JP7528376B2 - 巻線ステータの液体冷却を備えた電気モータ - Google Patents

Description

本発明は、概して、輸送機関用の電気モータに関し、より詳細には、いくつかの例において、航空分野における新規かつ有用な航空機用電気モータに関する。

任意の特定の構成要素または動作の説明を容易に識別するために、参照番号における最上位の数字は、その構成要素が最初に導入された図番号を指す。
いくつかの例による、モータの斜視図を横断する部分断面図である。 いくつかの例による、図１のモータのヨークおよびロータ本体の平面図である。 いくつかの例による、モータのヨークのセグメントの斜視図である。 いくつかの例による、モータのヨークのセグメントの斜視断面図である。 いくつかの例による、モータ内に冷却剤をルーティングするための環状バッフルの部分的に半透明の斜視図である。 図４の環状バッフルを含むセグメントの斜視図である。 いくつかの例による、流入口および流体チャネルを示すモータのステータの斜視図である。 いくつかの例による、図１のモータの電気バスの切欠き斜視図である。 いくつかの例による、モータのヨークの斜視図である。 いくつかの例による、図７に図示したチャネルから冷却剤が流入するときの、界磁コイルの端部の周囲の冷却剤の流れを示す図である。 いくつかの例による、ステータの歯間の冷却剤の軸方向の流れを示す図である。 いくつかの例による、冷却剤が歯間の軸方向冷却チャネルを流出するときの、界磁コイルの端部の周囲の冷却剤の流れを示す図である。 いくつかの例による、冷却剤が軸方向冷却チャネルを流出して、モータの電気バスを通過するときの冷却剤の流れを示す図である。 いくつかの例による、冷却剤が環状領域７０６に流入してからモータの電気バスを流出するまでの、ヨークを通過する冷却剤の流れを示す図である。

いくつかの例では、電気モータは、ロータおよびステータを含む。ステータは、ヨークと、ヨークに取り付けられ、かつモータの回転軸に実質的に平行に整列された複数の歯であって、各歯がヨークに隣接する第１の径方向端部とヨークから延在する第２の径方向端部とを含んでいる、複数の歯と、複数の界磁コイルであって、各界磁コイルが歯の周囲に巻回されている、複数の界磁コイルと、隣接する界磁コイルの間に形成された第１の冷却剤チャネルと、隣接する界磁コイルの間および隣接する歯の第１の径方向端部間に形成された第２の冷却剤チャネルとを含む冷却剤循環経路と、を含む。

複数の歯は、第１の軸方向端部および第２の軸方向端部を含み得、モータは、歯の第１の軸方向端部にある径方向バッフル（ｒａｄｉａｌ ｂａｆｆｌｅ）をさらに含み得る。また、電気モータは、隣接する界磁コイル間および隣接する歯の第２の径方向端部間に形成された第３の冷却剤チャネルをさらに含み得る。軸方向バッフル（ａｘｉａｌ ｂａｆｆｌｅ）は、第３の冷却剤チャネルを部分的に形成し得る。また、電気モータは、複数のバスリングを含む電気バスをさらに含み得、冷却剤循環経路は複数のバスリングを通過している。

径方向バッフルは、使用時に、歯の第１の軸方向端部と、対応する界磁コイルとの間に冷却剤の流れを誘導し得る。また、複数の歯の第１の軸方向端部の周囲又は第２の軸方向端部の周囲にある環状バッフルが設けられてもよく、環状バッフルは、使用時に、複数の界磁コイルの外側端部の周囲に冷却剤の流れを誘導する。

複数の歯は、周方向フランジを含み得、軸方向バッフルは、隣接する歯の周方向フランジによって部分的に保持される。
いくつかの例では、ステータは、ヨークと、モータの回転軸に実質的に平行に整列された複数の歯であって、各歯がヨークに隣接する第１の径方向端部とヨークから延在する第２の径方向端部とを含んでいる、複数の歯と、複数の界磁コイルであって、各界磁コイルが歯の周囲に巻回されている、複数の界磁コイルと、界磁コイルの下方において隣接する歯の第１の径方向端部の間に形成された第１の冷却剤チャネルと、界磁コイルの上方において隣接する歯の第２の径方向端部間に形成された第２の冷却剤チャネルとを含む冷却剤循環経路と、を含む。第３の冷却剤チャネルも、隣接する界磁コイル間に形成され得る。軸方向バッフルは、第３の冷却剤チャネルを部分的に形成し得る。

また、電気モータは、複数の歯の軸方向端部の周囲にある環状バッフルをさらに含み得、環状バッフルは、使用時に、複数の界磁コイルの外側端部の周囲に冷却剤の流れを誘導する。複数のバスリングを含む電気バスが設けられ得、冷却剤循環経路は複数のバスリング間を通過している。

複数の歯は、第１の軸方向端部および第２の軸方向端部を含み得、径方向バッフルが歯の第１の軸方向端部に設けられ得る。径方向バッフルは、使用時に、歯の第１の軸方向端部と、対応する界磁コイルとの間に冷却剤の流れを誘導し得る。

また、ロータおよびステータを含む電気モータを冷却する方法であって、ステータがヨークと、モータの回転軸に実質的に平行に整列された複数の歯であって、各歯がヨークに隣接する第１の径方向端部とヨークから延在する第２の径方向端部とを含んでいる、複数の歯と、複数の界磁コイルであって、各界磁コイルが歯の周囲に巻回されている、複数の界磁コイルと、を含んでおり、方法は、隣接する界磁コイルの間に形成された第１の冷却剤チャネルと、隣接する界磁コイル間および隣接する歯の第１の径方向端部間に形成された第２の冷却剤チャネルと、を含む冷却剤循環経路を通過するように冷却剤を循環させるステップを含む、方法が提供される。方法は、隣接する界磁コイル間および隣接する歯の第２の径方向端部間に形成された第３の冷却剤チャネルを通過するように冷却剤を循環させるステップをさらに含み得る。

