分がコイルに押し付けられて流れるようになる。

軸方向磁束マシンが動作しているときに、電流がコイルを流れ、銅損のために熱が放散される。このため、コイルを冷却する必要がある。したがって、冷却流体をコイルに押し付けて強制的に流すことにより、コイルは効率的な方法で冷却される。

一実施形態によれば、各案内壁は、２つの隣接する固定子要素の間に配置され、半径方向に延在する。例えば、一実施形態では、案内壁は、半径方向に延びる細長い本体を有する。一実施形態では、固定子要素と案内壁は交互になり、すなわち、案内壁は、隣接する固定子要素の各対の間に存在する。案内壁は、中心軸を中心とした回転対称パターンに従って配置される。

一実施形態によれば、各案内壁は、２つの隣接する固定子要素の間に配置され、半径方向に延在する。例えば、ターンが、コイルの２つ以上の隣接して巻かれた連続ターン間の間隔を形成するように配置され、間隔が前記外側冷却チャネル及び内側冷却チャネル間の流体通路として半径方向チャネルを形成するように配置され、前記案内壁は、さらに、冷却流体が半径方向チャネルを通って強制的に流れるように構成される。

ターンが強磁性コアの周りに巻かれ、それによってコイルを形成するとき、ターンは、チャネルがコイルに形成されるように配置または構成される。これらのチャネル、半径方向チャネルは、冷却流体がその中に流れるようにさらに構成される。したがって、本明細書の続きでは、流体通路という用語は、半径方向チャネルを示すためにも使用される。さらに、案内壁は、冷却流体を案内するときに、冷却流体が半径方向チャネルに向かって、及び半径方向チャネルの内側に案内されるように構成されている。このようにして、冷却流体と接触するコイルおよびコアの表面積が拡大され、その結果、コイルおよび／または強磁性コアによって放散される熱は、さらに効率的な方法で排出される。

一実施形態によれば、ターンが、第２の端部よりも大きい第１の端部を備える先細状の断面を有し、前記半径方向チャネルがＶ字形の断面を備えるように前記ターンが巻かれたときに、前記第１の端部が前記強磁性コアに面する。

好適には、ターンは、一方の端部である第１の端部が反対側の端部である第２の端部よりも大きい先細状の断面を有する。したがって、断面の形状は、先細状、平坦状、または切頂である。換言すれば、先細の形状は、三角形またはＬ字形などの様々な形状を含み、それにより、側面間の角をさらに丸くする。ターンが巻かれ、それによって半径方向チャネルが形成されると、断面の大きい方の端である第１の端は強磁性コアの方を向き、小さい方の端である第２の端は強磁性コアの反対側を向く。このように、半径方向チャネルはＶ字形の断面を持する。Ｖ字形は、強磁性コアの円周から離れるときに半径方向チャネルの幅が大きくなることを意味する。このようにして、冷却流体と接触しているコイルの表面積がさらに拡大され、それにより、流体のコイルからの熱の伝達がさらに強化される。

冷却流体を供給および排出するための第１及び第２のポートが専用の場所に配置される、固定子の異なる実施形態について、次にさらに説明する。

一実施形態によれば、流体通路を通って流れる流体がすべて、前記外側冷却チャネルから前記内側冷却チャネルへ、またはその逆に流れるように、前記外側冷却チャネルが第１のポートを備え、前記内側冷却チャネルが第２のポートを備える。

したがって、第１のポートは、外側冷却チャネルに結合または接続される。この第１のポートを通して、冷却流体は、外側冷却チャネルに供給または排出さ得る。次に、第２のポートが内側冷却チャネルに結合される。第１のポートの機能、すなわち冷却流体の排出または供給に応じて、第２のポートの機能は補完的になる。したがって、第１のポートが冷却流体の供給に使用される場合、第２のポートは冷却流体を排出する。その逆も同様である。

冷却流体は、外側と内側の冷却チャネルの間を半径方向に流れる。冷却流体は、外側冷却チャネルから内側の冷却チャネルに、またはその逆に流れる。

第１のポートが冷却流体を供給するためのものである場合、冷却流体は外側冷却チャネルの固定子に入り、案内壁が冷却流体を内側の冷却チャネルに向けて案内する。次に、冷却流体は、内側の冷却チャネルに結合された第２のポートによって固定子から排出される。冷却流体が固定子内にあるとき、冷却流体はその中で放散された熱を吸収し、したがって熱は固定子から排出される。次に、冷却流体が再び固定子の外側で冷却されると、冷却流体は再び固定子に供給するのに適したものになる。すでに強調したように、冷却流体の供給は、内側の冷却チャネルを介して実行され、それを排出するために外側冷却チャネルに導かれる。

