JP2013528353A - 電気機械冷却システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、機械キャビティ(22)を定めるハウジング(12)を有する電気機械モジュール(10)に関する。電気機械(20)は、機械キャビティ(22)内に配置され、ロータ積層体(46)に結合されたロータハブ(32)を有する。ロータハブ(32)は第１及び第２の軸線方向端部を含む。ロータ積層体(46)は凹部(56)を含む。凹部(56)は整列され、機械キャビティ(22)と流体的に連通する冷却剤チャネル(58)の一部分を定める。ロータハブ(32)は、冷却剤チャネル(58)の少なくとも一部分と流体的に連通する第１及び第２のロータハブ入口(72)を含む。第１及び第２のロータハブ入口(72)は、ロータハブ(32)の軸線方向端部に隣接する。第１のロータハブ入口(72)と流体的に連通する冷却剤チャネル(58)は、第２のロータハブ入口(72)と流体的に連通する冷却剤チャネル(58)と同じではない。

Description

本発明は、電気機械冷却システム及び方法に関する。

（関連出願）
本出願は、２０１０年６月８日出願の米国特許仮出願第６１／３５２，７５７号に基づく優先権を主張し、その内容全体を本明細書に援用する。

電気機械のトポロジが永久磁石を用いる場合、磁石の温度を制御しなければならない。より低温の磁石は、改善された機械性能をもたらす。更に、磁石を低温に維持することで、減磁のリスクを低減することができる。

いくつかの在来の電気機械において、永久磁石はロータ組立体内に配置されるため、磁石の冷却は困難である。電気機械を冷却するための在来のいくつかの方法は、冷却剤を電気機械の外周の一部分の周りに循環させることを含む。しかしながら、ロータ組立体が機械の外周から半径方向内方に配置されると、ロータ組立体により生成された熱エネルギーを冷却剤に伝達することは困難である場合がある。

本発明のいくつかの実施形態は、機械キャビティを定めるハウジングを有する電気機械モジュールを提供する。いくつかの実施形態では、電気機械は、機械キャビティ内に配置され、ロータ積層体に結合されたロータハブを含む。いくつかの実施形態では、ロータハブは、互いに反対側に位置する第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部を含み、ロータ積層体は、少なくとも１つの凹部を含む。いくつかの実施形態では、複数の凹部は、機械キャビティと流体的に連通する複数の冷却剤チャネルの少なくとも一部分を定めるように、実質的に整列される。いくつかの実施形態では、ロータハブは、冷却剤チャネルの少なくとも一部分と流体的に連通する少なくとも第１のロータハブ入口及び第２のロータハブ入口を含む。いくつかの実施形態では、第１のロータハブ入口及び第２のロータハブ入口はそれぞれ、ロータハブの第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、第１のロータハブ入口と流体的に連通する冷却剤チャネルと、第２のロータハブ入口と流体的に連通する冷却剤チャネルとは、同じ冷却剤チャネルではない。

本発明のいくつかの実施形態は、機械キャビティを定めるハウジングを含む電気機械モジュールを提供する。いくつかの実施形態では、電気機械は、機械キャビティ内に配置され、ロータ組立体を含む。いくつかの実施形態では、ロータ組立体は、出力シャフトと作動的に結合され、出力シャフトは、少なくとも１つの出力シャフト冷却剤チャネルと、出力シャフト冷却剤チャネルと流体的に連通する少なくとも１つの出力シャフト冷却剤出口とを含む。いくつかの実施形態では、ロータ組立体は、少なくとも１つの磁石と、第１の軸線方向端部と、第２の軸線方向端部を含む。いくつかの実施形態では、第１の軸線方向端部は、第２の軸線方向端部の実質的に反対側にある。いくつかの実施形態では、ロータ組立体は、第１の軸線方向端部から第２の軸線方向端部まで延びる複数の冷却剤チャネルを含み、複数の冷却剤チャネルは、機械キャビティと流体的に連通する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのロータハブチャネルは、ロータ組立体の部分の中に配置され、ロータハブチャネルが、出力シャフト冷却剤出口及び複数の冷却剤チャネルと流体的に連通する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１のロータハブ入口は、第１の軸線方向端部に実質的に隣接してロータ組立体の部分の中に配置され、少なくとも１つの第２のロータハブ入口は、第２の軸線方向端部に実質的に隣接してロータ組立体の部分の中に配置される。いくつかの実施形態では、第１のロータハブ入口は、複数の冷却剤チャネルの少なくとも一部分と流体的に連通し、第２のロータハブ入口は、複数の冷却剤チャネルの少なくとも一部分と流体的に連通する。いくつかの実施形態では、第１のロータハブと流体的に連通する冷却剤チャネルの部分と、第２のロータハブ入口と流体的に連通する冷却剤チャネルの部分と、ロータハブチャネルと流体的に連通する冷却剤チャネルの部分は、同じ冷却剤チャネルではない。