モータは、複数のバスリングを含む電気バスを含み得、方法は、複数のバスリング間で冷却剤を循環させるステップをさらに含む。方法は、歯の軸方向端部と、対応する界磁コイルとの間で冷却剤を循環させるステップと、対応する界磁コイルの外側端部を超えて冷却剤を循環させるステップとをさらに含み得る。

他の技術的特徴は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲から当業者には容易に明らかになり得る。
図１は、いくつかの例によるモータ１００の斜視図を横断する部分断面図である。モータ１００は、ステータ１０４の周囲にあるロータ１０２を含む。ロータ１０２は、ロータ本体１０６と、複数の磁石１０８とを含む。ステータ１０４は、ステータハウジング１１０と、複数の歯１１４を支持するヨーク１１２とを含み、複数の歯１１４の周囲には界磁コイル１１６が巻回されている。また、ステータは、界磁コイル１１６におよび界磁コイル１１６から電流をルーティングするための電気バス１１８を含む。以下で説明するように、ステータ１０４は、使用時に界磁コイル１１６および電気バス１１８を冷却するために冷却剤を循環させることができる様々な冷却チャネルをも含む。冷却剤チャネルは、冷却剤チャネルを通して冷却剤を循環させるためのポンプ（図示せず）、ならびにラジエータ（図示せず）または他の熱伝達デバイスに連結され得る。

また、ヨーク１１２上には、前壁１２０および後壁１２２が設けられており、これらは、冷却剤が界磁コイル１１６および電気バス１１８の周囲の領域から流出したり流入したりする際に冷却剤を保持する役割を果たす。単に便宜上、電気バス１１８を有するモータ１００の側は、本明細書では後側として参照される。

ロータ１０２は、ハブ１２４に連結されており、ハブ１２４は、軸受１２６を介してステータ１０４に回転可能に連結されている。ハブ１２４は、シャフトまたはプロペラハブなどの被駆動構部品に連結されており、ステータは、ハウジング（図示せず）を介して、機体、ナセル構造、またはチルト機構などの支持構造に連結されている。

ステータ１０４は、磁界を発生させる機能を有する。磁界とロータ１０２の磁石１０８との相互作用は、ハブ１２４を介して被駆動構部品に作用するモータトルクを生成する。
ヨーク１１２は、歯１１４および界磁コイル１１６を構造的に支持するとともに、歯１１４および界磁コイル１１６をステータハウジング１１０に取り付けるように機能する。追加的に又は代替的に、ヨーク１１２は、冷却剤のルーティングの一部を閉鎖するように機能することができる。ヨーク１１２は、図示の例では円筒状であり、かつステータハウジング１１０の径方向外側に配置されている。ヨーク１１２は、接着剤（例えば、エポキシ）によってステータハウジング１１０の外周面（外径）においてステータハウジング１１０に取り付けられ、機械的応力（例えば、圧入、スリーブの機械的予荷重など）によって保持され、機械的に締結され、かつ／または他の方法でステータハウジングに取り付けられ得る。ヨーク１１２は、一体構造とすることができ、かつ／または複数の層状部品から組み立てることができる。特定の例では、ヨーク１１２は、複数のシート金属部品を積層し、接着剤（例えば、エポキシ）を使用してそれらを一緒に貼り合わせることによって形成される。ヨーク１１２は、好ましくは、鉄金属（例えば、鋼など）で形成されるが、追加的に又は代替的に、非鉄金属及び／又は他の適切な材料で形成することができる。

変形形態では、ヨーク１１２は複数の溝を含むことができ、各溝は、歯１１４の基部と噛み合うか、または歯１１４の基部を取り付けるように構成される。溝は、好ましくは、ヨーク１１２の径方向外側の外周面に配置され、ヨーク１１２の円筒形の外面に沿って軸方向に延在する。溝は、好ましくは、（界磁コイルの数および配置に対応して）中心軸の周囲に均一な放射状の間隔を有するが、他の方法で適切に構成することもできる。溝は、Ｖ字型にすることができるか、またはそれ以外に歯を溝内に組み付けることができるように構成することができる。第１の例では、溝はオーバーハングを含まず、溝内への歯の放射状の挿入／組み立てを可能にする。第２の例では、溝はオーバーハング（例えば、歯の放射状の挿入を妨げる）を含み、溝内への歯の軸方向の挿入を必要とする。代替的に、歯１１４は、ヨーク１１２と一体的に形成することができ、かつ／またはそれ以外にヨーク１１２に適切に取り付けることができる。

界磁コイル１１６を保持するように機能する歯は、ヨーク１１２に一体化することができ、かつ／またはヨーク１１２から分離することができる（例えば、ヨークに機械的に接合される）。歯１１４は、ヨーク１１２と同じ材料とすることができ、かつ／またはヨーク１１２とは異なる材料で形成することができる。各歯１１４は、一体構造とすることができ、かつ／または複数の層状部品から組み立てることができる。特定の実施形態では、各歯１１４は、接着剤（例えば、エポキシ）を使用して一緒に貼り合わせることができる複数のシート金属部品を積層することによって形成される。歯１１４は、好ましくは、鉄金属（例えば、鋼など）で形成されるが、追加的に又は代替的に、非鉄金属及び／又は他の適切な材料で形成することができる。各歯１１４は、好ましくは、歯１１４の本体の外側縁部において周方向に反対向きに延在するフランジを有する「Ｔ」形状であり、歯の本体は、ヨーク１１２の放射状の周面上の溝の基部と噛み合う／接合するように構成された根部で終端している。歯１１４のフランジは、界磁コイル１１６を径方向に保持することができ、歯１１４の本体は、界磁コイル１１６を軸方向および／またはモータの軸を中心とした回転方向に保持する。

