(57)【要約】      （修正有）【課題】高性能電気車両で利用される高出力密度の小型電気モータで利用される効果的な冷却システムの提供。【解決手段】冷却材（例えば、油）がロータシャフト１１３の中空領域１１５に注入される一体型冷却システム１００を持つモータアセンブリを提供する。冷却材は、複数の貫通孔１３１を通ってロータシャフト１１３の外に排出されてモータ筐体へと流入する。これによって、ステータ１１７およびロータ１１１のアセンブリの両方を効率的に冷却することができる。【選択図】図１
2016111918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型冷却システムを持つモータアセンブリであって、
モータ筐体の内部に含まれるステータと、
前記モータ筐体の第１の端部キャップと第２の端部キャップとの間を通るロータシャフトと、
中空領域を含む前記ロータシャフトに搭載されているロータと、
冷却材を前記モータアセンブリに注入するための冷却材ポンプと、
前記冷却材ポンプと流体結合されている冷却材容器と、
前記冷却材ポンプを前記ロータシャフトの前記中空領域に流体結合させる第１の冷却材流路であって、前記第１の冷却材流路を流れる前記冷却材は前記冷却材ポンプによって前記ロータシャフトの前記中空領域に注入される第１の冷却材流路と、
前記モータ筐体内の領域を前記冷却材容器に流体結合させる第２の冷却材流路であって、前記モータ筐体の前記領域内の前記冷却材は前記第２の冷却材流路を通って前記冷却材容器に流入する第２の冷却材流路と、
前記ロータシャフトに一体的に形成されている複数の貫通孔であって、前記複数の貫通孔はそれぞれ、前記ロータシャフトの前記中空領域を前記モータ筐体内の前記領域に流体結合し、前記中空領域から前記モータ筐体内の前記領域へと流れる前記冷却材は、前記第２の冷却材流路を通って前記冷却材容器に流れ込む前に、前記ステータおよび前記ロータと直接接触する複数の貫通孔と
を備えるモータアセンブリ。
【請求項２】
前記第１の冷却材流路は、前記ロータシャフトの端部部分を貫通して前記ロータシャフトの前記中空領域へと延在する冷却材注入管を有し、
前記モータアセンブリはさらに、前記冷却材注入管の一部分と前記ロータシャフトの前記端部部分との間に設けられている封止部を備える請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の冷却材流路は、前記第１の端部キャップに一体的に形成されており、
前記第１の冷却材流路はさらに、前記第１の端部キャップの孔の内部に配置されている出力開口であって、前記ロータシャフトに隣接している出力開口を有し、
前記ロータシャフトは、少なくとも１つの吸入貫通孔を有し、
前記第１の冷却材流路および前記出力開口を流れる前記冷却材は、前記冷却材ポンプによって前記少なくとも１つの吸入貫通孔を通って前記ロータシャフトの前記中空領域に注入される請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項４】
前記モータアセンブリはさらに、第１の封止部および第２の封止部を備え、
前記第１の封止部および前記第２の封止部は、前記第１の冷却材流路および前記出力開口を通過する前記冷却材を、前記ロータシャフト、前記第１の端部キャップの前記孔、前記第１の封止部および前記第２の封止部によって画定される領域に閉じ込める請求項３に記載のモータアセンブリ。
【請求項５】
前記モータアセンブリに注入される前記冷却材は加圧されている請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の冷却材流路はさらに変速機冷却材結合部を有し、
前記変速機冷却材結合部は、前記第１の冷却材流路を変速機に流体結合させ、
前記第１の冷却材流路を流れる前記冷却材は前記冷却材ポンプによって前記変速機冷却材結合部を通って前記変速機へと注入され、
第３の冷却材流路は、前記変速機を前記冷却材容器へと流体結合し、
前記第１の冷却材流路から前記変速機冷却材結合部を通って前記変速機へと流入する前記冷却材は、前記第３の冷却材流路を通って前記冷却材容器へと流入する請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項７】
前記第２の冷却材流路はさらに、前記モータ筐体の前記領域の内部に配置されている出力開口を有し、
前記出力開口は、前記ステータと前記モータ筐体の内壁との間に配置されており、
前記モータ筐体の前記領域の内部の前記冷却材は、前記冷却材容器に流入する前に前記出力開口および前記第２の冷却材流路を通過する請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項８】
