特表 2023-552975 コイルをオイルで冷却するシステムを備えた電気モータのステータ。

(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】2023-12-20

(54)【発明の名称】コイルをオイルで冷却するシステムを備えた電気モータのステータ。

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20231213BHJP

【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 2023528936

(86)(22)【出願日】2021-12-03

(85)【翻訳文提出日】2023-05-15

(86)【国際出願番号】 IB2021061277

(87)【国際公開番号】W WO2022123408

(87)【国際公開日】2022-06-16

(31)【優先権主張番号】2013016

(32)【優先日】2020-12-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514325376

【氏名又は名称】ホワイロット

(74)【代理人】

【識別番号】100086461

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 和則

(72)【発明者】

【氏名】ミハイラ、ヴァジル

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609PP02

5H609PP09

5H609QQ05

5H609QQ12

5H609RR27

5H609RR37

5H609RR42

(57)【要約】

本発明は、コイル（３、３ａ、３ｂ）を備え、オイルによりコイルを冷却するシステムを備える電気モータのステータに関する。コイル（３、３ａ、３ｂ）は、それらの間にギャップ（１５）を残して配置され、内周および外周を画定する。このシステムは、オリフィスが貫通しているオイル入口および出口マニホルドで構成され、コイルにオイルを送ったり、コイルからオイルを回収したりする。各入口オリフィス（１０）は、それぞれのコイル（３、３ａ、３ｂ）と関連付けられ、マニホルドの１つは内周を取り囲み、他方のマニホルドは外周を取り囲み、各入口オリフィス（１９）を出るオイルの流れは、その入口オリフィス（１９）に関連するコイル（３）と、２つの隣接するコイル（３ａ、３ｂ）のうちの少なくとも１つと、の間のギャップ（１５）の中を大部分循環し、出口オリフィスを介して出る。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイル（３、３ａ、３ｂ）を備え、冷却流体としてオイルを使用して前記コイル（３、３ａ、３ｂ）を冷却するための冷却システムを備える電気モータのステータ（１）であって、
前記コイル（３、３ａ、３ｂ）は、２つの隣接する前記コイル（３ａ、３ｂ）の間にギャップ（１５）を残して互いに並んで配置され、そして前記ステータ（１）の内周と外周を一緒になって画定し、
前記冷却システムはオイル入口マニホルド（８）とオイル出口マニホルド（９）を備え、前記マニホルドの１つは内周を走り、もう１つのマニホルドは外周を走り、
前記入口マニホルド（８）を出るオイルの流れは、関連する前記コイル（３）および、当該関連するコイル（３）に隣接する２つの前記コイル（３ａ、３ｂ）のうちの少なくとも１つ、の間のギャップの中を大部分が循環し、その後前記オイル出口マニホルド（９）を介して外に出る、ステータにおいて、
前記オイル入口マニホルド（８）は、前記コイル（３、３ａ、３ｂ）に前記オイルを送るために入口オリフィス（１０）によって穿孔され、前記オイル出口マニホルド（９）は、前記オイルを回収するため出口オリフィス（１１）によって穿孔されており、
各前記コイル（３、３ａ、３ｂ）は少なくとも１つの前記入口オリフィス（１０）に関連づけられ、
前記入口オリフィス（１０）から出てくる前記オイルの流れは、その前記関連するコイル（３）と当該関連するコイル（３）に隣接する２つの前記コイル（３ａ、３ｂ）のそれぞれとの間の前記ギャップ（１５）の中を大部分が循環し、各前記入口オリフィス（１０）からのオイルの流れは、各前記ギャップ（１５）に対して１つの流れを有する２つの流れに分割される、
ことを特徴とするステータ（１）。

【請求項2】

前記コイル（３、３ａ、３ｂ）に関連する少なくとも１つの前記入口オリフィス（１０）が、前記関連するコイル（３）および２つの隣接する前記コイル（３ａ、３ｂ）のそれぞれ間の２つの前記ギャップ（１５）から等距離にあり、前記２つの流れは同じ流量を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のステータ（１）。

【請求項3】

少なくとも１つの前記出口オリフィス（１１）が、各前記コイル（３、３ａ、３ｂ）に関連し、前記入口オリフィス（１０）および前記出口オリフィス（１１） は対になって同数存在する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のステータ（１）。

【請求項4】

前記コイル（３、３ａ、３ｂ）が、小さい底辺と大きい底辺を有する台形の断面、または、頂点の反対側に底辺を有する三角形の断面を有し、前記台形の断面を有する前記コイル （３、３ａ、３ｂ）の前記大きな底辺、または前記三角形の断面を有する前記コイル（３、３ａ、３ｂ）の底辺が前記外周を画定し、そして前記台形の断面を有する前記コイル （３、３ａ、３ｂ）の前記小さな底辺、または前記三角形の断面を有する前記コイル（３、３ａ、３ｂ）の前記頂点が前記内周を画定する、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のステータ（１）。