電気バス１１８は、界磁コイル１１６のサブセットを電気的に接続し、かつ／または界磁コイル１１６間の電力をルーティングするように機能する。電気的なバス接続は、モータの任意の適切な電力構成を実現することができる。モータは、好ましくは、ＡＣ電源入力によって電力供給されるが、代替的に、ＤＣ電源入力によって電力供給することができる（例えば、一体型のインバータを備えたブラシレスＤＣモータ）。より好ましくは、ＡＣ電源入力は３相であるが、追加的に又は代替的に、単相、２相、６相、９相、多相とすることができ、及び／又は任意の適切な数の電気相を含むことができる。

第１の変形形態（「二重巻線変形形態」）では、電気バス１１８は、好ましくは、界磁コイルを第１および第２の組の巻線（例えば、２組の３相巻線）に細分し、これらの巻線は、別々に電力供給され、かつ／または別々にモータ１００の回転を駆動することができる。好ましくは、隣接する界磁コイル１１６は、対向する組の巻線内にあるが、界磁コイルは、各組の巻線を介して独立および／または別個の作動を可能にするように、別様に好適に分配されることができる。従って、各組の巻線は、別個のインバータによって電力供給されることができ、かつ／または同じインバータによって電力供給されることができる。（モータ内および／またはインバータにおける）単一の電気的故障点は、単一の組の巻線のみを損なう可能性があるため、二重巻線の変形形態は、冗長性の追加の層を提供することができる。変形形態では、各組の巻線および／または各インバータは、別個の組の電源（例えば、別個の組のバッテリパック）によって電力供給されることができ、これは、同様に、モータが、１つ以上の電源の損失があっても動作し続けることを可能にすることができる。特定の例では、バス接続は、モータ１００の回路を、２つの独立した位相制御方式によって制御される、ステータおよび巻線を（例えば、「パイスライス」のように）分割した均等の部分モータに分割する。しかしながら、モータは、代替的に、単一の組の巻線（例えば、１組の３相巻線）のみを含むことができ、３以上の組の巻線を含むことができ、及び／又は他の態様で適切に構成することができる。

モータ１００の部品は、モータ１００内に１つ以上の冷却剤流路を協働して形成することができ、冷却剤流路は、冷却剤流路を通して冷却剤をルーティングするように機能する。システムは、単一の冷却剤（例えば、水／グリコール混合物、油など）および／または複数の冷却剤を含むことができる。第１の変形形態では、軸受１２６は、第１の冷却剤流路を通って循環する第１の冷却剤（例えば、油）によって冷却され、ステータ１０４は、第２の流路を通って循環する第２の冷却剤（例えば、水／グリコール混合物）によって冷却される。第２の変形形態では、軸受及びステータの両方を同じ冷却剤（例えば、油）によって冷却することができる。

冷却剤流路は、冷却剤ルーティング部品を含むか、または冷却剤ルーティング部品によって形成され得る。冷却剤ルーティング部品は、冷却剤バッフル（例えば、界磁コイルの両側の端部に配置された、前方冷却剤バッフルおよび後方冷却剤バッフルである）、およびヨーク１１２などのモータ１００内の他の部品内に形成されたチャネルを含むことができる。

冷却剤のルーティングは、隣接する界磁コイル１１６の間、界磁コイル１１６の下方（例えば、界磁コイルの径方向内側）、界磁コイル１１６の上方（例えば、界磁コイルの径方向外側）、界磁コイル１１６の内側（例えば、界磁コイルの前方／後方端部などにおいて界磁コイルと歯との間）、界磁コイルの前方、界磁コイルの後方（電気バス側および／または取り付け側）、および／または界磁コイルの任意の他の適切な部分とすることができる。冷却剤のルーティングは、好ましくは、冷却剤流路の様々な部分にわたって実質的に均一に（例えば、１０％未満、２０％未満、５０％未満だけ変化する、正確に均一、その他）かつ／または一定の断面積で提供される。多数の冷却表面にわたって冷却を提供することは、流路容積に対する冷却表面積を増加させ、それによって全体的な冷却効率を向上させることができる。冷却剤は、好ましくは、冷却剤ルーティング部品を通して高流量で循環される（例えば、冷却剤温度が、モータを通して５℃未満上昇する等、モータを通る冷却剤温度上昇が、いくつかの例において無視され得るように）。

前壁１２０および後壁１２２は、ロータ１０２とステータ１０４との間の前部および後部の空隙を閉鎖するように機能し、かつ／または前または後からの空隙への微粒子の進入を防止するように機能する。前壁及び後壁は、好ましくは、ステータハウジング１１０に（例えば、機械的締結具及び／又は接着剤によって）機械的に取り付けられ、かつロータ本体１０６と相互作用する。前壁１２０及び後壁１２２は、好ましくは、複合材料（例えば、炭素繊維）で形成されるが、任意の他の適切な材料を含むことができ、かつ／又は他の方法で具体化することができる。ロータ本体と前壁及び後壁との間の境界は、好ましくは、軸受シール及び／又は軸受面（例えば、ロータ本体の回転中に係合される）を含み、軸受シール及び／又は軸受面は、潤滑剤（例えば、グリース）によって潤滑することができ、自己潤滑性（例えば、含浸油、グラファイトなどを用いて）を有し、かつ／又は他の方法で後壁とロータ本体との間の相対運動を適切に可能にすることができる。