前記複数の貫通孔は、前記ロータの第１の端部に隣接して配置されている少なくとも１つの貫通孔および前記ロータの第２の端部に隣接して配置されている少なくとも１つの貫通孔を含み、
前記複数の貫通孔のそれぞれに対応する軸は、前記ロータシャフトに対応する円柱軸に対して垂直であるか、または、斜めになっている請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項９】
前記モータアセンブリはさらに第３の冷却材流路を備え、
前記第３の冷却材流路は、前記冷却材ポンプを前記モータ筐体の内部の前記領域に流体結合し、
前記第３の冷却材流路を流れる前記冷却材は、前記冷却材ポンプによって前記モータ筐体の前記領域に直接注入される請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項１０】
前記モータアセンブリはさらに、第３の冷却材流路を備え、
前記第３の冷却材流路は、第２の冷却材ポンプを前記モータ筐体内の前記領域に流体結合し、
前記第３の冷却材流路を流れる前記冷却材は、前記第２の冷却材ポンプによって前記モータ筐体の前記領域に直接注入される請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項１１】
前記モータアセンブリはさらに、前記モータ筐体に組み込まれている複数のノズルを備え、
前記複数のノズルはそれぞれ、前記第３の冷却材流路に流体結合されており、
前記第３の冷却材流路から前記複数のノズルを通って前記モータ筐体に流入する前記冷却材は、前記第２の冷却材流路を通って前記冷却材容器に流入する前に、前記ステータおよび前記ロータに直接接触する請求項９または１０に記載のモータアセンブリ。
【請求項１２】
前記モータアセンブリはさらに、前記モータアセンブリの少なくとも一部分を取り囲む冷却材被覆部を備え、
補助冷却材が前記冷却材被覆部を流れ、
第２の冷却ポンプが、冷却導管を通して前記冷却材被覆部の全体に前記補助冷却材を循環させる請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項１３】
前記冷却材ポンプは、電化型の冷却材ポンプを有する請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【請求項１４】
前記冷却材ポンプは、機械式冷却材ポンプを有し、
前記機械式冷却材ポンプは前記ロータシャフトの回転を動力源とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気車両（ＥＶ）の電気モータアセンブリに関し、より具体的にはモータアセンブリの重要部材を冷却するために用いられ得る高効率のモータ冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上昇が止まらない燃料価格および地球温暖化の深刻な影響の両方に悩む消費者の要望に応えて、自動車産業は遅まきながら、排気量が非常に少なく効率が高い車両の必要性を肯定し始めている。自動車産業内には、より高効率の内燃機関を考案することでこのような目標を達成しようと試みる動きもあれば、ハイブリッド式または全電化式のドライブトレインを自社の車両ラインナップに取り入れる動きもある。しかし、消費者の期待を満たすためには、自動車産業はより環境に配慮したドライブトレインを実現するだけでなく、性能、作動条件、信頼性、安全性およびコストを妥当な水準に維持しつつそうしなければならない。
【０００３】
低排出型で高効率の車両を実現するための最も一般的な方法は、内燃機関（ＩＣＥ）が１または複数の電気モータに組み合わせられているハイブリッド式のドライブトレインを利用する方法である。ハイブリッド車両は、従来のＩＣＥベースの車両に比べて燃費効率が高く車両排出量が少ないが、内燃機関を含んでいるために、従来の車両に比べれば少ないとはいえ、有害な汚染物質を依然として排出してしまう。また、内燃機関および１または複数の電気モータの両方と共に電気モータに付随する電池パックを含んでいるために、ハイブリッド車両のドライブトレインは通常、従来のＩＣＥベースの車両または全電化式の車両のドライブトレインよりもはるかに複雑となり、コストおよび重量が増加してしまう。したがって、幾つかの車両メーカーは、１または複数の電気モータのみを利用する車両を設計している。これによって、汚染源の１つを無くしつつ、ドライブトレインの複雑さを大幅に軽減する。
【０００４】