本発明の１つの実施形態による電気機械モジュールの斜視図である。 本発明の１つの実施形態によるロータ積層体の図である。 本発明の１つの実施形態によるロータ積層体の図である。 本発明の１つの実施形態によるロータ組立体の斜視図である。 図３のロータ組立体の斜めから見た断面図である。 図３のロータ組立体の正面から見た断面図である。 本発明の別の実施形態によるロータ組立体の正面から見た断面図である。

本発明の任意の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の詳細な説明に記載される又は以下の図面に例示される構成要素の詳細な構造及び配置に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態であってもよく、本発明を種々の方法で実施又は実行することができる。また、本明細書で使用する用語及び述語は説明を目的とするものであり、限定的ではないことを理解すべきである。本明細書で使用する用語「含む」、「備える」、及び「有する」及びそれらの変形は、以下に記載された事項及びその均等物、並びに追加的な事項を包含することを意味する、それ以外に特定又は限定されない限り、用語「取り付けられる」、「接続される」、「支持される」、及び「結合される」、並びにそれらの変形例は広く使用されており、直接的な取り付け、接続、支持、及び結合、並びに間接的な取り付け、接続、支持、及び結合の両方を含む。更に、用語「接続される」及び「結合される」は物理的な又は機械的な接続又は結合に限定されない。

以下の記載は、当業者が本発明の実施形態を実施及び使用できるように提示される。例示された実施形態の種々の変形例は、当業者には容易に理解でき、本明細書の一般的な原理は、本発明の実施形態から逸脱することなく他の実施形態及び応用例に適用できる。従って、発明の実施形態は、図示された実施形態に限定されることを意図していないが、本明細書に開示された原理及び特徴と一致する最も広い範囲を与える。以下の詳細な説明は図面を参照して読むべきであり、図面において、異なる図面の同じ要素は同じ参照番号を有している。図面は、必ずしもスケール調整されておらず、選択された実施形態を描写しており、本発明の実施形態の範囲を限定することを意図していない。当業者であれば、本明細書に記載された実施形態は、本発明の実施形態の範囲に属する多数の有益な代替物を含むことを理解できるはずである。

図１は、本発明の１つの実施形態による電気機械モジュール１０を示す。電気機械モジュール１０は、モジュールハウジング１２を有し、モジュールハウジング１２は、スリーブ部材１４と、第１の端キャップ１６と、第２の端キャップ１８を含んでいる。電気機械２０は、スリーブ部材１４及び端キャップ１６、１８によって少なくとも部分的に定められる機械キャビティ（空洞）２２内に収容されている。例えば、在来のファスナ（図示せず）又は別の好適な結合の仕方で、スリーブ部材１４及び端キャップ１６、１８を互いに結合させ、電気機械２０の少なくとも一部分を機械キャビティ２２内に包囲する。いくつかの実施形態では、ハウジング１２は、実質的に円筒形のキャニスタと、単一の端キャップ（図示せず）を有していてもよい。更に、いくつかの実施形態では、スリーブ部材１４及び端キャップ１６、１８を含むモジュールハウジング１２は、熱伝導特性を有する材料で製造され、かかる材料は、限定する訳ではないが、アルミニウム又はその他の金属、及び、電気機械の作動温度に概ね耐えることができる材料である。いくつかの実施形態では、ハウジング１２は、鋳造、成形、押出し、及びその他の同様な製造方法を含む様々な方法を用いて製造される。

電気機械２０は、ロータ２４と、ステータ折返し端部２８を含むステータ組立体２６と、軸受３０とを有し、出力シャフト３４の周りに配置される。図１に示すように、ステータ組立体２６は、ロータ２４を実質的に包囲している。いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４はまた、ロータハブ３２を含んでいてもよいし、「ハブなし」設計（図示せず）で構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４は、出力シャフト３４に作動可能に結合され、ロータ組立体２４及び出力シャフト３４は、実質的に同期して一緒に移動する。いくつかの実施形態では、出力シャフト３４は、ロータハブ３２の複数のスプライン３６に係合するように構成され且つ配置された複数のスプライン（図示せず）を有する。いくつかの実施形態では、スプラインの係合により、ロータ組立体２４と出力シャフト３４との結合を少なくとも部分的に促進させる。例えば、いくつかの実施形態では、電気機械２０の作動中、出力シャフトのスプラインがロータハブのスプライン３６と係合すると、電気機械２０により発生させたトルクを、ロータ組立体２４から出力シャフト３４に伝達させることができる。いくつかの実施形態では、出力シャフト３４は、ロータハブ３２の確動ストップ（図示せず）に作動可能に結合され、トルクを伝達することができる。いくつかの実施形態では、出力シャフト３４は、ボルト（図示せず）又は任意その他の在来のファスナを用いて、ロータハブ３２の確動ストップに作動可能に結合される。更に、いくつかの実施形態では、出力シャフト３４は、雄形態のスプラインの組を有し、他の実施形態では、出力シャフト３４は、雌形態のスプラインの組を有する。

