(57)【要約】【解決手段】固定子巻線と、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、を有してなる固定子アセンブリであって、固定子アセンブリがエンクロージャ内に配置されるとき、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される固定子アセンブリ。【選択図】図１
2019522456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線と、
前記固定子巻線に電力供給するために前記固定子巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、
を有してなる固定子アセンブリであって、
前記固定子アセンブリがエンクロージャ内に配置されるとき、冷却剤の流れが前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される、
ことを特徴とする固定子アセンブリ。
【請求項２】
前記固定子アセンブリは、電気モータの固定子アセンブリであり、
前記固定子巻線は、前記電気モータの回転子を駆動するためのものであり、
前記固定子アセンブリは、
エンクロージャ
を有してなり、
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素と、前記固定子巻線とは、前記エンクロージャ内に収容され、
前記エンクロージャは、前記冷却剤の流れを前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素との両方に亘って導くように構成される、
請求項１記載の固定子アセンブリ。
【請求項３】
前記エンクロージャは、前記エンクロージャ内の前記冷却剤の流れが前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素と前記固定子巻線との両方に直接接触するように構成される、
請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記エンクロージャは、前記冷却剤の流れが前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素の少なくとも一部の間を通過するように構成される、
請求項２または３記載の装置。
【請求項５】
前記エンクロージャは、前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素が前記エンクロージャ内で前記冷却剤の流れを浴びて、前記構成要素の少なくとも一部が浸されるように構成される、
請求項２、３または４記載の装置。
【請求項６】
前記固定子アセンブリは、前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素が、前記エンクロージャ内で少なくとも３面で前記冷却剤と等しい熱接触を備えるように構成される、
請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素の少なくとも一部は、前記冷却剤が前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素の上方と下方との両方に流れることを可能にするように、前記エンクロージャ内に吊された状態で支持される、
請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記固定子アセンブリ内の流路の境界の少なくとも一部を画定する、
請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記エンクロージャは、前記回転子の径方向外側に位置し、少なくとも一部が前記回転子を取り巻く、
請求項２に従属する請求項３乃至８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記電気モータは、
回転軸、
を備え、
前記エンクロージャは、前記回転軸と交差する方向において前記回転子の径方向外側に位置する、
請求項２に従属する請求項３乃至９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記電気モータは、
回転軸、
を備え、
前記エンクロージャは、前記回転軸の軸方向に前記回転子を越えて存在する、
請求項２に従属する請求項３乃至１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記電気モータは、
回転軸、
を備え、
前記エンクロージャは、
チャネルにより接続される２つのキャビティ、
を備え、
第１キャビティの、少なくとも一部は、前記固定子アセンブリ内に位置し、
第２キャビティは、前記第１キャビティの前記回転軸の軸方向に配置される、
請求項２に従属する請求項３乃至１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記固定子巻線は、前記第１キャビティ内に位置し、
前記パワーエレクトロニクスは、前記第２キャビティ内に位置する、
請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記エンクロージャ内で前記固定子巻線と交互配置される、
請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記固定子アセンブリ内に組み込まれる、
請求項２、または、請求項２に従属する請求項３乃至１１と１４とのいずれか、に記載の装置。
【請求項１６】
前記電気モータは、
回転軸、
を備え、
前記固定子巻線は、第１深さから第２深さまで前記回転軸の軸方向に延在しており、
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記第１深さと前記第２深さとの間に配置される、
請求項２、または、請求項２に従属する請求項２乃至１１と１４と１５とのいずれか、に記載の装置。
【請求項１７】
前記エンクロージャは、前記冷却剤の流れが、前記第１深さと前記第２深さとの間で前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素との両方に及ぶことを可能にするように構成される、
請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記固定子アセンブリは、
有効長、
を備え、
前記有効長は、前記固定子巻線の前記回転軸の軸方向の長さより短く、
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記有効長の範囲外に位置する、
請求項１６または１７記載の装置。
【請求項１９】
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記パワーエレクトロニクスの発熱素子である、
請求項１乃至１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記パワーエレクトロニクスは、ＡＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータと、のうち、少なくとも１つを提供するように動作可能である、
請求項１乃至１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記電気モータは、
前記パワーエレクトロニクス用のＤＣ電源と、
前記パワーエレクトロニクスに基づく前記固定子巻線用のＡＣ電源と、
を備え、
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、
前記パワーエレクトロニクス用の前記ＤＣ電源と、前記固定子巻線用の前記ＡＣ電源と、ＤＣバスの少なくとも一部および／またはＡＣバスの少なくとも一部と、のうち、少なくとも１つ、
を備える、
請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記固定子巻線は、前記回転軸からの第１径方向距離から第２径方向距離まで延在する、請求項１２または１６、または、請求項１２または１６に従属するいずれかの請求項記載の装置、
または、
前記電気モータは、
回転軸、
を備え、
前記固定子巻線は、前記回転軸からの第１径方向距離から第２径方向距離まで延在し、
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、前記第１径方向距離と前記第２径方向距離との間に配置される、