電気車両において所望の水準の性能および信頼性を実現するためには、トラクションモータの温度が、周囲条件、または、車両の駆動状況がどの程度厳しいかに関係なく、指定された動作範囲内にとどまることが肝要である。電気自動車のモータを適切に冷却するべくさまざまな方法が用いられてきた。例えば、米国特許第６，１９１，５１１号は、ロータを通って冷却材が投入される冷却用閉ループを組み込んだモータを開示している。中空のロータ内に搭載されている固定軸状管が冷却材を注入する一方、ロータアセンブリ内の一連のブレードが冷却剤をロータの中から外へ、そして、ステータの周囲に供給する。熱の除去は、周囲の空気の流れを利用して冷却が可能となるようにモータケーシングに一体化されているフィンを用いて行われる。
【０００５】
米国特許第７，１５６，１９５号は、車両の電気モータで利用する冷却システムを開示している。この冷却システムで利用されている冷媒は、モータの出力シャフトおよび減速ギアシャフトに設けられているシャフト内流路を通過する。冷媒容器はギア筐体の下部に形成されており、外部に搭載されている冷却部は冷媒を所望温度まで冷却するために用いられる。
【０００６】
米国特許第７，４８９，０５７号は、中空のロータシャフトを利用したロータアセンブリ用冷却システムを開示している。冷却剤をロータシャフトに注入する冷却材供給管は、１または複数の支持部材を用いてロータシャフトに強固に結合されている。このため、ロータおよび注入用の管は同じ速度で回転する。注入用の管を通って投入される冷却材は、ロータシャフトの内面に沿って流れるので、ロータアセンブリから熱を取る。
【０００７】
電気車両のモータを冷却するために利用され得る方法にはさまざまなものがあるが、こういった方法で除去する熱には通常、限りがある。したがって、高性能電気車両で利用される高出力密度の小型電気モータで利用される効果的な冷却システムが必要とされている。本発明は、そのような冷却システムを提供する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、一体型冷却システムを持つモータアセンブリを提供する。当該モータアセンブリは、（ｉ）モータ筐体の内部に含まれるステータと、（ｉｉ）モータ筐体の第１の端部キャップと第２の端部キャップとの間を通るロータシャフトと、（ｉｉｉ）中空領域を含むロータシャフトに搭載されるロータと、（ｉｖ）冷却材（例えば、油）をモータアセンブリに注入するための冷却材ポンプ（つまり、電化型冷却材ポンプまたは機械式冷却材ポンプ）と、（ｖ）冷却材ポンプと流体結合されている冷却材容器と、（ｖｉ）冷却材ポンプをロータシャフトの中空領域に流体結合させる第１の冷却材流路であって、第１の冷却材流路を流れる冷却材は冷却材ポンプによってロータシャフトの中空領域に注入される第１の冷却材流路と、（ｖｉｉ）モータ筐体内の領域を冷却材容器に流体結合させる第２の冷却材流路であって、モータ筐体の領域内の冷却材は第２の冷却材流路を通って冷却材容器に流入する第２の冷却材流路と、（ｖｉｉｉ）ロータシャフトに一体的に形成されている複数の貫通孔であって、複数の貫通孔はそれぞれ、ロータシャフトの中空領域をモータ筐体内の領域に流体結合し、中空領域からモータ筐体内の領域へと流れる冷却材は、第２の流路を通って冷却材容器に流れ込む前に、ステータおよびロータと直接接触する複数の貫通孔とを備える。複数の貫通孔は、ロータの第１の端部に隣接して配置されている少なくとも１つの貫通孔と、ロータの第２の端部に隣接して配置されている少なくとも１つの貫通孔とを含むとしてもよい。複数の貫通孔はそれぞれ、軸がロータシャフトの円柱軸に垂直であるとしてもよい。複数の貫通孔はそれぞれ、軸がロータシャフトの円柱軸に対して角度を持つとしてもよい。
【０００９】
一の側面によると、第１の冷却材流路は、冷却材注入管を有するとしてもよい。冷却材注入管は、ロータシャフトの端部部分を通ってシャフトの中空領域へと延在している。モータアセンブリはさらに、冷却材注入管の一部とロータシャフトの端部部分との間に設けられている封止部を備えるとしてよい。
【００１０】
別の側面によると、第１の冷却材流路は、第１の端部キャップに一体的に形成されているとしてよく、第１の端部キャップの孔の内部に配置されている出力開口であって、ロータシャフトに隣接している出力開口をさらに有するとしてよい。ロータシャフトは、少なくとも１つの吸入貫通孔を含み、第１の冷却材流路および出力開口を流れる冷却材は、冷却材ポンプによって当該少なくとも１つの吸入貫通孔を通ってロータシャフトの中空領域に注入される。アセンブリは第１の封止部および第２の封止部を備えるとしてよく、第１の封止部および第２の封止部は、第１の冷却材流路および出力開口を通過する冷却材を、ロータシャフト、第１の端部キャップの孔、第１の封止部および第２の封止部が画定する領域内に閉じ込める。