電気機械２０は、制限する訳ではないが、電気モータであり、例えば、ハイブリッド電気モータ、発電機、又は車両用オルタネータである。１つの実施形態では、電気機械２０は、ハイブリッド車に用いられる高電圧ヘアピン（ＨＶＨ）式電気モータ又は内部永久磁石電気モータである。

電気機械２０の構成要素は、電気機械２０の作動中、熱を発生させることがあり、かかる構成要素は、限定する訳ではないが、例えば、ロータ２４、ステータ組立体２６、及びステータ折返し端部２８である。これらの構成要素は、電気機械２０の性能を高め且つその寿命を延ばすために、冷却されるのがよい。

図１に示すように、いくつかの実施形態では、スリーブ部材１４は、冷却剤ジャケット３８を有するのがよい。例えば、いくつかの実施形態では、スリーブ部材１４は、内壁４０及び外壁４２を有し、冷却剤ジャケット３８は、内壁４０と外壁４２の間に実質的に配置される。いくつかの実施形態では、冷却剤ジャケット３８は、電気機械２０の少なくとも一部分を包囲する。詳細には、いくつかの実施形態では、冷却剤ジャケット３８は、ステータ折返し端部２８を含むステータ組立体２６の外径の少なくとも一部分を実質的に包囲する。

更に、いくつかの実施形態では、冷却剤ジャケット３８は、冷却剤を収容し、冷却剤は、トランスミッション・フルード、エチレングリコール、エチレングリコール／水の混合物、水、油、モータ油、ミスト、気体、又は電気機械モジュール１０によって生成さした熱エネルギーを受入れることが可能な他の物質を含む。冷却剤ジャケット３８は、冷却剤を冷却剤ジャケット３８内に分散させる前又は分散させるときに冷却剤を加圧する冷却剤供給源（図示せず）と流体的に連通し、加圧された冷却剤は、冷却剤ジャケット３８の中を循環する。

また、いくつかの実施形態では、内壁４０は、冷却剤用孔４４を有し、冷却剤ジャケット３８は、機械キャビティ２２と流体的に連通する。いくつかの実施形態では、冷却剤用孔４４は、ステータ折返し端部２８に実質的に隣接して配置される。例えば、いくつかの実施形態では、加圧された冷却剤が冷却剤ジャケット３８の中を循環するとき、冷却剤の少なくとも一部分は、冷却剤用孔４４から冷却剤ジャケット３８を出て、機械キャビティ２２に入る。また、いくつかの実施形態では、冷却剤は、ステータ折返し端部２８に接触し、それにより、少なくとも部分的な冷却を行う。冷却剤の少なくとも一部分は、冷却剤用孔４４を出た後、機械キャビティ２２の部分を流れ、モジュール１０の種々の要素に接触し、それにより、いくつかの実施形態では、モジュール１０の少なくとも部分的な冷却を行う。

図１〜図２Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４は、複数のロータ積層体４６を含んでいる。いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６は、ロータハブ３２の少なくとも一部分に結合されるように構成され且つ配置された複数のほぼ環状の構造体を有する。いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６は、ロータハブ３２に係合することが可能な他の形状を有し、例えば、２つの要素の形状は、実質的に同様である。いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６の各々は、内径４８及び外径５０を有し、ロータ積層体４６は、ロータ組立体２４の少なくとも一部分を形成するように互いに結合される。

いくつかの実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ロータ積層体４６は、複数の要素を有している。いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６の少なくとも一部分は、複数の孔５２を有し、複数の孔５２は、複数の磁石５４の少なくとも一部分を支持するように構成され且つ配置される。例えば、いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６を組立てた後、複数の孔５２を略軸線方向に整列させ、磁石５４をロータ組立体２４の中に実質的に軸線方向に配置する。更に、いくつかの実施形態では、磁石５４は、磁石の少なくとも一部分が実質的に軸線方向に整列しないようにロータ組立体内に配置される。例えば、いくつかの実施形態では、磁石５４は、いくつかの磁石５４が約２度離れるように（例えば、斜めに）位置決めされる。

加えて、いくつかの実施形態では、図２Ｂに示すように、ロータ積層体４６の少なくとも一部分は、少なくとも１つの凹部５６を有する。いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６の一部分は、複数の凹部５６を有するのがよい。いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６の製造中、凹部５６が形成され（例えば、打ち抜き、成形、鋳造など）、他の実施形態では、製造後、凹部５６が、最終使用者及び／又は製造者の要求に適合させるように、ロータ積層体４６内に機械加工される。図２Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、凹部５６は、ロータ積層体４６の内径４８に沿って位置決めされている。例えば、いくつかの実施形態では、凹部５６は、内径４８の円周に沿って実質的に規則的なパターンで配置される。他の実施形態では、凹部５６は、実質的に不規則な間隔で配置される。