【請求項5】

前記入口オリフィス（１０）が前記外周に対して垂直に配置され、前記出口オリフィス（１１）が前記内周に対して垂直に配置される、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のステータ（１）。

【請求項6】

前記オイル入口マニホルド（８）および前記オイル出口マニホルド（９）が円形であり、それぞれ前記外周および前記内周に対応する直径を有する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のステータ（１）。

【請求項7】

前記オイル入口マニホルド（８）および前記オイル出口マニホルド（９）はそれぞれ、オイル入口またはオイル出口をそれぞれ備えるチャネルの形態である、ことを特徴とする請求項５または６に記載のステータ（１）。

【請求項8】

少なくとも１つの温度プローブ（１６）を備える、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のステータ（１）。

【請求項9】

前記コイル（３、３ａ、３ｂ）が同心であり、それぞれの前記コイル（３、３ａ、３ｂ）がそれぞれの歯（４）によって支持される、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のステータ（１）。

【請求項10】

少なくとも１つのロータ（１７）および少なくとも１つのステータ（１）を取り囲むハウジング（１ａ）を備える電磁モータまたは発電機であって、
前記少なくとも１つのステータ（１）は、請求項１～９のいずれか一項に記載のものであり、
前記ハウジング（１ａ）は、前記オイル入口マニホルド（８）または前記オイル出口マニホルド（９）にそれぞれ接続されたオイル入口ノズル（６）およびオイル出口ノズル（７）と、前記少なくとも１つのロータ（１７）から前記少なくとも１つのステータ（１）を分離する不浸透性壁（５）と、によって横断される、
ことを特徴とする電磁モータまたは発電機。

【請求項11】

前記少なくとも１つのロータ（１７）が複数の磁極（１９）を備え、前記少なくとも１つのロータ（１７）が複合材料で作られる、ことを特徴とする請求項１０に記載の電磁モータまたは発電機。

【請求項12】

各前記磁極（１９）が、接着剤、樹脂、または複合材料によって互いに接続された複数の単位磁石（１８）によって構成され、選択肢として前記単位磁石（１８）を保持するメッシュの介在物を含む、ことを特徴とする請求項１０または１１かに記載の電磁モータまたは発電機。

【請求項13】

各前記磁極（１９）が個々に複合材料層でコーティングされている、ことを特徴とする請求項１２に記載の電磁モータまたは発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイルを備え、オイルを冷却液として使用してコイルを冷却するシステムを有する電気モータのステータ、ならびにこのタイプのステータを備えた電磁モータまたは発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、ロータの高速回転で高出力を供給する電気モータに有利であるが限定的ではない用途を有する。このタイプのモータまたは発電機は、例えば、完全な電気自動車またはハイブリッド自動車の電磁モータまたは発電機として使用することができる。

【0003】

限定的ではないが、有利なことに、電磁モータまたは発電機は、２つのステータによって挟まれた少なくとも１つのロータを備えることができ、それにより、これらの要素は、少なくとも１つの空隙によって分離されて、１つのシャフト上で、互いに重なり合うことができる。

【0004】

高速回転の用途では、最適な性能を得るためにモータの小型化と軽量化によって可能となったコンパクトなシステムだけでなく、システムの信頼性を向上させるため、回転部分、つまりロータの機械的強度が非常に優れている必要がある。したがって、最適なパフォーマンスを達成するには、損失を減らす必要がある。

【0005】

これらの損失は、電気モータの１つまたは複数のロータ、または１つまたは複数のステータで発生する可能性がある。ロータに関しては、磁石の渦電流損失は、特に鉄のないロータを提案することによって、または複数の小さな単位磁石によって構成される磁極を提案することによって、大幅に減少した。

【0006】

したがって、主要な損失は、ステータのコイルのジュール効果によって引き起こされる損失と、ステータの鉄の磁気損失である。
熱の大部分は電気モータのステータで発生するため、可能な限り効果的に抑える必要がある。

【0007】

さまざまな解決策が存在する。たとえば、電気モータのハウジングに機械加工された回路内の冷却液の循環や、巻線オーバーハングのレベルでのオイルの循環などである。従来技術はまた、オイルを冷却流体として使用するコイルを冷却するためのシステムを備えるステータを含む。