【００１１】
別の側面によると、第１の冷却材流路はさらに、変速機冷却材結合部を有するとしてよい。変速機冷却材結合部は、第１の冷却材流路を変速機に流体結合し、第１の冷却材流路を流れる冷却材は、変速機冷却材結合部を通って冷却材ポンプによって変速機に注入される。第３の冷却材流路は、変速機を冷却材容器に流体結合させており、第１の冷却材流路から変速機冷却材結合部を通って変速機へと流入する冷却材は、第３の冷却材流路を通って冷却材容器へと流入する。
【００１２】
別の側面によると、第２の冷却材流路はさらに、モータ筐体の領域の内部に配置されている出力開口を有するとしてよい。出力開口は、ステータとモータ筐体の内壁との間に配置されており、モータ筐体の領域の内部の冷却材は、冷却材容器に流入する前に、出力開口および第２の流路を通る。
【００１３】
別の側面によると、アセンブリは、冷却材ポンプをモータ筐体内の領域に流体結合させる第３の冷却材流路を備えるとしてよい。第３の冷却材流路を流れる冷却材は、冷却材ポンプによってモータ筐体の特定領域に直接注入される。アセンブリはさらに、モータ筐体（例えば、モータケーシング）に組み込まれている複数のノズルを備えるとしてよい。複数のノズルはそれぞれ、第３の冷却材流路に流体結合されている。第３の冷却材流路から複数のノズルを通ってモータ筐体に流入する冷却材は、第２の流路を通って冷却材容器に流入する前に、ステータおよびロータに直接接触する。複数のノズルの少なくとも一部は、ステータ端部巻回部に隣接して配置されているとしてよい。
【００１４】
別の側面によると、アセンブリは、第２の冷却材ポンプをモータ筐体内の領域に流体結合させる第３の冷却材流路を備えるとしてよい。第３の冷却材流路を流れる冷却材は、第２の冷却材ポンプによってモータ筐体の領域に直接注入される。アセンブリはさらに、モータ筐体（例えば、モータケーシング）に組み込まれている複数のノズルを備えるとしてよい。複数のノズルはそれぞれ、第３の冷却材流路に流体結合されている。第３の冷却材流路から複数のノズルを通ってモータ筐体に流入する冷却材は、第２の流路を通って冷却材容器に流入する前に、ステータおよびロータに直接接触する。複数のノズルの少なくとも一部は、ステータ端部巻回部に隣接して配置されているとしてよい。
【００１５】
別の側面によると、アセンブリは、モータアセンブリの少なくとも一部分を取り囲む冷却材被覆部を備えるとしてよい。冷却材被覆部には補助冷却材（例えば、水性冷却材）が流れ、第２の冷却ポンプが冷却導管を通して冷却材被覆部の全体に補助冷却材を循環させる。冷却材被覆部は、モータケーシング内に一体的に形成されているとしてよい。
【００１６】
本発明の本質および利点は、明細書の以下の段落および図面を参照することでより深く理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
添付図面は本発明の範囲を限定するものではなく例示することを意図しているに過ぎず、実寸に即したものと解釈されるべきではないと理解されたい。また、複数の異なる図面に同じ参照符号が用いられている場合、同一の構成要素または同様の機能を持つ別の構成要素を意味するものと理解されたい。
【００１８】
【図１】本発明の好ましい実施形態に応じた加圧型冷却システムを利用したモータアセンブリの主要部材を示す簡略化断面図である。
【００１９】
【図２】図１に示したロータシャフトの一部分を示す断面図である。
【００２０】
【図３】図２に示したロータシャフトの一部分を、冷却材貫通孔を追加するよう変形して示す断面図である。
【００２１】
【図４】図１に示したモータアセンブリを、ロータシャフトからモータ筐体へと流入する冷却材の軌道を最適化するように変形して示す断面図である。
【００２２】
【図５】図１に示したモータアセンブリを、変速機冷却部を含むように変形して示す断面図である。
【００２３】
【図６】図１に示したモータアセンブリを、一体的に形成されている冷却材ポンプを組み込むように変形して示す断面図である。
【００２４】
【図７】図１に示したモータアセンブリを、非加圧型冷却材注入システムを組み込むように変形して示す断面図である。
【００２５】
【図８】図１に示したモータアセンブリを、冷却材をモータハウジングに直接注入するべく非加圧型冷却材注入システムを利用するように変形して示す断面図である。
【００２６】
【図９】図７に示すようにロータシャフトに冷却材を注入するべく、そして、図８に示すようにモータハウジングに直接冷却材を注入するべく、非加圧型冷却材注入システムを利用したモータアセンブリを示す断面図である。
【００２７】