加えて、いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４のロータ積層体４６の少なくとも一部分は各々、凹部５６を実質的に同様な位置に有し、それにより、図４〜図６に示すように、組立て後、凹部５６を実質的に整列させ、少なくとも１つの冷却剤チャネルの少なくとも一部分を形成するのがよい。複数の凹部５６を含むロータ積層体４６を有するいくつかの実施形態では、２つ以上の冷却剤チャネル５８を形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６の内径４８がロータハブ３２の外径６０に近接するように、ロータ組立体２４が実質的に組立てられる。結果として、いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８は、凹部５６及びロータハブ３２の外径６０によって実質的に構成される。いくつかの実施形態では、ロータハブ３２は、ロータ積層体４６と同様の仕方で凹部５６を有していてもよく、凹部５６は、例えば、ロータハブ３２と実質的に一緒に形成されてもよいし、ロータハブ３２の外径６０に機械加工されてもよい。更に、いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４を組立てた後、凹部５６が、冷却剤チャネル５８と機械キャビティ２２とが流体的に連通するように構成され且つ配置される。後で詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８は、冷却剤を、ロータ組立体２４の中を通して機械キャビティ２２内に案内し、磁石５４を含むロータ組立体２４のいくつかの要素の冷却を助けるように構成され且つ配置される。加えて、いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８は、実質的に線形であり、他の実施形態では、ロータハブ３２及び／又はロータ積層体４６は、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分が実質的に非線形であるように（例えば、斜めである、螺旋形である、湾曲しているように）構成され且つ配置される。

いくつかの実施形態では、冷却剤は、冷却剤ジャケット３８及び冷却剤用孔４４に加えて、電気機械モジュール１０に対するほぼ半径方向中心の箇所から分散される。いくつかの実施形態では、冷却剤供給源（図示せず）が出力シャフト３４の内部に又はそれに隣接して配置され、冷却剤は、出力シャフト３４の内部を又はそれに隣接して流れる。例えば、いくつかの実施形態では、出力シャフト３４は、少なくとも１つの出力シャフトチャネル６２と、少なくとも１つの出力シャフト冷却剤出口６４を有し、冷却剤は、出力シャフトチャネル６２の中を流れ、冷却剤の少なくとも一部分は、出力シャフト冷却剤出口６４から出力シャフトチャネル６２を出る。いくつかの実施形態では、出力シャフト冷却剤出口６４は、複数の出力シャフト冷却剤出口６４で構成される。また、いくつかの実施形態では、出力シャフト冷却剤出口６４は、出力シャフト３４の軸線方向長さに沿って位置決めされ、冷却剤は、モジュール１０の様々な領域に分散され、かかる領域は、軸受３０を含む。

図４及び図６に示すように、本発明のいくつかの実施形態は、少なくとも１つのロータハブチャネル６６を有する。いくつかの実施形態では、ロータハブ３２は、複数のロータハブチャネル６６を有する。例えば、いくつかの実施形態では、ロータハブチャネル６６は、ロータハブ３２内に位置決めされ、且つ、出力シャフト３４の水平方向軸線に対してほぼ垂直である。例えば、いくつかの実施形態では、ロータハブチャネル６６は、ロータハブ３２の外径６０からロータハブ３２の内径６８まで延びる通路を含むが、ロータハブチャネル６６は、ロータハブ３２の半径方向長さ全体にわたって延びる必要はない。更に、いくつかの実施形態では、ロータハブチャネル６６は、出力シャフト冷却剤出口６４の少なくとも一部分と流体的に連通する。いくつかの実施形態では、作動しているロータ組立体２４の運動によりって生じる遠心力により、冷却剤の少なくとも一部分が、ロータハブチャネル６６の少なくとも一部分の中を半径方向外方に流れる。

いくつかの実施形態では、ロータハブチャネル６６の少なくとも一部分は、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分と流体的に連通する。例えば、図６の矢印で示すように、いくつかの実施形態では、遠心力の少なくとも一部分により、冷却剤は、ロータハブチャネル６６の中を半径方向外方に流れ、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分に入る。いくつかの実施形態では、図６に示すように、冷却剤の少なくとも一部分は、冷却剤チャネル５８に入った後、冷却剤チャネル５８の中を１つの軸線方向又は両方の軸線方向に流れる。例えば、いくつかの実施形態では、冷却剤は、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分に入った後、ロータ組立体２４の軸線方向両端部の方向に流れ、次いで、機械キャビティ２２に入る。いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８の一部分の軸線方向両端部のうちの少なくとも１つは、実質的にシールされ、冷却剤は、冷却剤チャネル５８の１つの軸線方向端部だけから機械キャビティ２２に流入する。いくつかの実施形態では、端部リング７０が、ロータ組立体２４の軸線方向両面の少なくとも一方又は両方に結合される。いくつかの実施形態では、端部リング７０は、冷却剤を、モジュール１０の他の要素に向かって案内し、推進させ及び／又は差し向けるように少なくとも部分的に機能し、他の要素は、例えば、ステータ折返し端部２８である。いくつかの実施形態では、端部リング７０は、バランスリング、アジテータリング、冷却剤ガイド、又はその他の同様の構造体を含む。