別の実施形態によれば、外側チャネルが仕切りを備え、これにより、第１の仕切られた外側チャネルの仕切られた外側チャネルを形成し、前記第１の仕切られた外側チャネルが前記第１のポートを備え、前記第２の仕切られた外側チャネルが前記第２のポートを備えており、これにより、前記流体通路ターンに従って配置され、流体が前記第１の仕切られた外側チャネルから前記内側冷却チャネルに流れる流体通路と、流体が前記内側冷却チャネルから前記第２の仕切られた外側チャネルに流れる流体通路とを備える。

仕切りは、外側チャネルを２つの隣接する外側チャネル、つまり第１と第２の仕切られた外側チャネルに分割する。次に、第１および第２のポートは、それぞれ、第１および第２の仕切られた外側チャネルに接続または結合される。内側チャネルには、ポートが接続も結合もされていない。

第１のポートに冷却流体が供給され、第２のポートを介して冷却流体が排出される。すでに強調したように、ポートの機能を逆し得る。ここでは、第１のポートが供給ポートとして機能している実施形態について説明する。

冷却液は、第１のポートから供給され、第１の仕切られた外側チャネルを介して固定子に入る。次に、案内壁は、中間構造を通って冷却流体を内側冷却チャネルに案内する。

内側の冷却チャネルは冷却流体を受け、次に、案内壁が流体を中間構造を通して第2の仕切られた外側チャネルに導く。したがって、冷却流体は、第１の仕切られた外側冷却チャネルから中間構造を通って内側冷却チャネルに到達し、再び第２の仕切られた外側冷却チャネルに戻る経路をたどる。

冷却流体が同じ流体通路内で２つの反対方向に中間構造を通って案内されることを回避するために、案内壁はさらに、回転対称パターンに沿って半径方向に交互の方向に冷却流体を案内するように構成される。例えば、中間構造を通る隣接する流体通路は、それぞれ第１及び第２の仕切られた外側冷却チャネルに結合された交互な方法で端部が外側冷却チャネルに向いている。このようにして、それぞれ、第１の仕切られた外側冷却チャネルを内側冷却チャネルに接続し、第２の仕切られた外側冷却チャネルを内側冷却チャネルに接続する流体通路の交互のパターンが生じる。

一実施形態によれば、中間構造が、さらに、前記固定子の外面をシールするように配置された環状カバーを備える。

冷却流体が固定子内に留まるようにするために、中間構造は、固定子の外面をシールする環状カバーでさらに覆われている。この環状カバーは、完全な一体性を構成する。代替的に、環状カバーは、一緒に環状カバーを形成する複数の構造要素を含んでいる。次に、構造要素が外面に配置され、それによって環状カバーを構成する。

一実施形態によれば、外側構造が、前記外側構造を形成するように構成された複数の構造モジュールを備える。

外側冷却チャネルを含む外側構造は、仕切られているかどうかにかかわらず、複数のビルディングブロック、構造モジュールから構成することができ、これらは、一緒に結合および／または接続することができ、それによって外側構造を含む。

一実施形態によれば、案内壁が電気絶縁材料を備える。

電気絶縁材料を使用することにより、軸方向磁束マシンで使用する場合、案内壁が固定子の機能に影響を与えることはない。さらに、これはその安全性を高める。

案内壁は、例えばポリマーを含む。これもまた、固定子の重量を減らすため、利点である。

一実施形態によれば、案内壁は、約０．１ｍｍから約１．０ｍｍ、好ましくは約０．５ｍｍの厚さを有する。

第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による固定子を含む軸方向磁束マシンに関する。

第３の態様によれば、本発明は、第１の態様による軸方向磁束マシンの固定子を冷却するための方法に関し、この方法は、
冷却流体を、前記中心軸を中心に、前記外側冷却チャネル及び前記内側冷却チャネルを通して接線方向に流すステップと、
前記冷却流体を、前記案内壁によって規定された前記流体通路を通して前記外側冷却チャネル及び前記内側冷却チャネル間に流すことにより、前記コイルに押し付けて強制的に流すステップと、
を備える。