図２は、いくつかの例によるモータ１００のヨーク１１２およびロータ本体１０６の平面図である。ヨーク１１２は、様々な部品に対する冷却チャネルの位置を示すために断面で示されている。図２に示される冷却チャネルは、モータ１００の回転軸に平行にヨーク１１２に沿って軸方向に延びる。図２から分かるように、特に図３及び図４により詳細に示すように、各界磁コイル１１６は、歯１１４の周囲に巻回されている。各歯は、歯の根部または基部における径方向の第１の端部４１２と、ヨーク１１２から延在する径方向の第２の端部４１０とを含む。第２の端部４１０は、各側にあるフランジ４０８を含む。

内側冷却チャネル２０２は、隣接する歯１１４の間でヨーク１１２内に、かつ隣接する歯１１４の第１の端部４１２の間かつ隣接する界磁コイル１１６の径方向内側に形成されている。間隙冷却チャネル２０４は、隣接する界磁コイル１１６の間に形成されており、外側冷却チャネル２０６は、隣接する歯の第２の端部４１０の間で隣接する界磁コイル１１６の径方向外側に形成されている。径方向内側及び径方向外側という用語は、本実施形態を説明するために使用されているに過ぎず、これらの向きは、例えば、ステータがロータを取り囲んでいる場合には逆にすることができることに留意されたい。

また、図２には、ヨーク１１２とロータ本体１０６と磁石１０８との間の空隙において歯１１４および界磁コイル１１６を放射状に包囲するように機能するスリーブ２０８が示されている。追加的または代替的に、スリーブ２０８は、冷却剤体積を部分的に取り囲むように機能することができ、かつ／または（例えば、冷却剤バッフルと組み合わせて）冷却剤を流路に沿って界磁コイルに誘導するように機能することができる。空隙は、好ましくは、２つの本体の相対回転を可能にする（例えば、ステータ１０４とロータ１０２との間に環状キャビティを画定する）、ロータ１０２とステータ１０４との間の物理的分離であり、この場合、スリーブ２０８がステータ１０４を空隙により分離する。

スリーブ２０８は、好ましくは、複合材料（例えば、炭素繊維）から形成されるが、追加的または代替的に、任意の他の適切な材料構成を有することができる。スリーブ２０８は、好ましくは、複合材料の単一層で形成されるが、多層（例えば、単一の繊維配向、複数の繊維配向など）、および／または他の材料構造とすることができる。スリーブ２０８は、好ましくは、歯１１４の径方向外側面と磁石１０８との間の空隙を通って延びる円筒壁を含む。円筒壁は、電気バス１１８の上方に径方向外側に延在することができ、かつ／または界磁コイル１１６と後壁１２２との間で終端することができる。スリーブ２０８は、ステータハウジング１１０に取り付けられる内側フランジ（例えば、円筒壁と同心であり、かつ円筒壁と同じ方向に軸方向に延在する）をさらに含むことができる。

第１の変形形態では、スリーブは、機械的予荷重によってヨーク１１２、歯１１４、および界磁コイル１１６をステータハウジング１１０に取り付ける。特定の例では、スリーブ２０８の円筒壁の公称内径は、好ましくは、歯／界磁コイルアセンブリの公称外径よりも小さい。従って、スリーブ２０８は、組み立て中に予め張力が加えられ、界磁コイル１１６および歯１１４をステータハウジング１１０に対して保持するように連続的に応力が加えられる。第２の変形形態では、スリーブ２０８は、接着剤（例えば、エポキシ）によってステータハウジング１１０及び／又はステータ１０４に結合することができる。しかしながら、システムは、任意の他の適切なスリーブを含むことができる。

従って、スリーブ２０８、ステータハウジング１１０、およびヨークは、流体境界の一部を形成し、かつ／またはモータ１００内に冷却剤を封入することができる。加えて、冷却剤バッフルは、同様に、電気的バス接続のための取り付け構造（例えば、後部バッフルに一体化された梯子形状のバスリングマウント）を提供するなど、システムの様々な部品を構造的に支持することができる。しかしながら、冷却剤ルーティング部品は、（例えば、モータインバータ、ポンプ、および／またはラジエータに誘導される）外部管類および／または冷却剤接続部等の任意の他の好適な部品を含むことができる。

図３は、いくつかの例によるモータ１００のヨーク１１２のセグメントの斜視図である。図３は、界磁コイル１１６が歯１１４の周囲にどのように巻回されているかをより明確に示しており、間隙冷却チャネル２０４が隣接する界磁コイル１１６の間に形成されている。図３には、ヨーク１１２の前側及び後側の両方において各歯１１４の端部に取り付けられた径方向バッフル３０２も示されている。径方向バッフル３０２は、軽量であり、さもなければ歯１１４の端部と界磁コイル１１６との間に蓄積される冷却剤の体積を減少させること、および以下でより詳細に説明するように冷却剤の流れを誘導することとの両方の役割を果たす。