更に、いくつかの実施形態では、冷却剤は、機械キャビティ２２に入った後、機械キャビティ２２の部分の中を循環し、冷却剤は、機械キャビティ２２の部分のところで、モジュール１０の様々な要素と接触し、生成された熱エネルギーの少なくとも一部分を受入れ、それにより、冷却を補助することができる。加えて、いくつかの実施形態では、冷却剤が冷却剤チャネル５８の中を流れている間、冷却剤は、ロータ組立体２４の磁石５４及びその他の要素によって生成された熱エネルギーの少なくとも一部分を受入れ、それにより、ロータ組立体２４の少なくとも一部分の冷却を促進させる。例えば、いくつかの実施形態では、磁石５４の周りの温度が少なくとも部分的に低下するので、電気機械２０は、高性能レベルで作動する。加えて、熱を磁石５４から除去することによって、磁石５４の減磁傾向を少なくとも部分的に減少させる。

いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８を含むロータ組立体２４は、様々な形態を有する。いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分は、少なくとも１つのロータハブ入口７２を介して機械キャビティ２２に流体的に結合される。例示として、いくつかの実施形態では、図４及び図５に示すように、ロータハブ入口７２は、ロータハブ３２の一部分の中に位置決めされ、ロータハブ３２に近接した機械キャビティ２２内の冷却剤の少なくとも一部分は、ロータハブ入口７２を介して冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分に入る。

いくつかの実施形態では、図４及び図５に示すように、ロータハブ入口７２は、ロータハブ３２の軸線方向縁部の近くに位置決めされる。更に、いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４は、冷却剤の部分が実質的に両軸線方向に流れるように構成され且つ配置される。例えば、いくつかの実施形態では、ロータハブ３２は、ロータハブ３２の軸線方向両側に隣接した複数のロータハブ入口７２を有する。いくつかの実施形態では、軸線方向両側のロータハブ入口７２がオフセットされ、ロータハブ入口７２の少なくとも一部分は、１つの冷却剤チャネル５８だけと流体的に連通し、例えば、冷却剤チャネル５８毎に１つのロータハブ入口７２が流体的に連通する。加えて、いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分は、実質的に単一方向である。例えば、いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル５８の少なくとも一部分の少なくとも１つの軸線方向端部が実質的にシールされ、それにより、冷却剤チャネル５８に入る任意の冷却剤は、シールされた端部と反対側の軸線方向端部のところで冷却剤チャネル５８から流出するに過ぎない。例示として、いくつかの実施形態では、ロータ積層体４６は、冷却剤チャネル５８がロータ積層体４６の中を延びない様々な形態を有する。他の実施形態では、図５に示すように、実質的にシールされた端部に位置するバランスリング７０は、冷却剤チャネル５８を実質的にシールする半径方向距離だけ延びている。

結果として、いくつかの実施形態では、冷却剤は、少なくとも２つの異なる軸線方向に循環する。例えば、いくつかの実施形態では、冷却剤の第１の部分は、軸線方向の第１の側（例えば、ロータハブ３２の左側又は右側のいずれか）の少なくとも１つのロータハブ入口７２に入り、冷却剤チャネル５８は、軸線方向の第１の側に隣接したところでシールされる。結果として、いくつかの実施形態では、遠心力の少なくとも一部分により、冷却剤は、ロータハブ３２の第２の側に向かって冷却剤チャネル５８の中を循環し、次いで、図５の矢印で示すように、機械キャビティ２２に入る。更に、いくつかの実施形態では、冷却剤の別の部分は、軸線方向の第２の側の少なくとも１つのロータハブ入口７２に入り、ロータハブ入口７２は、少なくとも１つの異なる冷却剤チャネル５８と流体的に連通し、冷却剤チャネル５８は、軸線方向の第２の側に隣接したところでシールされる。結果として、いくつかの実施形態では、遠心力の少なくとも一部分により、冷却剤は、ロータハブ３２の第１の側に向かって冷却剤チャネル５８の中を循環し、次いで、図５の矢印で示すように、機械キャビティ２２に入る。従って、いくつかの実施形態では、冷却剤の少なくとも一部分は、異なる冷却剤チャネル５８の中を実質的に反対方向に流れる。いくつかの実施形態では、この２方向流れにより、ロータ組立体２４の磁石５４及びその他の部分からの熱エネルギーの移送を少なくとも部分的に増大させる。冷却剤を２つの方向に流すことによって、ロータ組立体２４の両端部の平均磁石温度は、ほぼ同程度のレベルに維持される。