いくつかの例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態による軸方向磁束機の固定子を示している。 図２は、外側冷却チャネルを含む説明のために、断面が開いた軸方向磁束機の固定子を示している。 図３は、仕切られた外側冷却チャネルを含む説明のために、断面が開いた軸方向磁束機の固定子を示している。 図４は、環状カバーを含む説明目的で断面が開いている軸方向磁束機の固定子を示している。 図５は、強磁性コアに巻かれたターンを示しており、ターンは放射状チャネルを形成している。 図６は、外側冷却チャネルを含む実施形態による、固定子内の冷却流体の流れの経路を示している。 図７は、仕切られた外側冷却チャネルを含む一実施形態による、固定子内の冷却流体の流れの経路を示している。 図８は、供給および排出ポートの概略図を備えた外側冷却チャネルを含む一実施形態による、固定子内の冷却流体の流れの経路を示している。 図９Ａは、Ｖ字形の断面を有するターンを含む固定子要素を示す。図９Ｂは、Ｖ字形の断面を含むターンの詳細図を示す。

図１には、軸方向磁束機の固定子が示されている。固定子１００は、固定子１００が軸方向磁束機の中に取り付けられたときの軸方向磁束機の中心軸に対応する中心軸１０３を備える。固定子１００は、外側構造１０１、内側構造１０２、および中間構造１０６をさらに含む。中間構造１０６は、固定子要素１０５などの複数の対称的に配置された固定子要素を含む。固定子要素１０５は、図５にさらに示されている。固定子要素１０５は、強磁性コア５００と、強磁性コア５００の周りに巻かれたターン５０１～５０４とを含み、それによって電磁石を形成する。固定子１００は、案内壁１０４などの案内壁をさらに備える。図１の実施形態では、案内壁１０４は、半径方向に延びる細長い形状を有する。さらに、案内壁１０４は、隣接する固定子要素１０５の各対の間に配置される。 。

図２では、説明の目的で、開放部分を備えた固定子２００がさらに示されている。この例示的な図では、外側構造１０１が外側冷却チャネル２０１を含み、内側構造１０２が内側冷却チャネル２０２を含むことが観察される。外側２０１および内側２０２の冷却チャネルの双方が、中心軸１０３の周りに接線方向に延在し、冷却流体が中心軸１０３の周りに接線方向に流れるように配置されている。案内壁１０４はさらに、冷却流体が中間構造１０６を通って外側１０１と内側１０２の構造との間を流れて固定子要素１０５、特にそのターン５０１～５０４を冷却するように配置される。ここで、冷却流体がたどる経路を図６を参照してさらに説明する。

図６には、図２の実施形態に係る固定子２００内の冷却流体の流れの通路または経路が示されている。冷却流体がたどる経路は、外側冷却チャネル２０１の線６００、中間構造１０６の線６０２および６０３などの矢印を含む線で示されている。この実施形態では、冷却流体は供給ポートを介して外側冷却チャネル２０１に供給される。この供給ポートは図示されていないが、供給ポートは、軸方向磁束機の固定子に冷却流体を供給するための当技術分野で知られているポートであることを理解されたい。

冷却流体は、外側冷却チャネル２０１に供給され、ライン６００に示すように、ステータ１００、２００の中心軸１０３を中心に外側冷却チャネル２０１内を接線方向に循環する。冷却流体が外側２０１と内側２０２の冷却チャネルの間の流体通路６１０などの流体通路を通過するとき、案内壁１０４などの案内壁は、固定子要素１０５のターン５０１～５０４に対して冷却流体を中間構造１０６に案内する。これが、線６０２及び６０３によって示されている。これは、図５を参照してさらに説明される。

強磁性コア５００および強磁性コア５００の周りに巻かれたターン５０１～５０４に加えて、固定子要素１０５は、ラジアルチャネル５１０～５１２を備える。ラジアルチャネル５１０～５１２は、ターン５０１～５０４の配置によって生じる。ラジアルチャネル５１０～５１２は、冷却流体が流れる外側チャネル２０１と内側チャネル２０２との間に流体通路を形成する。

