KR102358278B1 - 다층의 전력 및 제어 인쇄 회로 기판 조립체를 구비한 전력 평면을 갖는, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체 - Google Patents
다층의 전력 및 제어 인쇄 회로 기판 조립체를 구비한 전력 평면을 갖는, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체 Download PDFInfo
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Abstract
펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체는 공간 엔벨로프(space envelope)의 내부에 장착되는 원형의 기하학적 형태을 갖는 전력 평면을 특징으로 하는데, 상기 공간 엔벨로프는 단부 플레이트 상에서 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 유사한 원형의 기하학적 형태를 갖고, 상기 주연 부분은 단부 플레이트의 공간 엔벨로프 둘레에 원주방향으로 연장된다. 전력 평면은 모터에 전력을 제공하기 위한 고온의 전력 모듈을 갖는 전력 층, 모터에 제공되는 전력을 제어하기 위한 저온의 제어 전자기기 모듈을 갖는 제어 층, 및 전력 평면의 전력 모듈과 제어 층의 제어 전자기기 모듈 사이에 전기적 연결 경로를 제공하고 또한 전력 층과 제어 층 사이에 절연을 제공하는, 전력 층과 제어 층 사이의 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층을 갖는 다층 회로 기판 또는 조립체이다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 참고로 포함되고 2016년 3월 11일자로 출원된 가특허 출원 제62/307,037호에 대한 이익을 주장한다.
기술분야
본 출원은 모터 조립체 내에 가변 속도 전자기기를 설치하기 위하여 가변 주파수 구동부의 전자기기의 전력 밀도를 증가시키고 고온에 대한 가변 주파수 구동부의 전자기기의 민감도를 감소시키기 위한 기법, 및 더 구체적으로는, 예컨대, 고유하게 설계된 중간 플레이트 및 단부 플레이트를 사용하여, 고온에 대한 가변 주파수 구동부의 전자기기의 민감도를 감소시키기 위한 기법에 관한 것이다.
종래 기술에서, 가변 주파수 구동부의 전자기기는 전형적으로 고온에 민감하고, 모터 조립체와 조합될 때 그의 최대 정격으로 작동되면 부적절하게 작동하거나 조기에 고장날 수 있고, 전자기기는 거친 환경 및 과도한 열 둘 모두로부터 전자기기를 보호하는 모터 엔벨로프(envelope) 내에 수용된 밀봉형 인클로저(enclosure)를 필요로 한다는 것이 공지되어 있다. 모터는 안전한 전자 작동보다 훨씬 높은 온도에서 통상 작동한다. 이들 2개의 디바이스를 조합하면, 모터의 작동으로부터 생성되는 손실(열)은 가변 주파수 구동부의 작동에 유해한 고온 조건을 야기할 것이다.
이를 몇몇 관점에서 보면, 상당히 효율적인 모터는 94 내지 95% 효율을 가질 수 있다. 따라서, 그의 정격의 5 내지 6%는 열 또는 철손(watt loss)에 관하여 측정된 열의 손실로부터 낭비된다. 가변 주파수 구동부의 경우, 이는 96 내지 97% 효율을 가질 수 있다. 그러므로, 50HP 시스템에서, 열 손실 계산은 하기의 형태를 취할 수 있다: 50HP × 746 와트/HP = 37,300 와트, 및 37,300 와트 × 10% = 3,730 와트의 폐열. 구체적으로, 4%의 전체 구동부 손실은 하기와 같이 나뉠 수 있다:
단부 플레이트 내에 수용된 전력 모듈에서 대략 85%, 전력 품질 필터에서 10%, 그리고 모터의 나머지에서 6%.
이러한 관점에서, 본 기술 분야에서는, 고온에 대한 가변 주파수 구동부의 전자기기의 민감도를 감소시키는 더 나은 방식을 제공하여, 그의 최대 정격에서 작동되는 경우에 그러한 가변 주파수 구동부의 그러한 전자기기의 부적절한 작동 또는 조기의 고장을 실질적으로 제거하거나 감소하게 할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 동일한 전력 정격의 표준 전미 전기 제작업자 협회(National Electrical Manufacturers Association, NEMA) 또는 국제 전기 표준 위원회(International Electrotechnical Commission, IEC) 등급의 모터와 동일한 크기의 엔벨로프 내에 전자 가변 주파수 구동부를 설치하고, 그에 의해 그가 제어하는 모터 및 임의의 펌프 또는 회전 디바이스의 가변 속도 작동을 허용하게 하는 것이다.
기본 장치
일부 실시예에 따르면, 본 발명은, 2개의 면을 갖되 일 면이 중심 부분, 중간 부분 및 주연 부분을 갖는 적어도 하나의 플레이트를 갖는, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체와 같은, 장치의 형태를 취할 수 있다.
중심 부분은, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스 모터 구동부의 회전자와 관련하여 적어도 하나의 플레이트를 수용하고 배열하기 위한 개구를 포함할 수 있거나, 그로 구성될 수 있다.
중간 부분은 중심 부분의 내원주부와 주연 부분 사이에 구성될 수 있고, 중심 부분의 내원주부로부터 연장되고 주연 부분을 향하여 외향으로 발산되는 다수의 내부 방사상 냉각 핀(fin)을 포함하여, 내부 열 전도 능력을 감안하여 중심 부분으로부터 주연 부분으로 열을 전달할 수 있다.
주연 부분은 플레이트로부터 멀리 외향으로 발산되는 다수의 외부 방사상 냉각 핀을 갖는 외원주 표면을 포함하여, 외부 열 대류 능력을 감안하여 열을 주변 공기로 전달할 수 있다.
적어도 하나의 플레이트는, 펌프 또는 회전 디바이스의 일부를 형성하는 중간 플레이트, 단부 플레이트, 또는 이들의 조합일 수 있거나, 그러한 형태를 취할 수 있는데, 이는 본 명세서에서 설명되는 것과 일관된다.
중간 플레이트 실시예
예를 들어, 적어도 하나의 플레이트는, 모터 베어링 조립체를 수용하도록 구성되고 또한 모터 회전자 샤프트를 수용하기 위한 개구로 구성된 베어링 하우징 플랜지 부분을 갖는 중간 플레이트를 포함할 수 있거나, 그러한 형태를 취할 수 있다.