【図１０】図９に示したモータアセンブリを、水性冷却システムをモータケーシングに組み込むように変形して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本明細書で用いられる場合、文脈から明確にそうでないと分かる場合を除き、単数形を意味する「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は複数形も同様に含むことを意図する。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」という用語は、本明細書で用いられる場合、記載する特徴、整数、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を特定するが、１または複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないと理解されたい。本明細書で用いられる場合、「および／または」という用語および「／」という記号は、続いて列挙される項目のうち１または複数を含む全ての組合せを含むことを意味する。また、本明細書では第１、第２等の用語を用いてさまざまなステップまたは計算を説明するが、これらのステップまたは計算は、これらの用語によって限定されるべきではなく、むしろこれらの用語は、あるステップまたは計算を他のステップまたは計算と区別する目的で用いられるに過ぎない。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の計算は第２の計算と記載することも可能であり、同様に、第１のステップは第２のステップと呼ぶことも可能で、同様に第１の構成要素は第２の構成要素と呼ぶことが可能である。
【００２９】
本明細書で説明および図示するモータおよび冷却システムは概して、電気モータを利用した車両、例えば、電気車両（ＥＶ）で利用されるように設計されており、単一速度トランスミッション、二速トランスミッションまたは多段速度トランスミッションで利用されるとしてよい。明細書のこれ以降の部分では、「電気車両」および「ＥＶ」といった用語は、全電化型車両、プラグインハイブリッド車両と同義語として用いられ、これらの用語を意味するとしてよい。さらに、ＰＨＥＶまたはハイブリッド車両、および、ＨＥＶと記載する。ハイブリッド車両は、電気駆動システムを含む複数の推進源を利用する。
【００３０】
図１は、モータ一体型冷却システム１００の主要部材を示す断面図である。少なくとも１つの実施形態によると、モータハウジングは、前方端部キャップ１０３および後方端部キャプ１０５のそれぞれに機械的に結合されている円筒形状のモータケーシング１０１を有する複数の部材から形成されるハウジングである。モータの基礎となるアセンブリは、両端においてベアリングアセンブリ１０７および１０９によって支持されており、ロータ１１１およびロータシャフト１１３を含む。ロータシャフト１１３の中央部分１１５は中空になっている。また同図にはステータ１１７が図示されている。
【００３１】
ロータシャフト１１３の一端には駆動ギア１１９が設けられている。同図には示していないが、駆動ギア１１９は変速機の内部（つまり、ギアハウジング）に収容されている。変速機は、モータ１００とは別個に構成されているとしてもよい。これに代えて、変速機または変速機の少なくとも１つの壁部は、前方モータハウジング部材１０３と一体的に形成されているとしてもよい。モータ／変速機一体型ハウジングを利用している構成の例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１４／５０３，６８３号（出願日：２０１４年１０月１日）に図示されている。当該出願の開示内容は全て本願に組み込まれる。
【００３２】
冷却材吸入口１２１は、モータアセンブリの端部キャップのうち１つに一体的に形成されており、図示されているように前方モータ端部キャップ１０３に一体的に形成されているが好ましい。冷却材は、気体状でないことが好ましく、液体状モータ冷却材に適した熱特性および機械特性、例えば、高い熱容量、高い融解温度および比較的低い粘度を持つことが好ましい。また、冷却材はロータとステータとの間、および、ロータシャフトのわずかな一部分と端部キャップとの間を流れるので、好ましい実施形態によると、冷却材は同時に、潤滑剤としても性能が良く、非導電性である。したがって、少なくとも１つの実施形態では、冷却材として油が利用される。
【００３３】