【0008】

従来、コイルは隣り合って配置され、２つの隣接するコイルの間に小さなギャップを残し、それらが一緒になってステータの内周と外周を画定する。
冷却システムは、オイル入口マニホルドとオイル出口マニホルドを備え、入口マニホルドには入口オリフィスが貫通してオイルをコイルに送り、出口マニホルドには出口オリフィスが貫通してオイルを回収する。

【0009】

これは、特に米国特許出願公開ＵＳＡ－Ａ－２０１７／０１２４８０（特許文献１）から知られており、ステータのコイル間の冷却液としてオイルの循環を提供する。ステータ損失の排出を改善するために、この先行技術文献は、コイルが渦電流損失またはコア損失をもたらす電流の発生源であるため、コイルを冷却流体の回路に浸すことも提案している。

【0010】

この先行技術文書では、オイルが２つの入力を経由し、ステータを介して浸透し、必要に応じて隣接する２つのコイル間を通過する際にコイルの周りを流れることが示されている。

【0011】

一方、２つの供給入力から離れた位置にあるコイルの場合、離れたコイルの冷却に影響を与えるのは、入口に位置するコイルとすでに熱交換したオイルであり、それはコイルの均一な冷却を保証しない。

【0012】

オイルであるクーラント液の循環は、多くの定期的かつ個別の水頭損失によってさらに困難になる可能性があり、これによりオイル圧が上昇し、電気モータ内のオイル回路の漏れ防止が困難になる。

【0013】

したがって、流体の循環によって冷却された最初のコイルは、流体が加熱されて熱交換能力を失うため、後続のコイルよりも大幅に冷却され、従って、コイルの均一な冷却は保証されない。
したがって、各巻線オーバーハング間で均一なオイル循環を実現することは非常に困難である。冷却液が噴射孔を介して到達すると、冷却液はステータ全体を循環し、一連のプロセスでコイルを次々と冷却する必要があり、定期的な損失の原因となる。

【0014】

また、温度上昇が均一ではないため、循環冷却液を使用する冷却装置の冷却能力が低下する。

【0015】

日本特許出願公開ＪＰ－Ａ－２００６／０３３９６５（特許文献２）は、コイルを装備し、冷却液としてのオイルでコイルを冷却するシステムを備え、コイルは互いに沿って配置され、２つの隣接するコイルの間にギャップを残し、一緒にステータの内周と外周を画定する、電気モータのステータを記載している。

【0016】

冷却システムは、オイル入口マニホルドに似た要素とオイル出口マニホルドに似た要素で構成され、一方のマニホルドは内周を走り、もう一方のマニホルドは外周を走り、オイルの流れが入口要素から出る。オイルは、関連するコイルと、その関連するコイルに隣接する２つのコイルのうちの少なくとも１つと、の間のギャップを大部分循環し、出口要素を介して出る。

【0017】

この文書では、オイルが少なくとも１つの供給入口を介してステータに浸透し、必要に応じて２つの隣接するコイルの間を通過するときにコイルの周りを流れることが示されている。一方、前記少なくとも１つの供給入口から離れたコイルについては、入口に位置するコイルとすでに熱交換したオイルが、離れたコイルの冷却をもたらす。

【0018】

さらに、入口要素と出口要素は、コイルを含むコンパートメントの外部にあるのではなく、このコンパートメントに統合されているため、すべてのコイルに対して同じ冷却オイル温度を得ることができない。入口要素を構成する注入入口に近いコイルは、オイルが注入入口に最も近い上部または下部の巻線オーバーハングと接触すると加熱されるため、オイルが通過する他のコイルよりも冷たいオイルによってより効果的に冷却される。

【0019】

ＥＰ－Ａ－３ ７６４ ５２６（特許文献３） は干渉文書である。すなわち、それは本出願の出願日より前の日付を有するが、本出願の出願日の時点では公開されていない。
この文書は、コイルと入口および出口マニホルドを備えたステータについて記載しているが、マニホルドから個々のコイルに向けて特別に向けられたオイルの流れである、全てのコイルを均一に冷却することを可能にする手段については記載していない。
本発明が対処する問題は、オイルの形態の冷却流体による電磁モータまたは発電機のステータのコイルの冷却を改善することであり、その冷却は、ステータとロータの間の空隙に関係して、冷却チャンバー内のオイル過圧を回避するために、可能な限り最小の水頭損失を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【特許文献1】米国特許出願公開ＵＳＡ－Ａ－２０１７／０１２４８０