중간 플레이트 실시예는 또한 하기 특징부들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
장치는, 예컨대, 회전자 및 베어링 조립체가 회전자 상에 배열된 모터 베어링 조립체의 조합을 갖는, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체일 수 있거나, 그러한 형태를 취할 수 있다.
2개의 면 들 중 다른 면은 내부 또는 외부 냉각 핀이 없는 대응하는 중간 부분을 갖는 매끈한 면일 수 있다.
모터 조립체는, 중간 플레이트와 관련하여 배열되고, 전도, 대류 및 복사로부터의 모든 형태의 열 전달을 포함하는 열 전달의 속도를 감소시키도록 구성된 절연 층을 포함할 수 있다. 일례로서, 절연 층은 운모로 제조될 수 있다.
모터 조립체는 가변 주파수 구동부의 전자기기를 포함하는 전기 구성요소를 갖는 전력 평면을 포함할 수 있고, 중간 플레이트는 매끈한 면이 전력 평면을 향하고 있도록 구성될 수 있다
작동 시, 열은 전도에 의해 회전자로부터 중간 플레이트 및 내부 방사상 냉각 핀을 통하여 외부 방사상 냉각 핀으로 전달될 수 있고, 이어서, 또한 대류에 의해 외부 방사상 냉각 핀으로부터 주변 공기로 전달될 수 있다. 중간 플레이트는, 회전자가 열을 직접 전도하게 하고 열을 모터의 공기 챔버 내로 방출하게 하는, 전도에 의해 회전자로부터 베어링 조립체를 통하여 그리고 대류에 의해 모터의 공기 챔버 내에 위치된 외부 방사상 냉각 핀을 통하여 열을 흡수하도록 구성될 수 있는데, 상기 열은 모터 단부 권선, 저항성 또는 와상 전류 중 어느 하나, 또는 둘 모두로부터를 포함하여, 전기 및 기계적 손실로부터 기인하는 모터로부터의 열을 포함한다.
중간 플레이트는 모터 단부 권선으로부터 고정자 외부의 공기 흐름으로의, 또는 회전자로부터 베어링 조립체를 통하여 주변으로의, 또는 둘 모두의 열 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
모터 조립체는 모터 베어링 하우징의 각각의 면 상에 구성된 전방 및 후방 그리스 리테이너를 포함할 수 있다.
모터 조립체는 중간 플레이트와 단부 플레이트 사이의 열 접촉을 최소화하기 위하여 중간 플레이트 상에 구성된 절연 개스킷 조립체를 포함할 수 있다.
일례로서, 중간 플레이트는 구리, 알루미늄 또는 주철로 제조될 수 있다.
중간 플레이트는, 중간 플레이트 히트 싱크로부터 전력 평면을 갖는 전력 변환기 영역으로의 열 흐름을 제한하고 단부 플레이트의 일부를 형성하는 단부 플레이트 전자기기 영역 내로의 열을 제한하는 외부 절연 층을 포함할 수 있다.
중간 플레이트의 내부 방사상 냉각 핀은 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 중간 부분 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다.
중간 플레이트의 외부 방사상 냉각 핀은 서로로부터 균일하게 그리고 등거리로 이격된 주연 부분 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다.
일례로서, 중간 플레이트는 내부 방사상 냉각 핀보다 많은 외부 방사상 냉각 핀을, 예컨대, 두 배보다 더 많은 경우를 포함하여, 가질 수 있다.
단부 플레이트 실시예
추가 예로서, 적어도 하나의 플레이트는 중심 부분의 개구가 모터 회전자 샤프트를 수용하도록 그리고 그와 결합하도록 구성된 단부 플레이트를 포함할 수 있거나, 그러한 형태를 취할 수 있다.
단부 플레이트 실시예는 또한 하기 특징부들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
2개의 면 들 중 다른 면은 내부 또는 외부 냉각 핀이 없는 대응하는 중간 부분을 갖는 매끈한 면일 수 있다.
장치는 가변 주파수 구동부의 전자기기를 포함하는 전기 구성요소를 갖는 전력 평면을 갖는 모터 조립체를 포함할 수 있고, 단부 플레이트는 전자기기 하우징 챔버로 구성될 수 있고, 전력 평면은 매끈한 면이 전력 평면을 향하고 있도록 전자기기 하우징 챔버 내에 구성될 수 있다.
모터 조립체는 전자기기 하우징 챔버 내의 단부 플레이트의 매끈한 면과 전력 평면 사이에 배열된 전자기기 모듈을 포함할 수 있다.
단부 플레이트의 외부 방사상 냉각 핀은 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 중간 부분 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다.
단부 플레이트의 외부 방사상 냉각 핀은 서로로부터 균일하게 그리고 등거리로 이격된 주연 부분 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다.
전력 평면 실시예
예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체와 같은 장치는 공간 엔벨로프(space envelope)의 내부에 장착되는 원형의 기하학적 형태를 갖는 전력 평면을 포함할 수 있는데, 상기 공간 엔벨로프는 단부 플레이트 상에서 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 유사한 원형의 기하학적 형태를 갖고, 상기 주연 부분은 단부 플레이트의 공간 엔벨로프 둘레에 원주방향으로 연장된다. 전력 평면은
모터에 전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 고온 전력 모듈을 갖는 전력 층(power layer),
모터에 제공된 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 저온 제어 전자기기 모듈을 갖는 제어 층, 및
전력 평면의 전력 모듈과 제어 층의 제어 전자기기 모듈 사이에 전기적 연결 경로를 제공하고, 또한 전력 층과 제어 층 사이에 절연을 제공하는, 전력 층과 제어 층 사이의 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층을 갖는 다층 회로 기판 또는 조립체일 수 있다.
전력 평면 실시예는 또한 하기 특징부들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
전력 평면은 적어도,
적어도 하나의 전력 모듈 및 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들을 열 장벽의 서로 반대편인 면들 상에 장착하는 것을 허용하도록,
적어도 하나의 전력 모듈과 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들을 함께 상호연결하기 위한, 그리고 입력/출력 전력 연결부와 적어도 하나의 전력 모듈과 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들을 상호연결하기 위한 전기적 연결 경로를 제공하도록, 그리고
적어도 하나의 전력 모듈, 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들 및 모터의 샤프트 중 하나 이상으로부터 방출된 열을 절연하고/하거나 더 큰 공기 흐름이 존재하는 전력 평면의 외경부로 지향시키도록 구성될 수 있다.