請求項１２または１６に従属しないが請求項２に従属する他のいずれかの請求項記載の装置。
【請求項２３】
前記エンクロージャは、前記冷却剤の流れが、前記第１径方向距離と前記第２径方向距離との間で前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素との両方に及ぶことを可能にするように構成される、
請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記回転子と前記固定子アセンブリとは、ハウジング内に設けられ、
前記エンクロージャは、前記ハウジングの内側に位置する、
請求項１乃至２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
冷却剤入口と、
冷却剤出口と、
を有してなり、
前記冷却剤の流れが前記ハウジングの外側から前記冷却剤入口を通じて前記エンクロージャに入り、前記エンクロージャ内の前記固定子巻線と前記固定子巻線に接続された前記パワーエレクトロニクスとの両方に及んだ後、前記冷却剤出口を通じて前記エンクロージャから前記ハウジングの外側に戻るように構成される、
請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素は、
インダクタと、キャパシタと、ＤＣリンクキャパシタと、ＤＣバスバーと、ＡＣバスバーと、電圧制御インピーダンスと、電力接続部と、前記エンクロージャ中に突出した前記固定子アセンブリに組み込まれたラジエータと、のうち、少なくとも１つ、
を備える、
請求項１乃至２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記冷却剤は、空気より大きい熱容量、
を備える、
請求項１乃至２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
前記冷却剤は、誘電液体である、
請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記固定子アセンブリは、
各巻線を駆動するための前記パワーエレクトロニクスのセット、
を備え、
前記セットは、前記固定子巻線の間に交互配置され、
前記セットは、
少なくとも１つのインバータレッグ、
を備える、
請求項１乃至２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
複数のエンクロージャ、
を備え、
前記パワーエレクトロニクスのセットは、少なくとも１つの固定子巻線と共に前記複数のエンクロージャのそれぞれに収容され、
前記固定子巻線は、前記パワーエレクトロニクスのセットにより駆動される、
請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記電気モータは、前記固定子巻線の相ごとに前記パワーエレクトロニクスのセット、
を有してなる、
請求項１乃至３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
前記固定子アセンブリは、前記冷却剤の流れを、前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素とに亘って周方向に向けるように構成される、
請求項１乃至３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記複数の巻線と、前記パワーエレクトロニクスと、のうち、少なくとも一方の少なくとも一部は、前記固定子アセンブリの周囲に分散配置される、
請求項１乃至３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記パワーエレクトロニクスの複数のセットであって、少なくとも一部が前記固定子アセンブリの周囲に分散配置された前記パワーエレクトロニクスの前記複数のセット、
を備える、
請求項１乃至３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記パワーエレクトロニクスは、前記固定子アセンブリに組み込まれ、
前記冷却剤の流れが前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスとの両方に直接及ぶことを可能にするように構成される冷却剤流路、
を有してなる、
請求項１乃至３４のいずれかに記載の固定子アセンブリ。
【請求項３６】
電気モータの組立方法または電気モータの使用のための作製方法であって、
固定子巻線と、パワーエレクトロニクスと、前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスとを冷却するための冷却剤流路と、
を有してなる、固定子アセンブリであって、
前記固定子巻線と、前記パワーエレクトロニクスと、前記冷却剤流路とは、前記固定子アセンブリ内に統合される、前記固定子アセンブリを提供する工程と、
前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの構成要素との間の空間から空気を排出し、前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素とが誘電液体を直接浴びるために、前記冷却剤流路中に前記誘電液体を提供する工程と、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項３７】
回転子を前記固定子アセンブリに取り付ける工程、
をさらに含む、
請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
少なくとも前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスとを液密エンクロージャに封入する工程、
を含む、
請求項３６または３７記載の方法。
【請求項３９】
前記固定子アセンブリをモータハウジング内に固定する工程、
をさらに含む、
請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記電気モータの前記固定子アセンブリは、
請求項１乃至３５のいずれかに記載の装置の特徴、
を含む、
請求項３６記載の方法。
【請求項４１】
前記固定子アセンブリは、線形電気機械の固定子アセンブリであり、
前記固定子巻線は、前記線形電気機械のアクチュエータを駆動するためのものであり、
前記固定子アセンブリは、
エンクロージャ、
を有してなり、
前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素と、前記固定子巻線とは、前記エンクロージャ内に収容され、
前記エンクロージャは、前記冷却剤の流れを前記固定子巻線と前記パワーエレクトロニクスの前記構成要素との両方に亘って導くように構成される、
請求項１記載の固定子アセンブリ。
【請求項４２】
前記線形電気機械は、線形誘導モータ、
を有してなる、
請求項４１記載の固定子アセンブリ。
【請求項４３】
図面を参照して本明細書で実質的に説明された装置。
【請求項４４】
図面を参照して本明細書で実質的に説明された電気モータの使用のための作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気モータの固定子アセンブリと、電気モータを作製する方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、通常、モータ外部のモータコントローラを用いて制御される。コントローラは、通常、例えば、モータの固定子アセンブリ内の巻線内の電流を制御することにより、電気モータを駆動するように動作可能なパワーエレクトロニクスを有してなる。巻線と、それに関連するパワーエレクトロニクスとは、ＤＣ／ＤＣ接続回路、ＤＣ／ＡＣ接続回路、ＡＣ／ＤＣ接続回路、ＡＣ／ＡＣ接続回路などのその他の通電部品と同様に、通常使用時に、熱くなり得る。
【０００３】
電気モータとそのコントローラからの熱の放散は課題である。モータが過熱するとき、モータ効率が低下し、最終的に、モータおよび／またはコントローラに損傷が生じる恐れがある。この発熱に対処する１つの方法は、コントローラのパワーエレクトロニクスを大きい表面積を有するヒートシンクに接続することである。
【０００４】