放射状チャネル５１０～５１２の形状は、Ｖ字形、長方形、三角形、切頂、または流体通路として使用するのに適した他の任意の形状であり得る。さらに、ラジアルチャネル５１０～５１２の形状は、ターン５０１～５０４の断面の形状、およびターン５０１～５０４が強磁性コア５００の周りに巻かれる方法によって決定されることを理解されたい。次に、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、ラジアルチャネルをさらに説明する。

図９Ａには、中間構造１０６の断面が示されている。図示の断面９００は、２つの固定子要素を含み、各固定子要素は、一組のターンと、固定子要素のコイルとの間の案内壁１０４とを含む。この図は、図４を参照してさらに説明される、上側および下側にシーリング４０１をさらに含む。図９Ａの右側に示されているターン９０１は、ここで、詳細Ａ９０２を参照して説明されており、図９Ｂにさらに示されている。ラジアルチャネル９０４はＶ字形であり、外側構造２０１と内側構造２０２との間で冷却流体を案内するように構成されている。Ｖ字形の端部の幅９０５は、ターン９０１の寸法によって決定される。ターン９０１は、その上部９０６でさらに丸みを帯びており、それにより、鋭いエッジを回避する。これは、固定子１００が組み立てられるときにガイド壁１０４を損傷するリスクを低減する。さらに、ラジアルチャネル９０４をＶ字形に成形することにより、ターンを冷却するための表面が拡大され、それにより、固定子要素１０５およびそのターン５０１～５０４を冷却する効率が向上する。

再び図６を参照すると、冷却流体は、ガイド壁１０４によって、流体通路６１０を通ってターン５０１～５０５に対して導かれ、その結果、冷却流体は、半径方向チャネル５１０～５１２を通って内側冷却チャネル２０２に流れる。冷却流体がラジアルチャネル５１０～５１２を通って流れるとき、それは、固定子１００、２００が軸方向磁束機、特にそのターン５０１～５０５で動作するときに放散される固定子要素１０５から熱を吸収する。

次に、冷却流体は、矢印６０１によって示される内側冷却チャネル２０２に収集される。したがって、内側冷却チャネル２０２内の冷却流体は、外側冷却チャネル２０１内の冷却流体と比較してより高い温度を有する。次に、排水ポートによって内側冷却チャネル２０２から排出される。

循環の方向も逆にすることができ、すなわち、内側冷却チャネル２０２から通路５１０～５１２を通って外側冷却チャネル２０１に至る。しかしながら、機能は、図示された実施形態と同様であることを理解されたい。

冷却流体の流れの方向は、図８にさらに概略的に示されている。符号８００は、外側冷却チャネル２０１の供給ポートを示し、符号８０１は、内側冷却チャネル２０２の排出ポートを示す。したがって、図８は、冷却流体が外側冷却チャネル２０１から中間構造１０６を通って内側冷却チャネル２０２に流れる実施形態を示している。符号８０２は、冷却流体が中心軸１０３の周りを接線方向に流れる外側冷却チャネル２０１を示している。そして、冷却流体は、中間構造１０５を通って８０４を流れ、内側冷却チャネル８０３に入る（線８０８）。

別の実施形態によれば、冷却流体はまた、外側冷却チャネル２０１から内側冷却チャネル２０２に、またはその逆に流れる経路とは別の経路をたどる。その他の実施形態は、図３および図７を参照して説明される。

図３には、固定子３００の実施形態が示され、これにより、外側冷却チャネルは、仕切り３０３を介して２つの外側冷却チャネル３０１および３０２に仕切られる。内側冷却チャネル２０２は１つの仕切りを含み、これは図２に示される実施形態の内側冷却チャネル２０２に対応する。この実施形態３００では、供給ポートおよび排水ポートは、第１の外側冷却チャネル３０１および第２の外側冷却チャネル３０２にそれぞれ接続されている。

この実施形態３００の説明の続きにおいて、冷却流体を供給するための供給ポートは、第１の外側冷却チャネル３０１に接続され、排出のためのポートは、第２の外側冷却チャネル３０２に接続されると考えられる。 しかしながら、ポートの接続を逆にすることができることに留意されたい。

