特表2023-547912冷媒缶を用いて電気機械の熱管理を行うためのシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-11-14
(54)【発明の名称】冷媒缶を用いて電気機械の熱管理を行うためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H02K 9/19 20060101AFI20231107BHJP
【ＦＩ】
H02K9/19 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023525579
(86)(22)【出願日】2021-10-27
(85)【翻訳文提出日】2023-06-22
(86)【国際出願番号】 US2021056917
(87)【国際公開番号】W WO2022094003
(87)【国際公開日】2022-05-05
(31)【優先権主張番号】63/106,096
(32)【優先日】2020-10-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520456860
【氏名又は名称】タウ モーターズ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100134832
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100165308
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100115048
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 康弘
(72)【発明者】
【氏名】ペニントン ウォルター ウェズリー サード
(72)【発明者】
【氏名】スウィント イーサン バジェット
(72)【発明者】
【氏名】スティーヴンソン グレゴリー ゴードン
(72)【発明者】
【氏名】オーウェン マイケル パーカー
(72)【発明者】
【氏名】レーヴ マシュー ジョーゼフ
(72)【発明者】
【氏名】ルビン マシュー ジェイ．
【テーマコード（参考）】
5H609
【Ｆターム（参考）】
5H609BB01
5H609BB19
5H609PP06
5H609PP09
5H609QQ05
5H609RR27
5H609RR37
5H609SS20
5H609SS21
5H609SS23
(57)【要約】
熱管理システムを備えた電気機械は、ステータコアを備えたステータと、ロータコアを備え、ステータに対して可動であるロータと、を備えている。ステータ又はロータのうち少なくとも１つに１つ又は複数の巻線が設けられている。ステータ及びロータのうち前記少なくとも１つに配置された巻線のうち１つ又は複数を１つ又は複数の冷媒缶が当該冷媒缶の内部コンパートメントに封入する。冷媒缶の内部コンパートメントは、１つ又は複数の巻線を通る冷媒流路を画定する。冷媒缶は、当該冷媒缶の内部コンパートメントと流体連通する冷媒流入口及び冷媒流出口を有する。１つ又は複数の冷媒缶の内部コンパートメントは、ステータコア及びロータコアから流体的に隔絶されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱管理システムを備えた電気機械であって、ステータコアを備えたステータと、
ロータコアを備え、前記ステータに対して可動であるロータと、
を備えており、
前記電気機械の前記ステータ又は前記ロータのうち少なくとも１つに１つ又は複数の巻線が設けられており、
前記ステータ又は前記ロータのうち前記少なくとも１つの前記１つ又は複数の巻線を１つ又は複数の冷媒缶が当該冷媒缶の内部コンパートメントに封入し、
前記内部コンパートメントは、前記１つ又は複数の巻線を通る冷媒流路を画定し、
前記冷媒缶は、前記内部コンパートメントと流体連通する冷媒流入口及び冷媒流出口を有し、
前記１つ又は複数の冷媒缶の前記内部コンパートメントは、前記ステータコア及び前記ロータコアから流体的に隔絶されている
ことを特徴とする電気機械。
【請求項2】
１つ又は複数の冷媒缶の前記内部コンパートメントは、１つ又は複数の他の冷媒缶の前記内部コンパートメントから流体的に隔絶されている、請求項１記載の電気機械。
【請求項3】
前記１つ又は複数の巻線は集中巻線を有する、請求項１記載の電気機械。
【請求項4】
前記冷媒缶は、前記内部コンパートメントを貫通する内壁を有し、前記内壁は、前記冷媒缶を貫通する開口を画定し、
前記集中巻線は前記内部コンパートメント内において前記内壁に巻かれている、
請求項３記載の電気機械。
【請求項5】
前記冷媒缶の前記開口は、前記ステータコアに設けられた複数の歯のうち１つ又は複数の歯に受けられるように構成されている、請求項４記載の電気機械。
【請求項6】
前記冷媒缶の前記開口は、前記ロータコアの１つ又は複数の極によって受けられるように構成されている、請求項４記載の電気機械。
【請求項7】
前記巻線は前記ステータに配された分布巻線であり、前記ステータは、２つ以上の前記冷媒缶を画定する冷媒缶フレームを備えており、前記２つ以上の冷媒缶の流入口及び流出口は互いに流体連通しており、
前記ステータコアは複数の歯を備えており、
前記ステータコアは、前記２つ以上の冷媒缶間に前記ステータコアの歯が配されるように前記冷媒缶フレームに配置されており、
前記分布巻線は、前記流入口及び前記流出口が互いに流体連通する前記２つ以上の冷媒缶内に配置されている、
請求項１記載の電気機械。
【請求項8】
前記冷媒缶フレームは、前記ステータの第１の軸方向端部に配置された第１のエンドキャップと、前記第１のエンドキャップとは反対側の第２のエンドキャップと、を備えており、前記第１のエンドキャップは流入口を有する内部コンパートメントを有し、前記第２のエンドキャップは流出口を有する内部コンパートメントを有し、
流入口が互いに流体連通する前記２つ以上の冷媒缶の流入口は、前記第１のエンドキャップの内部コンパートメントと流体連通し、
流出口が互いに流体連通する前記２つ以上の冷媒缶の流出口は、前記第２のエンドキャップの内部コンパートメントと流体連通する、
請求項７記載の電気機械。
【請求項9】
前記１つ又は複数の集中巻線はトロイダル型である、請求項５記載の電気機械。
【請求項10】
前記ステータコアは複数のステータセグメントから構成されており、前記ステータコアの前記複数の歯のうち１つ又は複数の歯は前記ステータセグメントに設けられており、
前記冷媒缶の前記開口は、前記ステータセグメントの前記１つ又は複数の歯によって受けられる、
請求項９記載の電気機械。
【請求項11】
前記ロータは、冷媒流入口及び冷媒流出口を有する軸部を備えており、前記軸部の前記冷媒流入口は前記冷媒缶の前記冷媒流入口と流体連通しており、前記軸部の前記冷媒流出口は前記冷媒缶の前記冷媒流出口と流体連通しており、
前記ロータが回転している間、前記軸部の前記冷媒流入口に流入した冷媒が前記冷媒缶を通って前記軸部の前記冷媒流出口に流れる、
請求項６記載の電気機械。
【請求項12】
前記軸部は、当該軸部の長手方向軸を通る内部コンパートメントを有し、前記ロータが回転している間、前記軸部の前記冷媒流入口に流入した冷媒の体積のうち第１の一部分は前記冷媒缶を通って前記軸部の前記冷媒流出口に流れ、前記軸部の前記冷媒流入口に流入した冷媒の体積のうち第２の一部分は前記軸部の前記内部コンパートメントを通って前記軸部の前記冷媒流出口に流れる、
請求項１１記載の電気機械。
【請求項13】
前記電気機械の１つ又は複数の電気的構成要素が前記軸部の前記内部コンパートメント内に配置されている、請求項１２記載の電気機械。
【請求項14】
１つ又は複数の冷媒缶が複数の流出口を有し、前記複数の流出口のうち少なくとも１つは、前記電気機械における前記ステータ及び前記ロータを設けた動作ボリュームに向けられている、
請求項１記載の電気機械。
【請求項15】
前記電気機械の電気的構成要素が、前記冷媒缶内の前記１つ又は複数の巻線を設けた前記内部コンパートメント内に配置されている、請求項１記載の電気機械。
【請求項16】
熱管理システムを備えた電気機械であって、ステータコアを備えたステータと、
ロータコアを備え、前記ステータに対して可動であるロータと、
冷媒ポンプと、
前記冷媒ポンプと電気的に接続され、前記冷媒ポンプを制御するように構成された制御部と、
を備えており、
前記電気機械の前記ステータ又は前記ロータのうち少なくとも１つに１つ又は複数の巻線が設けられており、
前記ステータ又は前記ロータのうち前記少なくとも１つに配置された前記巻線のうち１つ又は複数を１つ又は複数の冷媒缶が当該冷媒缶の内部コンパートメントに封入し、
前記内部コンパートメントは、前記１つ又は複数の巻線を通る冷媒流路を画定し、
前記冷媒缶は、前記内部コンパートメントと流体連通する冷媒流入口及び冷媒流出口を有し、
前記冷媒ポンプは前記１つ又は複数の冷媒缶の１つ又は複数の冷媒流入口と流体連通している
ことを特徴とする電気機械。
【請求項17】
１つ又は複数の冷媒缶における前記１つ又は複数の巻線を設けた前記内部コンパートメント内にセンサが配置されており、前記センサは、前記制御部が当該センサの出力を受け取るように当該制御部に電気的に接続されている、
請求項１６記載の電気機械。
【請求項18】
前記制御部はプロセッサと、記憶部と、メモリと、を備えており、前記プロセッサは、前記センサから受け取り前記記憶部に格納した入力と、前記メモリに格納された所定の閾値と、を処理するように構成されており、
前記制御部は、前記冷媒ポンプの出力を調整するように構成されている、
請求項１７記載の電気機械。
【請求項19】
前記センサは、前記ステータ及び前記ロータのうち少なくとも１つに配置された前記１つ又は複数の巻線を封入しした前記１つ又は複数の冷媒缶を流れる冷媒の温度を検出するように構成されており、前記制御部の前記メモリに格納された前記所定の閾値は、定常連続動作条件下で前記ステータ及び前記ロータのうち少なくとも１つに配置された前記１つ又は複数の巻線を封入した前記１つ又は複数の冷媒缶を流れる前記冷媒の温度が、前記ステータ及び前記ロータのうち少なくとも１つに配置された前記ステータコア又は前記ロータコアの温度より少なくとも５℃低くなるように設定されている、
請求項１８記載の電気機械。
【請求項20】
前記ステータコアは複数の積層薄板から構成されており、前記制御部の前記メモリに格納された前記所定の閾値は、定常連続動作条件下で前記ステータに配置された前記１つ又は複数の巻線を封入した前記１つ又は複数の冷媒缶を流れる前記冷媒の温度が、前記ステータに配置された前記ステータコアの前記積層薄板の平均温度より少なくとも５℃低くなるように設定されている、
請求項１９記載の電気機械。
【請求項21】
前記ロータコアは複数の積層薄板から構成されており、前記制御部の前記メモリに格納された前記所定の閾値は、定常連続動作条件下で前記ロータに配置された前記１つ又は複数の巻線を封入した前記１つ又は複数の冷媒缶を流れる前記冷媒の温度が、前記ロータに配置された前記ロータコアの前記積層薄板の平均温度より少なくとも５℃低くなるように設定されている、
請求項１９記載の電気機械。
【請求項22】
熱管理システムを備えた電気機械の熱管理を行うための方法であって、１つ又は複数の冷媒缶の内部コンパートメントに冷媒を流すことを含み、ただし、前記冷媒缶は当該冷媒缶の前記内部コンパートメントに前記電気機械の１つ又は複数の巻線を封入しており、前記冷媒缶の前記内部コンパートメントは前記電気機械の他の構成要素から流体的に隔絶されている
ことを特徴とする方法。
【請求項23】
前記１つ又は複数の冷媒缶に封入された前記１つ又は複数の巻線の温度を検出することと、検出した前記温度が閾値を超えるか否かを判定することと、
検出した前記温度が前記閾値を超えると判定したことに応じて、前記１つ又は複数の冷媒缶の前記内部コンパートメントに追加の冷媒を流すことと、
をさらに含む、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は米国仮出願第63/106,096号（発明の名称：「Motors Including Coolant Cans（冷媒缶を備えたモータ）」、出願日：２０２０年１０月２７日）に係る優先権を主張するものであり、同出願の記載内容は全て、参照により本願の記載内容に含まれるものとする。
【背景技術】
【0002】
電気機械の電気的構成要素の中には、電気機械の動作時に温度を上昇するものがある。電気機械の中には、動作の際に電気機械の一部の電気的構成要素については温度上昇が望ましくないが、同じ電気機械の一部の電気的構成要素については、動作の際に温度を上昇させることが望ましいものがある。従来の電気機械熱管理システムでは、電気機械の構成要素又は電気機械全体を冷却するため、一般に冷媒液が用いられる。電気機械の中には動的な動作を行うものがあるため、上述のようなシステムでは、電気機械の特定の構成要素を直接冷却することが難しい場合がある。
【0003】
例えば、電気モータや発電機等の電気機械の中には、「ステータ」と称されることが多い固定部品と、「ロータ」と称されることが多い回転部品と、を備えたものがある。電気モータでは、電流が電磁界に変換されて、この電磁界がステータとロータとの間に機械的な力又はトルクを生じさせ、これを利用して動作を行うことができる。発電機も電気モータと同様の原理で動作するものであるが、機械的な力が電流に変換される。主に回転力又はトルクについて説明するが、本願に記載されている原理はリニアモータにも適用可能である。例えばリニアモータの中には、ロータが固定部品として用いられると共に、ステータが直進部品として用いられるものがある。
【0004】
特に電気モータでは、電気機械の連続動作中、当該モータのステータ及び／又はロータの表面又は内部に配置された電線の巻線又は導電性要素の温度が上昇する。電気モータにおいて巻線又は導電性要素の熱管理が特に重要である理由は、巻線又は導電性要素の温度が上昇すると、それにつれて電気モータの出力性能が低下するからである。よって、動作の際には、電気機械のステータ及び／又はロータの表面及び／又は内部に配置された巻線又は導電性要素を冷却するため、モータ内に冷媒液を流すことが多い。残念ながら、上記の電気機械の従来の熱管理システムや方法は非効率であったり、電気機械の他の構成要素について性能のさらなる損失となる場合があった。よって、電気機械やモータアセンブリの性能改善のためには、電気機械の改善された熱管理システム及び方法が必要である。
【発明の概要】
【0005】
本願開示は、冷媒缶を用いて電気機械の熱管理を行うためのシステム及び方法を提供するものである。
【0006】
本願開示の一部の側面では、熱管理システムを備えた電気機械は、ステータコアを備えたステータと、ロータコアを備え、前記ステータに対して可動であるロータと、を備えている。前記電気機械の前記ステータ又は前記ロータのうち少なくとも１つに、１つ又は複数の巻線が設けられている。前記ステータ又は前記ロータのうち前記少なくとも１つの前記１つ又は複数の巻線を１つ又は複数の冷媒缶が当該冷媒缶の内部コンパートメントに封入（encapsulate）し、前記内部コンパートメントは、前記１つ又は複数の巻線を通る冷媒流路を画定する。前記冷媒缶は、前記内部コンパートメントと流体連通する冷媒流入口及び冷媒流出口を有し、前記冷媒缶の前記内部コンパートメントは、前記ステータコア及び前記ロータコアから流体的に隔絶されている。
【0007】
本願開示の他の一側面では、熱管理システムを備えた電気機械は、ステータコアを備えたステータと、ロータコアを備え、前記ステータに対して可動であるロータと、冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプと電気的に接続され、前記冷媒ポンプを制御するように構成された制御部と、を備えている。前記電気機械の前記ステータ又は前記ロータのうち少なくとも１つに、１つ又は複数の巻線が設けられている。前記ステータ又は前記ロータのうち前記少なくとも１つの表面又は内部に配置された前記巻線のうち１つ又は複数を１つ又は複数の冷媒缶が当該冷媒缶の内部コンパートメントに封入し、前記内部コンパートメントは、前記１つ又は複数の巻線を通る冷媒流路を画定する。前記冷媒缶は、前記内部コンパートメントと流体連通する冷媒流入口及び冷媒流出口を有し、前記冷媒ポンプは前記１つ又は複数の冷媒缶の１つ又は複数の冷媒流入口と流体連通している。
【0008】
本願開示のさらに他の一側面では、熱管理システムを備えた電気機械の熱管理を行うための方法は、１つ又は複数の冷媒缶の内部コンパートメントに冷媒を流すことを含み、前記冷媒缶は、当該冷媒缶の前記内部コンパートメントに前記電気機械の１つ又は複数の巻線を封入している。前記冷媒缶の前記内部コンパートメントは前記電気機械の他の構成要素から流体的に隔絶されている。
【0009】
本願開示の上記及び他の側面及び利点は、以下の説明から明らかである。以下の説明では、当該説明の一部を構成する添付図面を参照するが、図面では、本願開示の好適な構成が例示されている。しかし、かかる構成は必ずしも本願開示の全範囲を代表するとは限らないので、本願開示の範囲の解釈にあたっては特許請求の範囲が参酌される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】電気モータを備えた一例の電気的駆動システムのブロック図である。
【図2】本願開示の電気モータの一例のステータの正面等角図である。
【図13】本願開示の電気モータの他の一例のステータの正面等角図である。
【図24】本願開示の電気モータの他の一例のステータの正面等角図である。
【図33】本願開示の電気モータの他の一例のステータの正面等角図である。
【図42】本願開示の電気モータの一例のロータの正面等角図である。
【図55】本願開示の電気モータの電気的構成要素を備えた一例の巻線の斜視図である。