전력 평면은, 전력 층 및 제어 층을 장착하기 위한 최대 공간을 제공하기 위한 단부 플레이트의 공간 엔벨로프 내에 끼워맞추기 위하여 그리고 냉각 팬을 구동하도록 모터 회전자의 샤프트가 통과하게 하기 위하여 도넛 형상의 전력 평면 인쇄 회로 기판 또는 조립체로서 구성될 수 있다.
전력 층은 고온의 전력 모듈로 구성될 수 있고; 제어 층은 저온의 제어 전자 모듈 및 구성요소 및 전력 품질 필터 구성요소로 구성될 수 있고; 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층은 제어 층을 일 면 상에 그리고 전력 층을 반대측 면 상에 장착하기 위하여 구조적 두께 및 강도를 갖는 재료로 구성될 수 있는데, 상기 재료는 전력 층과 제어 층 사이의 열 전달을 감소시키기 위하여 절연을 제공하도록 구성될 수 있다.
열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층은, 구조적 강도를 제공하고 전력 층의 고온의 전력 반도체를 제어 층의 저온의 민감한 제어 전자기기 및 전력 품질 커패시터로부터 분리하기 위한 절연체로서 역할을 하는 유리섬유를 포함하는 적층된 재료로 구성될 수 있다.
전력 층은, 예컨대, 단부 플레이트의 중간 부분에 부착된 전력 평면의 낮은 인덕턴스 입력 및 통합형 출력 연결부와 커플링하도록, 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층의 일 면 상에 구성된 원형의 전력 모듈 배열체를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 전력 모듈은, 일정 전압 및 주파수의 AC 파형을 갖는 AC 입력 시그널링(signaling)을 수신하고 변환된 전압 및 주파수의 변환된 AC 파형을 갖는 변환된 AC 시그널링을 제공하여 모터를 구동하기 위하여, 매트릭스 변환기의 일부로서 구성된 매트릭스 변환기 전력 모듈을 포함할 수 있다.
제어 층은 전기 노이즈 및 고조파 왜곡의 레벨을 감소시키도록 구성된 적어도 하나의 전력 품질 필터 구성요소를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 전력 품질 필터 구성요소는 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층 상에 직접 부착되고 매트릭스 변환기에 물리적으로 가깝게 또는 그 다음에 구성되어 매트릭스 변환기 내의 매트릭스 변환기 전자기기로부터 방출되는 왜곡의 양을 감소시킬 수 있다.
적어도 하나의 전력 모듈은 전력 반도체 모듈을 포함할 수 있고; 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈은 전력 품질 커패시터를 포함할 수 있고; 전력 평면은 전자기 간섭을 감소시키기 위하여 전력 반도체 모듈과 전력 품질 커패시터 사이에 구성된 낮은 인덕턴스 및 저항 입력을 포함할 수 있다.
전력 평면은 내부에 통합된 하나 이상의 소형 전력 품질 필터를 포함할 수 있다.
전력 평면은, 최소 고조파 왜곡을 생성하고 가변 속도 구동부를 대부분의 전력 품질 이상으로부터 보호하도록 구성된 내장형 전력 품질 필터를 포함할 수 있다.
전력 평면은 조립의 용이성 및 크기의 소형화를 위하여 전력 회로 또는 회로부와 제어 회로 또는 회로부 둘 모두를 하나의 통합형 인쇄 회로 기판 구성으로 조합하도록 구성될 수 있다.
전력 평면은, 전류 센서, 적어도 하나의 게이트 구동기, 전력 공급부, 클램프 회로, 전력 반도체 모듈 및 전력 품질 커패시터 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있고; 전기적 연결 경로는 입력/출력 전력 연결부와, 전류 센서, 적어도 하나의 게이트 구동기, 전력 공급부, 클램프 회로, 전력 반도체 모듈 및 전력 품질 커패시터 중 하나 이상의 조합을 상호연결하도록 구성될 수 있다.
모터 조립체는 단부 플레이트를 포함할 수 있고; 내부 허브 부분은 모터 회전자의 샤프트를 수용하도록 구성될 수 있고; 주연 부분은 적어도 하나의 전력 모듈 및 적어도 하나의 제어 전자 모듈에 의해 발생되는 열을 단부 플레이트로부터 멀리 소산(dissipation)시키도록 구성된 열 핀(heat fin)을 포함할 수 있다.
모터 조립체는 전력 평면의 소형 크기 및 열적으로 최적화된 작동을 허용하기 위하여 히트 싱크로서 활용되도록 구성된 모터 케이싱(casing)을 포함할 수 있다.
모터 조립체는, 예컨대, 전력 평면이 내부에 배열된 단부 플레이트를 갖는 회전 디바이스 또는 펌프를 포함할 수 있거나, 그러한 형태를 취할 수 있다.
이점
전체적으로, 본 발명은, 모터 조립체 내에 가변 속도 전자기기를 설치하기 위하여 가변 주파수 전자기기의 전력 밀도를 증가시키고 고온에 대한 가변 주파수 구동부의 전자기기의 민감도를 감소시키는 더 나은 방식을 제공하여, 그의 최대 정격에서 작동되는 경우에 그러한 가변 주파수 구동부의 그러한 전자기기의 부적절한 작동 또는 조기의 고장을 실질적으로 제거하거나 감소하게 한다.
도면은 하기 도 1 내지 도 18b를 포함하고, 이들이 축적에 따라 그려질 필요는 없다:
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체의 형태인, 장치의 분해도이다.
도 2a 및 도 2b는, 예컨대, 도 1에 도시된 것과 유사한 또는 그와 같은 모터 조립체의 일부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중간 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 1 또는 도 2에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 중간 플레이트의 모터측 면의 사시도를 도시하는 도 3a, 및 도 3a에 도시된 중간 플레이트의 전력 평면측 면의 사시도를 도시하는 도 3b를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 단부 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 1 또는 도 2에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 단부 플레이트의 팬(fan)측 면의 사시도를 도시하는 도 4a, 및 도 4a에 도시된 단부 플레이트의 중간 플레이트측 면의 사시도를 도시하는 도 4b를 포함한다.