冷却流体がたどる経路は、図７を参照してさらに説明される。冷却流体は、供給ポート７００を通って固定子３００に入る。次に、冷却流体は、中間構造１０６を通って内側冷却チャネル２０２に向かって流れる。この実施形態３００では、第１の外側冷却チャネル３０１は、中間構造１０６の流体通路に交互に接続されたパターンを通る。したがって、冷却流体が第１の外側冷却チャネル３０１に入るとき、冷却流体は、流体通路７１０～７１１および７１２～７１３を通って内側冷却チャネル２０２に流れる。したがって、７１０～７１１および７１２～７１３などの流体通路の交互のパターンが存在する。次に、内側冷却チャネル２０２内の冷却流体は、通路７２０～７２１および７２２～７２３を介して第２の外側冷却チャネル３０２に流れる。したがって、固定子の周囲にわたって、第１の外側冷却チャネル３０１を内側冷却チャネル２０２に接続し、内側冷却チャネル２０２を第２の外側冷却チャネル３０２に接続する交互の方法である流体通路のパターンが生じる。

ここで、図４を参照すると、実施形態２００および実施形態３００に係る固定子は、環状カバー４０１によって覆われている。環状カバー４０１は、固定子要素１０５を保護するだけでなく、冷却流体が固定子内に留まり、流体通路が十分に密閉される確実にする。したがって、環状カバー４０１は、図９Ａに示すように、ガイド壁に結合または接続される。環状カバー４０１は、カバー全体で作ることができ、またはパーティションまたは構築モジュールでできて、カバー４０１から固定子の外面を覆う。固定子のすべての外面が密封されるように、固定子の両側にシールカバー４０１が配置されている。

本発明は特定の実施形態を参照することによって例示されてきたが、本発明が上述の例示的な実施形態の詳細に限定されず、本発明が、その範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正で具体化され得ることは当業者には明らかであろう。したがって、本実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、上述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、したがって、特許請求の範囲の意味および同等性の範囲内にあるすべての変更は、そこに含まれることが意図されている。換言すれば、基本的な基礎原理の範囲内にあり、本質的な属性が本特許出願で主張されているいくつかの及びすべての修正、変形、または同等物をカバーすることが意図されている。さらに、本特許出願の読者は、「含んでいる」または「含む」という用語が他の要素またはステップを除外しないこと、「１つの」または「１つの」という用語が複数を除外しないこと、およびコンピュータシステム、プロセッサ、または別の統合ユニットなどの単一の要素は、特許請求の範囲に記載されたいくつかの手段の機能を果たすことを理解するであろう。請求項内の参照番号は、関連するそれぞれのクレームを限定するものとして解釈されないものとする。明細書または特許請求の範囲で使用される場合、「第１の」、「第２の」、第３の」、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」などの用語は、類似の要素またはステップを区別するために導入され、必ずしも連続的または時系列の順序を記述しているわけではない。同様に、「上」、「下」、「上方」、「下方」などの用語は、説明の目的で導入されており、必ずしも相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、他の順序で、または上記で説明または図示されたものとは異なる方向で本発明に従って動作することができることに留意されたい。

Claims (14)