多数の発熱部品を狭いスペースに配置することは、熱の放散を妨げるため、望ましくない。このため、パワーエレクトロニクスを有してなるモータコントローラは、巻線とパワーエレクトロニクスとから発生する熱の放散を助長するために、モータの外に設置される。また、モータの外に設置することは、コントローラが大型のヒートシンクに可能な限り近く配置され得ることを意味する。
【０００５】
熱放散の課題に対処する別のもう１つの方法（しばしば、ヒートシンクの使用と組み合わせて使用される）は、熱密度を下げて、パワーエレクトロニクスがより効果的に冷却され得るように、パワーエレクトロニクス内に間隔を設けること（すなわち、パワーエレクトロニクスの密度を下げること）である。このことは、コントローラが、パワーエレクトロニクス内に設けられた間隔に起因して、相対的に大型になることを意味する。しかしながら、電気モータを可能な限り小さくすることが望ましい。コントローラが相対的に大型であるため、電気モータとは別にコントローラを設けることは、電気モータの小型化に役立つ。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は独立請求項に詳述され、任意の特徴は従属請求項に詳述される。本発明の各態様は相互に関連させて用いられてもよく、ある態様の特徴は他の態様に適用されてもよい。
【０００７】
本開示の一態様において、固定子巻線と、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、を有してなる固定子アセンブリが提供される。この固定子アセンブリは、エンクロージャ内に配置されるとき、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される。
【０００８】
固定子アセンブリは、電気モータの固定子アセンブリでもよい。この場合、固定子巻線は、モータの回転子を駆動するためのものである。このような固定子アセンブリはエンクロージャを有してなり、パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とはエンクロージャ内に収容される。エンクロージャは、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される。
【０００９】
固定子アセンブリは、線形電気機械の固定子アセンブリでもよい。その場合、固定子巻線は機械のアクチュエータを駆動するためのものであり、固定子アセンブリはエンクロージャを有してなる。パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とは、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される、エンクロージャ内に収容される。
【００１０】
線形電気機械は、線形誘導モータを有してなる。
【００１１】
例えば、本明細書に記載される電気モータの固定子アセンブリは、モータの回転子を駆動するための複数の固定子巻線と、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、エンクロージャと、を有してなる。パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とは、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される、エンクロージャ内に収容される。
【００１２】
エンクロージャは、エンクロージャ内の冷却剤の流れがパワーエレクトロニクスの構成要素と巻線との両方に直接接触するように構成されてもよい。
【００１３】
エンクロージャは、冷却剤の流れがパワーエレクトロニクスの構成要素の少なくとも一部の間を通過するように構成されてもよい。
【００１４】
エンクロージャは、パワーエレクトロニクスの構成要素がエンクロージャ内で冷却剤の流れを浴びて、例えば、構成要素の少なくとも一部が浸されるように構成されてもよい。
【００１５】
固定子アセンブリは、パワーエレクトロニクスの構成要素がエンクロージャ内で少なくとも３面で冷却剤と等しい熱接触を備えるように構成されてもよい。
【００１６】
パワーエレクトロニクスの構成要素の少なくとも一部は、冷却剤がパワーエレクトロニクスの構成要素の上方と下方との両方に流れることを可能にするように、エンクロージャ内に吊された状態で支持されてもよい。
【００１７】
パワーエレクトロニクスの構成要素の少なくとも一部は、固定子アセンブリ内の流路の境界を画定してもよい。
【００１８】
エンクロージャは、回転子の径方向外側に位置し、少なくとも一部が回転子を取り巻いてもよい。
【００１９】
例えば、電気モータは、回転軸を備える。エンクロージャは、回転軸と交差する方向において回転子の径方向外側に位置してもよく、および／または回転軸の軸方向に回転子を越えて存在してもよい。
【００２０】
エンクロージャは、チャネルにより接続される２つのキャビティを備えてもよく、第１キャビティの、少なくとも一部は、固定子アセンブリ内に位置し、第２キャビティは、第１キャビティの軸方向に配置されてもよい。
【００２１】
巻線は第１キャビティ内に位置してもよく、パワーエレクトロニクスは第２キャビティ内に位置してもよい。
【００２２】
パワーエレクトロニクスの構成要素は、エンクロージャ内で巻線と交互配置されてもよい。例えば、前述のように、パワーエレクトロニクスの構成要素は、固定子アセンブリ内に組み込まれてもよい。このような例において、電気モータは回転軸を備え、巻線は第１深さから第２深さまで回転軸の軸方向に延在しており、パワーエレクトロニクスの構成要素は第１深さと第２深さとの間に配置される。例えば、エンクロージャは、冷却剤の流れが、第１深さと第２深さとの間で、巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に及ぶことを可能にするように構成されてもよい。
【００２３】
固定子アセンブリは、有効長を備えてもよく、この有効長は、巻線の回転軸の軸方向の長さより短くてもよい。パワーエレクトロニクスの構成要素は、有効長の範囲外に配置されてもよい。
【００２４】
パワーエレクトロニクスの構成要素は、パワーＩＣ（Ｓ）などのパワーエレクトロニクスの発熱素子を備えてもよい。
【００２５】
パワーエレクトロニクスは、ＡＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣインバータと、のうち、少なくとも１つを提供するように動作可能でもよい。例えば、電気モータは、パワーエレクトロニクス用のＤＣ電源と、パワーエレクトロニクスに基づく巻線用のＡＣ電源と、を備えてもよく、パワーエレクトロニクスの構成要素は、例えば、ＡＣバスの少なくとも一部および／またはＡＣバスの少なくとも一部などの、パワーエレクトロニクス用のＤＣ電源と、巻線用のＡＣ電源と、のうち、少なくとも１つを備えてもよい。
【００２６】
電気モータは回転軸を備えてもよく、巻線は回転軸からの第１径方向距離から第２径方向距離まで延在してもよい。パワーエレクトロニクスの構成要素は、第１径方向距離から第２径方向距離までの範囲内（例えば、それらの間）に配置されてもよい。
【００２７】
エンクロージャは、冷却剤の流れが、第１径方向距離と第２径方向距離との間で巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に及ぶことを可能にするように構成されてもよい。
【００２８】
回転子と固定子アセンブリとはハウジング内に設けられてもよく、エンクロージャはハウジングの内側に位置してもよい。
【００２９】
この装置は、冷却剤入口と冷却剤出口とを有してなってもよく、冷却剤の流れがハウジングの外側から冷却剤入口を通じてエンクロージャに入り、エンクロージャ内の巻線と巻線に接続されたパワーエレクトロニクスとの両方に及んだ後、冷却剤出口を通じてエンクロージャからハウジングの外側に戻ることを可能にするように構成される。
【００３０】
パワーエレクトロニクスの構成要素は、インダクタと、キャパシタと、ＤＣリンクキャパシタと、ＤＣバスバーと、ＡＣバスバーと、電圧制御インピーダンスと、電力接続部と、エンクロージャ中に突出した固定子アセンブリに組み込まれたラジエータと、のうち、少なくとも１つを備えてもよい。
【００３１】
冷却剤は空気より大きい熱容量を備えてもよく、例えば、冷却剤は誘電液体でもよい。
【００３２】