【図56】本願開示の冷媒缶の一例の内表面の細部図である。
【図57】電気機械用の一例の温度制御モジュールの概略図である。
【図58】電気機械の冷媒マニホルドを含む一例の冷媒流れシステムの各種構成要素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
上記で詳述したように、電気機械の中には、当該電気機械の性能を維持して寿命を長くするため、冷却及び熱管理システムを含めた熱管理システムを動作中に必要とし得るものがある。本願開示は、例えばロータとステータとを電磁結合したものを備えた電気モータ等の電気機械の熱管理システムに関するものである。電気モータでは、ステータ及びロータのうち一方又は両方が電線の巻線又は導電性要素を備え、この巻線又は導電性要素は、当該巻線に電流が流れることによって電磁結合を行うことができるものである。この電流は巻線に熱散逸を引き起こし、これは電気モータの性能や寿命に悪影響を及ぼし得る。例えば、電気モータの導体若しくはこれに関連する構成要素が高温によって機械的に損傷することがあり、又は、巻線の温度上昇と共に導体の電気的抵抗が増大して巻線の性能を低下することがある。
【0012】
電気機械の巻線、例えば電気モータの巻線の温度を許容可能な低い温度に維持するため、液体冷媒を使用することができる。電気モータの従来の冷却には、例えば強制空冷、噴霧冷却及び液浸冷却が含まれる。強制空冷は、モータアセンブリ内に空気を押し流してモータの巻線又は導電性要素を冷却するものである。噴霧冷却システムは、特定のモータ構成要素に冷媒のジェットを当てる構成とすることができる。液浸冷却システムは、動作中にモータアセンブリ全部を液体の収容ボリューム中に浸漬するものである。上記の従来の冷却システムのうち巻線の冷却において最も有効なのは液浸冷却であるが、上記のどちらの冷却システムも、電気モータの動作ボリュームにおける冷媒量がかなり多くなってしまい、少なくとも２つの不所望の効果のうち一方又は両 方を引き起こしてしまう。
【0013】
第１の不所望の効果は、モータの可動部品が冷媒と接触したときの風損（windage）又は抗力損（drag loss）が増大することであり、この増大は特にモータのエアギャップ（すなわち、ステータとロータとの間のギャップ）内に冷媒が存在する場合に生じ、これは液浸冷却に共通する結果である。噴霧冷却はこの悪影響を軽減し得るが、液浸冷却と比較して冷却有効性が低下してしまう。その上、噴霧冷却は典型的には、モータアセンブリの動作ボリューム内においてステータ本体とロータ本体とが近接していることと、動作に由来する現象との両方に起因して、他のモータ構成要素との相互作用が著しく多い。強制空冷も風損又は抗力損の問題があり、特に、先進の冷却能力又は高出力密度の電気機械設計を達成するために必要な空気流が多い場合に当該問題が存在する。
【0014】
第２に、上記にて述べたように従来の電気モータ設計では、巻線の温度を、当該巻線が設けられたステータコア又はロータコアより低温に維持するのが有利である。モータの動作ボリューム内にかなり多量の冷媒が存在する液浸冷却は、巻線とステータコアとロータコアとに無差別に冷却を適用するので、巻線が冷却されるときにはステータコア及びロータコアも同様に冷却される。噴霧冷却も同様に、噴霧された冷媒が巻線から流れて、モータのステータコア及びロータコアを含めた動作ボリューム内に分散すると、ステータコア及びロータコアも意図せずに冷却される結果となり得る。
【0015】
その上、巻線導体の抵抗は動作温度に比例するので、非限定的な一例として銅等の多くの導電性要素が可能な限り低温に調整されたときに最も高効率となるのに対し、モータにて使用される他 の材料、非限定的な一例として鋼積層薄板等は、より高い動作温度とするのが有利となることがあり、例えば、かかる条件下では当該他の材料の損失を最小限に抑えることができ る。よって、電気機械に含まれる物の中には、直接冷却が常に有利であり又は望ましいとは限らないものもあり、直接冷却が特定の電気機械における要求と両立しないことがある。例えば磁石、半導体、又はそもそもステータ若しくはロータ等の他 の構成要素は、互いに異なる熱的能力や動作条件を必要とすることがあり、これも電気機械の熱管理の必要性をさらに増大させることとなる。
【0016】
さらに、多くの伝統的な電気モータやモータアセンブリは、電気機械の導電性要素から電気機械コア、磁気的要素若しくはハウジングを介して熱を除去する機能を有するパッシブ型又はアクティブ型のヒートジャケットを使用する。具体的には、電気機械及び電気機械アセンブリの熱流は、導体の温度がコアの温度より高い熱勾配を生じる磁気的構成要素を通る設計となっている。これは、上記の通りコア及び／又は電気機械そのものの性能にとって好ましくない場合がある。
【0017】
上記の欠点の認識下で、巻線あるいは導電性要素を備えた電気機械の性能を向上する取り組みにおいて、本願開示は、電気機械の内部構成要素を含めた動作ボリュームから切り離して巻線又は導電性要素に冷却を提供する熱管理システムのシステム及び方法を提供するものである。例えば、本願開示で記載されている電気機械は、巻線又は導電性要素を封入した冷媒缶を備えており、冷媒が冷媒缶内を流れてステータ又はロータ又はその両方の巻線あるいは導電性要素のみと接触するように構成されている。動作の際には、上述の冷媒缶は液浸冷却の効率面での利点を提供すると共に、巻線あるいは導電性要素にのみ冷却を行うという利点を効果的に奏する。冷媒缶は、電気機械の他の内部構成要素、例えば巻線あるいは導電性要素が取り付けられ又はこれと電気的にやりとりする電気モータのステータコア又はロータコア等から、冷媒を流体的に隔絶して、ステータコア又はロータコアでは、封入された巻線あるいは導電性要素より比較的高い温度を維持でき るようにする。本願開示によって、モータ動作中にステータコア及び／又はロータコアの温度を、これに配された巻線あるいは導電性要素より高温に維持することができる場合があり、このことは、従来のモータ内部プロセスと一線を画す突破口となる。
【0018】
上記の通り、電気モータでは、巻線あるいは導電性要素における冷媒をステータコア又はロータコアから流体的に隔絶することにより、モータ性能を向上することができる。典型的には温度上昇と共に（例えば抵抗増大等により）効率が低減するモータ巻線とは異なり、ステータコアやロータコアは温度上昇と共に効率向上を示すことが多く、その理由は、ステータコア及びロータコアに誘導される渦電流が温度上昇と共に減少するからである。誘導された渦電流は、巻線から伝わるいかなる熱にも依存せずに、ステータコア及びロータコアを加熱するように作用する。本願開示の熱管理システムに冷媒缶を設けることにより、ステータコア又はロータコアにおいて比較的高温を維持することができ 、これにより巻線効率とハウジング／コア効率とを同時に向上することができる。本願でいう電気機械の「性能」とは、電気機械の出力密度、熱的余裕（thermal headroom）及び／又は効率をいう。
【0019】
以降説明するように、本願開示は、電気機械の巻線あるいは導電性要素に直接冷却を行うように構成された冷媒缶を用いた電気機械の熱管理システムのためのシステム及び方法を提供するものである。非限定的な一例では、電気モータは、当該モータのステータの表面又は内部に配置された巻線あるいは導電性要素を封入する冷媒缶を備えている。これに代えて、又はこれと共に、電気モータ又は電気モータアセンブリは、当該モータのロータの表面又は内部に配置された巻線あるいは導電性要素を封入する冷媒缶を備えている。これに代えて、又はこれと共に、電気モータ又は電気モータアセンブリは、当該モータのステータ及びロータの両方の表面又は内部に配置された巻線あるいは導電性要素を封入する冷媒缶を備えている。追加的又は代替的に、電気モータ又は電気モータアセンブリは、ステータ又はロータの一方又は両方と電気的にやりとりする巻線又は導電性要素を封入する冷媒缶を備えている。また、冷媒缶を用いた熱管理システムを備えている電気モータ又は電気モータアセンブリの中の冷媒流及び温度をモニタリング及び／又は調整するためのシステム及び方法も提供する。
【0020】
以下の記載は、ステータ及び／又はロータを備えた電気機械に本願開示を当てはめて説明するが、本願開示はかかる電気機械に限定することを意図したものではない。一部の実施態様では、巻線又は導電性要素を備えた他の電気機械、例えば電気的トランスや電気的インバータ等に、冷媒缶を備えた熱管理システム及び方法を適用することができる。種々の実施態様において、熱管理システム及び方法は、発電機、複数の電気的（又は電磁的）システムを結合したもの、ある入力から所望の出力へのエネルギー流と機械的又は電気的圧力を変化させる機械的及び／又は電気的パワー変換装置に適用することができる。
【0021】
一部の実施態様では、下記にて説明する冷媒缶を備えた熱管理システム及び方法を使用して、電気機械の巻線又は導電性要素以外の電気的構成要素又は電気的環境に冷媒又は熱制御を提供することができる。例えば一部の実施態様では、本願開示の１つ又は複数の冷媒缶の中に電気機械のトランスを封入することができる。一部の実施態様では、本願開示の１つ又は複数の冷媒缶の中に電気機械又は電気的システムのインバータを封入することができる。
【0022】
本願開示では全体を通じて、巻線との用語と導体／導電性要素との用語は交換可能に用いることができる。導電性要素には、バー、プリント配線板（ＰＣＢ）、半導体、リッツ線、マルチターンコイル、鋳造された若しくは固体の導体、カーボンナノチューブ、その他電気回路において電気を流すことができる全ての要素が含まれる。
【0023】
図１は、電気モータ１０２と、電気モータ１０２に結合されたモータ制御部１０４と、を備えた電気的駆動システム１００を概略的に示す図である。モータ制御部１０４は、負荷１０６を駆動するように電気モータ１０２を動作させる構成となっている。負荷１０６は、例えば歯車セット等の追加の歯車列、車両の車輪、ポンプ、コンプレッサ、又は他のモータとすることができ、他のモータの場合、複数のモータを連結して並列動作させることができる。
【0024】
電気モータ１０２は、モータハウジング１１０に対して回転可能な出力軸部１０８を有する。モータハウジング１１０は、モータ構成要素の回転その他の運動に関するデータムと見なされる。使用中、出力軸部１０８は負荷１０６に結合することができ、また電気モータ１０２は、モータ制御部１０４からの適切な電力及び信号によって電気的に作動されたときに、負荷１０６に回転力を与えることができる。一部の実施態様では、出力軸部１０８は電気モータ１０２を貫通して当該出力軸部１０８の両端が露出する。すなわち、モータ１０２の両端で回転力を出力することができる。モータハウジング１１０は出力軸部１０８の回転軸を基準として対称とすることができるが、モータハウジング１１０は任意の外形とすることができ、一般に、モータ１０２の動作中にハウジング１１０の回転を阻止するために当該モータハウジング１１０を他の構造に固定するための手段を備えることができる。
【0025】
電気モータ１０２は、ステータ等のアクティブ磁気的要素１１２と、ロータ等のパッシブ磁気的要素１１４を備えることができる。一部の実施態様では、例えばロータが、インバータ又は制御可能な電源によって駆動される導体又は導電性要素を備えている場合、ロータをアクティブ部品とすることができる。ステータ又はロータ又はその両方は、その対向する構成要素に対する位置に電磁界を生成して両構成要素間に機械的力を生じさせるように制御される電気回路を備えることができる。ここで詳述するにあたり、以下で詳述する実施態様では、アクティブ磁気的要素１１２の代表例としてステータを使用すると共に、パッシブ磁気的要素１１４の代表例としてロータを用いる。他の実施態様では、アクティブ磁気的要素１１２及びパッシブ磁気的要素１１４を他の電気機械又はモータの他の構成要素とすることができる。
【0026】
電気モータ１０２は、少なくとも２つの磁気的要素１１２を備えたものとして説明することも可能であり、一般には固定要素あるいはステータと、例えば回転要素あるいはロータ等の自在に可動な要素と、を備える。ステータ又はロータ又はその両方は、その対向する構成要素に対する位置に電磁界を生成して両構成要素間に機械的力を生じさせるように制御される電気回路を備えている。ここで詳述するにあたり本実施態様では、固定磁気的要素１１２の代表例としてステータを使用すると共に、可動磁気的要素１１４の代表例としてロータを用いる。他の実施態様では、固定磁気的要素１１２及び可動磁気的要素１１４を他の電気機械又はモータの他の構成要素とすることができる。ロータ１１４は、ステータ１１２と電磁的に相互作用するように構成されており、例えばインナーロータ・ラジアルギャップモータ等ではロータ１１４をステータ１１２の中に配置することができ、又は、例えばアキシャルギャップモータ若しくはリニアモータ等ではロータ１１４をステータ１１２に対して平行に配置することができ、又は、アウターロータ・ラジアルギャップモータ等ではロータ１１４をステータ１１２の外部に配置することができ、又はこれらの配置の何らかの組み合わせとすることができる。ステータ１１２における電気の働きが、ロータ１１４の動きを駆動する。ロータのいかなる回転も出力軸部１０８に伝達されて出力軸部１０８を回転させるように、ロータ１１４は出力軸部１０８に回転結合されている。動作中にロータ１１４がステータ１１２まわり又はステータ１１２に対して平行に動くように、ステータ１１２は電気モータ１０２において固定されている。
【0027】
電線又は導電性要素のループを電流が通ることによって、当該電線又は導電性要素の巻回領域又は包囲領域を通る起磁力（ＭＭＦ）及びモータ極が生じる。典型的な電気モータでは、かかるループは所望の電流負荷に耐えるために十分な径を有し、これは一部の実施態様では、駆動周波数の表皮深さがループを完全に貫通するために十分な細さとしなければならない。一部の実施態様では、磁極の磁界強度を増大させるために巻き数を多くし、又はワイヤの重なり合うループを多くする。このトポロジは、巻線界磁極と称され得る。複数のループを重ね合わせた上記のセットは、コイルと称される。
【0028】
本願開示では、１つの電気機械の中、例えば電気モータのステータ又はロータ等において、電気機械の他のコイル又は導電性要素と共に働くように構成された電線又は導電性要素のコイルを「巻線」という。実際には、巻線は種々の形態をとることができる。例えば一部の事例では、ワイヤコイルを一緒に直列に巻くことにより、コイルの各一巻きが同じ磁気軸を有する。このように直列に巻かれた複数のコイル又は別々のロータ歯若しくはステータ歯に巻かれた複数のコイルは「集中巻線」と称され得る。一部の事例では、コイルはロータ又はステータの複数の歯に重なってこれらを包囲することができる。このように重なり合った複数のコイルは、電機子又は「分布巻線」と称され得る。１つの磁極がこの分布巻線の磁気中心となり、これにより当該磁極は、巻線を通る駆動電流に応じて上述の分布巻線の中の個々のコイルに対して相対的に動くことができる。一部の事例では、ロータ又はステータのうちいずれか一方の歯スロットからヨーク又は継鉄にコイルを巻くことができる。かかるコイルは「トロイダル巻線」と称され得る。
【0029】
図１の例の電気モータ１０２では、ステータ１１２は複数のステータ極を有すると共に、ロータ１１４は複数のロータ極を有し、ステータに対して電気的巻線が設けられている。ロータ１１４はステータ１１２と合わさって、当該ステータとロータとの間に公称エアギャップを画定し、例えば一部の実施態様では、この公称エアギャップはロータ歯とステータ歯との間に画定される。ロータ１１４はステータ１１２に対して可動となっており、例えば、回転軸まわりに回転可能、又は１つ若しくは複数の規定された方向に直線移動可能である。
【0030】
図２～６は、本願開示の一実施態様例のステータ２００の非限定的な一例を示す図である。ステータ２００は、概ね円筒形のステータコア２０２と、ステータコア２０２の周囲に周方向に配置された複数の冷媒缶２０４と、を備えている。ステータコア２０２は、内径２０８を有すると共に開口２１０を画定する内周面２０６を有する。開口２１０は、電気モータのロータ（不図示）と内周面２０６との間にエアギャップが存在するようにロータを受け入れるように構成されている。ステータコア２０２は、開口２１０を通って延在する長手方向軸２１２を有する。
【0031】
ステータコア２０２から径方向に複数のステータ歯２１４が延在し、その向きはステータコア２０２の周方向に向けられている。ステータコア２０２の外径２２０は、上記の複数のステータ歯２１４の外端部２１８によって定義される。複数の各ステータ歯２１４は、複数の冷媒缶２０４の開口を受け入れる構成となっている（図１１及び図１２参照）。本実施態様では、ステータ歯２１４は１つおきに冷媒缶２０４を受けるように周方向に離隔している（図１２参照）。
【0032】
一部の実施態様では、ステータコア２０２は（ステータ歯２１４も含めて）、鉄等の透磁性材料から成る。一部の実施態様では、ステータコア２０２は、外表面にステータ歯が形成された１つ又は複数の円筒部から成る。一部の実施態様では、ステータコア２０２は複数のステータ板又は積層薄板から成り、これにより、ステータコア２０２の透磁性材料内の渦電流が減少する。例えば一部の実施形態では、ステータ積層薄板は、ステータコア２０２におけるその外表面となる部分に含まれる。
【0033】
一部の実施態様では、ステータコア２０２は透磁性材料に加えて他の要素を含む。例えば一部の実施態様では、ステータコア２０２は接着剤及び／又は電気絶縁材料（例えばワニス及び／又は金属酸化物）を含む。一部の実施態様では、ステータコアの一部がエポキシその他絶縁材料を含み、又はこれに封入されている。
【0034】