図１に示す好ましい実施形態によると、吸入口１２１に流入する冷却材は、冷却材ポンプ１２３を通って加圧される。本実施形態によると、冷却材ポンプ１２３は、外部ポンプであり、例えば、電気ポンプであるが、以下で詳細に説明するように、シャフト１１３で駆動する機械式ポンプ等の他の種類のポンプを利用してもよい。冷却材吸入口１２１は、図示されているように端部キャップ１０３内に組み込まれていることが好ましい冷却材流路１２５に結合されている。流路１２５は、吸入口１２１を出力開口１２７に接続する。出力開口１２７は、端部キャップ１０３の孔の内部にあるので、ロータシャフト１１３に直に隣接している。冷却材は、一対の封止部１２９／１３０によってロータシャフト１１３と端部キャップ１０３の孔との間の領域の内部に閉じ込められる。封止部１２９および１３０は、特定の種類の封止部に限定されるものではなく、ロータシャフト１１３が自由にモータハウジング内で回転できるようにしつつシャフト１１３と端部キャップ１０３との間を適切に封止するものであれば、任意のさまざまな異なる種類の封止部（例えば、回転シャフト封止部）を含むとしてよい。好ましい実施形態によると、封止リング１２９／１３０は、図示されているように、端部キャップ１０３の孔およびロータシャフト１１３の外面の内部に形成される溝の内部に嵌合する。封止部１２９および１３０は、任意のさまざまな材料で製造されるとしてよい（例えば、フルオロシリコーン、ニトリル、シリコーン、ポリアクリレート、ＦＥＰ等）。
【００３４】
ロータシャフト１１３は、ロータシャフト１１３、端部キャップ１０３の孔および封止部１２９／１３０によって画定されている領域に直に隣接している１または複数の吸入貫通孔１３１を含む。１または複数の吸入貫通孔１３１によって、冷却材流路１２５を流れる冷却材は、ロータシャフト１１３の中心の中空の領域１１５に流入できるようになる。領域１１５の内部の冷却材はこの後、複数の貫通孔１３３を通ってシャフト１１３の外部に強制的に排出され、この冷却材がモータ筐体の領域１３４の全体を流れる。モータ筐体内の冷却材は最終的に、１または複数の出力開口１３５を通った後に冷却材容器１３７で回収される。容器１３７は、冷却材ポンプ１２３に結合されている。モータ筐体の出力開口１３５は、円筒形状のモータケーシング１０１に組み込まれていることが好ましい。図示されているように円筒形状のモータケーシング１０１の中央領域に組み込まれていることがより好ましい。このような構成とすることで、冷却材は筐体から排出される前にステータ１１７の全周囲を完全に流れることになる。冷却材が吸収した熱はこの後、任意のさまざまな公知の技術を用いて、周囲環境に伝達されるか、または、別の熱システム（例えば、冷蔵システム）に伝達されるとしてよい。
【００３５】
上述した実施形態は、複数の熱経路を利用して効率的に熱を除去している。具体的には、冷却材をシステム全体に循環させることで、冷却材とロータシャフトとの間で（例えば、ロータシャフト１１３の内部の領域１１５を経由して）、冷却材とロータ１１１との間で、そして冷却材とステータ１１７との間で、直接熱を伝達させて取り除くことが可能となる。この方法によれば、モータベアリングも効果的に冷却される。
【００３６】
冷却材分散用の貫通孔１３３は、流量、冷却材圧および所望の流動パターンに応じてさまざまな構成としてよい。例えば、孔のサイズを制御することに加えて、貫通孔の数を変更するとしてもよい。例えば、図２は、分散用の孔１３３を１つ持つロータシャフト１１３を示す断面図である。一方、図３は、分散用の貫通孔１３３を３つ持つロータシャフト１１３を示す同様の断面図である。同様に、貫通孔の配置および角度を利用してモータ筐体の内部での冷却材の流れの方向を制御するとしてよい。例えば、図４に示すモータ一体型冷却システムでは、冷却材分散用の貫通孔４０１は、ロータ端部リング４０３の周囲およびステータ端部巻回部４０５に向かう冷却材の流れを最適化するような角度に設定されている。
【００３７】
モータの重要な部材を効果的に冷却することに加えて、図１および図４に図示されている冷却システムはさらに、変速機を同時に冷却するためにも用いられるとしてよい。図５は、すでに説明したモータを、変速機を冷却するように変形した変形例を示す図である。システム５００では、変速機ハウジングは、前方モータキャップ１０３に結合されている前方変速機ケーシング５０１を有する。変速機の構成は冷却システムの利用に影響しないと考えられたい。例えば、冷却システムはさらに、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１４／５０３，６８３号に記載されているように、変速機ハウジング全体が前方モータキャップに一体的に構成されていても利用可能である。出力駆動シャフト５０３は、複数のギア（例えば、ギア１１９および５０５）によってロータシャフト１１５に結合されている。駆動シャフト５０３は、両端においてベアリングアセンブリ５０７および５０９によって支持されている。