固定子アセンブリは、各巻線を駆動するためのパワーエレクトロニクスのセットを備えてもよい。例えば、これらセットは、固定子巻線の間に交互配置されてもよい。また、例えば、セットは、少なくとも１つのインバータレッグを備えてもよい。例えば、装置は、複数のエンクロージャを備えてもよく、パワーエレクトロニクスのセットは、例えば、パワーエレクトロニクスのセットにより駆動される固定子巻線などの少なくとも１つの固定子巻線と共に、複数のエンクロージャのそれぞれに収容されてもよい。
【００３３】
電気モータは、巻線の相ごとにパワーエレクトロニクスのセットをそれぞれ有してなってもよい。
【００３４】
固定子アセンブリは、冷却剤の流れを、巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素とに亘って周方向に向けるように構成されてもよい。
【００３５】
（ａ）複数の巻線と、（ｂ）パワーエレクトロニクスと、のうち、少なくとも一方の少なくとも一部は、固定子アセンブリの周囲に分散配置されてもよい。
【００３６】
この装置は、パワーエレクトロニクスの複数のセットを備えてもよく、パワーエレクトロニクスの複数のセットの少なくとも一部は、固定子アセンブリの周囲に分散配置される。
【００３７】
また、本明細書において、モータの回転子を駆動するための複数の固定子巻線を有してなる、電気モータの固定子アセンブリが説明される。固定子アセンブリは、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、エンクロージャと、を有してなり、パワーエレクトロニクスは、エンクロージャ内のヒートシンクに接続され、固定子アセンブリは、モータ内の冷却剤がヒートシンクと巻線との両方に直接接触できるように構成される。
【００３８】
回転子と固定子アセンブリとは、共通のハウジング内に設けられてもよい。ハウジングは、冷却剤入口と冷却剤出口とを有してなり、冷却剤の流れが共通のハウジングの外側から冷却剤入口を通じて、巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素に接続されたヒートシンクとの両方に及んだ後、冷却剤出口を通じて共通のハウジングの外側に戻ることを可能にするように構成される。
【００３９】
このような固定子アセンブリは、前述のいずれかの装置の特徴を有してなってもよい。
【００４０】
また、本明細書において、電気モータの固定子アセンブリが説明される。固定子アセンブリは、モータの回転子を駆動するための複数の固定子巻線と、固定子アセンブリに組み込まれたパワーエレクトロニクスと、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスとの両方に直接及ぶことを可能にするように構成される冷却剤流路と、を有してなる。
【００４１】
このような装置は、前述のいずれかの装置の特徴を有してなってもよい。
【００４２】
また、本明細書において、電気モータが説明される。電気モータは、複数の固定子巻線と、電気モータを駆動するように動作可能な、固定子巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、を有してなる。電気モータは、パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とがエンクロージャを共有するように構成され、共通の冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に直接及ぶことを可能にする。
【００４３】
このような装置は、本明細書で説明または特許請求される、いずれかの固定子アセンブリの特徴を備える固定子アセンブリを有してなってもよい。
【００４４】
また、本明細書において、電気モータの組立方法、または電気モータの使用のための作製方法が説明される。同方法は、固定子巻線と、パワーエレクトロニクスと、固定子巻線とパワーエレクトロニクスとを冷却するための冷却剤流路と、を有してなる固定子アセンブリであって、固定子巻線と、パワーエレクトロニクスと、冷却剤流路と、が固定子アセンブリ内に統合される固定子アセンブリを提供する工程と、固定子巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との間の空間から空気を排出し、固定子巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素とが誘電液体を直接浴びるために、冷却剤流路中に誘電液体を提供する工程と、を含む。
【００４５】
同方法は、さらに、回転子を固定子アセンブリに取り付ける工程を含んでもよい。
【００４６】
同方法は、少なくとも固定子巻線とパワーエレクトロニクスとを液密エンクロージャに封入する工程を含んでもよい。
【００４７】
同方法は、さらに、固定子アセンブリをモータハウジング内に固定する工程を含んでもよい。
【００４８】
電気モータの固定子アセンブリは、本明細書に記載されるいずれかの固定子アセンブリの特徴を有してなってもよい。
【００４９】
また、本明細書において、線形電気機械の固定子アセンブリが説明される。固定子アセンブリは、機械のアクチュエータを駆動するための複数の固定子巻線と、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、エンクロージャと、を有してなり、パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とは、エンクロージャ内に収容され、エンクロージャは、冷却剤の流れを巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導くように構成される。
【００５０】
この固定子アセンブリは、本明細書に記載されるいずれかの固定子アセンブリの特徴を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
ここで本開示の実施形態を、以下の添付の図面を参照しながら、例示としてのみ説明する。
【図１】図１は、固定子アセンブリと回転子とを有してなる、本開示の実施形態の電気モータの例の分解斜視図である。
【図２】図２は、図１の電気モータの例の横断面を示す。
【図３】図３は、図１の電気モータの例の端部断面を示す。
【図４】図４は、本開示の実施形態の電気モータの固定子アセンブリの例の端部断面を示す。
【図５】図５は、本開示の実施形態の電気モータの固定子アセンブリの別の例の端部断面を示す。
【図６】図６は、固定子アセンブリと回転子とを有してなる、本開示の実施形態の電気モータの別の例の横断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本開示の実施形態は、例えば、図１に示される電気モータの固定子アセンブリに関する。例えば、本開示の実施形態は、一体型インバータと、インバータおよび固定子巻線の直接冷却機構と、を有してなる電気モータの固定子アセンブリに関する。
【００５３】
電気モータの固定子アセンブリは、共通の冷却剤を用いて、固定子巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素とを冷却するように構成される。電気モータは、モータを駆動するための複数の固定子巻線と、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、を有してなる固定子アセンブリを備える。パワーエレクトロニクスと固定子巻線とは、エンクロージャ内に位置し、エンクロージャは、冷却剤の流れを巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って直接導くように構成される。
【００５４】
このため、本開示の実施形態は、パワーエレクトロニクスの構成要素と固定子巻線との両方の直接冷却を可能にし、これら部品をより効果的に冷却することを可能にし得る。例えば、パワーエレクトロニクスの構成要素は、全ての面において冷却され得る。より効果的な冷却は、部品の小型化を可能にするため、電気モータとそれに関連するエレクトロニクスとの設置範囲を全体的に狭め得る。
【００５５】
本開示の一態様は、モータの回転子を駆動するための複数の固定子巻線を有してなる電気モータの固定子アセンブリに関する。固定子アセンブリは、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、エンクロージャと、を有してなる。パワーエレクトロニクスと巻線とは、冷却剤の流れを巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導くように構成される、エンクロージャ内に収容される。