図７～１２は、冷媒缶２０４をより詳細に示す図である。冷媒缶２０４は本体２３０を有し、この本体２３０は冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２を画定する。本体２３０の後壁２３４に１つ又は複数の流入口２３６が設けられており、この流入口２３６は、冷媒缶２０４の本体２３０の内部コンパートメント２３２と流体連通する。本体２３０の前壁２３８に１つ又は複数の流出口２４０が設けられており（図２及び図４に示されている）、この流出口２４０は、冷媒缶２０４の本体２３０の内部コンパートメント２３２と流体連通する。内部コンパートメント２３２内には本体２３０の内壁２４２が配置されており、この内壁２４２は、本体２３０の下壁２４６と上壁２４８とを貫通する開口２４４を有する。
【0035】
図８を参照すると、内部コンパートメント２３２内に集中巻線２５０が配置されており、これは本体２３０の内壁２４２に巻かれている（図１１参照）。本実施態様では、本体２３０の上壁２４８は蓋部２５２から構成され、この蓋部２５２を取り外したときに本体２３０の内部コンパートメント２３２に接近できるように、当該蓋部２５２は本体２３０から取外し可能となっている。一部の実施態様では、本体２３０の下壁２４６が取外し可能とされる。冷媒缶２０４の本体２３０内に巻線２５０が配置された後、１つ又は複数の種々の手法によって蓋部２５２を本体２３０に接合することができ、かかる手法には超音波溶接、接着剤、及び嵌合クリップが含まれる。冷媒缶２０４の各部分を接合する上記の手法は、本願に記載されている他の例の冷媒缶の各部分を接合するために使用することも可能である。一部の実施態様では、蓋部２５２と本体２３０との間にガスケット等のシーリング部材を配置して冷媒缶２０４の蓋部２５２と本体２３０との間に流体シールを提供することができる。
【0036】
図８～１０を参照すると、冷媒缶２０４の本体２３０は、巻線２５０を当該本体２３０の内部コンパートメント２３２に封入するように構成されている。本実施態様では、巻線２５０が内部コンパートメント２３２内にフィットして本体２３０の円筒形の内壁２４２まわりにフィットするように、巻線２５０は、下方向にテーパ状である概ね方形の形状に巻かれている（図７及び図９参照）。一部の実施態様では、巻線２５０は円筒状に巻かれている。一部の実施態様では、巻線２５０は冷媒缶２０４の本体２３０の２つ以上の開口２４４にフィットするように巻かれている。
【0037】
一部の実施態様では、巻線２５０は電線以外の要素を備えている。例えば種々の実施態様において、巻線２５０は当該巻線２５０の電線の複数の束をまとめて保持する接着剤又はバインダ構造を備え、及び／又は、巻線２５０の個々の電線間のスペースを埋めるポッティング材、例えば熱可塑性樹脂等を備えている。
【0038】
電気機械の中には、当該電気機械において不所望の電気伝導を阻止するため、又は、システムの性能、安全性若しくは寿命に好ましくない電流の伝導を阻止するため、電気的な絶縁を必要とするものがある。例えば、電気モータでは、導電性要素と磁気的要素との間を絶縁する必要がある（図１参照）。この絶縁体は従来の構成のモータにおいて、電気的絶縁以外の他の機能を提供せず、特定の実施態様では、導電性要素の冷却に必要な熱流を阻害又は制限することがある。本願開示全体において説明するように、本願開示では冷媒がシステムの電気的絶縁と熱管理とを提供することができる。例えば、冷媒はシステム構成要素において熱の流れを送ったり制御したりするための流体的隔絶の他に、さらに電気的絶縁も提供する。
【0039】
従って一部の実施態様では、巻線２５０は、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２内の当該巻線の電線又は又は導電性要素を包囲する１つ又は複数の絶縁層を備えており、これにより、冷媒缶２３２内に流れる冷媒によって巻線２５０が冷却されている間、巻線２５０がステータ２００の他の構成要素、電気機械の他の構成要素、及び／又は当該電気機械外部の機械若しくは機械構成要素から電気的に絶縁される。絶縁材料には、冷媒缶構造の一部又は全部を含む紙、プラスチック、ワニス、ゴム、又はポッティング材が含まれ得る（図１１及び図１２参照）。
【0040】
図１１は、図１０の線１１－１１に沿った冷媒缶２０４の一部の断面図である。図１１から分かるように、冷媒缶２０４はステータコア２０２のステータ歯２１４に配置され、ステータ巻線２５０が冷媒缶２０４の本体２３０の内壁２４２を介してステータ歯２１４を包囲する。図中の実施態様では、各冷媒缶２０４がそれぞれ１つの巻線２５０を封入し、１つのステータ歯２１４を包囲する。他の実施態様では、各冷媒缶２０４がそれぞれ２つ以上の巻線２５０を封入し、２つ以上のステータ歯２１４を包囲することができる。
【0041】
本体２３０は、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２内を通る流体流路を画定し、これにより、１つ又は複数の流入口２３６から冷媒が本体２３０の内部コンパートメント２３２に流入すると、当該冷媒はステータ巻線２５０のギャップを通って（図１２参照）、本体２３０の１つ又は複数の流出口２４０から内部コンパートメント２３２の外部に流出する。本実施態様では、冷媒缶２０４はステータコア２０２から流体的に隔絶されているので、冷媒缶２０４の本体２３０内を通る冷媒の流れは巻線２５０に接触するが、ステータコア２０２のステータ歯２１４や外表面２１６には接触しない。
【0042】
冷媒缶２０４に封入された巻線２５０の冷却効率は、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２の容積と、内部コンパートメント内に配置された巻線２５０の体積と、に依存し得る。巻線２５０の体積が大きいほど、内部コンパートメント２３２内を流れることができる冷媒の体積が少なくなる。一部の実施態様では、冷媒缶の内部コンパートメントの容積と当該内部コンパートメント内に配置される１つ又は複数の巻線の体積との比は１００：９５～１００：７５である。一部の実施態様では、冷媒缶の内部コンパートメントの容積と当該内部コンパートメント内に配置される１つ又は複数の巻線の体積との比は１０：９～１０：７である。一部の実施態様では、冷媒缶の内部コンパートメントの容積と当該内部コンパートメント内に配置される１つ又は複数の巻線の体積との比は５：４～２：１である。一部の実施態様では、冷媒缶の内部コンパートメントの容積と巻線の体積との比は５：３～１０：３である。
【0043】
一部の実施態様では、導電性要素の冷却の有効性は、冷媒缶内に確立される流体的厚さによって記述することができる。伝統的な考え方は、動作中に必要な熱を適切に沈め及び／又は排除するためには、導体に対する流体の相対的な量を多くすべきというものであったが、流体厚さを薄くすることにより、あるいは導体体積に対する流体体積を小さくすることにより、性能を向上することができる。一部の実施態様では、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２内の流体的厚さは約０．２ｍｍ～０．７ｍｍの範囲である。一部の実施態様では、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２内の流体的厚さは約０．５ｍｍ～１．５ｍｍの範囲である。一部の実施態様では、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２内の流体的厚さは約１ｍｍ～３ｍｍの範囲である。興味深いことに、ピークコイル温度を最小にするためのクリアランスは、ジュール発熱損失を最小にするために必要なクリアランスと同じではない場合があり、これは、可能な限り小さいクリアランスによる恩恵を受けることができる場合がある。一部の用途では、ピーク温度を低減することが有利となり得る（例えば高出力密度の用途等）。他の用途では、ジュール発熱損失を低減することが有利となり得る（例えば高効率の用途等）。
【0044】
一部の実施態様では、冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２は電気モータの他の構成要素から完全には封止されない。例えば一部の実施態様では、２つ以上の冷媒缶２０４の一部が互いに流体連通して、当該２つ以上の冷媒缶２０４の内部コンパートメント２３２間において部分的なシールを形成する。一部の実施態様では、冷媒缶２０４は１つ又は複数の流入口２３６及び流出口２４０の他にさらに、当該冷媒缶の本体２３０に形成された開口を有することもでき、これにより、冷媒缶２０４から冷媒が流出して電気モータの他の構成要素に接触することができる。例えば、冷媒缶２０４の本体２３０の下壁２４６に１つ又は複数の孔を形成し、冷媒が内部コンパートメント２３２を通って流れるときにある程度の体積の冷媒が当該１つ又は複数の孔から漏出して電気モータのステータコア２０２又はロータと接触できるようにすることができる。
【0045】
例えば一部の実施態様では、内部コンパートメント２３２に流入する冷媒の総体積の５％未満が、冷媒缶２０４の１つ又は複数の流出口２４０以外の経路を通って当該冷媒缶２０４から漏出することができる。一部の実施態様では、内部コンパートメント２３２に流入する冷媒の総体積の３％未満が、冷媒缶２０４の１つ又は複数の流出口２４０以外の経路を通って当該冷媒缶２０４から漏出することができる。一部の実施態様では、内部コンパートメント２３２に流入する冷媒の総体積の１％未満が、冷媒缶２０４の１つ又は複数の流出口２４０以外の経路を通って当該冷媒缶２０４から漏出することができる。
【0046】
本願開示において、上記の通り少量の冷媒が冷媒缶から流出する際に冷媒缶が促すように構成されている一部の実施態様では、冷媒缶は依然として、本願開示にて定義されているようにステータコア又はロータから「流体的に隔絶」されている。
【0047】
再度図２～６を参照すると、本実施態様では上記の複数の冷媒缶２０４の向きは、ステータコア２０２の各ステータ歯２１４の周方向となっている。本実施態様では、ステータ歯２１４のうち複数の第１のステータ歯２６０が冷媒缶２０４を受け、これにより当該複数の第１のステータ歯２６０は、冷媒缶２０４に封入された集中巻線２５０によって包囲される。このようにして、複数の各第１のステータ歯２６０はそれぞれ、ステータ巻線２５０を通る電流によって生じた各磁極に対応することとなる。ステータ歯２１４のうち複数の各第２のステータ歯２６２が、それぞれ２つの冷媒缶２０４間に配置されている。この構成によって、ステータ歯２１４間（すなわちステータ歯２１４間の「スロット」）の冷媒缶２０４の本体２３０を含む材料の量が削減されて、ステータ歯２１４間の巻線占積率が最大になる。種々の実施態様では、スロットのうち冷媒缶材料が充填される割合が約２５％未満であり、スロットのうち冷媒缶材料が充填される割合が約１５％未満であり、又は、スロットのうち冷媒缶材料が充填される割合が約５％未満である。
【0048】
高性能を維持するためにスロットにおける巻線に利用可能な領域の全部を使用しようとする伝統的な設計とは異なり、冷媒缶によってスロット導体占積率を低減しつつ、高性能動作を提供し又は性能を改善することができる。これにより、典型的には低い性能と結びつく電気機械における導体の電流密度を増加させつつ、本願全体において記載されているように性能向上を提供することができる。例えば高トルク密度用途等の他の用途では、冷媒缶により、伝統的な電気機械の必要なスロット領域と比較して磁気的コア材料を増加することができ、これによって、同じ起磁力の場合、電気機械の飽和を低くすることができると共に、電磁的性能の向上のために電気機械の飽和レベルを高くすることができる。
【0049】
よって、一部の実施態様ではステータコア２０２は、各ステータ歯２１４がそれぞれ冷媒缶２０４を受け、これにより、各ステータ歯２１４がそれぞれ、冷媒缶２０４に封入された１つ又は複数の巻線２５０によって包囲されるように構成される。かかる実施態様では、周方向に隣り合って配置された２つ以上の冷媒缶２０４が、当該冷媒缶２０４の本体２３０間に同じ壁を共有することができる。一部の実施態様では、１つのステータ歯２１４が複数の巻線２５０によって包囲される。一部の実施態様では、１つの冷媒缶２０４が複数のステータ歯２１４に跨って設けられ、当該複数のステータ歯２１４に受容される。
【0050】
再度図１０を参照すると、本実施態様では、複数の冷媒缶２０４のうち１つがステータ歯２１４に配置されると、当該ステータ歯２１４の頂部２７０が本体２３０の開口２４４内を通って冷媒缶２０４の本体２３０の上壁２４８の上方に延在する。
【0051】
図１２は、ステータコア２０２の周に沿って配置された複数の冷媒缶２０４の、図２の線１２－１２に沿った断面図である。図１２を見ると分かるように、複数の第１のステータ歯２６０のうち１つに冷媒缶２０４が嵌められると、冷媒缶２０４は両側において複数の第２のステータ歯２６２の１つとそれぞれ接触し、ステータ歯２１４の頂部２７０間にギャップが形成される。ステータ歯２１４の２つの頂部２７０間にギャップピース２７２を挿入することにより、ステータ２００の実質的に連続した外表面を形成することができる。一部の実施態様では、ギャップピース２７２はステータコア２０２と同一の材料から成る。一部の実施態様では、ギャップピース２７２はステータコア２０２とは異なる材料から成る。一部の実施態様では、複数の第１のステータ歯２６０の径方向高さと複数の第２のステータ歯２６２の径方向高さとは等しくなく、よってギャップピース２７２は不要である。
【0052】
上述したように、一部の電気機械では、ロータ又はステータのいずれか一方の複数の歯と重なり合ってこれらを包囲するコイルを有する巻線、すなわち分布巻線を設けることが有利となり得る。本願開示の一部のステータ又はロータは、分布巻線を備える。かかる実施態様では、各巻線がステータ又はロータの周の大半又は全部にわたって分布し、複数の歯の間に絡められているので、分布巻線が設けられたステータ又はロータ内に分布巻線に対応する冷媒流路を画定する冷媒缶は、集中巻線について記載した冷媒缶とは異なる構造を有することができる。
【0053】
さらに、一部の電気機械では、ロータ又はステータの一方の歯スロットにおいて当該一方の継鉄のまわりに巻かれたコイルを有する巻線、すなわちトロイダル巻線を設けることができる。本願開示の一部のステータ又はロータはトロイダル巻線を備える（図２４～４１参照）。かかる実施態様では、各巻線がモータの複数の軸方向構成要素にわたり継鉄のまわりに分布しているので、トロイダル巻線が設けられたステータ又はロータ内に当該トロイダル巻線に対応する冷媒流路を画定する冷媒缶は、集中巻線について記載した冷媒缶とは異なる構造を有することができる。これは、集中巻線若しくは分布巻線のいずれか一方又はこれらの組み合わせと同様の構成を有することができる。
【0054】
図１３～２３は、本願開示の分布巻線用の冷媒缶を備えた熱管理システムを有する一例のステータを示す。本実施態様の分布巻線用に構成された冷媒缶は、図２～１２を参照して説明した集中巻線用に構成された冷媒缶と共通の構成を有するが、本実施態様では、巻線はステータの各冷媒缶を介して相互接続されているので、ステータの冷媒缶を互いに流体的に隔絶するようには構成されていない。
【0055】
図１３～１５を参照すると、一例のステータ３００はステータコア３０２と第１のエンドキャップ３０４と第２のエンドキャップ３０６とを備えており、第１のエンドキャップ３０４はステータコア３０２の第１の軸方向端部３０８に配置され、第２のエンドキャップ３０６はステータコア３０２の第２の軸方向端部３１０に配置されている。図２～１２を参照して説明した一例の実施態様のステータ２００と同様に、ステータ３００は開口３１２を有し、この開口３１２はステータコア３０２の長手方向軸３１４に沿って両軸方向端部３０８，３１０を貫通するように延在し、電気モータのロータ（不図示）を受けるように構成されている。本実施態様ではステータコア３０２は、ステータコア３０２に配置された複数の冷媒缶要素３５０（図２２及び図２３参照）に入れられたステータ分布巻線（不図示）を受けるように構成されている。
【0056】
次に図１６～１８を参照すると、ステータコア３０２は冷媒缶フレーム３２４と、当該冷媒缶フレーム３２４に配置されたステータコア３２６と、により構成されている。冷媒缶フレーム３２４は開口を有し、この開口はステータ３００の開口３１２を形成する。冷媒缶フレーム３２４は、ステータコア３０２の第１の軸方向端部３０８に配置された第１のエンドキャップ３３０と、第２の軸方向端部３１０に配置された第２のエンドキャップ３３２と、を備えている。ステータコア３０２の外径は、冷媒缶フレーム３２４の第１のエンドキャップ３３０及び第２のエンドキャップ３３２の外径３３６（図１４参照）によって定義される。エンドキャップ３３０，３３２の内径３３８（図１４参照）は、ステータ３００の開口３１２によって定義される。第１のエンドキャップ３３０及び第２のエンドキャップ３３２は内壁３４２と、当該内壁３４２から軸方向外側に延在する外側リム３４４及び内側リム３４６とを備えている。外側リム３４４は外径３３６を有し、内側リム３４６は内径３３６を有する。外側リム３４４は、エンドキャップ３３０，３３２に形成され内壁３４２に向かって延在する外側凹部付き縁部３４８（図１９参照）を有する。内側リム３４６は、エンドキャップ３３０，３３２に形成された内側凹部付き縁部３５２（図１９参照）を有し、この内側凹部付き縁部３５２は、外側リム３４４の外側凹部付き縁部３４８が内壁３４２に向かって延在する距離と同等の距離で内壁３４２に向かって延在する。
【0057】