界磁コイル１１６は、好ましくは銅であるが、任意の適切な材料（単数または複数）および／またはコーティングを含むことができる。第１の変形形態では、界磁コイル１１６は、歯１１４の周囲に巻回された銅線により形成される。第２の変形形態では、各界磁コイル１１６は、図３に示すように、歯１１４の長さに沿ってストリップ巻線のループを積層することによって形成される。積層／層状ストリップ巻線には、巻線を歯から分離する絶縁層（例えば、ノーメックス（Ｎｏｍｅｘ（登録商標）））および／または他の方法で適切に電気的に絶縁された絶縁層が介在され得る。さらなる例では、積層ストリップ巻線は、歯１１４がヨーク１１２に機械的に接合／接着される前に、各歯１１４の本体上に組み付けられ得る。

図４は、いくつかの例によるモータ１００のヨーク１１２のセグメントの斜視断面図である。図４は、隣接する歯の第１の端部４１２間で隣接する界磁コイル１１６の径方向内側に配置された内側冷却チャネル２０２の位置をより明確に示す。また、隣接する界磁コイル１１６間に形成された間隙冷却チャネル２０４と、隣接する界磁コイル１１６の径方向外側に配置された外側冷却チャネル２０６とが示されている。

また、図４には、間隙冷却チャネル２０４内に冷却流体を保持するために各歯の長さに沿って延び、かつ外側冷却チャネル２０６を部分的に形成する働きもする軸方向バッフル４０２が示されている。図から分かるように、各軸方向バッフル４０２は、隣接する界磁コイル１１６間のギャップの外側部分内に延在して、冷却剤を間隙冷却チャネル２０４内および各界磁コイル１１６の上方のチャネル内に保持する中央ディバイダ４０６を含む。各軸方向バッフル４０２はまた、隣接する歯１１４の軸方向フランジ４０８の下に延在する翼４０４を含む。フランジ４０８は、外側冷却チャネル２０６を部分的に形成し、かつ軸方向バッフル４０２を定位置に保持する役割を果たす。

図５は、いくつかの例による、モータ１００内に冷却剤をルーティングするための環状バッフル５０２の部分的に半透明の斜視図である。環状バッフル５０２は、歯１１４および界磁コイル１１６の前端部および後端部を覆う。環状バッフル５０２は、ヨーク１１２の前側および後側の全周にわたって界磁コイルの前端部および後端部において冷却剤の閉じ込めおよびルーティングを共に提供する多数のセグメントで提供され得る。環状バッフル５０２は、各歯１１４用のガイド５０４およびガイド５０６を含み、これらは、流入流体を内側冷却チャネル２０２、間隙冷却チャネル２０４、および外側冷却チャネル２０６に向けてルーティングする役割を果たし、他方の端部では、内側冷却チャネル２０２、間隙冷却チャネル２０４、および外側冷却チャネル２０６から出る流出流体を電気バス１１８にルーティングする役割を果たす。

図５は、冷却剤の流入の流れを示しており、ヨークの他方の側での流出の流れは逆に生じる。図５に示す環状バッフル５０２の向きを参照すると、流体は、環状バッフル５０２の下側のポートを通って流入し、最初に径方向バッフル３０２と界磁コイル１１６との間を流れる。径方向バッフル３０２と閉じられた界磁コイル１１６の端部との間の空間を出ると、冷却剤の流れ５０８は、界磁コイルの上縁部を越えて、環状バッフル５０２の上縁部、環状バッフル５０２の壁６０８（図６参照）、ガイド５０４、およびガイド５０６によって界磁コイル１１６の外側端部を降下するように誘導される。次いで、冷却剤は、界磁コイル１１６の端部の周囲を図の左方向に流れ、内側冷却チャネル２０２、間隙冷却チャネル２０４、および外側冷却チャネル２０６に入る。

界磁コイル１１６の端部を上昇する、越える、回り込む、及び降下する冷却剤の流れは、冷却剤流体がモータ１００に流入するときに、界磁コイルから冷却剤流体への初期熱伝達を提供する。

図６は、図４の環状バッフル５０２を含むセグメントの斜視図である。図から分かるように、環状バッフル５０２は、壁６０８と、径方向内側縁部６０２と、径方向外側縁部６０４とを含む。図５および図６において、内側縁部６０２は「下側」縁部であり、外側縁部６０４は「上側」縁部である。

また、図６には、環状バッフル５０２が取り付けられるヨーク１１２の端部に応じて、冷却剤の流れを隣接する一組の界磁コイル１１６から分離した状態に保つガイド５０４と、冷却剤が出入りするポート６０６とが示されている。

図７は、いくつかの例による流入口７０２および流体チャネル７０４を示す、モータ１００のステータ１０４の斜視図である。図から分かるように、ステータハウジング１１０は、使用時に冷却剤が流入する流入口が形成されている。次いで、冷却剤は、複数のチャネル７０４に沿って外側に移動し、前壁１２０によって部分的に画定され、かつ環状バッフル５０２の径方向内側に位置する環状領域７０６に流入する。環状領域７０６から、冷却剤は、上述したように、ポート６０６を通って外側に向かって環状バッフル５０２に流入することができる。そのような流入口７０２およびチャネル７０４のうちの１つまたは複数をステータハウジング１１０の周囲に設けて、ステータハウジング１１０内およびその周囲に冷却剤の流れを分配することができる。同様の構成が、冷却剤がステータ１０４から出るモータ１００の背面側に設けられ得る。

図８は、いくつかの例による、図１のモータ１００の電気バス１１８の切欠き斜視図である。モータ１００の背面側に配置された歯１１４、界磁コイル１１６および環状バッフル８０２の軸方向断面図が図示されている。電気バス１１８は、環状バッフル８０２の裏側から軸方向に突出する複数の離間した取り付けビーム８０４を備える取り付け構造を含む。いくつかのスペーサ８０６が、上部および下部取り付けビーム８０４の間の間隙を跨いでいる。個別のバスリング８０８は、隣接するスペーサ８０６の間に保持されている。また、図８には、１つまたは１組の界磁コイル１１６に電気的接続性を提供する界磁コイル端子８１０が示されている。