【００５６】
本開示の他の態様は、モータの回転子を駆動するための複数の固定子巻線を有してなる電気モータの固定子アセンブリに関する。パワーエレクトロニクスは、固定子アセンブリ内に組み込まれ、固定子アセンブリは、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に直接及ぶことを可能にするように構成される、冷却剤流路を有する。
【００５７】
本開示のさらなる他の態様は、複数の固定子巻線と、電気モータを駆動するように動作可能な固定子巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、を有してなる電気モータに関する。電気モータは、パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とが、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に直接及ぶことを可能にするエンクロージャを、共有するように構成される。
【００５８】
図１−３に示される装置の例は、回転子２００と固定子アセンブリ３００とを有してなる、電気モータ１００を有してなる。図示の例では、回転子２００は固定子アセンブリ３００の内面に適合し、固定子アセンブリ３００は回転子２００を取り巻き、筒を形成する。回転子２００は、固定子アセンブリ３００の内側で回転軸３５０を中心として回転するように構成される。
【００５９】
固定子アセンブリ３００は、積層体や「地鉄」を備え得る固定子コアなどの、固定子本体３０７を有してなる。この固定子本体は、磁性鋼などの高透磁率材料や鉄粉複合材料などの中透磁率材料からなってもよい。また、プラスチックなどの低透磁率材料により形成されてもよい。固定子本体３０７は、巻線３０１を支持するように構成される、これらのいずれかの材料からなってもよく、磁気ヨークとして機能する場合と、機能しない場合と、がある。また、固定子アセンブリ３００は、回転子２００に向かって径方向内側に延在する複数の固定子極３０９を有してなる。固定子本体３０７と固定子極３０９とは、積層構造により形成されてもよい。また、固定子本体は、セグメント状でもよい。
【００６０】
固定子アセンブリ３００は、モータ１００の回転子２００を駆動するための複数の固定子巻線３０１を有してなる。複数の固定子巻線は、固定子極３０９の周りに巻き回される。巻線３０１のそれぞれは、固定子極３０９の周りに少なくとも１巻、例えば、複数巻、からなってもよい。複数の固定子極３０９とそれに応じた複数の巻線３０１とは、回転軸３５０を中心として固定子アセンブリ３００の周囲に分散配置される。パワーエレクトロニクス３０３は、巻線３０１に電力供給するために巻線３０１に接続される。パワーエレクトロニクス３０３もまた、固定子アセンブリ３００の周囲に分散配置されてもよい。固定子アセンブリ３００はエンクロージャ３０５を備え、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は固定子巻線３０１と共にエンクロージャ３０５内に設けられる。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、パワーエレクトロニクス３０３の発熱素子である。例えば、パワーエレクトロニクス３０３は、ＤＣ／ＡＣインバータを提供するように動作可能である。
【００６１】
巻線３０１は、第１深さから第２深さまで回転軸３５０の軸方向に延在する。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、第１深さと第２深さとの間に位置する。図１に示される例では、固定子巻線３０１は、回転軸３５０の軸方向に一定距離に亘って延在する。固定子アセンブリ３００は、ある有効長に亘って回転軸３５０の軸方向に延在する。この有効長は、巻線３０１の回転軸３５０の軸方向の長さより短い。
【００６２】
巻線３０１の軸方向（回転軸３５０の軸方向）の長さは、少なくとも固定子本体３０７と同一の範囲に亘る。例えば、図２に示されるように、巻線３０１が固定子本体３０７の端部で１巻している場合、巻線３０１は、固定子本体３０７を越えて存在してもよい。そのため、巻線３０１は、固定子アセンブリ３００の有効長を越えて存在してもよい。有効長は、図１，２に示され、当業者に周知である。例えば、有効長は、固定子本体３０７の長さに一致する。図１−３に示される例では、エンクロージャ３０５は、（回転軸の）軸方向に有効長以上の長さを有する。また、エンクロージャ３０５は、軸方向に巻線３０１の長さと同等、またはそれ以上の長さを有し、図２に示されるように、固定子本体３０７および／または回転子２００を軸方向に越えて存在してもよい。
【００６３】
図２，３に示されるように、エンクロージャ３０５は、電気モータ１００の回転軸３５０と交差する方向において回転子２００の径方向外側に位置する。このため、エンクロージャ３０５は、回転子２００の外側に位置し、少なくとも一部が回転子２００を取り巻く。すなわち、エンクロージャ３０５は、回転子２００の周囲で円筒を形成する（ただし、当然ながら他の例では、エンクロージャ３０５は、例えば、中央に回転子２００が入る丸孔を有する方形断面の直方体などの、任意の他の形状でもよい）。
【００６４】
回転子２００と、固定子アセンブリ３００と、エンクロージャ３０５とは、任意のハウジング５００内に設けられる。図１−３に示される例では、エンクロージャ３０５はハウジング５００の内側に位置し、ハウジング５００はエンクロージャ３０５を囲んで包む。ハウジング５００と、固定子本体３０７と、エンクロージャ３０５とは、入れ子構造をなし、ハウジング５００と、固定子本体３０７と、エンクロージャ３０５のそれぞれは、互いの内側で同心円状の輪または円筒を形成してもよい（ただし、当然ながら他の例では、任意の様々な形状をとり得る）。３つの構造体の内側には回転子２００が位置し、回転子２００は、パワーエレクトロニクス３０３により巻線３０１に生成される電流により駆動される。
【００６５】
エンクロージャ３０５は、冷却回路への接続用の冷却剤入口３１０と冷却剤出口３１２とを有してなり、エンクロージャ３０５の少なくとも一部は、固定子アセンブリ３００内の流路を画定する。エンクロージャ３０５は、巻線３０１と、冷却剤と、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素と、を収容するキャビティを形成する。エンクロージャ３０５は、冷却剤の漏出を防ぐために、冷却剤入口３１０と冷却剤出口３１２の提供を除いて、気密封止されてもよい。エンクロージャ３０５は、入口３１０から出口３１２までの冷却剤の流れに対する選択された背圧を提供するように構成されてもよい。また、ハウジング５００は、冷却回路への接続用の入口と出口とを備え、冷却剤の流れをハウジング５００とエンクロージャ３０５とに入出可能にする。例えば、エンクロージャ３０５の入口３１０と出口３１２とは、ハウジング５００を貫通してもよい。また、例えば、図６を参照して詳しく後述されるように、ハウジング５００は、冷却剤により直接冷却されない電気モータ１００の他の構成要素を有してなってもよい。
【００６６】
図１の電気モータ１００の固定子アセンブリ３００の端部断面は、図３に示される。図３に示されるように、複数の固定子巻線３０１は、固定子アセンブリ３００の周囲に分散配置され、それにより、電気モータ１００の回転軸３５０の周囲に分散配置される。固定子極３０９は、回転軸３５０からの第１径方向距離から第２径方向距離まで延在する。そのため、巻線３０１は、固定子極３０９に巻き回されるとき、回転軸３５０からの第１径方向距離から第２径方向距離まで延在してもよい。図１−３に示される例では、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、第１径方向距離と第２径方向距離の間（すなわち、固定子極３０９の端部間）に配置され、固定子本体３０７から延びる固定子極３０９上の巻線３０１に隣接して交互配置される。そのため、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、固定子アセンブリ３００内に組み込まれてもよい。固定子アセンブリ３００は、少なくとも一部が電気モータ１００の回転軸３５０の周囲に分散配置される、パワーエレクトロニクス３０３の複数のセットを有してなってもよい。例えば、固定子アセンブリ３００は、各巻線３０１、一対の巻線３０１（図４を参照して詳しく後述される）、または巻線３０１の各相につき、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素の１セットを有してなってもよい。いくつかの例では（不図示）、パワーエレクトロニクスと巻線との各対は、各エンクロージャ３０５に収容される。これらのセットは、それぞれ少なくとも１つのインバータレッグを有してなってもよい。そのため、それらセットが、インバータ用のＤＣ電源の一部（ＤＣバスとの接続部など）と、インバータレッグと固定子巻線との間のＡＣ接続部の一部と、をさらに有してなることは、本開示の文脈から明らかであろう。