エンドキャップ３３０，３３２の内側リム３４６と外側リム３４４との間に複数の冷媒缶要素３５０が周方向に配置され、冷媒缶フレーム３２４のエンドキャップ３３０，３３２の内壁３４２を軸方向に貫通する。冷媒缶要素３５０は径方向内側にステータ３００の長手方向軸３１４を向いており、冷媒缶要素３５０の外壁３５４は径方向においてエンドキャップ３３０，３３２の外径３３６内に配置される。冷媒缶要素３５０は第１の側壁３５６と、当該第１の側壁３５６とは反対側の第２の側壁３５８と、を備えている。各冷媒缶要素３５０における外壁３５４とは反対側のステータ３００の長手方向軸３１４側に、エアギャップ開口３６０（図１９参照）が配されている。エアギャップ開口３６０はエンドキャップ３３０，３３２の内側リム３４６を軸方向に貫通し、冷媒缶要素３５０の壁３５４，３５６，３５８によって画定される。冷媒缶要素３５０の壁３５４，３５６，３５８とエンドキャップ３３０，３３２の内壁３４２とが複数のステータ歯開口３６８を画定し、冷媒缶要素３５０の各側壁３５６，３５８の隣に１つのステータ歯開口３６８が配されるように構成される。
【0058】
図１７を参照すると、ステータコア３２６がより詳細に示されている。ステータコア３２６は、ステータ３００の長手方向軸３１４を通って軸方向に延在する開口３７０を有する。本実施態様では、ステータコア３２６は長手方向軸３１４を通る内径３７２及び外径３７４を有し、内径３７２は冷媒缶フレーム３２４の内径３３６と同じであり、外径３７４は冷媒缶フレーム３２４の外径３３８と同じである。ステータコア３２６は、当該ステータコア３２６の内径３７２まわりに周方向に配置された複数のステータ歯３７６を備えており、これらのステータ歯３７６はステータコア３２６の軸方向端部を貫通するように軸方向に延在する。一部の実施態様では、ステータコアの内径３７２及び外径３７４の一方又は両方が、冷媒缶フレーム３２４の内径３３６及び外径３３８と異なる。
【0059】
一部の実施態様では、ステータコア３２６は鉄等の透磁性材料から成る。一部の実施態様では、ステータコア３２６はステータ積層薄板を備えており、これにより、ステータコア３２６の透磁性材料内の渦電流が減少する。一部の実施態様では、ステータコア３２６は透磁性材料の他に他の要素を含む。例えば一部の実施態様では、ステータコア３２６は接着剤及び／又は電気絶縁材料（例えばワニス及び／又は金属酸化物）を含む。一部の実施態様では、ステータコア３２６の一部がエポキシその他絶縁材料を含み、又はこれに封入されている。
【0060】
図１８を参照すると、ステータコア３２６が冷媒缶フレーム３２４の周囲においてエンドキャップ３３０、３３２の間に配置されている。複数のステータ歯３７６は、冷媒缶フレーム３２４の各ステータ歯開口３６８に入れられている。図１８に示すように、ステータコア３２６が冷媒缶フレーム３２４に被せられると、ステータ歯３７６はステータ３００の開口３１２の実質的に連続した内表面を形成する。本実施態様では、ステータ歯３７６は、各歯３７６の一部が冷媒缶要素３５０（図２３参照）の各壁３５４，３５６，３５８に接触するように構成される。
【0061】
一部の実施形態では、冷媒缶フレーム３２４は単一片で構成される。かかる実施態様では、冷媒缶フレーム３２４をステータコア３２６内にオーバーモールド成形することができる。一部の実施形態では冷媒缶フレーム３２４は、ステータコア３２６内で接合した２つ以上のピースから成る。かかる実施態様では、これら２つ以上のピース又は冷媒缶フレーム３２４は１つ又は複数の種々の手法によって接合することができ、かかる手法には超音波溶接、接着剤、及び嵌合クリップが含まれる。冷媒缶フレーム３２４のピースを接合する上記の手法は、本願に記載されている冷媒缶フレームの他の構成要素を接合するために用いることも可能である。
【0062】
次に図１９及び図２０を参照すると、ステータコア３０２の内部構造が示されている。図１９は、組み立てられた状態の冷媒缶フレーム３２４及びステータコア３２６の細部図である。分布巻線（不図示）は複数の冷媒缶要素３５０間に延在するので、分布巻線は冷媒缶要素３５０のエアギャップ開口３６０を介して各冷媒缶要素３５０に挿入され、エンドキャップ３３０，３３２の内壁３４２の隣に配置される。図１９に示されているように、分布巻線（不図示）が挿入された後、冷媒缶要素３５０の各エアギャップ開口３６０にエアギャップキャップ３８０が挿入される。エアギャップキャップ３８０は、冷媒缶要素３５０の外壁３５４とは反対側の壁を提供するように構成されており、エンドキャップ３３０，３３２の内側リム３４６の内側凹部付き縁部３５２と整列するように形成された凹部付き縁部３８２を有する。よって、エアギャップキャップ３８０がエアギャップ開口３６０に挿入されると、冷媒缶要素３５０の壁３５４，３５６，３５８とエアギャップキャップ３８０とが冷媒缶要素３５０の内部コンパートメント３８４を画定する。冷媒缶要素３５０の内部コンパートメント３８４は、エンドキャップ３３０，３３２の内壁３４２によって画定された流入口３８６及び流出口３８８を有する（図２１及び図２２参照）。
【0063】
図２０を参照すると、エンドキャップ３３０，３３２の内側リム３４６及び外側リム３４４に２つのエンドキャップピース３０４，３０６が挿入される。図中の実施態様では、エンドキャップピース３０４，３０６の内表面がエンドキャップ３３０，３３２の外側リム３４４の外側凹部付き縁部３４８と内側リム３４６の内側凹部付き縁部３５２（エアギャップ開口３６０に挿入された各エアギャップキャップ３８０の凹部付き縁部３８２も含む）の両方に接触し、エンドキャップピース３０４，３０６の外表面が当該エンドキャップ３３０，３３２の外側リム３４４及び内側リム３４６と同一平面に揃っている。一部の実施態様では、本願開示全体において記載されているように、エンドキャップピース３０４，３０６は冷媒缶フレーム３２４に接合されており、この接合は例えば溶接、接着剤、クリップその他公知の接合手段によって行われる。一部の実施態様では、各エンドキャップピース３０４，３０６と冷媒缶フレーム３２４との間にガスケット等のシーリング部材が配置され、エンドキャップピース３０４，３０６と冷媒缶フレーム３２４との間にシールを提供する。
【0064】
エンドキャップピース３０４，３０６は、当該エンドキャップピースの周囲に周方向に配置された複数の開口３９０を有する。一部の実施態様では、エンドキャップピース３０４，３０６の開口３９０は同数である。一部の実施形態では、第１のエンドキャップピース３０４の開口３９０は第２のエンドキャップピース３０６の開口３９０より多く、又はその逆である。一部の実施形態では、エンドキャップピース３０４，３０６のうち一方は開口３９０を有しない。
【0065】
次に図２１及び図２２を参照すると、第１のエンドキャップピース３０４が第１のエンドキャップ３３０に受けられると、当該第１のエンドキャップ３３０の内側リム３４６及び外側リム３４４と内壁３４２とによって当該第１のエンドキャップ３３０の内部コンパートメント３９２が画定される。第２のエンドキャップピース３０６が第２のエンドキャップ３３２に受けられたときも同様に、当該第２のエンドキャップ３３２の内側リム３４６及び外側リム３４４と内壁３４２とによって当該第２のエンドキャップ３３２の内部コンパートメント３９４が画定される。エンドキャップピース３０４，３０６の開口３９０は、エンドキャップ３３０，３３２の内部コンパートメント３９２，３９４とそれぞれ流体連通している。エンドキャップ３３０，３３２の内部コンパートメント３９２，３９４は各冷媒缶要素３５０の流入口３８６及び流出口３８８において当該冷媒缶要素３５０の各内部コンパートメント３８４と流体連通している。このようにして、各冷媒缶要素３５０の内部コンパートメント３８４は他の各冷媒缶要素３５０と流体連通する。
【0066】
一部の実施態様では、一部の冷媒缶要素３５０は、一部の他の冷媒缶要素３５０と流体連通しないことが可能である。一部の実施態様では、一部の冷媒缶要素３５０は第１のエンドキャップ３３０の内部コンパートメント３９２のみと流体連通し、一部の冷媒缶要素３５０は第２のエンドキャップ３３２の内部コンパートメント３９４のみと流体連通する。
【0067】
図２１は、図１４の線２２－２２に沿った冷媒缶要素３５０の断面図である。第１のエンドキャップピース３３０の１つ又は複数の開口３９０を介して冷媒が第１のエンドキャップ３３０の内部コンパートメント３９２に流入すると、冷媒は各冷媒缶要素３５０の流入口３８６内に流入し、内部コンパートメント３８４と分布巻線（不図示）の一部とを通って当該各冷媒缶要素３５０の流出口３８８に向かって流れる。冷媒は冷媒缶要素３５０の流出口３８８から冷媒缶要素３５０の外部に流出し、第２のエンドキャップ３３２の内部コンパートメント３９４に流入する。その後、冷媒は第２のエンドキャップピース３０６の１つ又は複数の開口３９０から第２のエンドキャップ３３２の内部コンパートメント３９４の外部に流出する。
【0068】
本実施態様では、ステータコア３２６は冷媒缶フレーム３２４の冷媒缶要素３５０の内部コンパートメント３８４を通る冷媒流から流体的に隔絶される。よって、ステータコア３２６はモータ動作中の温度を、従来の強制空冷、噴霧、又は浸漬冷却手法より高く維持することができる。一部の実施態様では冷媒缶フレーム３２４は、１つ若しくは複数の冷媒缶要素３５０の内部コンパートメント３８４及び／又はエンドキャップ３３０，３３２の内部コンパートメント３９２，３９４に配された追加の流出口を介して、ステータコア３２６に冷媒を供給するように構成されている。
【0069】
一部の実施態様では、上記の集中巻線、分布巻線又はトロイダル巻線用の冷媒缶を備えた熱管理システムを、電気機械のステータ又はロータのいずれか一方又は両方に適用することができる。一部の実施態様では、電気機械のステータが分布巻線を有すると共に、電気機械のロータが集中巻線を有することができ、又はその逆も可能である。一部の実施態様では、電気機械はステータ又はロータ以外の構成要素に集中巻線又は分布巻線を備えることができる。一部の実施態様では、電気モータ以外の電気機械が集中巻線又は分布巻線を備えることができる。
【0070】
電気機械の中には、図２～１２を参照して説明した集中巻線とは異なる形態の集中巻線を要する種類のものがあり得る。例えば電気機械の中には、実質的にトロイダル状の構成要素の複数の径方向断面に電線を巻いたもの、すなわちトロイダル集中巻線を設けたものがある。本願開示の一部の実施態様では、電気モータ等の電気機械は、実質的にトロイダル状のステータコア及び／又はロータコアに配置されたトロイダル集中巻線を備えることができる。かかる実施態様では、各集中巻線がそれぞれステータコア及び／又はロータコアの径方向断面にわたって分布しているので、トロイダル集中巻線を封入する冷媒缶は、図２～１２を参照して説明した集中巻線を封入するように構成された冷媒缶とは異なった構造を有することができる。
【0071】
図２４～３２は、複数のトロイダル集中巻線を有する一例のステータを示す。本実施態様例のトロイダル集中巻線用に構成された冷媒缶は、図２～１２を参照して説明した集中巻線用に構成された冷媒缶と共通の構成を有するが、本実施態様におけるトロイダル集中巻線の形状は図２～１２の集中巻線２５０の形状と異なるので、本実施態様例の冷媒缶の形状は図２～１２の実施態様例の冷媒缶２０４の形状と異なる。
【0072】
図２４～２７を参照すると、ステータ４００はステータコア４０２と複数の冷媒缶４０４とを備えている。ステータコア４０２は、ステータ４００の長手方向軸４０８を通る開口４０６を有する。冷媒缶４０４は、ステータ４００の長手方向軸４０８まわりにステータコア４０２上に周方向に配置される。本実施態様では冷媒缶４０４は、ステータ４００の長手方向軸４０８を基準とした径方向の角度４１２でステータコア４０２の断面の周りに巻き付けられたトロイダル集中巻線４１０（図２８及び２９参照）を封入するように構成される。一部の実施態様では、上記の径方向の角度４１２は４５度未満である。一部の実施態様では、上記の径方向の角度４１２は１～１０度の範囲である。一部の実施態様では、上記の径方向の角度４１２は５～１５度の範囲である。一部の実施態様では、上記の径方向の角度４１２は２０～３５度の範囲である。一部の実施態様では、上記の径方向の角度４１２は３０～４５度の範囲である。
【0073】
次に、図２８及び２９を参照すると、冷媒缶４０４及びトロイダル集中巻線４１０がより詳細に示されている。図２９は、第１のピース４２０と第２のピース４２２とを有する冷媒缶４０４の分解図である。図２～１２に記載された実施態様例の冷媒缶２０４の本体２３０及び蓋部２５２と同様、冷媒缶４０４の第１及び第２のピース４２０，４２２を接合すると、冷媒缶４０４は当該冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４を画定する。一部の実施態様では、本願開示全体において記載されているように、冷媒缶４０４の第１のピース４２０及び第２のピース４２２は例えば溶接、接着剤、クリップその他公知の接合手段によって接合されている。一部の実施態様では、冷媒缶４０４の第１のピース４２０と第２のピース４２２との間にガスケット等のシーリング部材が配置され、冷媒缶４０４の第１のピース４２０と第２のピース４２２との間にシールを提供する。
【0074】
冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４は、トロイダル巻線４１０をステータコア４０２及び電気モータの他の構成要素から流体的に隔絶するようにトロイダル巻線４１０を封入する構成となっている。組み立てられた冷媒缶４０４は、第１のピース４２０と第２のピース４２２とを貫通する開口４３０を有すると共に、冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４内を通って延在する内壁４３２を備えている。冷媒缶４０４の開口４３０は、ステータコア４０２のステータセグメント４３６（図３０～３２参照）を受けるように構成されている。冷媒缶４０４の後壁４４２に冷媒流入口４４０が配されており、冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４と流体連通している。冷媒缶４０４の前壁４４６（図３１参照）に冷媒流出口４４４が設けられており、冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４と流体連通している。
【0075】
説明のため、図２９ではトロイダル巻線４１０は中実のピースとして図示されており、このトロイダル巻線４１０から１つ又は複数の導体４５０が出ている。冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４は、トロイダル巻線４１０を冷媒缶４０４の内壁４３２に巻き付けるようにトロイダル巻線４１０を受ける構成となっている。本実施態様では、冷媒缶４０４の流入口４４０は当該冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４内に流体を通す他にさらに、冷媒缶４０４から出ているトロイダル巻線４１０の導体４５０を受けるように構成されている。
【0076】
一部の実施態様では、各巻線４１０の導体４５０は電気機械の熱管理システムの１つ若しくは複数の他の構成要素又は電気機械の他の部品の構成要素と電気的に接続されている。例えば一部の実施態様では、各巻線４１０の導体４５０は他の巻線４１０の導体４５０と電気的に接続されており、この他の巻線４１０は別個の冷媒缶に封入されたものとすることができる。一部の実施態様では、各巻線４１０の導体４５０はバスバーと電気的に接続されている。一部の実施態様では、各巻線４１０の導体４５０はアクティブ電気回路と電気的に接続されている。
【0077】
液体冷媒が流入口４４０を介して冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４に流入したときに冷媒がトロイダル巻線４１０を通り、冷媒缶４０４の流出口４４４から内部コンパートメント４２４の外部に流出するように、冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４は流体流路を画定する。本実施態様では、冷媒缶４０４はステータコア４０２から流体的に隔絶されているので、冷媒缶４０４の内部コンパートメント４２４内を通る冷媒の流れは巻線４１０に接触するが、ステータコア４０２の部分には接触しない。
【0078】
次に図３０～３２を参照すると、ステータコア４０２に配置された冷媒缶４０４の細部が示されている。本実施態様では、ステータコア４０２は複数のステータセグメント４５４により構成されており、各ステータセグメント４５４が複数の冷媒缶４０４のうちそれぞれ１つに対応する。本実施態様ではステータセグメント４５４は、当該ステータセグメント４５４の上部分４６０が下部分４６２に対して垂直に延在する「Ｔ字型」となっている。上部分４６０は第１側歯４６４と、当該第１側歯４６４とは反対側の第２側歯４６６と、を有する。上部分４６０は外表面４６８と、第１側歯４６４の第１の内側側面４７０と、第２側歯４６６の第２の内側側面４７２と、を有する。下部分４６２は、第１の側面４７４と第２の側面４７６と内表面４７８とを有する。各ステータセグメント４５４は、内表面４３４をステータセグメント４５４の上面４６８と第１の内表面４７０と第１の側面４７４とに接触させるように、それぞれ１つの冷媒缶４０４の開口４３０を受ける構成となっている。
【0079】