도 5는, 예컨대, 모두가 본 발명의 일부 실시예에 따른, 라벨링되고 식별된 모터 프레임, 중간 플레이트, 단부 플레이트, 단자 박스 및 팬을 갖는 모터 조립체의 사진을 도시하는 도 5a; 단자 박스의 부분 분해도를 포함하는 모터 조립체의 사시도를 도시하는 도 5b; 모터와 중간 플레이트 조합, 단부 플레이트, 팬 및 시라우드(shroud)의 부분 분해도를 포함하는 모터 조립체의 사시도를 도시하는 도 5c; 및 자립형(self-contained) 구동 모듈 조립체의 분해도를 도시하는 도 5d를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 전력 평면의, 전력 기능의 일부를 구현하기 위한 양방향 스위치의 도면을 도시하는 도 6a를 포함하고, 또한 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전력 기능의 일부를 구현하기 위한 양방향 스위치 전력 모듈의 일례의 사진을 도시하는 도 6b를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 주 전력 공급부, 제어기, 게이트 구동 층, 클램프 커패시터(CC) 및 입력 필터 커패시터(IFC)의 일례로 구성된, 매트릭스 변환기를 갖는 전력 평면이 내부에 배열된 모터 단부 플레이트의 사진을 도시한다.
도 8은 40 HP EMD("가변 주파수 또는 속도 구동부라고도 알려짐) 입력 전압 및 전류 파형의 전형적인 그래프를 도시한다.
도 9는, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 화살표를 포함하는, 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 공간 엔벨로프를 내부에 갖는 단부 플레이트의 평면도를 도시하는 도 9a를 포함하고; 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 단부 플레이트의 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 대응하는 화살표를 갖는, 도 9a의 단부 플레이트의 측단면도를 도시하는 도 9b를 포함한다.
도 10은 도 10a 및 도 10b를 포함하는데, 도 10a는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 하나의 가능한 클램프 레지스터 구현예의 일례를 갖는 단부 플레이트의 사진이고; 도 10b는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 3개의 션트 레지스터(shunt resistor)에 대한 연결부 및 게이트 구동기 연결부의 일례를 포함하는, 도넛 형상의 전력 평면 인쇄 회로 기판 층의 사진이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체의 형태인, 장치의 분해도이다.
도 12a 및 도 12b는, 예컨대, 도 11에 도시된 것과 유사한 또는 그와 같은 모터 조립체의 일부의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중간 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 11 또는 도 12a 및 도 12b에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 중간 플레이트의 모터측 면의 사시도를 도시하는 도 13a(1), 및 도 3a(1)에 도시된 중간 플레이트의 전력 평면측 면의 사시도를 도시하는 도 13a(2); 및 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 11 또는 도 12a 및 도 12b에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 중간 플레이트의 일측 면의 사진을 도시하는 도 13b를 포함한다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른 단부 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 11 또는 도 12a 및 도 12b에 도시된 모터 조립체 디바이스 내에 구성하기 위한, 단부 플레이트의 팬측 면의 사시도를 도시하는 도 14a, 및 도 14a에 도시된 단부 플레이트의 중간 플레이트측 면의 사시도를 도시하는 도 14b를 포함한다.
도 15는, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 라벨링되고 식별된 모터 프레임, 중간 플레이트, 단부 플레이트, 및 팬을 갖는 모터 조립체의 사진을 도시한다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전력 평면이 내부에 배열되고 인쇄 회로 기판(PCB) 및 매트릭스 변환기로 구성된 모터 단부 플레이트의 사진을 도시한다.
도 17은, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 화살표를 포함하는, 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 공간 엔벨로프를 내부에 갖는 단부 플레이트의 평면도를 도시하는 도 17a; 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 단부 플레이트의 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 대응하는 화살표를 갖는, 도 17a의 단부 플레이트의 측단면도를 도시하는 도 17b; 및 본 발명의 일부 실시예에 따른, 원형의 전력 모듈 배열체, 전력 평면의 낮은 인덕턴스 입력 및 통합형 출력 연결부, 예컨대, 전력 평면 상에 장착된 저온의 전자 구성요소, 및 전력 품질 필터 커패시터를 포함하는, 공간 엔벨로프 내에 배열된 다양한 모듈 및 구성요소를 갖는, 도 17b의 단부 플레이트의 측단면도를 도시하는 도 17c를 포함한다.
도 18a는 모두가 본 발명의 일부 실시예에 따른, 모터 조립체의 일부를 형성하는 전력 모듈 레이아웃을 도시한다.
도 18b는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 게이트 구동기 전력 공급부, 클램프 회로 제어부, 입력 필터 커패시터, 클램프 커패시터 및 제어 카드가 상부에 조립된 전력 평면 회로 기판을 갖는, 단부 플레이트에 배열된 매트릭스 변환기의 최종 조립체의 사진을 도시한다.
도면은 가능한 구현예의 예를 포함하고; 본 발명의 범주가 그에 도시된 구현예에 제한되는 것으로 의도되지는 않는다. 예를 들어, 본 발명의 범주는 도면에 도시된 것 이외의 또는 그에 더하여 다른 구현예를 포함하는 것으로 의도되고, 실시예들이 그러한 구현예를 사용하여 고려되는데, 이는 전체로서 본 출원서에 개시된 근원적인 본 발명의 사상 내에서 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체의 형태인, 장치의 분해도이다.
도 2a 및 도 2b는, 예컨대, 도 1에 도시된 것과 유사한 또는 그와 같은 모터 조립체의 일부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중간 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 1 또는 도 2에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 중간 플레이트의 모터측 면의 사시도를 도시하는 도 3a, 및 도 3a에 도시된 중간 플레이트의 전력 평면측 면의 사시도를 도시하는 도 3b를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 단부 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 1 또는 도 2에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 단부 플레이트의 팬(fan)측 면의 사시도를 도시하는 도 4a, 및 도 4a에 도시된 단부 플레이트의 중간 플레이트측 면의 사시도를 도시하는 도 4b를 포함한다.