【００３８】
システム５００において、加圧された冷却材（例えば、油）は、上述したようにロータシャフトおよびモータアセンブリに流路１２５を介して結合されており、さらに変速機冷却材結合部５１１によって変速機にも結合されている。変速機ハウジングが、図示されているように端部キャップ１０３を利用するのではなく別個のケーシング部材を含んでいる場合、冷却材結合部は、冷却材流路１２５を変速機に有効に結合するべく、この別箇のケーシング部材を通過するとともに端部キャップを通過する。変速機筐体の内部の冷却材は最終的に、冷却材流路５１３を通って流れた後に冷却材容器１３７に回収されて再度循環させられる。
【００３９】
上述したように、図１から図５に図示した実施形態は、外部冷却材ポンプ、例えば、電化型の冷却材ポンプ、または、一体型の機械式ポンプを利用するとしてよい。図６は、機械式冷却材ポンプを組み込むように変形された、図１に図示した実施形態の変形例を示す図である。機械式ポンプはロータシャフトの回転を動力源とする。この変形例は図４および図５に図示した構成にも等しく適用可能であると理解されたい。
【００４０】
システム６００では、モータ端部キャップ６０１は、機械式冷却材ポンプを収容するように前述の実施形態から変形されている。内側ポンプロータ６０３はロータシャフト１１３に結合されているが、外側ポンプロータ６０５は端部キャップ６０１の内部に固定されている。前述の実施形態と同様に、冷却材、例えば、油は、加圧されて流路、例えば、流路６０７を通るように供給されて出力開口６０９に到達する。出力開口６０９は、端部キャップ６０１の孔の内部に配置されており、ロータシャフト１１３の外面に直に隣接している。冷却材は、加圧された状態のダイナミックシール１２９／１３０によって、ロータシャフト１１３と端部キャップ６０１の孔との間の領域の内部に閉じ込められる。
【００４１】
上述した実施形態と同様に、冷却材は、開口６０９を通過してロータ１１３、端部キャップ６０および封止部１２９／１３０によって画定されている領域に流れ込んだ後、吸入貫通孔１３１を通ってロータシャフト１１３の中空領域１１５に流れ込む。領域１１５の内部の冷却材はこの後、複数の貫通孔１３３を通ってシャフト１１３から強制的に排出され、この冷却材がモータ筐体全体を流れる。第２の冷却材流路６１１は、図示されているように端部キャップ６０１に一体的に形成されているのが好ましいが、一体型冷却材ポンプに対する冷却材の戻り経路である。図示した実施形態では、フィルタ６１３は冷却材戻り経路に組み込まれている。図６に図示されている機械式冷却材ポンプは図４または図５に図示したような構成でも利用され得ると理解されたい。
【００４２】
図１から図６に図示した実施形態では、冷却材、例えば、油は、モータ筐体の全体にわたって冷却材の流量が確実に高くなるように加圧される。高い流量が必要ない場合、例えば、モータが低性能モータであって生成する熱が非常に過剰に高い水準になることがないと予想される場合には、非加圧型冷却材注入方法を利用して中空のロータシャフトに冷却材を注入するとしてよい。
【００４３】
図７は、非加圧型の冷却材注入システムを組み込むように変形された、図１に示す実施形態の変形例を示す図である。この変形例は、所望の流量および流動パターンに応じて、冷却材分散用の貫通孔の他の構成にも等しく適用可能であると理解されたい。このため、貫通孔の直径、数および角度は上述したように、そして、図２から図４に図示しているように変更するとしてよい。
【００４４】
システム７００では、冷却材ポンプ７０１（電化型または機械式の冷却材ポンプ）は、好ましくは油である冷却材を、上述したように、注入管７０３を通してロータシャフト１１３の一端へと供給する。注入管７０３は、図示されているように、固定されていることが好ましい。注入管はロータシャフトのどちらの端部にも取り付けられ得ると考えられたい。注入管７０３は、封止部７０５によってロータシャフト１１３の内部に封止されている。封止部７０５は、ロータシャフト１１３が自由にモータハウジング内で回転できるようにしつつ注入管７０３とシャフト１１３との間を適切に封止するものであれば、任意のさまざまな異なる種類の封止部であってよい（例えば、回転シャフト封止部）。冷却材がロータシャフト１１３に注入されると、遠心力によって冷却材がロータシャフトの貫通孔１３３を通過してモータ筐体に流入する。モータ筐体の内部の冷却材は最終的に、１または複数の出力開口１３５を通った後に冷却材容器１３７で回収される。容器１３７は、冷却材ポンプ７０１に結合されている。
【００４５】