【特許文献2】日本特許出願公開ＪＰ－Ａ－２００６／０３３９６５

【特許文献3】ＥＰ－Ａ－３ ７６４ ５２６

【発明の概要】

【0021】

この目的のために、本願はコイルを備え、冷却流体としてオイルを使用してコイルを冷却するための冷却システムを備える電気モータのステータであって、コイルは、２つの隣接するコイルの間にギャップを残して互いに並んで配置され、そしてステータの内周と外周を一緒になって画定し、冷却システムはオイル入口マニホルドとオイル出口マニホルドを備え、マニホルドの１つは内周を走り、もう１つのマニホルドは外周を走り、入口マニホルドを出るオイルの流れは、関連するコイルおよび、当該関連するコイルに隣接する２つのコイルのうちの少なくとも１つ、の間のギャップの中を大部分が循環し、その後オイル出口マニホルドを介して外に出る、ステータにおいて、オイル入口マニホルドは、コイルにオイルを送るために入口オリフィスによって穿孔され、オイル出口マニホルドは、オイルを回収するため出口オリフィスによって穿孔されており、各コイルは少なくとも１つの入口オリフィスに関連づけられ、入口オリフィスから出てくるオイルの流れは、その関連するコイルと当該関連するコイルに隣接する２つのコイルのそれぞれとの間のギャップの中を大部分が循環し、各入口オリフィスからのオイルの流れは、各ギャップに対して１つの流れを有する２つの流れに分割される、ことを特徴とするステータに関する。

【0022】

少なくとも１つのオイル入口オリフィスを各コイルに関連付けることにより、コイル間の均一な冷却が実現される。各コイルは、入口マニホルドから直接供給され、他のコイルにより事前に加熱されていないため、同じ温度のオイルによって冷却される。

【0023】

本発明の教示は、コイルの数と同じ数の、有利にはそれぞれが１つのコイルを担持するステータの歯の数と同じ数の、ギャップを形成する注入チャネルを作成することであり、それによって各コイルを完全に取り囲むオイル循環を作成する。したがって、ギャップを通る多数のオイル循環は、直列ではなく並列であり、ほぼ同時に行われる。

【0024】

これには、流れ抵抗がはるかに低いという利点があるため、コイルヘッド間でオイルを循環させるために必要な過圧がはるかに低くなる。
「大部分」とは、注入されたオイルが本質的にコイル間のギャップを介して循環することを意味し、それぞれ外周と内周を形成するコイルの表面を通って１つのコイルから他の１つのコイルへ通過するオイルの量はより小さく、無視できるほどであり、それはギャップを循環するオイルの量の２０％未満に相当する。

【0025】

本発明によれば、好ましくないが、１つのコイル専用の複数の入口オリフィスが存在し得るが、１つのコイルに関連する少なくとも１つのオイル入口オリフィスが常に存在する。

【0026】

したがって、この実施形態では、各入口オリフィスからのオイルの流れが、２つの流れに分割され、各ギャップに１つの流れを供給する、という事実により、隣接するコイルからのギャップの境界を定める、各コイルの２つの側面が同時に冷却可能となる。有利なことに、同じ流れが両側面を横切って流れるため、コイルの両側の均一な冷却が得られる。

【0027】

有利には、コイルに関連する少なくとも１つの入口オリフィスは、関連するコイルと、隣接する２つのコイルのそれぞれと、の間の２つのギャップから同じ距離にあるので、２つの流れは同じ流量を有する。

【0028】

有利には、少なくとも１つの出口オリフィスが各コイルに関連付けられ、入口オリフィスと出口オリフィスは対になっており、それらの数は等しい。

【0029】

この好ましい実施形態では、２つのコイルの間のギャップを通過した後、加熱されたオイルは回収され、コイルごとに個別に排出される。これにより、冷却回路での水頭損失を回避し、オイルの排出を容易にする。したがって、コイルに入るオイルと出るオイルの流れは類似しており、ステータの内側とステータの外側のオイルの流れが良好になる。
有利なことに、コイルは、小さな底辺と大きな底辺を備えた台形の断面、または頂点の反対側に底辺を備えた三角形の断面を有し、台形の断面を有するコイルの大きな底辺、または、三角形断面を有するコイルの底辺は、外周を画定し、台形の断面を有するコイルの小さな底部、または三角形の断面を有するコイルの頂部は、内周を画定する。

【0030】

大きな底辺はコイルの最大幅またはコイル頂部を形成し、台形の断面の小さな底辺または三角形断面の底辺の反対側の頂点は最小幅または底部端の巻線を形成する。
冷却流体としてのオイルは、各コイルの最も幅広の側から、小さな幅よりも多くの冷却を必要とする大きな幅に直接注入される。その結果、各コイルをより効果的に冷却できる。