도 5는, 예컨대, 모두가 본 발명의 일부 실시예에 따른, 라벨링되고 식별된 모터 프레임, 중간 플레이트, 단부 플레이트, 단자 박스 및 팬을 갖는 모터 조립체의 사진을 도시하는 도 5a; 단자 박스의 부분 분해도를 포함하는 모터 조립체의 사시도를 도시하는 도 5b; 모터와 중간 플레이트 조합, 단부 플레이트, 팬 및 시라우드(shroud)의 부분 분해도를 포함하는 모터 조립체의 사시도를 도시하는 도 5c; 및 자립형(self-contained) 구동 모듈 조립체의 분해도를 도시하는 도 5d를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 전력 평면의, 전력 기능의 일부를 구현하기 위한 양방향 스위치의 도면을 도시하는 도 6a를 포함하고, 또한 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전력 기능의 일부를 구현하기 위한 양방향 스위치 전력 모듈의 일례의 사진을 도시하는 도 6b를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 주 전력 공급부, 제어기, 게이트 구동 층, 클램프 커패시터(CC) 및 입력 필터 커패시터(IFC)의 일례로 구성된, 매트릭스 변환기를 갖는 전력 평면이 내부에 배열된 모터 단부 플레이트의 사진을 도시한다.
도 8은 40 HP EMD("가변 주파수 또는 속도 구동부라고도 알려짐) 입력 전압 및 전류 파형의 전형적인 그래프를 도시한다.
도 9는, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 화살표를 포함하는, 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 공간 엔벨로프를 내부에 갖는 단부 플레이트의 평면도를 도시하는 도 9a를 포함하고; 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 단부 플레이트의 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 대응하는 화살표를 갖는, 도 9a의 단부 플레이트의 측단면도를 도시하는 도 9b를 포함한다.
도 10은 도 10a 및 도 10b를 포함하는데, 도 10a는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 하나의 가능한 클램프 레지스터 구현예의 일례를 갖는 단부 플레이트의 사진이고; 도 10b는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 3개의 션트 레지스터(shunt resistor)에 대한 연결부 및 게이트 구동기 연결부의 일례를 포함하는, 도넛 형상의 전력 평면 인쇄 회로 기판 층의 사진이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하기 위한 모터 조립체의 형태인, 장치의 분해도이다.
도 12a 및 도 12b는, 예컨대, 도 11에 도시된 것과 유사한 또는 그와 같은 모터 조립체의 일부의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른 중간 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 11 또는 도 12a 및 도 12b에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 중간 플레이트의 모터측 면의 사시도를 도시하는 도 13a(1), 및 도 3a(1)에 도시된 중간 플레이트의 전력 평면측 면의 사시도를 도시하는 도 13a(2); 및 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 11 또는 도 12a 및 도 12b에 도시된 모터 조립체 내에 구성하기 위한, 중간 플레이트의 일측 면의 사진을 도시하는 도 13b를 포함한다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른 단부 플레이트를 도시하는데, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 도 11 또는 도 12a 및 도 12b에 도시된 모터 조립체 디바이스 내에 구성하기 위한, 단부 플레이트의 팬측 면의 사시도를 도시하는 도 14a, 및 도 14a에 도시된 단부 플레이트의 중간 플레이트측 면의 사시도를 도시하는 도 14b를 포함한다.
도 15는, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 라벨링되고 식별된 모터 프레임, 중간 플레이트, 단부 플레이트, 및 팬을 갖는 모터 조립체의 사진을 도시한다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전력 평면이 내부에 배열되고 인쇄 회로 기판(PCB) 및 매트릭스 변환기로 구성된 모터 단부 플레이트의 사진을 도시한다.
도 17은, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 화살표를 포함하는, 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 공간 엔벨로프를 내부에 갖는 단부 플레이트의 평면도를 도시하는 도 17a; 본 발명의 일부 실시예에 따라 작동 시, 내부 허브 부분으로부터 멀리 그리고 단부 플레이트의 주연 부분을 향하여 흐르는 열을 표현하는 대응하는 화살표를 갖는, 도 17a의 단부 플레이트의 측단면도를 도시하는 도 17b; 및 본 발명의 일부 실시예에 따른, 원형의 전력 모듈 배열체, 전력 평면의 낮은 인덕턴스 입력 및 통합형 출력 연결부, 예컨대, 전력 평면 상에 장착된 저온의 전자 구성요소, 및 전력 품질 필터 커패시터를 포함하는, 공간 엔벨로프 내에 배열된 다양한 모듈 및 구성요소를 갖는, 도 17b의 단부 플레이트의 측단면도를 도시하는 도 17c를 포함한다.
도 18a는 모두가 본 발명의 일부 실시예에 따른, 모터 조립체의 일부를 형성하는 전력 모듈 레이아웃을 도시한다.
도 18b는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 예컨대, 게이트 구동기 전력 공급부, 클램프 회로 제어부, 입력 필터 커패시터, 클램프 커패시터 및 제어 카드가 상부에 조립된 전력 평면 회로 기판을 갖는, 단부 플레이트에 배열된 매트릭스 변환기의 최종 조립체의 사진을 도시한다.
도면은 가능한 구현예의 예를 포함하고; 본 발명의 범주가 그에 도시된 구현예에 제한되는 것으로 의도되지는 않는다. 예를 들어, 본 발명의 범주는 도면에 도시된 것 이외의 또는 그에 더하여 다른 구현예를 포함하는 것으로 의도되고, 실시예들이 그러한 구현예를 사용하여 고려되는데, 이는 전체로서 본 출원서에 개시된 근원적인 본 발명의 사상 내에서 구성될 수 있다.