【００６７】
エンクロージャ３０５は、冷却剤を内包して、冷却剤の流れを巻線３０１とパワーエレクトロニクス３０３の構成要素との両方に亘って導くように構成される。エンクロージャ３０５は、エンクロージャ３０５内の冷却剤がパワーエレクトロニクス３０３の構成要素と巻線３０１との両方に直接接触するように構成される。エンクロージャ３０５は、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素の間に冷却剤を流し、それにより、例えば、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素がエンクロージャ３０５内で冷却剤を浴びるように構成される。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、それ自身が冷却剤流路の境界の少なくとも一部を画定してもよい。固定子アセンブリ３００は、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素がエンクロージャ３０５内で少なくとも３面において冷却剤と等しい熱接触を備えるように構成される。例えば、前述の方法で冷却されるパワーエレクトロニクスの構成要素は、少なくとも５面が冷却剤の流れと等しい熱接触を備えるように、１面において表面に固定されてもよい。
【００６８】
冷却剤入口３１０と冷却剤出口３１２とは、冷却剤の流れがハウジング５００とエンクロージャ３０５との外側から冷却剤入口３１０を通じて、エンクロージャ３０５内で巻線３０１と巻線３０１に接続されたパワーエレクトロニクス３０３との両方に直接及んだ後、冷却剤出口３１２を通じてエンクロージャ３０５の外側に戻ることを可能にするように構成される。このように、電気モータ１００は、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素と巻線３０１とを共通の冷却剤で直接冷却するように構成される。
【００６９】
前述のとおり、巻線３０１は、第１深さから第２深さまで回転軸３５０の軸方向に延在する（図２参照）。エンクロージャ３０５は、（例えば、入口３１０と出口３１２とを冷却回路に接続することにより）冷却回路の一部を形成して、冷却剤の流れが第１深さと第２深さの間で巻線３０１とパワーエレクトロニクス３０３の構成要素との両方に直接及ぶことを可能にするように構成される。
【００７０】
電気モータの使用のための作製のために、エンクロージャ３０５は、冷却剤で満たされ得る。冷却剤は、例えば、誘電液体、例えば、変圧器油やイオン交換水などの液体、または六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのガスであり、冷却剤入口３１０内に注ぎ込まれて、固定子巻線３０１とパワーエレクトロニクス３０３の構成要素との両方に接触するように、エンクロージャ３０５を満たす。エンクロージャ３０５は回転子２００を取り巻き得るため、冷却剤もまた、回転子２００を取り巻き得る。そのため、例えば、回転子はドライ状でもよく、回転子は、エンクロージャ３０５の壁により固定子から分離されてもよいことが明らかであろう。しかしながら、いくつかの実施形態では、回転子はウェット状でもよく、例えば、エンクロージャは、回転子と固定子との両方が冷却剤の流れを浴びるように構成されてもよい。
【００７１】
使用時には、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、電気モータ１００を駆動するために、巻線３０１に流す電流を制御および／または供給する。例えば、誘導モータ、スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）、シンクロナスリラクタンス（ＳＲ）モータ、ＤＣ直巻モータ、永久磁石ＡＣ（ＰＭＡＣ）モータ、および本開示の文脈から明白なその他の種類のモータなどの様々な種類の電気モータが使用されてもよい。一般的に、動作原理は類似である。すなわち、パワーエレクトロニクス３０３により巻線３０１に生成された電流は、回転軸３５０を中心として回転子２００を回転させる磁場を生成する。パワーエレクトロニクス３０３により巻線３０１に生成された電流に起因して、巻線３０１とパワーエレクトロニクス３０３との両方は、通常使用時に熱くなってもよい。冷却剤がパワーエレクトロニクス３０３の構成要素と巻線３０１との両方に直接接触するため、冷却剤は、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素と巻線３０１との両方を直接冷却し得る。
【００７２】
巻線３０１とパワーエレクトロニクス３０３の構成要素と冷却するように効果的に動作するために、冷却剤は、例えば、ポンプ（不図示）により、エンクロージャ３０５中に圧入されてもよい。冷却剤は、エンクロージャ３０５の冷却剤入口３１０と冷却剤出口３１２とを通じて、固定子アセンブリ３００、および／またはエンクロージャ３０５、および／またはハウジング５００に接続された冷却回路中に圧入されてもよい。冷却回路は、ラジエータ（不図示）などの熱交換器を有してなってもよい。冷却剤がエンクロージャ３０５中に圧入されると（例えば、図２に点線矢印で示されるように）、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、冷却剤を浴び得る。その結果、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、少なくとも３面において、好ましくは、全面において、冷却剤と等しく熱接触する。
【００７３】
そのため、冷却剤は、エンクロージャ３０５中を流れる際に、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素の間と下方と上方とを流れてもよい。その結果、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、冷却剤流路の境界を画定してもよい。同様に、冷却剤は、巻線３０１を洗い、巻線３０１の間を流れてもよい。巻線３０１もまた、冷却剤流路の境界を画定してもよい。冷却剤がエンクロージャ３０５中に圧入されるに従い、冷却剤は、回転軸３５０に平行な軸方向に移動してもよいが、軸方向に加えて、または軸方向に代えて、回転軸３５０を中心とした周方向に移動してもよい。エンクロージャ３０５は、冷却剤の流れをエンクロージャ３０５中の冷却剤流路に沿った特定方向に向けるための羽根またはチャネルを有してなってもよい。
【００７４】
したがって、本開示の他の態様は、電気モータ１００の使用のための作製方法に関する。同方法は、回転子２００と固定子アセンブリ３００とを有してなる電気モータ１００と、冷却剤流路を画定するエンクロージャ３０５を有してなる固定子アセンブリ３００と、を得る工程を含む。同方法は、固定子アセンブリ３００内で固定子巻線３０１とパワーエレクトロニクス３０３との両方に冷却剤を直接接触させるために、エンクロージャ３０５を誘電液体などの冷却剤で満たす工程を含む。
【００７５】
前述のとおり、直接冷却を使用することは、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素が全面において冷却されることを可能にする。例えば、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、冷却剤がパワーエレクトロニクス３０３の構成要素の上方と下方との両方に流れ、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素を洗い得るように、エンクロージャ３０５内に吊された状態で支持されてもよい。いくつかの例では、冷却剤は、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素の間を流れ得る。また、冷却剤は、パワーエレクトロニクス３０３と巻線３０１との間の電力配線を冷却し得る。