【0031】

有利には、入口オリフィスは外周に対して垂直に配置され、出口オリフィスは内周に対して垂直に配置される。

【0032】

これにより、入口マニホルドの入口オリフィスを頂部端の巻線に近づけ、出口マニホルドの出口オリフィスを底部端の巻線に近づけて、各コイルへのオイルの注入とコイル出口でのオイルの回収を容易にすることができる。

【0033】

有利には、入口マニホルドおよび出口マニホルドは円形であり、それぞれ外周および内周に対応する直径を有する。
これにより、マニホルド内のオイルの循環がコイルの配置に追従し、コイルを相互に均一に冷却することができる。

【0034】

有利には、入口マニホルドおよび出口マニホルドはそれぞれ、オイル入口またはオイル出口をそれぞれ含むチャネルの形態である。

【0035】

複数の入口オリフィス（そのうちの少なくとも１つがそれぞれのコイル専用）を介してコイルに供給する前に、各オリフィスを介して入口マニホルドから出るオイルの量よりも大幅に多い大量のオイルを供給する必要がある。
したがって、すべてのコイルが同時にかつ均一に冷却されるように、すべてのコイルに十分な量のオイルを運ぶことができるように、入口チャネルは十分に大きな断面を持たなければならない。チャネルの断面は、有利には、入口オリフィスの数およびそれらの断面に関連している。

【0036】

ステータは、有利には、少なくとも１つの温度プローブを備える。

【0037】

これにより、ステータ内のコイルの冷却を測定することができる。複数の温度プローブをステータに、好ましくはコイルに近接して設けることが有利である。

【0038】

コイルは有利には同心であり、それぞれがそれぞれの歯によって支持されている。このタイプの同心コイルは、製造が容易であるという利点がある。
本発明はさらに、少なくとも１つのロータおよび少なくとも１つのステータを取り囲むハウジングを備える電磁モータまたは発電機に関し、その少なくとも１つのステータは上述のとおりであり、ハウジングは入口マニホルドに接続されたオイル入口ノズルおよび出口マニホルドに接続されたオイル出口ノズル、およびその少なくとも１つのステータをその少なくとも１つのロータから分離する不浸透性の壁、によって横切られる、ことを特徴とする。

【0039】

従来技術では複数の入口ノズルと複数の出口ノズルが必要であったのに対し、１つの入口ノズルと１つの出口ノズルのみを設ける必要があるという事実により、モータまたは発電機のハウジングが簡素化される。不浸透性の壁は、ステータから発生するオイルの流れからロータを保護するのに役立つ。

【0040】

有利には、前記少なくとも１つのロータは複数の磁極を備え、各磁極は、接着剤、樹脂、または複合材によって互いに接続された複数の単位磁石によって構成され、選択肢として単位磁石を保持するメッシュが介在する。

【0041】

有利なことに、各磁極は個別に複合材料層でコーティングされている。

【0042】

これらの特徴は、本発明の主要な優先的利点の達成に寄与する。本発明は、１つまたは複数の大きな磁石を複数の小さな磁石に置き換えることを提案する。 したがって、磁束は多数の小さな磁石によって生成され、その数は磁極ごとに少なくとも２０個、場合によっては１００個を超えることもある。

【0043】

従来技術のロータは、磁極を形成する１個から１０個の磁石を備えることができるが、本発明は、各磁極により多くの小型磁石を提供する。

【0044】

磁極を混同しないようにする必要がある。なぜなら、ロータは５～１０個、またはそれ以上の磁極を保持できるが、たとえば、ロータは数百個の単位磁石を保持できるため、はるかに多数の単位磁石を保持できる。
これにより、他の利点の中でもとりわけ、高速で回転でき、鉄を含まないロータを得ることが可能になり、ロータ損失が制限される。複数の単位磁石により、発生する損失が少ないために熱をほとんど発生させず、単位磁石によって放散される熱が対応する同等のより大きな一体型磁石によって放散される熱よりも少なくなる一方で、ロータの全体的なたわみのレベルでより強力な磁石構造が得られることが判明した。

【0045】

磁極を形成する磁石構造体は、単位磁石をコーティングする非導電性複合材料の層を含むことができ、それは有利にはメッシュ構造に配置することができる。さらに、磁石構造体の機械的強度は高く、コーティングは、特に所望の手段によって互いに所定の位置に保持された単位磁石の配列上に複合材料を注入することによって、容易に施すことができる。

【0046】

このタイプのロータでは、好都合には鉄製の歯を含む１つまたは複数のステータを、製造プロセスを容易にする同心コイルと関連付けることが有利である。

【0047】

したがって、本発明は、電磁モータおよび発電機の多くの製造業者が従うアプローチとは反対のアプローチを取る。設計が困難なますます複雑なコイルを設計することにより、ステータに革新的な努力を注ぐことができることが知られている。