기본 장치(10)
도 1 및 도 11은, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스(도시되지 않음)를 구동하기 위한 모터 조립체(10)를 포함할 수 있거나 또는 그의 형태를 취할 수 있는, 대체적으로 10, 10'으로 나타낸 장치를 도시한다. 모터 조립체(10)는 고정자(J)(도 2a, 도 2b; 도 12a, 도 12b 참조)가 내부에 배열된 모터 프레임(MF)을 갖는 모터(M), 모터(M)에 커플링된 회전자(R), 베어링 하우징 플랜지 부분(A)(도 2a, 도 2b; 도 12a, 도 12b 참조)을 갖는 중간 플레이트(E), 베어링 조립체(BA)를 갖는 대체적으로 H로 표시된 후방 모터 베어링 조립체, 전방 및 후방 그리스 리테이너(B, C), 팬(F), 통합형 절연 층(G), 개스킷 조립체(GA)(도 11), 단부 플레이트(D), 전력 평면(P)(도 2a, 도 2b, 도 11, 도 12a, 도 12b) 및 시라우드(S)를 포함한다. 모터 프레임(MF)은 또한 단자 박스(TB)를 포함하는데, 이는 예컨대, 도 1 및 도 11에 도시된 바와 같다. 전력 평면(P)은, 이후에 펌프 또는 다른 회전 디바이스를 구동하기 위하여 사용되는 모터(M)의 작동을 제어하도록 구성된, 예컨대, 가변 주파수 구동부를 포함하는 전자기기를 포함하도록 구성될 수 있다. 전력 평면(P)은, 예컨대, 도 6 내지 도 10b와 도 16, 도 17c, 도 18a 및 도 18b에 도시된 것과 관련하여, 더 상세히 설명된다.
일례로서, 그리고 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 모터 조립체(10)는 새롭고 고유한 중간 플레이트(E), 단부 플레이트(D), 또는 이들의 조합을 특징으로 할 수 있거나 또는 그로 구성될 수 있는데, 예컨대, 이는 도 3 및 도 4와 관련하여 아래에서 설명되는 것과 일관된다.
도 3 및 도 13: 중간 플레이트(E)
예를 들어, 도 3 및 도 13은 중간 플레이트(E, E', E'')를 도시하는데, 각각의 중간 플레이트는 2개의 면(S1, S2)을 갖고, 이는 중심 부분(E1), 중간 부분(E2), 및 주연 부분(E3)을 갖는 모터측 면(S1)을 포함한다.
중간 부분(E2)은 중심 부분(E1)의 내원주부(E1')와 주연 부분(E3) 사이에 구성될 수 있는데, 이는 도 3a 및 도 13a(1)에 도시된 것과 일관된다. 중간 부분(E2)은, 중심 부분(E1)의 내원주부(E1')의 일부로부터 연장되고 주연 부분(E3)을 향하여 외향으로 (예컨대, 서로로부터 멀리) 발산되는 다수의 내부 방사상 냉각 핀(E2')을 포함하여, 내부 열 전도 능력을 감안하여 중심 부분(E1)으로부터 주연 부분(E3)으로 열을 전달할 수 있다.
주연 부분(E3)은 주연 부분(E3)으로부터 멀리 발산되는 다수의 외부 방사상 냉각 핀(E3'')을 갖는 외원주 표면(E3')을 포함하여, 외부 열 대류 능력을 감안하여 열을 주변 공기로 전달할 수 있다.
중심 부분(E1)은, 모터 베어링 조립체(H)를 수용하도록 구성된 그리고 또한 회전자(R)를 수용하고 그와 결합하기 위하여 개구(O)로 구성된 베어링 하우징 플랜지 부분(A)(또한 도 1 및 도 2a, 도 2b; 도 11, 도 12a, 도 12b 참조)을 포함할 수 있다. 모터 조립체(10)는 회전자(R)와 회전자(R) 상에 배열된 모터 베어링 조립체(H)(도 1 및 도 2a, 도 2b; 도 11, 도 12a, 도 12b)의 조합을 포함할 수 있다.
도 3b, 도 13a(2)는, 예컨대, 냉각 핀이 없는 대응하는 중간 부분(E2, 2)을 갖는 매끈한 면일 수 있는, 2개의 면 중 전력 평면측 면(S2)을 도시한다.
모터 조립체(10)는, 중간 플레이트(E) 및 단부 플레이트(D)와 관련하여 배열되고, 전도, 대류 및 복사로부터의 모든 형태의 열 전달을 포함하는 열 전달의 속도를 감소시키도록 구성된 열 절연체(TI)(도 1), 또는 절연 층(G)(도 12a 및 도 12b)을 포함할 수 있다.
도 13b는 대체적으로 E''으로 표시된 중간 플레이트의 대안 실시예를 도시한다. 도 13a, 도 13b의 유사한 요소들은 유사한 도면 부호로 라벨링되어 있다. 일례로서, 도 13a, 도 13b 각각의 중간 플레이트(E')와 중간 플레이트(E'') 사이의 한 가지 차이는 중간 플레이트(E')가, 예컨대, 도 3a에 또한 도시된 베어링 하우징 플랜지 부분(A)을 포함하지만 중간 플레이트(E'')는 이를 포함하지 않는다는 것이다. 복수의 실시예가 고려되고, 본 발명의 범주는 그러한 베어링 하우징 플랜지 부분(A)을 갖는 중간 플레이트를 포함하는 것으로 의도되고, 그리고 그렇지 않은 실시예도 고려된다.
도 3에 도시된 것과 일관되게, 내부 방사상 냉각 핀(E2')은 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 중간 부분(E2) 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다. 외부 방사상 냉각 핀(E3'')은 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 주연 부분(E3) 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다. 일례로서, 그리고 도 3에 도시된 것과 일관되게, 중간 플레이트(E)는 내부 방사상 냉각 핀(E2')보다 많은 외부 방사상 냉각 핀(E3'')으로, 예컨대, 두 배보다 더 많은 경우를 포함하여, 구성될 수 있다. 도 3a에서, 중간 플레이트(E)는 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 (예컨대, 36개를 갖는 도 13a(1)의 중간 플레이트(E')와 비교하여) 30개의 내부 방사상 냉각 핀(E2')을 갖고서 도시되어 있다. 도 3a에서, 중간 플레이트(E(1))는 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 (예컨대, 94개를 갖는 도 13a(1)의 중간 플레이트(E')와 비교하여) 48개의 외부 방사상 냉각 핀(E3')을 갖고서 도시되어 있다. 그러나, 본 실시예의 범주가 내부 방사상 냉각 핀(E2')의 개수, 외부 방사상 냉각 핀(E3'')의 개수, 또는 내부 방사상 냉각 핀(E2')의 개수와 외부 방사상 냉각 핀(E3'')의 개수 사이의 수치적 관계에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 복수의 실시예가 고려되고, 본 발명의 범주는 내부 방사상 냉각 핀(E2')의 개수 및 외부 방사상 냉각 핀(E3'')의 개수가 도 3에 도시된 것보다 많거나 적은 구현예를 포함하는 것으로 의도된다. 복수의 실시예가 또한 고려되고, 본 발명의 범주는 내부 방사상 냉각 핀(E2')의 개수와 외부 방사상 냉각 핀(E3'')의 개수 사이의 수치적 관계가 도 3에 도시된 것과 상이한 구현예를 포함하는 것으로 의도된다.