さらに、各ステータセグメント４５４は、周方向において当該各ステータセグメント４５４の隣に配置された２つの他のステータセグメント４５４と嵌合して、組立後のステータセグメント４５４がステータコア４０２を構成するようになっている。本実施態様では、ステータセグメント４５４は嵌合溝４８０と嵌合凹部４８２とを有する。ステータ４００は、１つのステータセグメント４５４の嵌合溝４８０を他のステータセグメント４５４の嵌合凹部４８２に嵌めることにより組み立てられる。それぞれ冷媒缶４０４が設けられた状態の２つのステータセグメント４５４を嵌合させると、一方のステータセグメント４５４に配された冷媒缶４０４が他方のステータセグメント４５４の第２の内側側面４７２と底部の第２の側面４７６とに接触する。ステータセグメント４５４の外表面４６８は、複数の各ステータセグメント４５４を互いに組み付けたときに第１の径４９０（図２６参照）のステータコア４０２の実質的に連続した外表面を形成するように構成されている。ステータセグメント４５４の下面４７８も同様に、複数の各ステータセグメント４５４を互いに組み付けたときに第２の径４９２のステータコア４０２の実質的に連続した内表面を形成するように構成されている。
【0080】
一部の実施態様では、ステータコア４０２の第１の径４９０と第２の径４９２との比は１０：９～３：２の範囲である。一部の実施態様では、ステータコア４０２の第１の径４９０と第２の径４９２との比は７：５～９：５の範囲である。一部の実施態様では、ステータコア４０２の第１の径４９０と第２の径４９２との比は１３：１０～２：１の範囲である。一部の実施態様では、ステータコア４０２の第１の径４９０と第２の径４９２との比は１９：１０～５：２の範囲である。
【0081】
一部の実施態様では、ステータコア４０２を構成するステータセグメント４５４は、本願開示全体において説明したステータコアの材料及び積層薄板、例えば図１３～２３のステータコア３２６の材料及び積層薄板等を有する。
【0082】
図３３～４１は他の一例のステータを示しており、このステータは、図２４～３２で説明した一例のトロイダル集中巻線４１０とは異なる一例の複数のトロイダル集中巻線を備えている。本実施態様例のトロイダル集中巻線用に構成された冷媒缶は、図２～１２を参照して説明した集中巻線２５０用に構成された冷媒缶２０４と、図２４～３２を参照して説明したトロイダル集中巻線４１０用に構成された冷媒缶４０４と、の両方と共通する構成を有するが、本実施態様におけるトロイダル集中巻線の形状は、図２～１２の巻線２５０の形状と、図２４～３２を参照して説明した巻線４１０の形状と異なる。よって、本実施態様例の冷媒缶の形状は、図２～１２を参照して説明した冷媒缶２０４の形状と、図２４～３２を参照して説明した冷媒缶４０４の形状と異なる。さらに、本実施態様例におけるステータセグメントの形状は、図２４～３２を参照して説明したステータセグメント４５４の形状と異なる。
【0083】
図３３～３６を参照すると、ステータ５００はステータコア５０２と複数の冷媒缶５０４とを備えている。ステータコア５０２は、ステータ５００の長手方向軸５０８を通る開口５０６を有する。冷媒缶５０４は、ステータ５００の長手方向軸５０８まわりにステータコア５０２上に周方向に配置される。本実施態様では冷媒缶５０４は、ステータコア５０２の断面に巻き付けられたトロイダル集中巻線５１０（図３８参照）であって、図２４～３２を参照して説明したトロイダル巻線４１０のように長手方向軸４０８に対する径方向の角度４１２ではなくステータ５００の長手方向軸５０８と径方向に整列したトロイダル集中巻線５１０を封入するように構成されている。
【0084】
次に、図３７及び３８を参照すると、冷媒缶５０４及びトロイダル集中巻線５１０がより詳細に示されている。図３８は、第１のピース５２０と第２のピース５２２とを有する冷媒缶５０４の分解図である。図２４～３２を参照して説明した実施態様例の冷媒缶４０４と同様、冷媒缶５０４の第１及び第２のピース５２０，５２２を接合すると、冷媒缶５０４は当該冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４を画定する。一部の実施態様では、本願開示全体において記載されているように、冷媒缶５０４の第１のピース５２０及び第２のピース５２２は例えば溶接、接着剤、クリップその他公知の接合手段によって接合されている。一部の実施態様では、冷媒缶５０４の第１のピース５２０と第２のピース５２２との間にガスケット等のシーリング部材が配置され、冷媒缶５０４の第１のピース５２０と第２のピース５２２との間にシールを提供する。
【0085】
冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４は、トロイダル巻線５１０をステータコア５０２及び電気モータの他の構成要素から流体的に隔絶するようにトロイダル巻線５１０を封入する構成となっている。組み立てられた冷媒缶５０４は、第１のピース５２０と第２のピース５２２とを貫通する開口５３０を有すると共に、冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４内を通って延在する内壁５３２を備えている。冷媒缶５０４の開口５３０は、ステータコア５０２のステータセグメント５３６（図３９～４１参照）を受けるように構成されている。冷媒缶４０４の後壁５４２に冷媒流入口５４０が配されており、冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４と流体連通している。冷媒缶５０４の前壁５４６（図４０参照）に冷媒流出口５４４が配されており、冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４と流体連通している。
【0086】
説明のため、図３８ではトロイダル巻線５１０は中実のピースとして図示されており、このトロイダル巻線５１０から１つ又は複数の導体５５０が出ている。冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４は、トロイダル巻線５１０を冷媒缶５０４の内壁５３２に巻き付けるようにトロイダル巻線５１０を受ける構成となっている。本実施態様では、冷媒缶５０４の流入口５４０は当該冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４内に流体を通す他にさらに、冷媒缶５０４から出ているトロイダル巻線５１０の導体５５０を受けるように構成されている。
【0087】
一部の実施態様では、各巻線５１０の導体５５０は電気機械の熱管理システムの１つ若しくは複数の他の構成要素及び／又は電気機械の他の部品の構成要素と電気的に接続されている。例えば一部の実施態様では、各巻線５１０の導体５５０は他の巻線５１０の導体５５０と電気的に接続されており、この他の巻線５１０は別個の冷媒缶に封入されたものとすることができる。一部の実施態様では、各巻線５１０の導体５５０はアクティブ電気回路と電気的に接続されている。幾つかの実施では、各巻線５１０の導体５５０は、活性成分電気回路と電気的に接続される。
【0088】
液体冷媒が流入口５４０を介して冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４に導入されたときに冷媒がトロイダル巻線５１０を通り、冷媒缶５０４の流出口５４４から内部コンパートメント５２４の外部に流出するように、冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４は流体流路を画定する。本実施態様では、冷媒缶５０４はステータコア５０２から流体的に隔絶されているので、冷媒缶５０４の内部コンパートメント５２４内を通る冷媒の流れは巻線５１０に接触するが、ステータコア５０２又はステータセグメント５３６には接触しない。
【0089】
次に図３９～４１を参照すると、ステータコア５０２の一部に配置された冷媒缶５０４の細部が示されている。図２４～３２を参照して説明した実施態様例と同様、ステータコア５０２は複数のステータセグメント５３６により構成されており、各ステータセグメント５３６が複数の冷媒缶５０４のうちそれぞれ１つに対応する。図２４～３２を参照して説明した実施態様例のステータセグメント４３６は「Ｔ字型」であるのに対し、本実施態様例におけるステータセグメント５３６の形状は「Ｌ字型」である。ステータセグメント５３６は、上部分５６０と下部分５６２とを有する。下部分５６２は、第１の側面５６４と第２の側面５６６と内表面５６８とを有する。上部分５６０は、下部分５６２から垂直に延在する歯５７０と、上面５７２と、下面５７４と、を有する。歯５７０は、冷媒缶５０４の開口５３０を受けて、冷媒缶５０４の内壁５３２を上面５７２と下面５７４と第１の側面５６４とに接触するさせるように構成されている。
【0090】
さらに、各ステータセグメント５５４は、周方向において当該各ステータセグメント５５４の隣に配置された２つの他のステータセグメント５５４と嵌合して、組立後のステータセグメント５５４がステータコア５０２を構成するようになっている。本実施態様では、ステータセグメント５５４は第１の嵌合面５８０と、当該第１の嵌合面５８０と嵌合する第２の嵌合面５８２と、を有する。ステータ５００は、１つのステータセグメント５５４の第１の嵌合面５８０を他のステータセグメント５５４の第２の嵌合面５８２に嵌めることにより組み立てられる。図２４～図３２の冷媒缶４０４及びステータセグメント４５４と異なり、それぞれが冷媒缶５０４を有する２つのステータセグメント５５４が嵌合されると、一方のセグメント５５４上に配置された冷媒缶５０４は、他方の嵌合セグメント５５４のステータセグメント５５４と接触しない。ステータセグメント５５４の外表面５７２は、複数の各ステータセグメント５５４を互いに組み付けたときに第１の径５９０（図３５参照）のステータコア５０２の実質的に連続した外表面を形成するように構成されている。ステータセグメント５５４の下面５６８も同様に、複数の各ステータセグメント５５４を互いに組み付けたときに第２の径５９２のステータコア５０２の実質的に連続した内表面を形成するように構成されている。
【0091】
一部の実施態様では、ステータコア５０２の第１の径５９０と第２の径５９２との比は１０：９～３：２の範囲である。一部の実施態様では、ステータコア５０２の第１の径５９０と第２の径５９２との比は７：５～９：５の範囲である。一部の実施態様では、ステータコア５０２の第１の径５９０と第２の径５９２との比は１３：１０～２：１の範囲である。一部の実施態様では、ステータコア５０２の第１の径５９０と第２の径５９２との比は１９：１０～５：２の範囲である。
【0092】
本願開示では、上記のトロイダル集中巻線用の冷媒缶を備えた熱管理システムを、電気機械のステータ又はロータのいずれか一方又は両方に適用することができる。一部の実施態様では、電気機械のステータがトロイダル集中巻線を有すると共に、電気機械のロータが集中巻線又は分布巻線を有することができ、又はその逆も可能である。一部の実施態様では、電気機械はステータ又はロータ以外の構成要素にトロイダル集中巻線を備えることができる。
【0093】
本願開示全体を通じて記載されているように、冷媒缶を備えた電気モータ用の熱管理システムを電気モータのロータに設けることが有利となり得る。本願開示全体を通じて説明するように、ロータの巻線に誘導された電流が熱散逸を生じさせる。ロータコアに渦電流が誘導されると性能損失となるので、渦電流発生を低減するためには、ロータコアの温度を比較的高く維持しつつロータ巻線を冷却することが望ましい場合がある。例えば、電気モータの動作中、ロータコアの１つ又は複数の部分の温度を、ロータの１つ又は複数の巻線の温度より高くすることができる。よって、本願開示の一部の実施態様では、電気モータのステータに冷媒缶を配する代わりに、又はステータに冷媒缶を配した上でさらに、１つ又は複数の冷媒缶に封入された巻線を電気モータのロータに設けることができる。
【0094】
図４２～５３は、ロータの巻線を封入した１つ又は複数の冷媒缶を備えたロータの一例を示している。本例のロータ６００は、図２～１２を参照して説明したステータ２００の開口２１０等のステータ（不図示）の開口に入れられて当該開口内で回転する構成となっている。ロータ６００は、当該ロータ６００の長手方向軸６０２まわりに回転したときにバランスがとれるように、当該長手方向軸６０２を基準として対称的である。本願開示の範囲に含まれるロータ及びロータ缶トポロジー（冷媒流の経路も含む）は種々存在する。
【0095】
次に、図４６を参照すると、ロータ６００の分解図が示されている。図中の実施態様例では、ロータ６００はロータコア６０４（図５２参照）と、第１の端部６０８及び第２の端部６１０を有する軸部６０６と、ロータコア６１４まわりに周方向に配置された複数の冷媒缶６１２と、を備えている。ロータコア６１４は、軸部６０６の外径６２０と、複数の冷媒缶６１２と、複数のロータ極６５０とを受けるように構成されている。一部の実施態様では、ロータコア６１４は鉄等の透磁性材料から成る。一部の実施態様では、ロータコア６１４はロータ積層薄板を備えており、これにより、ロータコア６１４の透磁性材料内の渦電流が減少する。一部の実施態様では、ロータコア６１６は透磁性材料の他に他の要素を含む。例えば一部の実施態様では、ロータコア６１４は接着剤及び／又は電気絶縁材料（例えばワニス及び／又は金属酸化物）を含む。一部の実施形態では、ロータコア６１４の一部がエポキシその他絶縁材料を含み、又はこれに封入されている。
【0096】
第１のエンドキャップ６２２は、軸部６０６の第１の端部６０８によって受けられ、第２のエンドキャップ６２４は、軸部６０６の第２の端部６１０によって受けられる。冷媒缶６１２の両側にプレート６２６が配置されており、このプレート６２６は、ロータ６００が回転する際に冷媒缶６１２を支持するように構成されている。冷媒缶６１２はロータ６００の１つ又は複数の巻線６３０を封入するように構成されている（図４７及び図４８）。本実施態様ではロータ６００に４つの冷媒缶６１２が設けられており、これらの冷媒缶６１２はロータコア６１４の周囲に正方形のパターンで配置されている。一部の実施態様では、ロータ６００に設けられる冷媒缶６１２の個数は３を超えない。一部の実施態様では、ロータ６００に設けられる冷媒缶の個数は４を超える。
【0097】
次に図４７及び図４８を参照すると、冷媒缶６１２は下部ピース６３４と上部ピース６３６とを有する。冷媒缶６１２の下部ピース６３４と上部ピース６３６とが接合されると、両ピース６３４，６３６は冷媒缶６１２の内部コンパートメント６４０を画定する。内部コンパートメント６４０は巻線６３０を封入するように形成される。上記のピース６３４，６３６は１つ又は複数の種々の手法によって接合することができ、かかる手法には超音波溶接、接着剤、及び嵌合クリップが含まれる。冷媒缶６１２の各ピース６３４，６３６を接合する上記の手法は、本願に記載されている冷媒缶６１２の他の部分を接合するために使用することも可能である。一部の実施態様では、ピース６３４，６３６間にガスケット等のシーリング部材を配置して冷媒缶６１２のピース６３４，６３６間に流体シールを提供することができる。
【0098】
冷媒缶６１２は、当該冷媒缶６１２の上壁６４４と下壁６４６とを貫通する開口６４２を有する。開口６４２は冷媒缶６１２の内壁６４８を画定し、ロータ極６５０の下部分６５２を入れるように形成されている。
【0099】
冷媒缶６１２は流入口６５６と流出口６５８を有し、これらはそれぞれ、冷媒缶６１２の内部コンパートメント６４０と流体連通する。冷媒が流入口６５６を介して内部コンパートメント６４０に流入したときに冷媒が巻線６３０を通り、冷媒缶６１２の流出口６５８から内部コンパートメント６４０の外部に流出するように、内部コンパートメント６４０は液体流れ経路６６０を画定する。
【0100】
図５３は、組み立てられたロータ６００の、図４２の線５３－５３に沿った断面図である。冷媒缶６１２の各ロータ極６５０は、軸部６０６付近でロータコア６０４に結合する。一部の実施態様では、ロータ極６５０は鉄等の透磁性材料から成る。一部の実施態様では、ロータ極６５０はロータコア６１４と同一の材料から成る。一部の実施態様では、ロータ極６５０はロータ積層薄板を備えており、これにより、ロータ極６５０又はロータコア６１４の透磁性材料内の渦電流が減少する。
【0101】
第１のエンドキャップ６２２は、当該エンドキャップ６２２の孔６６８を介して軸部６０６の第１の端部６０８に受けられる。第１のエンドキャップ６２２の孔６６８と軸部６０６との間に第１のカラー６７０が配置されている。第１のエンドキャップ６２２は、複数の入口孔６７４を有する内部コンパートメント６７２を有し、これらの入口孔６７４は孔６６８のまわりに周方向に配置され、第１のエンドキャップ６２２の内部コンパートメント６７２と流体連通する。本実施態様では、孔６６８からある程度の径方向距離に複数の出口孔６７６が配置されており、これらの出口孔６７６は、第１のエンドキャップ６２２の内部コンパートメント６７２と流体連通する。第１のエンドキャップ６２２の出口孔６７６は、冷媒缶６１２の流入口６５６と結合するように構成される。他の実施態様では、第１のエンドキャップ６２２の出口孔６７６の数は、ロータ６００の冷媒缶６１２の数より多い。一部の実施態様では、第１のエンドキャップ６２２の出口孔６７６の数は、ロータ６００の冷媒缶６１２の数より少ない。
【0102】
第２のエンドキャップ６２４も同様に、当該エンドキャップ６２４の孔６７８を介して軸部６０６の第２の端部６１０に受けられる。第２のエンドキャップ６２４の孔６７８と軸部６０６との間に第２のカラー６８０が配置されている。第２のエンドキャップ６２４は、複数の出口孔６８４を有する内部コンパートメント６８２を有し、これらの出口孔６８４は孔６７８のまわりに周方向に配置され、第２のエンドキャップ６２４の内部コンパートメント６８２と流体連通する。本実施態様では、孔６７８からある程度の径方向距離に複数の入口孔６８６が配置されており、これらの入口孔６８６は、第２のエンドキャップ６２４の内部コンパートメント６８２と流体連通する。第２のエンドキャップ６２４の入口孔６８６は、冷媒缶６１２の流出口６５８と結合するように構成される。他の実施態様では、第２のエンドキャップ６２４の入口孔６８６の数は、ロータ６００の冷媒缶６１２の数より多い。一部の実施態様では、第２のエンドキャップ６２４の入口孔６８６の数は、ロータ６００の冷媒缶６１２の数より少ない。