【0048】

逆に、本発明が採用する発明的アプローチは、鉄を含まず、それぞれが複数の磁石で構成される磁極を含む、複合材料でコーティングされたロータにも関する。これにより、１つまたは複数のステータに同心コイルを使用することが可能になったが、このタイプの同心コイルは、従来技術で使用された一体型永久磁石では完全に満足できるものではない。

【0049】

このタイプの複合材料ロータと；鉄の歯またはスタッドとステータ用の同心コイルとを備える少なくとも１つの鉄のステータと；の組み合わせを利用すると、使用するモータまたは発電機の出力と、モータまたは発電機の製造の容易さと高い機械的強度とに関して相乗効果が生じることがわかっている。

【0050】

従来技術に対する本発明の主な発明的貢献は、コイルの動作中に大量の熱が発生するというこのタイプのステータの主な欠点を排除することによって、この相乗効果をさらに高めることでもあった。

【0051】

この問題は、前述のようにステータに冷却システムを組み込むことで解決された。

【0052】

このタイプのモータは、軸方向磁束モータでありうる。

【図面の簡単な説明】

【0053】

本発明は、添付の図面に示されている：

【図1】ステータを関連するロータから分離する、シールプレートを取り外した後の、本発明の一実施形態による電磁モータまたは発電機を形成するように設計されたステータの正面図である。

【図2】本発明の一実施形態によるステータの３つのコイルの拡大図であり、２つの隣接するコイルの間のオイルの経路は、この図では矢印によって識別され、オイルの流れは、入口オリフィスを出て、関連するコイルの２つの横方向側面を通過する。

【図3】本発明の一実施形態によるステータの背面図であり、オイル入口マニホルドおよびオイル出口マニホルドと、矢印で識別されるマニホルド内のオイルの経路を示す。

【図4】本発明の一実施形態によるステータの軸方向断面図であり、それぞれ入口オリフィスおよび出口オリフィスを有する入口マニホルドと出口マニホルドとの間のオイルの交換を示す。

【図5】本発明による電磁モータまたは発電機を形成するために、図１～４に示されるようなステータと関連付けることができるロータの正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

以下の説明は、考慮されるすべての図を組み合わせて参照している。１つまたは複数の特定の図を参照する場合、これらの図は、指定された参照番号を識別するために他の図と組み合わせて考慮される。

【0055】

特に図１を参照すると、この図は、１つまたは複数のステータおよび１つまたは複数のロータを備えることができる電磁モータまたは発電機のステータ１を示している。この図１は、ステータ１をロータの方に向けた正面図であり、それによって、ステータ１とロータとの間の空隙の境界を画定する。

【0056】

この図からわかるように、本発明の非限定的な一実施形態による、電気モータのステータ１は、軸方向磁束モータに対して円形を有するが、しかしこれは本発明の文脈において限定的ではない。参照番号２は、ステータ１またはステータ１を取り囲むハウジング１ａの中心を示す。

【0057】

ステータ１には、ステータ１の中心の周りに円周方向に配置されたコイル ３が装備されており、それぞれが有利には歯４に取り付けられている。この図では１つのコイル３のみが参照番号を与えられているが、各コイルについての上記の記載は他のコイルにも適用できる。図１および２において、コイル ３、３ａ、３ｂ は、互いに隣接して配置され、２つの隣接するコイルの間にギャップ１５を残し、そしてそれらのコイルは一緒にステータ１の内周および外周を画定する。

【0058】

特に図１～図３を参照すると、ステータ１は、冷却流体としてオイルを使用するコイル ３、３ａ、３ｂ の冷却システムを備える。この冷却システムは、オイル入口マニホルド８とオイル出口マニホルド９を備える。

【0059】

オイル入口マニホルド８は、コイル ３、３ａ、３ｂ にオイルを送るために入口オリフィス１０によって貫通され、オイル出口マニホルド９は、オイルを回収するために出口オリフィス１１によって貫通され、１つの入口オリフィス１０および１つの出口オリフィス１１が図３で識別される。

【0060】

特に図２および３を参照すると、それぞれが他の図と組み合わせて考慮され、各コイル ３、３ａ、３ｂ は少なくとも１つの入口オリフィス１０に関連付けられている。単一のコイルのための複数の入口オリフィス１０も存在する。

【0061】

図２では、各入口オリフィス１０は、コイル ３、３ａ、３ｂ の最も広い基部である巻線オーバーハング ３、３ａ、３ｂ の中央部分に配置されているが、この配置は必須ではない。