電気バス１１８は、好ましくは、モータ１００の後部及び／又はモータ１００のインボード部分に配置されるが、追加的又は代替的に、ステータハウジング１１０の径方向内側の前側に形成されてもよく、かつ／又は他の方法で適切に構成されてもよい。

電気バス１１８は、１組のモータ端子（例えば、各組の巻線に対するモータの各相に関連付けられた１つの端子）と、界磁コイル端子８１０などの界磁コイル端子を接続する１組の電気接続部とを含むことができる。第１の変形形態では、電気接続部は、（界磁コイル１１６と実質的に同じ径方向位置であって、界磁コイル１１６から軸方向にオフセットされた位置（例えば、モータ１００のインボード側）でモータ軸の周囲に円周方向に延在する１組のバスリング８０８（例えば、シート金属接続部）によって形成することができる。バスリング８０８の広域面は、好ましくは、モータ１００の広域面に平行であり、かつ／またはモータ軸に垂直であるが、他の方法で適切に構成することができる。

バスリング８０８は、平坦であり、かつ／またはシート金属（例えば、レーザカットシート金属、パンチ／スタンピングシート金属など）によって形成することができるが、他の方法で形成することができる。バスリング８０８は、モータ１００の単一のモータ巻線及び相に関連する界磁コイル端子８１０を電気的に相互接続する。特定の例では、３相を有する二重巻線モータの場合、バスリング８０８は、６個おきの界磁コイル１１６を電気的に相互接続する。電気接続部は、（例えば、モータ軸に向かって径方向に指向された）複数の穴／スロットを含む複数の組の「梯子」形状の取り付けビーム８０４によって構造的に支持され得る。取り付けビーム８０４は、モータの周囲に放射状に間隔をおいて軸方向に延在することができ、第１の取り付けビーム８０４はバスリング８０８の径方向外側にあり、第２の取り付けビーム８０４はバスリング８０８の径方向内側にある。取り付けビーム８０４は、好ましくは、非導電性であり、かつ／又は電気絶縁性（例えば、バスリングの電気抵抗の１００倍より大きい）であるが、導電性であってもよく、かつ／又は任意の適切な材料で形成されてもよい。特定の例では、取り付けビーム８０４は、（例えば、図８に示すように、環状バッフル８０２の後方部分から軸方向に突出する）冷却剤ルーティング部品に一体化され得る。

バスリング８０８は、１組の上部および下部取り付けビーム８０４の対応するスロットを通って延在するスペーサ８０６と、絶縁材料とによって取り付けビーム８０４に取り付けられている。次に、バスリング８０８は、（界磁コイルに最も近いものから順に）「積層され」、スペーサ８０６は、バスリング８０８を定位置に保持するために（積層の方向に直交して）取り付けビーム８０４を通過するように挿入される。さらに、絶縁層（例えば、プラスチック）をバスリングとスペーサ８０６との間に介在させることができ、かつ／またはバスリング８０８をスペーサ８０６に取り付けることができる（例えば、熱かしめによって、接着剤を使用して、など）。

電気バス１１８、界磁コイル１１６、ヨーク１１２、および／または歯１１４は、アセンブリの任意の適切な部分にわたって均一にエポキシまたは他のコーティングを塗布することによって、構造的に補強し、かつ／または電気的に絶縁することができる。エポキシは、（例えば、真空チャンバ内等で、アセンブリを浸漬し、次いで、アセンブリを回転させることによって）全体にわたって浸漬し、かつ／または均一にコーティングすることができる。

図９は、いくつかの例によるモータ１００のヨーク１１２の斜視図である。歯１１４、界磁コイル１１６の上方の歯の間の軸方向バッフル４０２、環状バッフル５０２、環状バッフル８０２、および電気バス１１８が示されている。図８を参照して説明したように、電気バス１１８は、取り付けビーム８０４と、スペーサ８０６と、バスリング８０８と、界磁コイル端子８１０とを含む。図９に示すように、バスリング８０８は、界磁コイル端子８１０またはモータ端子（図示せず）に接続するためのタブ９０２を含む。また、明確にするために、図２を参照して上述したスリーブ２０８は図示されていない。

次に、モータを通過する冷却剤の流れについて、特に図７および図１０～図１４を参照して説明する。
図１０は、図７に図示したチャネル７０４から流入する界磁コイル１１６の端部の周囲の冷却剤の流れを示す。冷却剤は、１組の隣接する界磁コイル１１６および歯１１４を参照して説明されるが、当然ながら、これは、ヨーク１１２内の全ての同様に構成された歯および界磁コイルに生じることが理解されるであろう。冷却剤は、ステータハウジング１１０に流入し、チャネル７０４から環状領域７０６に径方向外側に流れ、そこからポート６０６を通って界磁コイル１１６に流れる。冷却剤は、径方向バッフル３０２と界磁コイル１１６の端部との間の界磁コイル１１６に流入する。次に、冷却剤は、界磁コイル１１６の端部を越えて通過し、次に、図５を参照して説明したように、界磁コイルの端部と環状バッフル５０２との間で界磁コイル１１６の端部の周囲を流れる。次いで、冷却剤の流れは、内側冷却チャネル２０２内の内側流１１０２と、間隙冷却チャネル２０４内の間隙流１００２と、外側冷却チャネル２０６内の外側流１００４とに分離する。