1. 軸方向磁束マシンための固定子（１００）であって、
   取り付けられたときに前記軸方向磁束マシンの回転軸に対応する中心軸（１０３）と、
   冷却流体を供給及び排出するための第１及び第２のポートと、
   前記中心軸（１０３）を中心に同軸に配置された内側構造（１０２）、中間構造（１０６）、及び外側構造（１０１）と、
   を備え、
   前記中間構造（１０６）が前記内側構造（１０２）と前記外側構造（１０１）との間に配置され、
   前記外側構造（１０１）が、冷却流体が前記中心軸（１０３）を中心に接線方向（６００）に流れるように構成された外側冷却チャネル（２０１、３０１－３０２）を備えており、
   前記内側構造（１０２）が、冷却流体が前記中心軸（１０３）に対して接線方向（６０１）に流れるように構成された内側冷却チャネル（２０２）を備えており、
   前記中間構造（１０６）が、前記中心軸（１０３）の周りに周方向に配置された複数の固定子要素（１０５）を備えており、前記固定子要素（１０５）の配置は前記中心軸（１０３）に関して回転対称であり、１つの固定子要素は、強磁性コア（５００）と、前記強磁性コア（５００）の周りに巻かれた複数のターン（５０１～５０４）を備えるコイルとを備えており、
   前記固定子（１００）は、さらに、複数の案内壁（１０４）をさらに備えており、各案内壁（１０４）は、２つの隣接する固定子要素の間に位置し、これにより、流体通路（６１０、７１０－７１１、７２０－７２１）を通って流れる流体を前記コイルに押し付けて強制的に流すように、前記外側冷却チャネル（２０１、３０１－３０２）及び内側冷却チャネル（２０２）間に流体通路（６１０、７１０－７１１、７２０－７２１）を規定することを特徴とする固定子。
2. 請求項１に記載の固定子（１００）において、
   前記案内壁（１０４）のそれぞれが、２つの隣接する固定子要素の間に配置され、半径方向に延在することを特徴とする固定子。
3. 請求項１又は２に記載の固定子（１００）において、
   前記ターン（５０１～５０４）が、コイルの２つ以上の隣接して巻かれた連続ターン間の間隔を形成するように配置され、間隔が前記外側冷却チャネル（２０１、３０１－３０２）及び内側冷却チャネル（２０２）間の流体通路として半径方向チャネル（５１０～５１２）を形成するように配置され、
   前記案内壁（１０４）は、さらに、冷却流体が前記半径方向チャネル（５１０～５１２）を通って強制的に流れるように構成されることを特徴とする固定子。
4. 請求項３に記載の固定子（１００）において、
   前記ターン（５０１～５０４）が、第２の端部よりも大きい第１の端部を備える先細状の断面を有し、前記半径方向チャネルがＶ字形の断面を備えるように前記ターンが巻かれたときに、前記第１の端部が前記強磁性コアに面することを特徴とする固定子。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の固定子（１００）において、
   前記流体通路（６１０）を通って流れる流体がすべて、前記外側冷却チャネル（２０１）から前記内側冷却チャネル（２０２）へ、またはその逆に流れるように、前記外側冷却チャネル（２０１、３０１－３０２）が第１のポートを備え、前記内側冷却チャネル（２０２）が第２のポートを備えることを特徴とする固定子。
6. 請求項１～４のいずれか一項に記載の固定子（１００）において、
   前記外側冷却チャネル（３０１－３０２）が仕切り（３０３）を備え、これにより、第１の仕切られた外側冷却チャネル（３０１）および第２の仕切られた外側冷却チャネル（３０２）を形成し、
   前記第１の仕切られた外側冷却チャネル（３０１）が前記第１のポートを備え、前記第２の仕切られた外側冷却チャネル（３０２）が前記第２のポートを備えており、これにより、前記流体通路（７１０－７１１、７２０－７２１）が交互のパターンに従って配置され、流体が前記第１の仕切られた外側冷却チャネル（３０１）から前記内側冷却チャネル（２０２）に流れる流体通路（７１０－７１１）と、流体が前記内側冷却チャネル（２０２）から前記第２の仕切られた外側冷却チャネル（３０２）に流れる流体通路（７２０－７２１）とを備えることを特徴とする固定子。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の固定子（１００）において、
   前記中間構造（１０６）が、さらに、前記固定子（１００）の外面をシールするように配置された環状カバー（４０１）を備えることを特徴とする固定子。
8. 請求項７に記載の固定子（１００）において、
   前記環状カバー（４０１）が、前記環状カバー（４０１）を形成するように構成された複数の構造要素を備えることを特徴とする固定子。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の固定子（１００）において、
   前記外側構造（１０１）が、前記外側構造（１０１）を形成するように構成された複数の構造モジュールを備えることを特徴とする固定子。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の固定子（１００）において、
    前記案内壁（１０４）が電気絶縁材料を備えることを特徴とする固定子。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の固定子（１００）において、
    前記案内壁は、約０．１ｍｍから約１．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする固定子。
12. 請求項１１に記載の固定子（１００）において、
    前記案内壁は、約０．５ｍｍの厚さを有することを特徴とする固定子。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の固定子（１００）を備える軸方向磁束マシン。
14. 軸方向磁束マシンのための固定子（１００）を冷却する方法において、前記固定子は、請求項１～１２のいずれか一項に記載の固定子であり、
    冷却流体を、前記中心軸（１０３）を中心に、前記外側冷却チャネル（２０１、３０１－３０２）及び前記内側冷却チャネル（２０２）を通して接線方向に流すステップと、
    前記冷却流体を、前記案内壁（１０４）によって規定された前記流体通路（６１０、７１０－７１１、７２０－７２１）を通して前記外側冷却チャネル（２０１、３０１－３０２）及び前記内側冷却チャネル（２０２）間に流すことにより、前記コイルに押し付けて強制的に流すステップと、
    を備えることを特徴とする方法。

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