【0062】

この場合、入口オリフィス１０から出てくるオイルの流れは、図２の矢印で示されているように、入口オリフィス１０に関連するコイル３と、その関連するコイル３に隣接する２つのコイル ３ａ、３ｂ のそれぞれとの間のギャップ１５を大部分が循環する。

【0063】

この場合も、入口オリフィス１０からの主要な流れから来る各流れは、２つの流れに分離され、隣接するコイル ３ａ、３ｂ に関連する入口オリフィス１０から発する主要な流れの分岐による、隣接するコイル ３ａ、３ｂ から来る流れと混合される。

【0064】

したがって、各入口オリフィス１０からのオイルの流れは、隣接するコイル ３ａ、３ｂ からコイル３を分離するギャップ１５ごとに１つの流れの、２つの流れに分割される。したがって、隣接するコイルとのギャップ１５の境界を定める、それぞれのコイル ３、３ａ、３ｂ の２つの側面は、同時に冷却される。

【0065】

図１と図３を重ね合わせると、一方のマニホルド（図３では出口マニホルド ９）が内周を取り囲み、他方のマニホルド（図３では入口マニホルド８）が外周を取り囲んでいる。

【0066】

矢印で示されるオイルの流れは、各入口オリフィス１０を出て、その入口オリフィス１０に関連するコイル３と、その関連するコイル３に隣接する２つのコイル ３ａ、３ｂ の少なくとも１つとの間のギャップ１５を大部分が循環する。このオイルの流れは、その後出口マニホルド９で回収され、出口オリフィス１１の１つを介して出る。

【0067】

ただし、すべてのコイルに対して出口オリフィスが１つしかない場合もあるが、この構成は好ましくない。

【0068】

異なる数の出口オリフィス１１および入口オリフィス１０が存在し得る。例えば、この構成が好ましいが、１つの出口オリフィス１１を各コイルに関連付けないことも可能である。

【0069】

各コイル ３、３ａ、３ｂ に複数の入口オリフィス１０がある非限定的なケースでは、これらの入口オリフィス１０の１つを、加速冷却が不要なステータ １の特定の動作条件下で閉じることができる。

【0070】

このタイプの入口オリフィス１０は、有利にはフラップ弁を備えており、オイル入口マニホルド８内のオイル圧を上昇させることによって開くことができる。
これによりステータ１の実際の運転状態およびコイル ３、３ａ、３ｂ の加熱に適合した冷却の管理を行うことができる。

【0071】

図２に示すように、コイル ３、３ａ、３ｂ の両側の均一な冷却を達成するために、各入口オリフィス１０からのオイルの流れが、各ギャップ１５に対して １つの流れの、２つの流れに分割される場合、コイル ３、３ａ、３ の２つの側面を均一に冷却するため、２つの側面に同じ流量が流されるようにすることが有利である。

【0072】

したがって、コイル ３、３ａ、３ｂ に関連付けられた入口オリフィス１０ は、関連付けられたコイル３とその２つの隣接するコイル ３ａ、３ｂ のそれぞれとの間の２つのギャップ１５から等距離にあることができ、したがって、２つの流れは同じ流量を有する。

【0073】

好ましくは、限定的ではないが、少なくとも１つの出口オリフィス１１が各コイル ３、３ａ、３ｂ に関連付けられ、入口オリフィス１０と出口オリフィス１１は対になって配置される。何故ならば、それらは同じ数存在し、特に、コイル ３、３ａ、３ｂが、ただ１つの入口オリフィス１０および１つの出口オリフィス１１と関連している場合にはそうである。

【0074】

非限定的な態様では、１８個のコイル ３、３ａ、３ｂ をステータ１の円周方向に配置し、１８個の入口オリフィス１０と１８個の出口オリフィス１１ を設けることができる。
したがって、オイルはオイル入口マニホルド８から各コイル ３、３ａ、３を介して直接到達し、オイル入口マニホルド８に関連するコイル３を冷却すると、できるだけ早く磁気回路を出て出口マニホルド９に回収される。
特に図２を参照すると、コイル ３、３ａ、３ｂ は、小さな底辺と大きな底辺を有する台形の断面を有することができ、小さな底辺はこの図２では丸みを帯びて示されている。

【0075】

あるいは、図には示されていないが、コイルは、基本的に点に縮小された小さな底部に相当する頂上と、その反対側の底部を有する三角形の断面を有することができる。

【0076】

これらの両方の場合において、台形断面を有するコイル ３、３ａ、３ｂ の大きな底辺、または三角形断面を有するコイルの底辺は、上述の外周を画定することができる。

【0077】

台形断面を有するコイル ３、３ａ、３ｂ の小さな底部、または三角形断面を有するコイルの頂部は、内周を画定することができる。
同じ縮尺で描かれた図１と図３を重ね合わせることによって示されるように、入口オリフィス１０は外周に対して垂直に配置され、出口オリフィス１１は内周に対して垂直に配置される。