いくつかの実施形態では、ロータハブ３２及び／又はロータ組立体２４は、ロータハブ入口７２を通る冷却剤の流れを可能にし且つ／又は促進させるように構成され且つ配置される。例えば、いくつかの実施形態では、環状フランジ７４が、実質的にロータハブ３２の軸線方向縁部のところに又はそれに隣接して位置決めされる。いくつかの実施形態では、フランジ７４は、ロータハブ３２の中に機械加工され、他の実施形態では、フランジ７４がロータハブ３２に結合されてもよいし、フランジ７４とロータハブ３２とが実質的に一体であるように、ロータハブ３２が形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、フランジ７４は、冷却剤をロータハブ入口７２に向かって案内するように構成され且つ配置される。例えば、いくつかの実施形態では、冷却剤用孔４４、冷却剤チャネル５８及び／又はその他任意の供給源に由来する機械キャビティ２２内の冷却剤の一部分は、遠心力により、ロータハブ３２の内面に沿って強制的に流される。結果として、上述したように、冷却剤の少なくとも一部分は、ロータハブ入口７２を通って流れる。しかしながら、いくつかの実施形態では、フランジ７４なしで機能する実施形態に対して、フランジ７４が、ロータハブ入口７２を容易に通過しない残りの冷却剤の少なくとも一部分を保持し、より多くの冷却剤をロータハブ入口７２に差し向ける。

また、いくつかの実施形態では、ロータハブ３２及び／又はロータ組立体２４は、ロータハブ入口７２への冷却剤の流入を少なくとも部分的に促進させる他の形態を有する。いくつかの実施形態では、ロータハブ入口７２に近接したロータハブ３２の少なくとも一部分は、冷却剤をロータハブ入口７２から冷却剤チャネル５８内に案内し、推進させ及び／又は差し向けるように構成され且つ配置される。例えば、いくつかの実施形態では、ロータハブ入口７２に近接したロータハブ３２の一部分は、実質的にテーパした、傾斜した、及び／又は漏斗状の形態を有し、かかる形態と遠心力を組合せることにより、冷却剤をロータハブ入口７２を介して冷却剤チャネル５８内に少なくとも部分的に差し向ける。加えて、いくつかの実施形態では、ロータハブ入口７２に隣接したロータハブ３２の一部分は、冷却剤をロータハブ入口７２に向かって差し向けるように構成され且つ配置された構成を有し、かかる構成は、限定する訳ではないが、溝、スロット、ガイド等を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ロータハブ３２の領域は、少なくとも１つの供給溝（図示せず）を有し、供給溝は、冷却剤を受入れ、ロータハブ３２の移動による遠心力と組合わされて、冷却剤をロータハブ入口７２に向かって差し向ける。

いくつかの実施形態では、異なるロータ組立体２４の冷却形態が、磁石５４及びロータ組立体２４の冷却を少なくとも部分的に最適化するために採用される。例示として、いくつかの実施形態では、冷却剤は、複数の経路を介してロータ組立体２４に入る。例えば、いくつかの実施形態では、電気機械モジュール１０は、冷却剤流路を含み、この冷却剤流路は、出力シャフト冷却剤チャネル６２及び出力シャフト冷却剤出口６４から始まり、冷却剤は、ロータハブチャネル６６を通った後、冷却剤チャネル５８に入る。加えて、いくつかの実施形態では、同じモジュール１０は、上述したロータハブ入口７２と、実質的に単一方向の冷却剤チャネル５８を有する。結果として、いくつかの実施形態では、単一のモジュール１０は、冷却剤を有し、冷却剤は、ロータハブチャネル６６と流体的に連通する冷却剤チャネル５８からロータ組立体２４の中を両方向に流れ、ロータハブ３２の軸線方向縁部に隣接したところでロータハブ入口７２と流体的に連通する冷却剤チャネル５８の中を２つの異なる軸線方向に流れる。

加えて、いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４は、上述した形態を含む複数の冷却剤チャネル５８を有する。例示として、及び、本明細書の開示範囲を限定しない仕方で、いくつかの実施形態では、ロータ組立体２４は、ロータハブ３２の円周の周りの様々な箇所（例えば、０度、９０度、１８０度、２７０度等）でロータハブチャネル６６と流体的に連通する冷却剤チャネル５８と、他の冷却剤チャネル５８同士の間で規則的な又は不規則な間隔でロータハブ入口７２と流体的に連通する冷却剤チャネル５８とを有する。結果として、いくつかの実施形態では、冷却剤は、複数の冷却剤チャネル５８の中を軸線方向に流れ、磁石５４の冷却を含むロータ組立体２４の冷却を促進させる。

本発明を特定の実施形態及び実施例と関連させて上記のように説明したけれども、本発明は、必ずしもそのように限定されるものではなく、その他の多くの実施形態、実施例、使用方法、及びそれらの変形例及び変更例は、特許請求の範囲によって定められる範囲内にあると意図されていることを、当業者は理解すべきである。本明細書で引用された特許及び刊行物の各々の全体の開示を、かかる特許及び刊行物の各々が個々に援用される如くに援用する。本発明の種々の特徴及び利点は、従属請求項に記載される。

Claims (20)