【0103】
ロータ６００が組み立てられると、第１のエンドキャップ６２２の内部コンパートメント６７２は冷媒缶６１２の流入口６５６を介して各冷媒缶６１２の内部コンパートメント６４０と流体連通し、第２のエンドキャップは冷媒缶６１２の流出口６５８を介して各冷媒缶６１２の内部コンパートメント６４０と流体連通する。このようにして、第１及び第２のエンドキャップ６２２，６２４の各内部コンパートメント６７２，６８２が互いに流体連通する（図５２参照）。本実施態様では、冷媒缶６１２の流入口６５６の径方向高さは当該冷媒缶６１２の流出口６５８より小さい（図４４及び図４５参照）。従って、第１のエンドキャップ６２２の出口孔６７６が径方向外側に延在する距離は、第２のエンドキャップ６２４の入口孔６８６が径方向外側に延在する距離より小さい（図４４及び図４５参照）。かかる構成により、冷媒缶における冷却効率を向上させることができる。というのも、より高温であることにより流体密度が低い冷媒は、より低温の冷媒から冷媒缶の流出口に向かって径方向外側に流れるからである。一部の実施態様では、ロータ６００の長手方向軸６０２を基準とする冷媒缶６１２の流入口６５６の径方向高さと流出口６５８の径方向高さとは等しい。
【0104】
図５１は、組み立てられたロータ６００の、図４２の線５１－５１に沿った断面図である。図５１に示されているように、軸部６０６は当該軸部６０６の第１の軸方向端部６０８に配された第１のカウンタボア６８８を有すると共に、当該軸部６０６の長手方向軸６０２に沿って軸方向に延在する。軸部６０６の第２の軸方向端部６１０に第２のカウンタボア６９０が配されており、この第２のカウンタボア６９０は軸部６０６の長手方向軸６０２に沿って軸方向に延在する。本実施態様では、第１のカウンタボア６８８及び第２のカウンタボア６９０は、軸方向に互いに入り込まない距離に延在する。
【0105】
軸部６０６上に複数の出口孔６９２が第１の端部６０８付近において周方向に配置され、第１のカウンタボア６８８内へ延在する。これら複数の入口孔６９２は、第１のエンドキャップ６２２の入口孔６７４と整列して、ロータ６００が組み立てられたときに第１のカウンタボア６８８を第１のエンドキャップ６２２の内部コンパートメント６７２と流体連通させるように形成されている。また、軸部６０６上には複数の出口孔６９４が第２の端部６１０付近において周方向に配置され、第２のカウンタボア６９０内へ延在する。これら複数の出口孔６９４は、第２のエンドキャップ６２４の出口孔６８４と整列して、ロータ６００が組み立てられたときに第２のカウンタボア６９０を第２のエンドキャップ６２４の内部コンパートメント６８２と流体連通させるように形成されている。よって本実施態様では、ロータ６００が組み立てられたときに第１のカウンタボア６８８がエンドキャップ６２２，６２４の内部コンパートメント６７２，６８２と冷媒缶６１２の内部コンパートメント６４０を介して第２のカウンタボア６９０と流体連通する。
【0106】
再度図５１を参照すると、動作時にはロータ６００が長手方向軸６０２まわりに回転して冷媒が第１のカウンタボア６８８内に流入し、この第１のカウンタボア６８８はロータ６００の主流入口として働く。冷媒は第１のカウンタボア６８８内において径方向外側に軸部６０６の出口孔６９２を通り、第１のエンドキャップ６２２の入口孔６７４を介して第１のエンドキャップ６２２の内部コンパートメント６７２内に流入する。冷媒は、（動作中のロータ６００の回転の結果として）第１のエンドキャップ６２２の内部コンパートメント６７２内において径方向外側に流れ、第１のエンドキャップ６２２の出口孔６７６に向かって流れる。冷媒は、第１のエンドキャップ６２２の出口孔６７６と冷媒缶６１２の流入口６５６とを介して各冷媒缶６１２の内部コンパートメント６４０内に流入する。冷媒は、冷媒缶６１２の各内部コンパートメント６４０を通り、冷媒缶６１２に封入された内部コンパートメント６４０内の各巻線６３０を通って流れる。冷媒は、冷媒缶の流出口６５８から冷媒缶６１２の外部に流出し、第２のエンドキャップ６２４の入口孔６８６から第２のエンドキャップ６２４の内部コンパートメント６８２に流入する。その後、冷媒は第２のエンドキャップ６２４の出口孔６７８と軸部６０６の入口孔６９４とを介して第２のカウンタボア６９０に流入する。本実施態様例では、第２のカウンタボア６９０はロータ６００の主流出口として働き、冷媒は第２のカウンタボア６９０から流出する。
【0107】
一部の実施態様では、ロータ６００の主流出口がモータの動作ボリュームと流体連通するように当該ロータ６００は構成されている。一部の実施態様では、冷媒缶６１２は流出口６５８の他にさらに、当該流出口６５８を通る流れ以外の冷媒缶６１２からの冷媒の流出を促す追加の流出口を有する。例えば、冷媒缶６１２はモータのステータ（不図示）その他構成要素に冷媒の噴霧冷却を提供するように構成されている。
【0108】
図４２～５３は、ロータ巻線を封入した冷媒缶を備えるロータの一例を示す図であるが、本願開示の範囲に含まれる他の実施態様は種々存在する。例えば、冷媒缶の数及び冷媒缶に封入される巻線の数は変わり得る。ロータ巻線は、トロイダル集中巻線又は分布巻線を含むことができる。冷媒のための流れ経路は別のものとすることができる（例えば、軸部を経由しない経路を介してロータ缶を冷媒が出入りすることができる）。構成要素間の流体結合及び封止の具体的なメカニズムや構造は、図４２～５３を参照して説明するメカニズムや構造とは別のもので実現することができる。一部の実施態様では、本願にてステータの冷媒缶に関して記載した１つ又は複数の構成をロータの冷媒缶に適用することができる。
【0109】
一部の実施態様では、巻線以外の電気的構成要素に冷却を提供する熱管理システムを設けることが有利となり得る。例えば図５４に、電気モータのロータ６００用の熱管理システムの一実施態様例を示しており、これは図４２～５３を参照して説明したものであるが、ロータ６００の他の電気的構成要素に更なる冷却を提供するものである。図５４の実施態様例のロータの機能動作は、図４２～５３で説明した実施態様例のロータ６００と実質的に同じである。また、図５４のロータコア、ロータ極、冷媒缶及びエンドキャップも、図４２～５３で説明した実施態様のロータコア６１４、ロータ極６５０、冷媒缶６１２及びエンドキャップ６２２，６２４と同じ構造及び機能を有する。よって、図５４では上記のような同じ構造や機能の構成要素について同様の符号を使用する。しかし、本実施態様例における軸部は、図４２～５３に記載の実施態様例の軸部６０６と異なる。
【0110】
図５４に示されている実施態様例では、軸部７０６は貫通孔７１２を有し、この貫通孔７１２はロータ６００の長手方向軸６０２に沿って延在し、軸部７０６の第１の軸方向端部７０８と第２の軸方向端部７１０を貫通する。本実施態様の軸部７０６が図４２～５３の軸部６０６と相違する点は、軸部６０６の第１及び第２のカウンタボア６８８，６９０に代えて軸部７０６の貫通孔７１５を用いることである。軸部７０６の第１の端部７０８において貫通孔７１５により主流入口７２０が画定される。軸部７０６の第２の端部７１０において貫通孔７１５によりロータ６００の主流出口７２２が画定される。主流入口７２０と主流出口７２２とは貫通孔７１２を介して互いに直接流体連通している。
【0111】
引き続き図５４を参照すると、回転する軸部７０６の第１の端部７０８において一定体積の液体冷媒が主流入口７２０に流入すると、当該一定体積の液体冷媒の第１の一部分が第１の流れ経路７３０に沿って流れ、それと同時に当該一定体積の液体冷媒の第２の一部分が第２の流れ経路７３２に沿って流れる。第１の流れ経路７３０は、軸部７０６における第１の端部７０８付近の複数の出口孔７９２において第２の流れ経路７３２から分岐している。第１の流れ経路７３０は、軸部７０６の上記の出口孔７９２から、図４２～５３の実施態様例で説明した流れ経路と同一である（図５１参照）。第２の流れ経路７３２は、軸部７０６の第１の軸方向端部７０８における主流入口７２０に流入して貫通孔７１２に沿って当該軸部７０６における第２の端部７１０の主流出口７２２に向かう流れとして定義される。軸部７０６の複数の入口孔７９４において第１の流れ経路７３０と第２の流れ経路７３２とは第２の端部７１０に向かって互いに合流し、上記一定体積の液体冷媒の一部又は全部が軸部７０６の主流出口７２２から貫通孔７１２の外部に流出する。
【0112】
本実施態様では、軸部７０６の貫通孔７１２内に電気的構成要素７５０が当該軸部７０６の上記の複数の入口孔７９４と出口孔７９２との間に、すなわち第２の流れ経路７３２上に配置されている。よって、上記の一定体積の冷媒の第２の一部分は電気的構成要素７５０に向かって流れて当該電気的構成要素７５０付近を流れ、当該電気的構成要素７５０に冷却を提供すると共に、当該一定体積の冷媒の第１の一部分がロータ６００の冷媒缶６１２内の巻線６３０に冷却を提供する。本実施態様が有利となり得る理由は、上記の一定体積の冷媒の第２の一部分は巻線６３０の高温にさらされることがなく、巻線６３０は当該一定体積の冷媒の第１の一部分によって冷却されるからである。
【0113】
一部の実施態様では、上記の一定体積の冷媒の第１の一部分の体積と第２の一部分の体積とは等しい。一部の実施態様では、上記の一定体積の冷媒の第１の一部分は当該一定体積の冷媒の第２の一部分より多く、又はその逆である。一部の実施態様では、軸部７０６の貫通孔７１２は複数の径が異なる断面を有する。例えば、軸部７０６の貫通孔７１２における主流入口７２０付近の箇所及び主流出口７２２付近の箇所の径は、軸部７０６の貫通孔７１２の当該箇所間に位置する中央箇所より大きく、又はその逆である。
【0114】
一部の実施態様では、ロータ６００は、当該ロータ６００内を通る３つ以上の並列の冷媒流れ経路を有することができる。さらに、ロータ６００内のいずれかの冷媒流れ経路内に電気的構成要素を配置することができる。例えば図５１を参照すると、軸部の第１のカウンタボア６８８内、又は軸部６０６の第２のカウンタボア６９０内、又はその両方に、電気的構成要素を配置することができる。他の実施態様では、ロータ、ステータ、モータ及び／又はモータアセンブリの両端間に２つ以上の冷媒流れ経路を並列又は直列に設けることができ、各冷媒流れ経路の流れ及び／又は温度は調整することができる。
【0115】
本願開示は、ロータがステータによって包囲される実施態様例を提示しているが、一部の実施態様ではアウタロータ及びインナーステータが、本願開示全体にわたって記載されている冷媒缶を備える。
【0116】
本願開示全体において記載されているステータ及びロータの実施態様は例示であり、本願開示の範囲内の他の実施態様では、冷媒缶を用いた電気モータの熱管理システムの複数の側面はそれぞれ異なることができる。例えば、各冷媒缶に封入される巻線数、各冷媒缶の流入口数及び／又は流出口数、ステータ若しくはロータそれぞれに設けられる歯数、並びに、各冷媒缶によって包囲される歯数は、本願開示全体で示されている事例と異なることができる。冷媒缶、巻線、ステータコア、及びロータコアの形状は、本願開示全体にわたって記載されている形状と異なることができる。
【0117】
種々の実施態様において、冷媒缶は例えばプラスチック、又は、冷媒による腐食に対して耐性を有すると共にモータ内部の昇温に耐える能力を有する他の材料から成る。一部の実施態様では、冷媒缶は断熱及び／又は電気絶縁材料から成る。一部の実施態様では、冷媒缶は例えばオーバーモールド成形又はインサート成形により作製される。一部の実施態様では、冷媒缶は金属及び／又は複合材料から成る。冷媒缶の本体の１つ又は複数の壁の厚さは、種々の実施態様において０．１５ｍｍ以下とすることができる。他の実施態様では、冷媒缶の本体の壁の厚さは約０．１５ｍｍ～０．２５ｍｍの範囲とすることができる。他の実施態様では、冷媒缶の本体の壁の厚さは約０．２５ｍｍ～０．５ｍｍの範囲とすることができる。他の実施態様では、冷媒缶の本体の壁の厚さは約０．５ｍｍ～１．０ｍｍの範囲とすることができる。
【0118】
上記の冷媒缶及びその構成要素並びに／又はステータ及び／又はロータの構成要素は、付加製造技術、例えば付加製造によって作製することができる。こうするためには、液槽光重合法、マテリアルジェット法、バインダジェット法、粉末床溶融結合法、材料押出法、指向性エネルギー堆積法及び／又はシート積層法等の、多数の付加製造技術を実施して冷媒缶を形成することができる。一部の実施形態では、冷媒缶又はその構成要素は、ステータ及び／又はロータに直接、付加製造により作製することができる。一部の実施形態では、冷媒缶の底部分に配された巻線表面に当該冷媒缶の一部を付加製造により作製することができる。
【0119】
一部の実施態様では、ステータ、ロータ、モータ及び／又はモータアセンブリに配された１つ又は複数の巻線に、種々の電気的構成要素を電気的に結合又は接続することができる。図５５は、巻線８１０に電気的に結合又は接続されたディスクリート回路部品８００を示す図である。一部の実施態様では、ディスクリート回路部品８００は１つ又は複数の部分構成要素を備えている。例えば、ディスクリート回路部品８００は、封止された集積回路又は封止された能動若しくは受動回路部品を含むことができる。一部の実施態様では、２つ以上の別個の巻線８１０が、これらの各巻線８１０に設けられたディスクリート回路部品８００によって互いに結合されている。
【0120】
一部の実施態様では、ディスクリート回路部品８００は、ステータ及び／又はロータに配された１つ又は複数の巻線に電気的に結合又は接続された受動回路部品を備えている。一部の実施態様では、受動回路部品は特定の非限定的な例ではダイオード又はコンデンサを含む。一部の実施態様では、能動回路部品は１つ又は複数のトランジスタを含む。一部の実施態様では、ディスクリート回路部品８００は、ステータ及び／又はロータに配された１つ又は複数の巻線に電気的に結合又は接続された集積回路を備えている。一部の実施態様では、集積回路は能動又は受動周波数フィルタを備えている。
【0121】
一部の実施態様では、ディスクリート回路部品８００はロータの少なくとも１つの巻線に短絡した整流器を含む。整流器は、ステータの巻線によって生じた磁界に対するロータの巻線の応答に非対称性を導入することによってロータの巻線における電流リプルを低減するため、又は、ロータ若しくはステータ若しくは両方における電気機械の電流若しくは電圧を制御するために供することができる。一部の実施態様では、上記の整流器を電気機械内の補助回路として設けることができる。一部の実施態様では整流器は、ｐｎ接合ダイオード、ガスダイオード、ツェナーダイオード、又はショットキーダイオード等のダイオードを備えることができる。一部の実施態様では、整流器にショットキーダイオードを設ける場合、このショットキーダイオードはシリコンカーバイドダイオードとすることができる。一部の実施態様では整流器は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の能動回路を備えている。一部の実施態様では整流器は、商用電力網又は外部発電機等の交流（ＡＣ）電源から交流電力を受け取って直流（ＤＣ）電力を電気機械の他の構成要素及び／又は電気機械外部の他の機械若しくはシステムに出力するＡＣ／ＤＣ整流器を含む。例えば、電気機械は１つ又は複数の巻線を介して交流電力を生成する発電機とすることができ、この発電機はＡＣ／ＤＣ整流器を含む１つ又は複数のディスクリート回路部品を備え、ＡＣ／ＤＣ整流器は、外部の電気機械、例えば電気モータのロータ等に直流電力を出力する。
【0122】
一部の実施態様では、ディスクリート回路部品８００は、ステータ及び／又はロータの１つ又は複数の巻線に電気的に結合又は接続された電気的スイッチを備えている。この電気的スイッチは、１つ又は複数の巻線８１０への電流及び／又は当該巻線８１０からの電流を制御する構成とすることができる。一部の実施態様では、電気的スイッチは、電源に電気的に接続されているバスバ―を備えている。一部の実施態様では、１つ又は複数の冷媒缶に上記の電気的スイッチとバスバーとが封入されており、この冷媒缶は、当該冷媒缶に結合された１つ又は複数の巻線を備えている。
【0123】
一部の実施態様ではディスクリート回路部品８００は、１つ又は複数の巻線に結合された１つ又は複数のスイッチ又は半導体デバイスであって導電網に配置されたスイッチ又は半導体デバイスを備えている。かかる実施態様では、マイクロインバータ網内の複数のマイクロインバータを備えることができる導電網に配置された上記の複数のスイッチ又は半導体デバイスは、例えば電気モータ等の電気機械の一部として設けられ、当該電気モータへの電流又は電圧の供給を調整可能な当該電気モータの電子的モータコントローラと電気的に接続されている。
【0124】
ディスクリート回路部品８００と巻線８１０自体とに電流が流れることができ、これにより、モータ動作中にディスクリート回路部品８００が加熱し得る。よって一部の実施態様では、冷媒が巻線と１つ又は複数のディスクリート回路部品８００とに接触するように、１つ又は複数の巻線８１０が結合された１つ又は複数の冷媒缶にディスクリート回路部品８００を封入することができる。本実施態様では、巻線８１０と同時にディスクリート回路部品８００を冷却することができる。一部の実施態様では、一部のディスクリート回路部品８００及び部分構成要素は、１つ又は複数の巻線が結合された１つ又は複数の冷媒缶に封入されると共に、一部のディスクリート回路部品８００及び部分構成要素は、１つ又は複数の巻線が結合された冷媒缶に封入されない。
【0125】