【0078】

オイル入口マニホルドとオイル出口マニホルドは、コイル ３、３ａ、３ｂ で画定される外周と内周にそれぞれ対応する直径を有する円形にすることができる。

【0079】

従って、オイル入口マニホルド８がオイル出口マニホルド９の外側に延在する場合、オイル入口マニホルド８から直接出て、そして対象コイルまたは別のコイルとまだ熱交換していないオイルによって最初に冷却されるのは、台形断面を有するコイルの大きな底辺、または、三角形断面を有するコイルの底辺である。

【0080】

オイルマニホルドはすべてのコイル ３、３ａ、３ｂ に十分な量のオイルを輸送する必要があり、オイルの流れは変化する可能性があるため、オイル入口マニホルド８と出口マニホルド９はそれぞれ、オイル入口またはオイル出口を含むチャネルの形にすることができる。

【0081】

一方ではオイル入口マニホルド８を形成するチャネルの断面と、他方では入口オリフィス１０の断面との間に比率を確立して、すべてのコイルに対して最適で均一な冷却／温度を得ることができる。この比率は、モータのサイズ、形状、歯の数、コイルの種類など、モータの種類の関数である。

【0082】

好ましい実施形態では、中央のコイル３の歯を特定する図２に特に示されるように、コイル ３、３ａ、３ｂ は同心であり、各コイルはそれぞれの歯４によって支持される。

【0083】

ステータ１内の温度を測定するために、ステータ１は少なくとも１つの温度プローブ１６を、有利にはコイル ３、３ａ、３ｂ の近くの複数の異なる位置に備えることができる。

【0084】

特に図２～４を参照すると、オイルは入口ノズル６を介してオイル入口マニホルド８に、有利には軸対称に注入され、そしてオイル入口マニホルド８は、コイルを含む磁気回路のキャビティの供給のためにすべての入口オリフィス１０を供給し、磁気回路はそれぞれ歯によって有利には支持される。

【0085】

オイルは、これらの３つの図には示されていないロータからステータ１を分離する不浸透性壁５まで上昇し、コイル ３、３ａ、３ｂ の間を通過して出口オリフィス１１に到達する。ここで出口オリフィス１１の数は歯の数および入口オリフィス１０の数に有利には同じである。その後、オイルは出口ノズル７を介してオイル出口マニホルド１１によって排出される。

【0086】

参照番号１４は、これらの図には示されていないが図５では番号１７として参照されているロータ、の反対側に配置されるように設計された外部プレートを示す。そして参照番号１２および１３は、それぞれ、巻線張り出し部の下の、オイル入口マニホルド８に面する空洞および、底部端巻線の下のオイル出口マニホルド９の反対側の空洞を示す。

【0087】

特にステータ１を示す図３およびロータ１７を示す図５を参照すると、本発明はさらに、電磁モータまたは発電機に関する。
モータまたは発電機は、少なくとも１つのロータ１７および少なくとも１つのステータ１を取り囲むハウジング１ａを備える。ステータ１は、上述のとおりのステータであり、冷却システムを組み込んでいる。

【0088】

ハウジング１ａは、オイル入口マニホルド８またはオイル出口マニホルド９にそれぞれ接続されたオイル入口ノズル６およびオイル出口ノズル７と、特に図４に見られる、少なくとも１つのステータを少なくとも１つのロータ１７から分離する不浸透性壁５、によって横断される。
図５に見られるように、各ロータ１７は、複数の磁極１９を備えることができ、そのうちの１つが図５で識別される。

【0089】

各ロータ１７は、鉄損失を減らすために複合材料で作ることができる。各磁極１９は、接着剤または樹脂によって互いに接続された複数の単位磁石１８によって構成することができ、選択肢として単位磁石１８を保持するメッシュを介在させることができる。
図５は、単位磁石１８および磁極１９をそれぞれ１つだけ示しているが、単位磁石１８および磁極１９についてそれぞれ述べたことは、すべての単位磁石およびすべての磁極にあてはまる。

【0090】

さらに、磁極１９の堅牢性を強化するために、各磁極１９を個別に複合材料層で被覆することができる。

【0091】

図に関して、上記の説明は本質的に軸方向磁束モータに関するが、本発明は、任意のタイプのモータ、特に径方向磁束または混合磁束モータまたは発電機に適用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】