非加圧型の冷却材注入システムはさらに、図８に図示されているようにモータ筐体内に直接冷却材を注入するためにも利用されるとしてよい。図示されているように、冷却材ポンプ８０１は、上記で開示したように好ましくは油である冷却材を、冷却材注入管８０３を介して供給する。冷却材注入管８０３は、モータ筐体を貫通し、ステータ１１７の両端に、および、モータケーシング１０１の最上部またはその近傍に配置されている１または複数の注入ノズル８０５で終端する。このようにノズルを配置すると、重力によって冷却材はノズル８０５から流出して、ステータ１１７およびステータ端部巻回部４０５へと到達した後、最終的にケーシングの最下部またはその近傍に配置されている１または複数のケーシング出力開口１３５を通過して容器１３７で回収される。ノズル８０５を流れる冷却材のうち少なくとも一部は、スピニングロータ１１１およびロータ端部リング４０３によって、モータ筐体の全体に分散すると考えられたい。
【００４６】
図９に図示されているモータアセンブリ９００は、図７および図８のそれぞれに図示されているモータ７００および８００の非加圧型冷却材注入システムを組み合わせた構成である。このため、容器１３７から供給される冷却材（例えば、油）は、冷却材ポンプ９０１（電化型または機械式の冷却材ポンプ）によって、注入管９０３を通ってステータ１１７およびステータ端部巻回部４０５に直接供給され、注入管９０５を通ってロータシャフト１１３に供給される。ロータアセンブリの内部を冷却することに加えて、ロータシャフト１１３の中空領域１１５の内部の冷却材は、貫通孔１３３を通してモータ筐体の全体にわたって冷却材を分散させることで、モータアセンブリを効率的に冷却できるようにする。本実施形態の少なくとも１つの変形例において、２つの冷却材ポンプを利用する。一方の冷却材ポンプは、注入管９０３を介してステータ１１７およびステータ端部巻回部４０５に冷却材を直接注入し、他方の冷却材ポンプは、注入管９０５を介してロータシャフト１１３に冷却材を注入する。アセンブリ９００内のステータはアセンブリ８００において図示したように搭載されているとしてもよいが、ステータ１１７をモータケーシング１０１の内面に直に搭載する別の構成を図示している。このように、冷却材戻り流路９０５はケーシング１０１に組み込まれているので、モータ筐体の内部の冷却材が容器１３７に流入するための経路が設けられている。これと同じ構成を前述の実施形態に利用するとしてもよいと留意されたい。
【００４７】
図１０に図示したモータアセンブリでは、モータアセンブリ９００と同様に複数の冷却材注入システムを用いて冷却材（例えば、油）をモータアセンブリ全体に分散させることに加えて、補助冷却材システムを用いてモータアセンブリの外部を冷却する。補助冷却材システムは、第２の冷却材が流れる冷却材被覆部を含む。第２の冷却材は水性が好ましい。例えば、純水またはエチレングリコールまたはプロピレングリコール等の添加物を含む水が好ましい。冷却材被覆部は、図示されているようにモータケーシング１００１に組み込まれていることが好ましい。このような構成とすることで、モータケーシングとは別個の冷却材被覆部を用いることで熱界面が増加するのを避ける。図１０に示す断面図では、複数の冷却管１００３の断面を図示している。冷却管はモータケーシングと一体的に形成されている。補助冷却材ポンプ１００５によって冷却管１００３を通して供給される冷却材は、ステータ１１７を伝導的に冷却する。一方、冷却材ポンプ９０１によって供給される主要冷却材はステータ１１７、ステータ端部巻回部４０５、ロータ１１１およびロータシャフト１１３を直接冷却する。図１０に図示したような冷却材被覆部は上述した実施形態のうち任意のものに追加して、動作時に大量の熱を発生させる高性能モータにおいて特に有益な特徴である補助冷却システムを実現するとしてよいと理解されたい。
【００４８】
本発明の詳細な内容を理解できるよう一般的な用語を用いてシステムおよび方法を説明してきた。公知の構造、材料および／または処理は、本発明の側面をあいまいにしないように詳細な図示または説明を省略している場合がある。また、本発明を完全に理解していただくべく具体的且つ詳細に説明している。当業者であれば、本発明は、本発明の意図または不可欠の特性から逸脱することなく、例えば、特定のシステムまたは装置または状況または材料または構成要素に合わせて他の特定の形態で具現化され得ることに想到するであろう。このため、本明細書に記載した開示内容および説明は本発明の範囲を例示しているものであり、限定することを意図しているのではない。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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