【００７６】
図１−３の例では、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、エンクロージャ３０５内で巻線３０１に隣接した状態で巻線３０１に接続される。いくつかの例では、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、例えば、ＤＣリンクキャパシタと信号制御インピーダンスとを含む、または例えば、トランジスタなどの電流制御インピーダンスまたは電圧制御インピーダンスを含む、インバータの構成要素を有してなる。そのため、固定子アセンブリ３００は、エンクロージャ３０５内で冷却剤により、インバータと巻線３０１とが直接冷却される一体型インバータを有してなってもよい。
【００７７】
いくつかの例では、パワーエレクトロニクス３０３は、巻線３０１に直接接続されてもよい。例えば、図４で見られるように、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素のレッグ３５０（例えば、信号制御インピーダンスなどの半導体チップのレッグ）は、各巻線３０１に直接接続される。このように、パワーエレクトロニクス３０３を巻線３０１に直接接続することは、接続部の数と損失とを低減し、さらにエンクロージャ３０５内の冷却剤により接続部（電力配線）を直接冷却することを可能にする。
【００７８】
いくつかの例では、図５に示されるように、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、巻線３０１の径方向外側に配置されてもよい。例えば、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、固定子本体３０７の径方向外側でエンクロージャ３０５の径方向内側に配置されてもよい。使用時には、冷却剤は、冷却剤入口を通じてエンクロージャ３０５に流れ（図５に点線で示されるように）、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素の周囲を流れてから、固定子本体３０７を通じて巻線３０１と接触し、出口３１２を通じて流れ出る。例えば、固定子本体３０７は、冷却剤の通路となる開口または孔を有してなってもよい。いくつかの例では、パワーエレクトロニクス３０３は、（周方向に分散配置されるのとは反対に）一箇所に配置され得るが、冷却剤の流れは依然としてパワーエレクトロニクスに及び、次いで、巻線に及ぶ。例えば、モータは、モータの側面に、配線が入る、通常、長方形のボックスである、端子ボックスを有してなってもよい。パワーエレクトロニクスは、このような端子ボックス内に設けられ、エンクロージャは、冷却剤が巻線中を流れる前または流れた後に端子ボックス中および巻線中に流れるように、冷却剤の流れを導いてもよい。
【００７９】
図１−３に示される例では、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、固定子アセンブリ３００の有効長の範囲内に位置する。しかしながら、いくつかの例では、図６に示されるように、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、有効長の範囲外・外側（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｔｈｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｌｅｎｇｔｈ）に位置する。例えば、エンクロージャ３０５は、有効長を越えて、（回転軸３５０の）軸方向に存在する。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、軸方向に有効長の範囲外で、エンクロージャ３０５内に位置してもよい。例えば、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、有効長の範囲外で、例えば、固定子本体３０７の外側で、巻線３０１の１巻に隣接するか、および／または入れ子（不図示）でもよい。
【００８０】
いくつかの例では、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、巻線３０１の径方向内側に位置してもよい。例えば、パワーエレクトロニクス３０３が有効長の範囲外に位置する（すなわち、軸方向に有効長からずれる）場合、パワーエレクトロニクス３０３は、巻線３０１の径方向内側に位置してもよい。例えば、パワーエレクトロニクス３０３が（回転軸３５０の）軸方向に回転子の端から張り出る場合、パワーエレクトロニクス３０３は、回転子２００の径の径方向内側に位置してもよい。
【００８１】
パワーエレクトロニクス３０３は、電気モータ１００を駆動するように動作可能なコントローラまたは制御ロジックの一部でもよい。コントローラの部品は、エンクロージャ３０５の外側に配置されてもよいが、例えば、電気モータ１００のハウジング５００内に配置されてもよい。例えば、図６に示されるように、パワーエレクトロニクス３０３の他の部品は、エンクロージャ３０５の外側に配置されてもよいが、ハウジング５００の内側に配置されてもよい。エンクロージャ３０５の外側に配置されたパワーエレクトロニクス３０３の部品は、図６に示されるように、エンクロージャ３０５の内側でパワーエレクトロニクスの構成要素に接続されてもよい。コントローラは、巻線３０１に電流を流すためにアルゴリズムを用いて翻訳される、トルク要求などの入力信号を受信してもよく、それにより、回転子２００を駆動し、電気モータ１００を駆動してもよい。例えば、エンクロージャ３０５の外側のパワーエレクトロニクス３０３の部品は、信号を受信してもよく、それにより、巻線３０１に電流を流して回転子２００を駆動するように、エンクロージャ内のパワーエレクトロニクス３０３の構成要素を動作させてもよい。
【００８２】
いくつかの例では、図６に示されるように、回転子２００もまた、冷却剤が巻線３０１と、パワーエレクトロニクス３０５の構成要素と、回転子２００と、に直接接触し得るように、エンクロージャ３０５の内側に位置してもよい。
【００８３】
前述のとおり、いくつかの例では、電気モータ１００は、ＡＣ電気モータまたはＤＣ電気モータでもよい。電気モータ１００は、例えば、バッテリに基づくパワーエレクトロニクス３０３用のＤＣ電源と、パワーエレクトロニクス３０３に基づく巻線３０１用のＡＣ電源と、を有してなってもよい。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、パワーエレクトロニクス３０３用のＤＣ電源と、巻線３０１用のＡＣ電源と、のうち、少なくとも一方を包含してもよい。
【００８４】
いくつかの例では、電気モータ１００は、直流（ＤＣ）に整流され、次いで、モータ巻線３０１を駆動するために再び交流に変換された、ＡＣ電源により動作してもよい。この場合、冷却剤により直接冷却されるパワーエレクトロニクス３０３の構成要素と同様に、ＡＣ／ＤＣ変換エレクトロニクスもまた、エンクロージャ内で冷却剤により直接冷却されてもよい。また、いくつかの例では、パワーエレクトロニクスは、ある種の交流（ＡＣ）から別の種の交流（ＡＣ）に直接変換する「マトリックスコンバータ」を提供してもよい。
【００８５】
前述のとおり、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、パワーエレクトロニクス３０３における発熱素子でもよい。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、インダクタと、キャパシタと、ＤＣリンクキャパシタと、ＤＣバスバーと、ＡＣバスバーと、電力接続部と、のうち、少なくとも１つを備えてもよい。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、例えば、電圧または電流制御インピーダンスなどの信号制御インピーダンスと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、その他の各種トランジスタなどの、パワー半導体素子などの半導体素子を備えてもよい。信号制御インピーダンスは、スイッチとして操作されてもよい。
【００８６】
パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、図３に示されるように、巻線３０１との結線により、および／またはＦＲ４基板、ＩＭＳ基板またはＤＢＣ基板、または本開示の文脈から明らかな、他の基板などの基板により、エンクロージャ３０５内に吊された状態で支持されてもよい。また、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、前述のいずれかの基板を有するかまたは有さない何らかのパッケージの形式で存在してもよく、例えば、パワーエレクトロニクス３０３は、樹脂／プラスチックでオーバーモールドされた銅タブに実装された半導体チップを備えてもよい。前述のとおり、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素をエンクロージャ３０５内に吊された状態で支持することは、例えば、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素の全面が冷却剤と等しく熱接触するように、冷却剤がパワーエレクトロニクス３０３の構成要素の上方と下方との両方に流れることを可能にしてもよい。
【００８７】
いくつかの例では、冷却剤は、空気より大きい熱容量を有する。例えば、冷却剤は、例えば、変圧器油やイオン交換水である液体などの誘電液体、または六フッ化硫黄（ＳＦ６）や空気などのガスでもよい。
【００８８】
いくつかの例では、エンクロージャ３０５は、チャネルにより接続された２つのキャビティを備える。第１キャビティの少なくとも一部は、固定子本体３０７内などの、固定子アセンブリ３００内に位置し、第２キャビティは、固定子アセンブリ３００の外側で第１キャビティの軸方向に配置される。あるいは、第１キャビティは、固定子本体３０７内に位置してもよく、第２キャビティは、固定子本体３０７の外側に位置してもよいが、第２キャビティは、依然として固定子アセンブリ３００内に位置してもよい。巻線３０１は、第１キャビティ内に位置してもよく、パワーエレクトロニクス３０３は、第２キャビティ内に位置してもよい。いくつかの例では、ハウジング５００は、複数のエンクロージャ３０５を備えてもよい。
【００８９】
いくつかの例では、パワーエレクトロニクス３０３が固定子本体３０７または固定子極３０９に接続されてもよく、例えば、固定子本体３０７および／または固定子極３０９がヒートシンクとして動作するように、熱的に接続されてもよい。例えば、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、固定子アセンブリ３００内に組み込まれてもよく、例えば、固定子本体３０７内に組み込まれてもよい。いくつかの例では、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、固定子アセンブリ３００内、例えば、固定子本体３０７内に統合されてもよい。いくつかの例では、別体のヒートシンクが設けられてもよく、パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、ヒートシンクに接続されてもよい。ヒートシンクは、熱を冷却剤に向けて放散するように構成される、フィンまたは突起を備えてもよい。フィンまたは突起は、エンクロージャ３０５内に延在するかまたは突出してもよい。パワーエレクトロニクス３０３の構成要素は、これらのフィンまたは突起を備えてもよい。パワーエレクトロニクス３０３のその他の構成要素と同様に、ヒートシンクのフィンまたは突起は、巻線３０１を洗うために用いた冷却剤と同じ冷却剤を浴びてもよい。フィンまたは突起は、突起またはフィンの少なくとも２表面、または少なくとも３表面が、冷却剤と直接接触するか、および／または熱平衡状態であるように構成されてもよい。
【００９０】
本開示の他の態様は、電気モータの固定子アセンブリ３００であって、電気モータ１００の回転子２００を駆動するための複数の固定子巻線３０１を有してなる固定子アセンブリ３００に関する。固定子アセンブリ３００は、巻線３０１に電力供給するために巻線３０１に接続されるパワーエレクトロニクス３０３と、エンクロージャ３０５と、を有してなる。パワーエレクトロニクス３０３は、エンクロージャ３０５内でヒートシンクに接続され、固定子アセンブリ３００は、エンクロージャ３０５内の冷却剤がヒートシンクと巻線３０１との両方に直接接触できるように構成される。
【００９１】
各図に示される実施形態は、単なる例示にすぎず、本明細書で説明されると共に特許請求の範囲で詳述されるように、一般化、除去、または交換可能である特徴を含むことが前述の説明より明らかであろう。図面全般を参照すると、模式的機能ブロック図は、本明細書で説明されたシステムと装置との機能を示すために用いられることが明らかであろう。しかしながら、この機能は、前述の方法で分割される必要はなく、また、以下に説明および特許請求されるもの以外のいかなるハードウェアの特定の構造を意味するものではないことが明らかであろう。各図に示される、パワーエレクトロニクス３０３の機能などの、１つ以上の構成要素の機能は、さらに再分割されてもよく、および／または本開示の装置全体に亘って分散配置されてもよい。いくつかの実施形態では、各図に示される、パワーエレクトロニクス３０３などの、１つ以上の構成要素の機能は、単一の機能ユニットに統合されてもよい。
【００９２】
前述の実施形態は、説明のための例として理解されるべきである。さらなる実施形態が考えられ得る。任意の実施形態に関連して述べられた任意の特徴は、単独で、または前述の他の特徴と組み合わされて用いられてもよく、また、他の任意の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わされて、または他の任意の実施形態と組み合わされて用いられてもよいことが理解されるべきである。さらに、前述されていない等価物および変形もまた、添付の特許請求の範囲に規定された、本発明の範囲内で用いられてもよい。
【００９３】
一実施形態では、電気モータの使用のための作製方法が、提供される。同方法は、回転子と、冷却剤流路を画定するエンクロージャを有してなる固定子アセンブリと、を備える電気モータを得る工程と、固定子アセンブリ内の固定子巻線とパワーエレクトロニクスとの両方に誘電液体を直接接触させるためにエンクロージャを誘電液体で満たす工程と、を含む。電気モータの固定子アセンブリは、本明細書で説明および／または特許請求される、いずれかの固定子アセンブリのいずれか１つ以上の特徴を有してなってもよい。
【００９４】
本明細書で説明された方法と装置とが、リニアモータなどの線形電気機械にも用いられ得ることは、本開示の文脈から明らかであろう。また、これらの機械では、固定子と回転子とが、トルク（回転力）を生成する代わりに長手方向の直線力を生成するために、「展開されている（ｕｎｒｏｌｌｅｄ）」ことが明らかであろう。しかしながら、リニアモータは、必ずしも直線状ではない。リニアモータの特性上、多くの従来型モータが連続的なループ状に構成されているのに対し、リニアモータの有効断面は、端部を有する。リニアモータの例として、（モータが回転子を回転させる際の）アクチュエータとアクセラレータとを動かすために、ローレンツ力を利用する、リニアドライバが挙げられる。一態様では、固定子アセンブリが提供される。固定子アセンブリは、機械のアクチュエータを駆動するための複数の固定子巻線と、巻線に電力供給するために巻線に接続されるパワーエレクトロニクスと、エンクロージャと、を有してなり、パワーエレクトロニクスの構成要素と巻線とは、エンクロージャ内に収容され、エンクロージャは、冷却剤の流れが巻線とパワーエレクトロニクスの構成要素との両方に亘って導かれるように構成される。この固定子アセンブリのエンクロージャと固定子アセンブリの他の部品とは、本明細書で説明および／または特許請求される、いずれの固定子アセンブリと同様に構成されてもよい。
【００９５】
いくつかの例では、１つ以上のメモリ素子は、本明細書で説明される機能の実行に用いられるデータおよび／またはプログラム命令を保存し得る。本開示の実施形態は、本明細書で説明および／または特許請求される１つ以上の方法を実行するプロセッサをプログラムするように動作可能なプログラム命令、および／または本明細書で説明および／または特許請求されるデータ処理装置を提供するように動作可能なプログラム命令を備える、有形で持続的な記憶媒体を提供する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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