本願開示の範囲内に含まれる冷媒缶の１つ又は複数の流入口の実施態様は種々存在する。本願開示全体を通じて説明した流体流入口の他、一部の実施態様の１つ又は複数の冷媒缶流入口はワイヤその他の導体のポート、例えば巻線を通電するためのワイヤ又はセンサ信号を伝送するためのワイヤ等のポートとしても機能する。例えば図１３を参照すると、エンドキャップピース３０４の４つの流入開口３９０のうち３つが、三相モータの各ステータ相のワイヤを支持し、エンドキャップピース３０４の４つ目の流入開口３９０が冷媒流入口として供されることができる。一部の実施態様では、１つ又は複数の冷媒缶流入口は、ワイヤのポート及び流体流入口の両方を兼ねて機能する構成とすることができる（図３３～４１）。
【0126】
一部の実施態様では、冷媒缶は内部突起（例えば内部壁、バンプ及び／又は隆起等）を有することができる。図５６は、一例の冷媒缶８５０の内表面８５２に設けることができる複数例の種々の突起８５４を示す。一部の実施態様では突起８５４は、冷媒缶８５０に封入された１つ又は複数の巻線に圧力を加え、当該圧力により巻線を定位置に保持してモータの機械的安定性を向上するように構成されている。一部の実施態様では突起８５４は、冷媒が冷媒缶８５０内を流れて１つ又は複数の巻線と接触する距離（ひいては時間）を長くするように形成されたラビリンス形状８５６を有する。
【0127】
引き続き図５６を参照すると、突起８５４は種々の形状や寸法を有することができる。一部の実施態様では突起８５４は、冷媒流の乱流を増大させるバンプ（例えばバンプのアレイ等）を含み、これにより冷却有効性を向上することができる。一部の実施態様では、突起８５４のバンプは冷媒流に対して有意な抵抗とならないように形成される。一部の実施態様では、冷媒缶内を流れる冷媒の乱流を増大するため、バンプを含む突起８５４は丸形ではなく正方形である。一部の実施態様では突起８５４は、冷媒缶の冷媒流に対して平行に配置された複数のフィンを含み、これにより、冷媒缶８５０の内表面８５２のうち流れる冷媒と接触する表面積を拡大しつつ、冷媒流による引きずりを最小限にする。一部の実施態様では、突起８５４が冷媒缶８５０の内表面８５２から延在する距離は約０．２５ｍｍ～約５ｍｍである。一部の実施態様では、突起８５４がバンプを含む構成に代えて、又は当該構成と共に、冷媒缶８５０の内表面８５２は凹部又はディンプル、例えば、閉じ込められた巻線の周囲において内表面８５２へと延在するディンプルを有することができ、これにより、冷媒缶８５０の内部コンパートメント内の冷媒流の乱流を引き起こすことができる。
【0128】
一部の実施態様では、冷媒缶は、電気モータのステータとロータとの間のエアギャップ側の表面が滑らかであり、この滑らかな表面は、具体的な冷媒缶がステータに配されるか又はロータに配されるかに応じて、冷媒缶の内表面又は外表面である。例えば図２～１２に示されているように、冷媒缶２０４におけるエアギャップ側の底壁２４６が、ステータ歯２１４の対応する面と同一平面上に揃うように形成することができる（図１２参照）。冷媒缶２０４とステータ歯２１４とを組み立てると、冷媒缶２０４の底壁２４６とステータ歯の底面との組み合わせにより形成されたステータ２００の内表面が滑らかとなることができ、これによりエアギャップにおける風損が低減する実施態様もある。
【0129】
一部の電気機械では、当該電気機械の一部の構成要素に対して選択的に冷却を提供しつつ、当該電気機械の他の構成要素からはかかる冷却を分離する、電気機械の熱管理システムのためのシステム及び方法を設けることが望まれる場合がある。例えば従来の電気モータ設計では、モータ巻線について有効な熱勾配を形成するため、ステータコア及び／又はロータコア（これには何らかの巻線を配することができる）の温度が巻線の温度より低く抑えられる。しかし、上記の通りモータコアの温度が低下するにつれて電気モータの出力性能が低下する場合があり、この関係は、巻線の温度とモータ性能との関係と逆である。従来の電気モータ設計において上記のような逆の関係が存在する理由は、ステータコア及び／又はロータコアが、当該コアに配された巻線から熱を取り出すことによりヒートシンクのような機能を果たすからである。よって、伝統的なモータ設計では典型的には、モータ動作中に巻線の温度が低温に維持されることによりモータ性能を向上する。これは、巻線からステータコア及び／若しくはロータコアへ直接熱が移動し、並びに／又は、巻線からステータコア及び／若しくはロータコアを介して液体ジャケットへ熱が移動する結果として達成されることが多い。よって、伝統的な熱管理方法は上記の通りコアと巻線の両方を冷却することを目的としている。しかし、モータ性能の向上や維持は、ステータコア及び／又はロータコアに熱を維持できる限りにおいて達成できる。というのも、コアの性能は温度が上昇すると向上し、その勾配は巻線より小さくする必要がないからである。従来の電気モータ設計の不所望の現象の一つは、モータ全体の性能を向上できるのは、ステータコア及び／又はロータコアに配された巻線の冷却に関係ない温度に当該ステータコア及び／又はロータコアが維持される場合であることである。
【0130】
本願開示の冷媒缶を有する熱管理システムを備えた電気機械、例えば電気モータ等は、ステータコア及び／又はロータコアに配された巻線の冷却を当該ステータコア及び／又はロータコアが促すことを要しないので、当該ステータコア及び／又はロータコアをより高温で動作させることができる。一部の実施態様では冷媒缶は、ステータのステータコアと比較して当該ステータの１つ若しくは複数の巻線の差別化した熱管理を促進し、及び／又は、ロータのロータコアと比較して当該ロータの１つ若しくは複数の巻線の差別化した熱管理を促進するように構成することができる。例えば、巻線並びにステータコア及び／又はロータコアの両方が同じ温度で比較的低温となり得る電気モータの動作の当初開始時には、モータの性能又は効率を向上するため、ステータコア及び／又はロータコアの温度を上昇させつつ当該ステータコア及び／又はロータコアに配された巻線を冷却することが望ましい場合がある。
【0131】
上記の非限定的な一例について説明を続けると、冷媒缶は、巻線から熱を除去してステータコア及び／又はロータコアへ熱を移動させる冷媒流路を有するように構成することができる。かかる実施態様では、定常連続動作条件下において、巻線温度は平均して同一動作条件の平均コア温度に等しく、ここでステータコア及び／又はロータコア温度は直接サーモプローブによって測定され、巻線温度は電気抵抗により測定されるものであり、又は代替的に、冷媒缶の両端間における熱勾配として得られる。一部の実施態様では、巻線の温度は平均して、当該巻線が配されたステータコア及び／又はロータコアの平均温度より５℃低い。一部の実施態様では、巻線の温度は平均して、当該巻線が配されたステータコア及び／又はロータコアの平均温度より７．５℃低い。一部の実施態様では、巻線の温度は平均して、当該巻線が配されたステータコア及び／又はロータコアの平均温度より１０℃低い。一部の実施態様では、巻線の温度は平均して、当該巻線が配されたステータコア及び／又はロータコアの平均温度より１５℃低い。一部の実施態様では、巻線の温度は平均して、当該巻線が配されたステータコア及び／又はロータコアの平均温度より２０℃以上低い。
【0132】
一部の電気的設計や動作では、電気機械の他の構成要素又はシステム全体から１つ又は複数の巻線を電気的に分離することが有利となり得る。例えば一部の実施態様では、冷媒缶は１つ又は複数の巻線とステータコア及び／又はロータコアとの電気的分離を促進するように構成することができる。一部の実施態様では、冷媒缶は電気機械の絶縁体構造の一部となることができ、この絶縁体構造は、電気機械の他の構成要素又は電気機械外部の電気的構成要素から当該電気機械の１つ又は複数の巻線を電気的に分離するように構成されている。
【0133】
一部の実施態様では、本願開示にて記載されている電気機械、例えば冷媒缶を備えた電気モータ等の熱管理のためのシステムは、電気機械の冷媒流及び温度をモニタリング及び／又は調整する温度制御モジュールを備えることができる。
【0134】
図５７は、ステータ９０４及びロータ９０６を備えた電気モータ９０２の温度制御モジュール９００の一実施態様例の概略図である。一部の実施態様では温度制御モジュール９００は、モータ９０２の一次的な電気的及び運動学的な動作を調整するモータ制御部９０８に電気的に結合されている。一部の実施態様では、温度制御モジュール９００の一部又は全部がモータ制御部９０８に組み込まれる。
【0135】
温度制御モジュール９００は、それぞれ結合部９１０，９１２を介してステータ９０４及び／又はロータ９０６に結合することができる。結合部９１０，９１２は、温度制御モジュール９００とステータ９０４及び／又はロータ９０６それぞれとの間の各流体結合部及び／又は電気的結合部とすることができる。ステータ９０４及びロータ９０６は、本願開示に記載されているいずれかのステータ及びロータとすることができ、又は、本願開示に記載されていない他の任意のステータ及びロータとすることができる。
【0136】
温度制御モジュール９００は各種サブモジュール９２０を備えることができ、各サブモジュール９２０は他のサブモジュール９２０のいずれか又は全部と通信結合することができる。
【0137】
一部の実施態様では温度制御モジュール９００は、ステータ９０４又はロータ９０６における温度を測定する１つ又は複数の温度センサ９２２を備える。例えば、一部の実施態様では温度センサ９２２は、ステータ９０４及び／又はロータ９０６に配された１つ又は複数の冷媒缶における温度を測定し、これにより、冷媒缶に封入された巻線についての温度データが得られる。一部の実施態様では、温度センサ９２２はステータコア（例えばステータ歯若しくはステータ積層薄板等）及び／又はロータコア（例えばロータ歯若しくはロータ積層薄板等）の温度を測定する。一部の実施態様では、温度センサ９２２は冷媒と直接流体的なやりとりを行う（例えば、温度センサ９２２が冷媒缶内部に配置されている、又は冷媒缶への流入路若しくは冷媒缶からの流出路に配置されている）。一部の実施態様では、温度センサ９２２は熱電対、抵抗温度センサ、サーミスタ及び光学温度センサのうち１つ又は複数を含む。
【0138】
一部の実施態様では、１つ又は複数の巻線が取り付けられたロータ又はステータの将来の加熱負荷を推測するために、当該巻線の電気抵抗を測定することができる。この抵抗は例えばモータ制御部９０８によって測定することができ、モータ制御部９０８は温度制御モジュール９００の制御部９３０へ信号を送信して、測定された温度に応じて冷媒の増減を制御部９３０にさせることができる。巻線抵抗は冷却需要の主要な指標となり得るので（例えば、巻線における散逸電力が増加すると、この増加は、冷媒温度が測定可能な程度に変化する前に巻線抵抗の上昇となって現れる）、上記のアプローチは、冷媒流を変える必要があることを測定温度が示すまで待つアプローチより効果的及び／又は効率的な冷却を提供することができる。
【0139】
一部の実施態様では温度制御モジュール９００は１つ又は複数の流量センサ９２４を備えており、この流量センサ９２４は例えば冷媒缶内並びに／又は冷媒缶から及び／若しくは冷媒缶への流れ経路上（例えば、内部を冷媒が流れるロータ軸部等）に配される。一部の実施態様では、流量センサ９２４は冷媒流量を測定する。一部の実施態様では、流量センサ９２４は冷媒の体積を測定する（例えば、冷媒缶が冷媒で満タンになっているか否かを判定するため）。
【0140】
一部の実施態様では温度制御モジュール９００は１つ又は複数の圧力センサ９２６を備えており、この圧力センサ９２６は例えば１つ若しくは複数の冷媒缶内又は１つ若しくは複数の冷媒缶から及び／若しくは冷媒缶への流れ経路上に配される。圧力センサ９２６は、温度制御モジュール９００による解析のために冷媒流の流体圧力を測定するように構成することができる。
【0141】
一部の実施態様では、温度制御モジュール９００並びにステータ９０４及び／又はロータ９０６は、１つ又は複数の冷媒缶外部の圧力と比較して（例えば、ステータ９０４とロータ９０６との間のエアギャップに存在する圧力等と比較して）当該１つ又は複数の冷媒缶内部の冷媒の圧力を正圧に維持するように構成されている。１つ又は複数の冷媒缶内部が正圧であることにより、当該１つ又は複数の冷媒缶内部が等圧又は負圧である場合と比較して冷媒の逆流を低減することができ、また、当該１つ又は複数の冷媒缶内における冷媒の流れを一定にすることができる。さらに、１つ又は複数の冷媒缶内部の冷媒圧力が正圧であることにより、モータが動作する際に冷媒缶内部における不連続な冷媒流が減少して当該１つ又は複数の冷媒缶内部の冷媒液位を満タン又は実質的に満タンに維持することができ、これによりモータの機械的安定性が向上する。
【0142】
一部の実施態様では、温度制御モジュール９００の冷媒調整構成には、１つ若しくは複数のポンプ９５０及び／又は１つ若しくは複数のフローレギュレータ９５２を備えることができる。冷媒ポンプ９５０は、（例えば管及び／又はパイプによって）１つ又は複数の冷媒缶の１つ又は複数の流入口に流体的に結合されている。一部の実施態様では、冷媒ポンプ９５０は１つ又は複数の冷媒缶の１つ又は複数の流出口に流体的に結合されることにより、冷媒流のループを確立する。一部の実施態様では、フローレギュレータ９５２は例えばバルブを備えることができ、このバルブは、当該バルブ内における冷媒流を変化させ、及び／又は開始若しくは停止することができる。一部の実施態様では、冷媒ポンプ９５０は調整可能であり、例えば、冷媒の流出圧力を増減し、及び／又は冷媒流量を増減するように調整可能である。一部の実施態様では、ステータ９０４及びロータ９０６のために別個のポンプが使用される。一部の実施態様では、冷媒ポンプ９５０及び／又はフローレギュレータ９５２は温度制御モジュール９００の制御部９３０によって構成可能である。制御部９３０は、１つ又は複数のプロセッサ９３２と、１つ又は複数の記憶装置９３４と、１つ又は複数のメモリデバイス９３６と、を備えることができる。一部の実施態様では、記憶装置９３４及び／又はメモリデバイス９３６は、制御部９３０による積極的制御を実現する機械可読の非一時的な命令を格納する。
【0143】
フローレギュレータ９５２は、１つ又は複数の冷媒ポンプ９５０の流量を制御するためのソフトウェアで実装することができる。特定の実施態様では、フローレギュレータ９５２の制御を、例えば動作のデューティ比又は予測されるデューティ比等の動作条件に応じて制御することができる。かかる制御は、ルックアップテーブル、多入力多出力（ＭＩＭＯ）コントローラ、モデル予測制御（ＭＰＣ）等のプラントモデル等により実現することができる。
【0144】
一部の実施態様では、制御部９３０は１つ又は複数の温度センサ９２２から温度データのストリームを受信し、これに応じて、冷媒流を調整するための信号を冷媒ポンプ９５０及び／又はフローレギュレータ９５２に送信する。ここでいうデータの「ストリーム」とは少なくとも、制御部によって解釈可能なアナログ及び／又はデジタルの電気的なものであって、対応する測定値及び／又は設定構成を示すものをいう。
【0145】
例えば、ステータ９０４の１つ又は複数の巻線の温度が閾値を上回ることを特定の温度センサ９２２が示した場合、制御部９３０は、ステータ９０４に配された１つ若しくは複数の冷媒缶及び／又はステータ９０４と流体的に連通するバルブに制御信号を送信して、ステータ９０４への冷媒流を増加させることができる（例えば、制御信号はバルブをさらに開弁する配置に切り替えることができる）。
【0146】
一部の実施態様では、制御部９３０は１つ又は複数の流量センサ９２４から冷媒流データのストリームを受信し、これに応じて、冷媒流を調整するための信号を冷媒ポンプ９５０及び／又はフローレギュレータ９５２に送信する。例えば、ロータ９０６に配された１つ又は複数の冷媒缶内の冷媒流が閾値を上回ることを特定の流量センサ９２４が示した場合、制御部９３０はバルブに制御信号を送信して、ロータ９０６の１つ又は複数の冷媒缶への冷媒流を減少させることができる。
【0147】
一部の実施態様では、制御部９３０は１つ又は複数の圧力センサ９２６から冷媒圧力データのストリームを受信し、これに応じて、冷媒圧力を調節するための信号を冷媒ポンプ９５０及び／又はフローレギュレータ９５２に送信する。例えば、ステータ９０４の１つ又は複数の冷媒缶内の冷媒流路が、モータ９０２の他のボリューム内の圧力に対して正圧でなくなったことを特定の圧力センサ９２６が示した場合、制御部９３０はバルブに制御信号を送信して、ステータ９０４の１つ又は複数の冷媒缶への冷媒流を増加させることができる。
【0148】
一部の実施態様では、制御部９３０は他のデータに応答して制御信号の送受信も行う。例えば一部の実施態様では、制御部９３０はモータ制御部９０８から、モータ条件の変化（例えば、モータ９０２の速度上昇の発生直前）を示す信号を受信し、これに応答して、モータ９０２の予測される動作条件に冷媒流条件を整合させる相応の制御信号を送信する。この予防的なアプローチは、例えば冷媒流を増加させる必要があることを測定温度が示すまで待つアプローチより効果的及び／又は効率的な冷却を提供することができる。
【0149】
一部の実施態様では、モータ制御部９０８はステータ９０４及び／若しくはロータ９０６の１つ若しくは複数の巻線の電気抵抗を示すストリームを制御部９３０へ送信し、又は、ステータ９０４及び／若しくはロータ９０６の１つ若しくは複数の巻線の電気抵抗が例えば閾値を上回ることを示す信号を制御部９３０へ送信する。これに応じて制御部９３０は、冷媒流を調整するための信号を冷媒ポンプ９５０及び／又はフローレギュレータ９５２に送信する。
【0150】
冷媒流の制御方法は、閾値を利用する上記の例に限定されない。種々の実施態様において、冷媒流制御方法は、連続的な入力データ（例えば電気抵抗又は温度データ等）に基づく連続的な冷媒流応答を含むことができる。一部の実施態様では冷媒流制御は、モータ動作パラメータに基づいて予想される所要冷媒流量を予測するために機械学習を用いることを含むことができ、その機械学習アルゴリズムは、温度制御モジュール９００の制御部９３０の１つ若しくは複数のプロセッサ９３２又はモータ制御部９０８によって実行される。