도 3 및 도 13a(1)에서, 중간 플레이트(E', E'')는, 예컨대, 모터 프레임(MF)(도 1 및 도 11)과 같은 모터 조립체의 일부 다른 부분에 중간 플레이트(E', E')를 커플링하기 위하여 체결구(도시되지 않음)를 수용하기 위한 개구부(E5')로 구성된 외부 보유 부재(E5)를 포함하는, 그리고, 예컨대, 모터 프레임(MF)(도 1 및 도 11)과 같은 모터 조립체의 일부 다른 부분에 중간 플레이트(E', E'')를 커플링하기 위하여 체결구(도시되지 않음)를 수용하기 위한 개구부(E6')로 구성된 2개 또는 3개의 외부 보유 부재(E6)를 포함하는, 기초적인 본 발명 그 자체의 일부를 형성하지 않을 수 있는 다른 특징부를 포함한다.
사실상, 본 명세서에서 설명되는 본 발명에 따른 중간 플레이트 실시예는 하기와 같이 몇몇 고도로 설계된 요소들을 갖는 시스템으로 이루어진다:
일례로서, 모터 조립체(10)는 하기 요소로 이루어진, 열 효율을 개선하기 위한 특수 설계된 모터 케이싱으로 구성될 수 있다:
1) 모터 단부 플레이트로 또한 지칭되고 그로서 알려진 중간 플레이트(E)는 구리, 알루미늄, 또는 주철로 제조될 수 있는데, 여기서 후방 모터 베어링 또는 베어링 하우징(H)이 중간 플레이트(E) 내에 포함되어 있다. 중간 플레이트(E)는 펌프의 비구동 단부 베어링, 모터의 고정자(S) 및 회전자(R)로부터 열을 멀리 전도시키도록 최적화될 수 있고, 전력 평면(P)의 일부를 형성하는 전자기기를 동시에 절연시킬 수 있다. 본 발명에 따른 이러한 혁신적인 구성은 도 1 및 도 11에 도시된 바와 같이 중간 플레이트(E 또는 E') 내측에 베어링 하우징 플랜지 부분(A)을 배치할 것이고, 그와 같이, 중간 플레이트(E 또는 E')는 이어서 효과적으로 회전자(R)에 대한 구조적 지지부가 될 것이다.
2) 특수 히트 싱크 핀(E2', E3'')은 더 높은 열 효율을 감안하여 낮은 가청 노이즈 및 증가된 표면적을 위하여 설계될 수 있다.
3) 원형 설계의 고유한 기하학적 형태가 최적화된 공간 및 제조의 용이성을 제공하기 위하여 구현될 수 있다.
4) 전력 전자 모듈(도 1 및 도 11) 및 전자기기(도 2 및 도 12a)의 구성을 허용하는 원형의 기하학적 형태가 구현될 수 있는데, 이는 냉각 팬(F)(도 1 및 도 11)에 동력공급하기 위하여 회전자/샤프트(R)가 통과하게 한다.
중간 플레이트(E 또는 E')는 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
중간 플레이트(E 또는 E')는 후방 모터 베어링(H)을 하우징하도록 구성될 수 있다;
중간 플레이트(E 또는 E')는 전력 평면 구성요소(P)에 관련하여 구성될 수 있다;
중간 플레이트(E 또는 E')는 베어링 오일/그리스 튜브로 구성되거나 그와 통합될 수 있다.
중간 플레이트(E 또는 E')는 열이 축방향에 비해 반경방향으로 방향전환될 수 있도록 구성될 수 있다. 중간 플레이트(E 또는 E')는 또한, 방사상 냉각 핀(E2')을 사용하여 모터(M)의 모터 단부 권선으로부터 중간 플레이트(E 또는 E')의 주연 부분 또는 에지(E3)로 열을 방향전환하도록 구성될 수 있다.
중간 플레이트(E 또는 E')는 모터 단부 권선으로부터 고정자(J) 외부의 공기 흐름으로의 열 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
중간 플레이트(E 또는 E')는 베어링 조립체(H)를 통하여 주변으로의 회전자(R)를 위한 열 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
중간 플레이트(E 또는 E')는 회전자(R)를 위한 구조적 지지부를 생성하고 제공하도록 구성될 수 있다.
전방 그리스 리테이너(B) 및 후방 그리스 리테이너(C)는 또한 중간 플레이트(E 또는 E')와 함께 사용될 수 있다.
이러한 중간 플레이트(E 또는 E') 외부 상의 통합형 절연 층(G)은 중간 플레이트 히트 싱크로부터 전력 변환기 영역으로의 열 흐름을 제한하고, 단부 플레이트 전자기기 영역 내로의 열을 제한한다.
최소화된 열 접촉이 개스킷 조립체(GA)의 일부를 형성하는 절연 개스킷(G)을 거쳐서 중간 플레이트(E 또는 E')와 단부 플레이트(D) 사이에서 구현될 수 있다.
중간 플레이트: 작동의 이론
중간 플레이트(E 또는 E')는 원형의 기하학적 형태를 내부 및 외부 히트 싱크 핀(E2', E3'')과 통합하는 고유한 설계로 구성되는데, 예컨대, 이는 도 1 및 도 11에 도시된 것과 일관된다. 내부 핀(E2')은 중간 플레이트(E 또는 E')의 내원주부(E1')를 따라서 위치되어, 회전자 베어링 하우징(H)에 대한 중심에 공간을 남겨둔다. 외부 핀(E3'')은 외부 대류 능력을 감안하여 중간 플레이트(E 또는 E')의 전체 외경부/원주를 가로질러 분포되는데, 예컨대, 이는 도 1 및 도 11에 도시된 것과 일관된다.