図１１は、ステータ１０４の歯１１４間の冷却剤の軸方向の流れを示す。図から分かるように、内側流１１０２は、内側冷却チャネル２０２内の隣接する界磁コイル１１６の下（図１１における）を流れる。間隙流１００２は、間隙冷却チャネル２０４内の隣接する界磁コイル１１６の間を流れ、外側流１００４は、外側冷却チャネル２０６内の隣接する界磁コイル１１６の上方（図１１における）を流れる。図示の例では、外側冷却チャネル２０６は、軸方向バッフル４０２によって２つのチャネルに分割されており、この軸方向バッフルに沿って２つの外側流１００４が流れる。軸方向の流れは、ヨーク１１２の他方の側に到達するまで続く。

図１２は、冷却剤が歯１１４間の軸方向冷却チャネルを流出するときの、界磁コイル１１６の端部の周囲の冷却剤の流れを示す。内側流１１０２、間隙流１００２、および外側流１００４は、それぞれ内側冷却チャネル２０２、間隙冷却チャネル２０４、および外側冷却チャネル２０６から流出する。次いで、冷却剤は、界磁コイルの端部と環状バッフル５０２との間で界磁コイル１１６の端部の周囲を、図５で説明した環状バッフル８０２とは逆に流れる。次に、冷却剤は、界磁コイル１１６の端部を超えて、径方向バッフル３０２と界磁コイル１１６との間を通過する。次いで、冷却剤は、環状バッフル８０２内のポート１３０４を介して界磁コイル１１６から流出する（図１３参照）。

図１３は、冷却剤が軸方向冷却チャネルを流出して電気バス１１８を通過するときの冷却剤の流れを示す。軸方向の冷却剤の流れは、上述したように軸方向冷却チャネルから流出する。次に、冷却剤の流れ１３０２は、界磁コイル１１６と環状バッフル８０２との間を通過し、界磁コイル１１６の端部を越えて、次に径方向バッフル３０２と界磁コイル１１６との間を通過する。次に、冷却剤は、環状バッフル８０２のポート１３０４を介して界磁コイル１１６から流出する。図から分かるように、流れは、次いで、バスリング８０８間の電気バス１１８を通過し、その後、ポート１３０６を介して出て、冷却剤循環を提供するポンプ（図示せず）に進むとともに、ラジエータ（図示せず）または他の熱伝達デバイスを通過する。ポンプ及び熱伝達デバイスを通過した後、冷却剤の流れは流入口７０２に戻り、冷却剤流体回路が完成する。

図１４は、冷却剤が環状領域７０６に流入してから電気バス１１８を出るまでの、ヨークを通過する冷却剤の全体的な流れを示す。冷却剤は、ステータハウジング１１０（図７参照）のチャネル７０４に沿って外側に流れ、環状領域７０６に流入する。環状領域７０６から、冷却剤は、ポート６０６を通過して外側に流れて環状バッフル５０２に流入することができる。

次いで、冷却剤は、径方向バッフル３０２と界磁コイル１１６の端部との間の界磁コイル１１６に流入する。次に、冷却剤は、図５を参照して説明したように、界磁コイル１１６の端部を超えて、界磁コイル１１６の端部と環状バッフル５０２との間で界磁コイル１１６の端部の周囲を通過する。次いで、冷却剤の流れは、内側冷却チャネル２０２内の内側流１１０２と、間隙冷却チャネル２０４内の間隙流１００２と、外側冷却チャネル２０６内の外側流１００４とに分離する。

ヨーク１１２の後端部に到達すると、冷却剤の流れは、界磁コイル１１６と環状バッフル８０２との間を通過し、界磁コイル１１６の端部を越えて、径方向バッフル３０２と界磁コイル１１６との間を通過する。次いで、流れは、バスリング８０８間の電気バス１１８を通過してから、冷却および再循環を提供するためにポンプおよびラジエータまたは他の熱伝達デバイスに進む。

別の例では、冷却剤の流れの方向は、図示された例に対して逆にされる。

Claims (15)