【0151】
一部の実施態様では、温度制御モジュール９００は通信モジュール９２８を備えており、この通信モジュール９２８は例えば、上記のセンサ、モータ制御部９０８その他デバイス若しくは信号源のいずれかから信号を受信し、及び／又はこれへ信号を送信するように構成されている。一部の実施態様では、通信モジュール９２８は例えば近距離通信モジュール、Bluetooth（登録商標）モジュール、携帯電話通信モジュール、及び／又はＷｉＦｉ（登録商標）通信モジュール等の無線通信デバイスを含む。一部の実施態様では、通信モジュール９２８は、当該通信モジュール９２８の通信結合先の構成要素に対するハードワイヤード接続部を含む。
【0152】
一部の実施態様では、温度制御モジュール９００の制御部９３０は、少なくとも部分的に機械的である。例えば一部の実施態様では、制御部９３０は冷媒流の調整の少なくとも一部を、機械可読命令のコンピュータ処理に代えて又は当該コンピュータ処理と共に、温度、圧力及び／又は流量の読値に対する機械的な応答によって実現する。
【0153】
一部の実施態様では、本願開示にて記載されている電気機械、例えば冷媒缶を備えた電気モータ等は、電気機械における冷媒流を調整する１つ又は複数の冷媒マニホルドを備えることができる。
【0154】
図５８は、冷媒ポンプ９７２から冷媒の流れを受け取る封入された冷媒マニホルド９７０の一実施態様例の概略図である。冷媒マニホルド９７０は、（例えばパイプ又は管等によって）１つ又は複数の冷媒缶９７４の１つ又は複数の流入口に流体的に連結される。１つ又は複数の冷媒缶９７４の１つ又は複数の流出口から冷媒がサンプ９７６に送られる。冷媒ポンプ９７２は、サンプ９７６から冷媒を引き出して冷媒の流れループを完成するように構成されている。
【0155】
一部の実施形態では、冷媒ポンプ９７２は、温度制御モジュール９００の制御部９３０によって設定可能な上記の１つ又は複数の冷媒ポンプ９５０とすることができる（図５７参照）。一部の実施形態では、冷媒マニホルド９７０は、温度制御モジュール９００の制御部９３０によって設定可能な上記の１つ又は複数のフローレギュレータ９５２とすることができる（図５７参照）。
【0156】
一部の実施態様では、ステータ及び／又はロータに配置された冷媒缶の流出口は、電気モータの他の構成要素に直接冷却を提供する構成とすることができる。例えば一部の実施態様では、冷媒缶は、冷媒がステータ及び／又はロータの冷媒缶内を流れた後に（例えば電気モータの動作ボリューム内に直接排出する流出口等によって）電気モータの動作ボリュームに流入するように構成されている。一部の実施態様では、冷媒缶の流出口の位置決めは、ステータ及び／又はロータの冷媒缶から流出した冷媒が動作ボリュームにおける当該冷媒により生じる風損が比較的低い箇所に流入するように行われ、かかる一部分は例えば、モータの重力方向の底部に配置されると共に動作ボリュームと流体連通するサンプポート等である（図５８参照）。サンプ内の冷媒がエアギャップの重力方向に最下の位置に達しないように、サンプ内の流体液位が調整される。かかる実施態様では、サンプは１つ又は複数の流体ポンプと流体連通することができる（図５８参照）。
【0157】
さらに、一部の実施態様では冷媒缶の流出口は、当該冷媒缶からモータの特定の構成要素に冷媒を送るように構成されており、この特定の構成要素は例えば、モータ動作中に温度上昇し、冷却が望ましい場合がある他の構成要素である。例えば一部の実施態様では、冷媒缶流出口からモータのベアリングに接触するように冷媒が送られて、ベアリングを冷却する。
【0158】
一部の実施態様では、ロータに配置された冷媒缶の流出口は、ステータ巻線に噴霧冷却を提供する構成とすることができる。一部の実施態様では、ステータに配置された冷媒缶の流出口は、ロータ巻線に噴霧冷却を提供する構成とすることができる。例えば図４２～５３を参照すると、冷媒缶６１２の上壁６４４における流入口及び流出口６５６，６５８付近に周部流出口を設け、冷媒缶６１２が回転したときに当該周部流出口から一定体積の冷媒が冷媒缶６１２外部に流出し、ロータ６００を包囲するステータ（不図示）に接触することができる。この実施態様はステータ巻線に噴霧冷却を提供することができ、ステータ巻線はステータの冷媒缶に閉じ込めなくてもよい。逆に一部の実施態様では、特に図２～１２を参照すると、ステータ２００の冷媒缶２０４の底壁２４６に軸方向の向きの追加の流出口を設け、この軸方向の向きの追加の流出口から一定体積の冷媒が冷媒缶２０４の外部に流出してモータのエアギャップに入り、これによりロータに噴霧冷却を提供することができる。
【0159】
本願開示全体を通じて記載されている種々の実施態様は、電気機械内における冷媒の流れについてのものだが、本願開示の範囲内の他の実施態様では、冷媒の種々の態様が異なり得る。一部の実施態様では、液体冷媒は冷媒と潤滑剤との混合物を含み、この混合物は、１つ又は複数の冷媒缶に封入された１つ又は複数の巻線に十分な冷却を提供すると共に、当該冷媒缶外部の電気機械の他の構成要素に冷却と潤滑とを提供するものである。一部の実施態様では、冷媒は、１つ又は複数の冷媒缶に封入された１つ又は複数の巻線に気体冷却を提供するガスである。一部の実施態様では、１つ又は複数の冷媒缶は２つ以上の内部コンパートメントを備えており、これら２つ以上の内部コンパートメントは互いに流体的に隔絶され、それぞれ流入口及び流出口を有し、１つの内部コンパートメントが１つ又は複数の巻線を封入すると共に、冷媒を受けるように構成された流入口を有し、１つ又は複数の他の内部コンパートメントの流入口が、上記１つの内部コンパートメント内を通って１つ又は複数の流出口に向かう潤滑剤の流れを受けるように構成されており、この流出口の向きは、電気機械の他の構成要素に向けることができる。一部の実施態様では、電気機械の熱管理システムは２つ以上の別個の流体ポンプを備えることができ、そのうち少なくとも１つは冷媒をポンピングするように構成されており、１つは潤滑剤をポンピングするように構成されている。かかる実施態様では、熱管理システムは、上記２つ以上の流体ポンプと流体連通する流体マニホルドを１つ備えることができ、これにより、当該マニホルドにポンピングされた冷媒及び潤滑剤が１つ又は複数の冷媒缶へ流れながら、当該マニホルド内で混合されるように構成することができる。
【0160】
上記の検討の中には、特に、巻線冷媒缶を備えた種々の電気機械等のシステムを軸として説明したものもあるが、当業者であれば、ここで開示されているシステムの対応する使用方法（又は動作方法）と、ここで開示されているシステムの設置方法とについての内在的な開示内容を認識することができる。よって、本願開示の非限定的な例の幾つかは、巻線冷媒缶を備えた電気機械の使用、製造及び設置の方法を含み得る。
【0161】
上記の検討の中には、特に、冷媒缶を有する熱管理システムを備えた種々の電気機械等の熱管理システムを軸として説明したものもあるが、当業者であれば、ここで開示されているシステムの対応する使用方法（又は動作方法）と、ここで開示されているシステムの設置方法とについての内在的な開示内容を認識することができる。よって、本願開示の非限定的な例の幾つかは、冷媒缶を有する熱管理システムを備えた電気機械の使用、製造及び設置の方法を含み得る。
【0162】
例えば一部の実施態様は、熱管理システムを有する電気機械の熱管理のための方法であって、電気機械の１つ又は複数の巻線が電気機械の他の構成要素より低温となるように、電気機械の当該他の構成要素から流体的に隔絶された１つ又は複数の冷媒缶の内部コンパートメントに上記の１つ又は複数の巻線又は電気機械の導電性要素を封入した当該１つ又は複数の冷媒缶の内部コンパートメント内に冷媒を流すことにより、電気機械の熱管理を行うための方法を含むことができる。一実施態様例では、図５７及び図５８を参照すると、温度制御モジュール９００は冷媒ポンプ９５０（又は図５８の冷媒ポンプ９７２）及び／又はフローレギュレータ９５２に冷媒を１つ又は複数の冷媒缶９７４内に流すようにポンピングさせ、当該１つ又は複数の冷媒缶９７４に封入された１つ又は複数の巻線がステータ９０４及び／又はロータ９０６の他の構成要素より低温となるようにする。一部の実施態様では、冷媒ポンプ９７２は冷媒を冷媒マニホルド９７０と、冷媒マニホルド９７０に流体連通する１つ又は複数の冷媒缶９７４と、にポンピングする。
【0163】
一部の実施態様では、上記方法はさらに、１つ又は複数の冷媒缶に封入された１つ又は複数の巻線の温度を検出することと、検出した温度が閾値を上回るか否かを判定することと、を含むことができる。その後、検出した温度が上記の所定の閾値を上回ると判定した場合、１つ又は複数の冷媒缶の内部コンパートメント内に追加の冷媒を流す。一実施態様例では、図５７及び図５８を参照すると、温度制御モジュール９００の制御部９３０が１つ又は複数の温度センサ９２２から入力を受信、格納及び処理して、ポンプ９５０（又は図５８の冷媒ポンプ９７２）及び／又はフローレギュレータ９５２に追加の冷媒を、温度が所定の閾値を超えると判定された１つ又は複数の冷媒缶９７４内に流すようにポンピングさせる。上記の方法は、１つ又は複数の巻線の検出された電気抵抗と、電気抵抗の所定の閾値とにも適用可能であることが明らかであると解すべきである。
【0164】
一部の実施態様では、上記方法はさらに、１つ又は複数の冷媒缶及び電気機械の動作ボリューム内の圧力を検出することを含むことができる。１つ又は複数の冷媒缶内の検出された圧力が、電気機械の動作ボリューム内の検出された圧力を下回るか否かを判定する。その後、電気機械の動作ボリュームの検出された圧力と比較して正の圧力を、ポンプによって１つ又は複数の冷媒缶内に印加する。一実施態様例では、図５７及び図５８を参照すると、温度制御モジュール９００の制御部９３０が１つ又は複数の圧力センサ９２６から入力を受信、記憶及び処理して、ポンプ９５０（又は図５８の冷媒ポンプ９７２）及び／又はフローレギュレータ９５２に追加の冷媒を１つ又は複数の冷媒缶９７４内に流すようにポンピングさせる、すなわち、電気モータ９０２のステータ９０４とロータ９０６との間のエアギャップ等の動作ボリュームの検出された圧力より圧力が低いと判定された流れ圧力を上昇させる。
【0165】
以上、本発明を非限定的な事例で説明及び例示したが、本願開示の内容はあくまで例示であり、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく本発明の実施の詳細について数多くの変更を行うことが可能であり、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。本願で開示した非限定的な例の各構成は、種々の態様で組み合わせ、再配置することができる。
【0166】
さらに、本明細書に提供される開示の非限定的な実例は、以下の説明に記載されるか、又は以下の図面に図示される構成の細部及び構成要素の配置に、用途に限定されない。本発明は、他の非限定的な例が可能であり、また、種々の態様で実施又は具現化することが可能である。また、本明細書で使用される文言及び用語用法は説明のためのものであり、本発明を限定するものとみなすべきではないと解すべきである。本願において「含む」、「備える」又は「有する」及びその変形は、その後に続く事項と、その均等物と、その他の事項と、を含むことを意味する。別段の指定又は限定が無い限り、「取り付け」、「接続」、「支持」及び「結合」との用語並びにこれらの変形は、広義の意味で使用され、直接的及び間接的な取り付け、接続、支持、及び結合の両方を包含する。さらに、「接続」及び「結合」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されない。
【0167】
また、本明細書で使用される文言及び用語用法は説明のためのものであり、本発明を限定するものとみなすべきものではない。本願において「右」、「左」、「前」、「後」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「頂部」、又は「底部」及びその変形は説明のためのものであり、本発明を限定するものとみなされるべきではない。別段の指定又は限定が無い限り、「取り付け」、「接続」、「支持」及び「結合」との用語並びにこれらの変形は、広義の意味で使用され、直接的及び間接的な取り付け、接続、支持、及び結合の両方を包含する。さらに、「接続」及び「結合」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されない。
【0168】
別段の指定又は限定が無い限り、「Ａ，Ｂ及びＣのうち少なくとも１つ」、「Ａ，Ｂ及びＣのうち１つ又は複数」等といった文言は、Ａ若しくはＢ若しくはＣ、又はＡ，Ｂ及び／若しくはＣの任意の組み合わせを意味し、Ａ，Ｂ及び／又はＣの複数又は単数との組み合わせを含む。
【0169】
一部の非限定的な例では、方法のコンピュータによる実施を含めた本願開示の各側面は、本願にて詳述した各側面を実施するようにプロセッサ装置、コンピュータ（例えばメモリに動作可能に結合されたプロセッサ装置等）、又は電子的に動作する制御部を制御するソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はこれらの任意の組み合わせを製造するための標準的なプログラミング又はエンジニアリング技術を用いて、システム、方法、装置、又は製造物として実施することができる。よって、例えば本発明の非限定的な例は、非一時的なコンピュータ可読媒体に有形に具現化された命令のセットとして実施して、プロセッサ装置がコンピュータ可読媒体からの命令の読み込みに基づき命令を実行できるようにする。本発明の一部の非限定的な例は、オートメーション装置、以下の検討と一致する種々のコンピュータハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア等を含めた特殊用途コンピュータ又は汎用コンピュータ等の装置を含むこと（又は使用すること）ができる。
【0170】
本願でいう「製造物」との用語は、任意のコンピュータ可読デバイス、キャリア（例えば非一時的な信号等）、又は媒体（例えば非一時的な媒体等）からアクセス可能なコンピュータプログラムを含む。例えば、コンピュータ可読媒体は、磁気記憶装置（例えばハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ等）、光ディスク（例えばコンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）等）、スマートカード、及びフラッシュメモリデバイス（例えばカード、スティック等）を含むことができるが、これらに限定されない。さらに、電子メールの送受信又はインターネット若しくはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等のネットワークへのアクセスにおいて使用されるコンピュータ可読電子データ等のコンピュータ可読電子データを搬送するために、搬送波を用いることができることも明らかである。当業者であれば、特許請求の範囲に記載の発明の範囲又は思想から逸脱することなく、上記の構成について多くの改良を行えることを認識することができる。
【0171】
図面その他の記載では、本発明の方法の特定の作業、又は当該方法を実行するシステムの特定の作業を概略的に示していることがある。別段の指定又は限定が無い限り、特定の空間的順序で記載された特定の作業の図中の記載内容は必ずしも、これら作業を当該特定の空間的順序に相当する特定の順番で実施する必要が無い場合がある。よって、図中その他の箇所に示されている特定の作業は、本発明の特定の非限定的な例に応じて適宜、明示的に図示又は記載されたものとは異なる順序で実施することができる。また、一部の非限定的な例では、特定の作業を、専用の並列処理装置又は上位システムの一部として相互運用する別個の計算機による実行を含めて、並行して実行することができる。
【0172】
本願においてコンピュータ実行の文脈で使用される場合、別段の指定又は限定が無い限り、用語「構成要素」、「システム」、「モジュール」等の用語は、ハードウェア、ソフトウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、又は実行中ソフトウェアを含めたコンピュータ関連システムの一部又は全部を含む。例えば構成要素は、プロセッサ装置、プロセッサ装置によって実行中の（又は実行可能な）処理、物体、実行ファイル、実行のスレッド、コンピュータプログラム、又はコンピュータとすることができる。例えば、コンピュータ上で実行されるアプリケーション及びそのコンピュータの両方を構成要素とすることができる。１つ又は複数の構成要素（又はシステム、モジュール等）は処理若しくは実行のスレッドの中に常駐することができ、又は１つのコンピュータにローカルで保持することができ、又は２つ以上のコンピュータ若しくは他のプロセッサ装置に分散することができ、又は他の構成要素（若しくはシステム、モジュール等）に含めることができる。
【0173】
本願でいう「制御部」及び「プロセッサ」及び「コンピュータ」との用語は、コンピュータプログラムを実行できる任意の装置、又は、上記の機能を実行する論理ゲートを備えた任意の装置を含む。例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックコントローラ等を含むことができる。他の一例として、上記の用語は１つ又は複数のプロセッサ及びメモリ及び／又は１つ又は複数のプログラミング可能なハードウェア要素、例えばプロセッサ、ＣＰＵ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、又はソフトウェア命令を実行できる他の装置等を含み得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【国際調査報告】