1. 電気機械モジュールであって、
   機械キャビティを少なくとも部分的に定めるハウジングと、
   前記機械キャビティ内に実質的に位置決めされ且つ前記ハウジングによって少なくとも部分的に包囲される電気機械と、を有し、
   前記電気機械は、ロータ組立体を含み、前記ロータ組立体は、複数のロータ積層体に結合されたロータハブを含み、
   前記ロータハブは、第１の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部の実質的に反対側に位置する第２の軸線方向端部とを含み、
   前記ロータ積層体の少なくとも一部分は、少なくとも１つの孔を有し、前記複数のロータ積層体が前記ロータハブに結合されたとき、前記ロータ積層体の孔は、少なくとも１つの磁石を支持するように構成され且つ配置され、
   前記ロータ組立体は、前記機械キャビティと流体的に結合された複数の冷却剤チャネルと、前記第１の軸線方向端部に実質的に隣接した前記回転体ハブの一部分に配置された少なくとも１つの第１のロータハブ入口と、前記第２の軸線方向端部に実質的に隣接した前記ロータハブの一部分に配置された少なくとも１つの第２のロータハブ入口と、を有し、
   前記第１のロータハブ入口は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つと流体的に結合され、前記第２のロータハブ入口は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つと流体的に結合され、
   前記第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記少なくとも１つの冷却剤チャネルと、前記第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記少なくとも１つの冷却剤チャネルとは、同じ冷却剤チャネルではない、電気機械モジュール。
2. 更に、前記ロータ組立体の第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部のうちの少なくとも一方に結合された少なくとも１つの端部リングを有する、請求項１に記載の電気機械モジュール。
3. 前記少なくとも１つのバランスリングは、冷却剤を前記複数の冷却剤チャネルから前記機械キャビティ内に案内するように構成され且つ配置される、請求項２に記載の電気機械モジュール。
4. 前記第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記少なくとも１つの冷却剤チャネルは、前記第１の軸線方向端部に近接したところで実質的にシールされ、それにより、前記第２の軸線方向端部のところだけで前記機械キャビティと流体的に結合される、請求項１に記載の電気機械モジュール。
5. 前記第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記少なくとも１つの冷却剤チャネルは、前記第２の軸線方向端部に近接したところで実質的にシールされ、それにより、前記第１の軸線方向端部のところだけで前記機械キャビティと流体的に結合される、請求項４に記載の電気機械モジュール。
6. 更に、前記ハウジング内に位置決めされた冷却剤ジャケットと、前記ハウジングの一部分を貫くように配置された複数の冷却剤用孔と、を有し、前記冷却剤ジャケットは、前記機械キャビティと流体的に連通する、請求項１に記載の電気機械モジュール。
7. 前記ロータ組立体は、前記第１の軸線方向端部に実質的に隣接して配置された第１のフランジと、前記第２の軸線方向端部に実質的に隣接して配置された第２のフランジと、を含み、前記第１のフランジ及び前記第２のフランジはそれぞれ、冷却剤の少なくとも一部分を前記第１のロータハブ入口及び前記第２のロータハブ入口に向かって案内する、請求項１に記載の電気機械モジュール。
8. 前記電気機械は、更に、前記ロータ組立体の少なくとも一部分を実質的に包囲するステータ組立体を有する、請求項１に記載の電気機械モジュール。
9. 更に、前記第１の軸線方向端部に実質的に隣接して位置決めされた複数の第１のロータハブ入口と、前記第２の軸線方向端部に実質的に隣接して位置決めされた複数の第２のロータハブ入口と、を有し、前記第１のロータハブ入口の各々は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つと流体的に結合され、前記第２のロータハブ入口の各々は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つと流体的に結合される、請求項１に記載の電気機械モジュール。
10. 前記複数の第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記冷却剤チャネルは、前記第２の軸線方向端部のところだけで前記機械キャビティと流体的に結合され、前記複数の第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記冷却剤チャネルは、前記第１の軸線方向端部のところだけで前記機械キャビティと流体的に結合される、請求項９に記載の電気機械モジュール。
11. 電気機械モジュールであって、
    機械キャビティを少なくとも部分的に定めるハウジングと、
    前記機械キャビティ内に実質的に位置決めされ且つ前記ハウジングによって少なくとも部分的に包囲される電気機械と、を有し、
    前記電気機械は、ロータ組立体を含み、前記ロータ組立体は、ロータハブを含み、
    前記ロータ組立体は、出力シャフトに作動可能に結合され、前記出力シャフトは、少なくとも１つの出力シャフト冷却剤チャネルと、前記出力シャフト冷却剤チャネルと流体的に連通する少なくとも１つの出力シャフト冷却剤出口と、を有し、
    前記ロータ組立体は、少なくとも１つの磁石と、第１の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部と実質的に反対側に位置する第２の軸線方向端部と、を有し、
    前記ロータ組立体は、複数の冷却剤チャネルを含み、前記複数の冷却剤チャネルは、前記第１の軸線方向端部から前記第２の軸線方向端部まで延び、前記機械キャビティと流体的に連通し、