1. ロータとステータとを備える電気モータであって、前記ステータは、
   ヨークと、
   前記ヨークに取り付けられ、かつ前記モータの回転軸に実質的に平行に整列された複数の歯であって、各歯は、前記ヨークに隣接する第１の径方向端部と、前記ヨークから延在する第２の径方向端部とを含む、前記複数の歯と、
   複数の界磁コイルであって、各界磁コイルが歯の周囲に巻回されている、前記複数の界磁コイルと、
   複数の径方向バッフルであって、各径方向バッフルが歯の軸方向端部と、対応する界磁コイルとの間に配置されている、前記複数の径方向バッフルと、
   隣接する界磁コイル間に形成された第１の冷却剤チャネルと、隣接する界磁コイル間および隣接する歯の第１の径方向端部間に形成された第２の冷却剤チャネルとを含む第１の冷却剤循環経路と、
   前記複数の歯の各々の軸方向端部に配置された界磁コイルの一部分の外側に形成された第３の冷却剤チャネルと、前記複数の径方向バッフルの各々と前記対応する界磁コイルの一部分の内側との間に形成された第４の冷却剤チャネルとを含む第２の冷却剤循環経路と、を含み、特定の歯における前記第１の冷却剤循環経路は、前記ヨークに循環される冷却剤が使用時に前記第１の冷却剤循環経路および前記第２の冷却剤循環経路の両方を通過するように、前記特定の歯における前記第２の冷却剤循環経路と流体連通している、電気モータ。
2. 前記複数の歯の前記軸方向端部の周囲にある環状バッフルをさらに備え、前記環状バッフルは、前記複数の歯の軸方向端部に配置された前記界磁コイルの一部分の周囲に冷却剤の流れを誘導するために前記第３の冷却剤チャネルの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載の電気モータ。
3. 隣接する界磁コイル間および隣接する歯の前記第２の径方向端部間に形成された第５の冷却剤チャネルをさらに備える、請求項１に記載の電気モータ。
4. 前記第５の冷却剤チャネルを部分的に形成する軸方向バッフルをさらに備える、請求項３に記載の電気モータ。
5. 前記複数の歯は、周方向フランジを含み、前記軸方向バッフルは、隣接する歯の前記周方向フランジによって部分的に保持される、請求項４に記載の電気モータ。
6. 複数のバスリングと、前記複数のバスリングを通過する第３の冷却剤循環経路とを含む電気バスをさらに備え、前記第３の冷却剤循環経路は、前記ヨークに循環される冷却剤が使用時に前記第１の冷却剤循環経路、前記第２の冷却剤循環経路、および前記第３の冷却剤循環経路を通過するように、前記第１の冷却剤循環経路および前記第２の冷却剤循環経路と流体連通している、請求項１に記載の電気モータ。
7. ロータとステータとを備える電気モータであって、前記ステータは、
   ヨークと、
   前記モータの回転軸に実質的に平行に整列された複数の歯であって、各歯は、前記ヨークに隣接する第１の径方向端部と、前記ヨークから延在する第２の径方向端部とを含んでいる、前記複数の歯と、
   複数の界磁コイルであって、各界磁コイルが歯の周囲に巻回されている、前記複数の界磁コイルと、
   前記複数の歯の軸方向端部上に配置された少なくとも１つの径方向バッフルと、
   前記界磁コイルの下方に、かつ隣接する歯の前記第１の径方向端部間に形成された第１の冷却剤チャネルと、前記界磁コイルの上方に、かつ隣接する歯の前記第２の径方向端部間に形成された第２の冷却剤チャネルとを含む第１の冷却剤循環経路と、
   前記複数の歯の軸方向端部に配置された界磁コイルの一部分の外側に形成された第３の冷却剤チャネルと、前記少なくとも１つの径方向バッフルと前記複数の歯の軸方向端部に配置された前記界磁コイルの一部分の内側との間に形成された第４の冷却剤チャネルとを含む第２の冷却剤循環経路と、を含み、前記第１の冷却剤循環経路は、前記ヨークに循環される冷却剤が使用時に前記第１の冷却剤循環経路および前記第２の冷却剤循環経路の両方を通過するように、前記第２の冷却剤循環経路と流体連通している、電気モータ。
8. 隣接する界磁コイル間に形成された第５の冷却剤チャネルをさらに備える、請求項７に記載の電気モータ。
9. 前記第５の冷却剤チャネルを部分的に形成する軸方向バッフルをさらに備える、請求項８に記載の電気モータ。
10. 複数のバスリングと、前記複数のバスリングを通過する第３の冷却剤循環経路とを含む電気バスをさらに備え、前記第３の冷却剤循環経路は、前記ヨークに循環される冷却剤が使用時に前記第１の冷却剤循環経路、前記第２の冷却剤循環経路、および前記第３の冷却剤循環経路を通過するように、前記第１の冷却剤循環経路および前記第２の冷却剤循環経路と流体連通している、請求項８に記載の電気モータ。
11. 前記複数の歯の軸方向端部の周囲にある環状バッフルをさらに備え、前記環状バッフルは、前記複数の歯の軸方向端部に配置された前記界磁コイルの一部分の周囲に冷却剤の流れを誘導するために前記第３の冷却剤チャネルの少なくとも一部を形成する、請求項８に記載の電気モータ。
12. 前記複数の歯の軸方向端部の周囲にある環状バッフルをさらに備え、前記環状バッフルは、前記複数の歯の軸方向端部に配置された前記界磁コイルの一部分の周囲に冷却剤の流れを誘導するために前記第３の冷却剤チャネルの少なくとも一部を形成する、請求項７に記載の電気モータ。
13. ロータおよびステータを備える電気モータを冷却する方法であって、前記ステータは、
    ヨークと、
    前記モータの回転軸に実質的に平行に整列された複数の歯であって、各歯は、前記ヨークに隣接する第１の径方向端部と、前記ヨークから延在する第２の径方向端部とを含んでいる、前記複数の歯と、
    複数の界磁コイルであって、各界磁コイルが歯の周囲に巻回されている、前記複数の界磁コイルと、
    前記複数の歯の軸方向端部上に配置された少なくとも１つの径方向バッフルと、
    を含んでおり、
    前記方法は、
    隣接する界磁コイルの間に形成された第１の冷却剤チャネルと、
    隣接する界磁コイルの間および隣接する歯の前記第１の径方向端部の間に形成された第２の冷却剤チャネルと、
    前記複数の歯の軸方向端部に配置された界磁コイルの一部分の外側に形成された第３の冷却剤チャネルと、
    前記少なくとも１つの径方向バッフルと前記複数の歯の軸方向端部に配置された前記界磁コイルの一部分の内側との間に形成された第４の冷却剤チャネルと
    を含む冷却剤循環経路を通過するように冷却剤を循環させるステップを含む、方法。
14. 隣接する界磁コイル間および隣接する歯の前記第２の径方向端部間に形成された第５の冷却剤チャネルを通過するように冷却剤を循環させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記モータが、複数のバスリングを含む電気バスをさらに備え、前記方法が、前記複数のバスリング間で前記冷却剤を循環させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

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