    少なくとも１つのロータハブチャネルが、前記ロータ組立体の一部分を貫くように位置決めされ、前記少なくとも１つの出力シャフト冷却剤出口を前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つの部分に流体的に結合させ、
    少なくとも１つの第１のロータハブ入口は、前記第１の軸線方向端部に実質的に隣接した前記ロータ組立体の一部分内に配置され、少なくとも１つの第２のロータハブ入口は、前記第２の軸線方向端部に実質的に隣接した前記ロータ組立体の一部分内に配置され、
    前記第１のロータハブ入口は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つの部分と流体的に結合され、前記第２のロータハブ入口は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも１つの部分と流体的に結合され、
    前記第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分と、前記第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分と、前記少なくとも１つのロータハブチャネルと流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分は、同じ冷却剤チャネルではない、電気機械モジュール。
12. 更に、前記ロータ組立体の第１の軸線方向端部及び第２の軸線方向端部のうちの少なくとも１つに結合された少なくとも１つのバランスリングを有する、請求項１１に記載の電気機械モジュール。
13. 前記少なくとも１つのバランスリングは、冷却剤を前記複数の冷却剤チャネルから前記機械キャビティ内に案内するように構成され且つ配置される、請求項１２に記載の電気機械モジュール。
14. 前記第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分は、前記第１の軸線方向端部に近接したところで実質的にシールされ、それにより、前記第２の軸線方向端部のところだけで前記機械キャビティと流体的に結合される、請求項１１に記載の電気機械モジュール。
15. 前記第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分は、前記第２の軸線方向端部に近接したところで実質的にシールされ、それにより、前記第１の軸線方向端部のところだけで前記機械キャビティと流体的に結合される、請求項１４に記載の電気機械モジュール。
16. 更に、前記ハウジング内に位置決めされた冷却剤ジャケットと、前記ハウジングの一部分を貫くように配置された複数の冷却剤用孔と、を有し、前記冷却剤ジャケットは、前記機械キャビティと流体的に連通する、請求項１１に記載の電気機械モジュール。
17. 前記ロータ組立体は、前記第１の軸線方向端部に実質的に隣接して配置された第１のフランジと、前記第２の軸線方向端部に実質的に隣接して配置された第２のフランジと、を含み、前記第１のフランジ及び前記第２のフランジはそれぞれ、冷却剤の少なくとも一部分を前記第１のロータハブ入口及び前記第２のロータハブ入口に向かって案内する、請求項１１に記載の電気機械モジュール。
18. 更に、複数の前記出力シャフト冷却剤出口と前記複数の冷却剤チャネルの一部分とを流体的に結合させる複数のロータハブチャネルを有する、請求項１１に記載の電気機械モジュール。
19. 電気機械モジュールを冷却する方法であって、
    機械キャビティを少なくとも部分的に定めるハウジングを準備する工程と、
    電気機械を実質的に前記機械キャビティ内に位置決めし、且つ、前記ハウジングによって少なくとも部分的に包囲する工程と、を有し、前記電気機械は、ロータ組立体を有し、前記ロータ組立体は、ロータハブと、少なくとも１つの磁石と、第１の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部の実質的に反対側の第２の軸線方向端部と、を有し、
    更に、前記ロータ組立体を出力シャフトに作動的に結合させる工程を有し、前記出力シャフトは、少なくとも１つの出力シャフト冷却剤チャネルと、前記出力シャフト冷却剤チャネルと流体的に連通する少なくとも１つの出力シャフト冷却剤出口と、を有し、
    更に、前記第１の軸線方向端部から前記第２の軸線方向端部まで延びる複数の冷却剤チャネルを、前記機械キャビティと流体的に結合されるように前記ロータ組立体内に位置決めする工程と、
    前記ロータ組立体の一部分の中を通る少なくとも１つのロータハブチャネルを、前記少なくとも１つの出力シャフト冷却剤出口及び前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも一部分と流体的に結合されるように位置決めする工程と、
    少なくとも１つの第１のロータハブ入口を前記第１の軸線方向端部に実質的に隣接して前記ロータ組立体の一部分内に配置する工程と、
    少なくとも１つの第２のロータハブ入口を前記第２の軸線方向端部に実質的に隣接して前記ロータ組立体の一部分内に配置する工程と、を有し、
    前記第１のロータハブ入口は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも一部分と流体的に結合され、前記第２のロータハブ入口は、前記複数の冷却剤チャネルの少なくとも一部分と流体的に結合され、
    前記第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分と、前記第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分と、前記少なくとも１つのロータハブチャネルと流体的に結合された前記複数の冷却剤チャネルの前記部分とは、同じ冷却剤チャネルではない、方法。
20. 更に、前記第１の軸線方向端部に隣接した前記第１のロータハブ入口と流体的に結合された前記冷却剤チャネルの前記部分の少なくとも一部分を実質的にシールする工程と、
    前記第２の軸線方向端部に隣接した前記第２のロータハブ入口と流体的に結合された前記冷却剤チャネルの前記部分の少なくとも一部分を実質的にシールする工程と、を有する請求項１９に記載の方法。

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