중간 플레이트(E 또는 E')는 또한, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 매끈하고 핀을 갖지 않는, 중간 플레이트(E)의 전자기기측 면 상의 얇은 절연 층(G)을 특징으로 한다. 이러한 얇은 절연 층(G)은 냉각 팬(F)에 동력공급하기 위하여 샤프트/회전자(R)가 통과하는 것을 여전히 허용하면서 전력 전자 모듈 및 전자기기를 위한 다양한 구성을 허용할 것이다. 이러한 설계의 주요 기능은 삼중적이다. 중간 플레이트(E 또는 E')는 모터(M) 및 모터의 회전자(R)를 위한 구조적 지지부, 비구동 단부를 위한 히트 싱크, 및, 예컨대, 단부 플레이트(D)의 일부를 형성하는, 전자기기 챔버를 위한 열 절연체로서 역할을 한다.
열 전도체는 통상, 그의 더 높은 레벨의 열 전도성 및 열 흡수 능력으로 인해 금속으로 제조된다. 그러므로, 일례로서, 중간 플레이트(E 또는 E')는 알루미늄, 구리, 또는 주철로 제조될 수 있다. 이러한 금속은 다른 특이한 재료와 비교하여 더 높은 레벨의 열 전도성, 우수한 구조적 강성을 갖고 비용 효율적이다.
작동 시, 중간 플레이트(E 또는 E')는 전도 및 대류에 의해 그의 기능을 달성하는데, 여기서 전도는 서로 접촉하고 있는 고체들 사이의 열 전달로 이해되고, 대류는 고체와 유체 사이의 열 전달로 이해된다. 전도는 베어링 하우징(H)을 통하여 샤프트/회전자(R)와 중간 플레이트(E 또는 E') 사이에서 일어날 것이고, 한편으로, 대류는 히트 싱크 핀(E2', E3'')과 대기 사이에서 일어난다.
작동 시, 예컨대, 요소(E3'')와 같은 공랭식 히트 싱크는 냉각 메커니즘으로서 역할을 할 수 있다. 그는 그가 접촉하고 있는 물체로부터 열을 전도하고 대류에 의해 열을 대기로 전달한다. 적절하게 기능하기 위하여, 히트 싱크는 주변 온도보다 고온이어야 하고 접촉 표면적은 효율적인 열 전달을 보장하기 위하여 최대로 되어야 한다. 본 모터 케이싱 설계의 상황에서, 중간 플레이트(E 또는 E')는 모터(M)의 전기 및 기계적 손실로부터 발생된 열을 외부의 주변 공기로 전도할 것이다.
회전자(R)로부터의 손실은, 예컨대, 회전자(R) 내에 위치된 알루미늄 바(bar)를 통하는 전류 흐름에 의해 야기된 전기적 손실(예컨대, 저항성 및 와상 전류)에 기인할 수 있다. 이러한 손실은 회전자(R)가 열을 모터의 공기 챔버 내로 방출하게 하고 샤프트/회전자(R) 내로 직접 전도하게 한다. 중간 플레이트(E 또는 E')는 이러한 열을 샤프트/회전자(R)로부터 베어링 조립체(H)를 통한 중간 플레이트(E 또는 E') 내로의 전도에 의해, 그리고 모터의 내부 공기 챔버 내에 위치된 히트 싱크 핀(E2' 또는 E3'')을 통한 대류에 의해 흡수할 것이다.
열 절연체(G)의 목적은 2개의 고체들/유체들 사이의 열 전달의 속도를 감소시키는 것이다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 절연체는 전도, 대류, 및 복사의 형태이거나 그러한 형태를 취할 수 있는 모든 형태의 열 전달을 감소시킨다. 열 절연체는, 그의 열을 받아들이지 않는 능력으로 인해, 열 전도성에 대해 높은 저항을 갖는 재료로 통상 제조된다. 그러므로, 절연 층은 운모, 유리섬유, 열가소성 물질, 또는 낮은 레벨의 열 전도성 및 우수한 구조적 강성을 갖는 일부 저가 재료로 제조될 것이다.
이러한 설계는, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 중간 플레이트(E 또는 E')에 부착되는 추가 층을 통하여 중간 플레이트(E 또는 E') 내에 통합된다. 이러한 절연 층(G)은 운모, 또는 일부 다른 최적의 절연체로 구성될 수 있고, 이는 전력 평면(P)의 일부를 형성하는 전자 구성요소를 위한 열 절연체로서 역할을 한다. 절연체는 히트 싱크 핀(E2' 또는 E3'')을 향하여 열을 방향전환시키기 위하여 모터(M)에서 비롯된 손실에 대한 장벽으로서 역할을 한다. 중간 플레이트(E 또는 E')는 또한 베어링 하우징(H)을 하우징하고, 이는 이어서 회전자 및 모터 샤프트(R)를 지지한다.
중간 플레이트(E 또는 E')의 전체 설계는 그를 다수의 기능들을 동시에 수행하는 신규한 요소로 만든다. 중간 플레이트(E)는 모터(M)의 비구동 단부를 기계적으로 지지하고, 중간 플레이트(E 또는 E')의 중심에 수용된 샤프트 베어링의 부착으로 인해 회전자(R)가 회전하는 것을 허용한다. 중간 플레이트(E 또는 E')는 모터 열을 모터 본체의 외부로 효율적으로 전도하여, 모터(M)가 효율적인 온도에서 신뢰성 있게 운전되게 한다. 세 번째로, 절연체(G)는 전자기기를 상승된 모터 온도로부터 절연시키고, 구성요소가 그의 최대 정격 미만의 온도에서 작동하게 한다.
이점
본 발명의 이점은 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
1) 종래 기술에서 현재 생성된 것보다 높은 전력 레벨에서 내장형 전자 모터 구동부(예컨대, 가변 주파수 구동부)의 제조를 허용한다.
2) 종래 기술에서 현재 생성된 것보다 높은 전력 레벨에서 현재 산업용 모터와 동일한 풋프린트(footprint)로 가변 속도 모터의 제조를 허용한다.
3) 내부 및 외부 히트 싱크 핀(E2' 또는 E3'') 둘 모두를 통하여, 중간 플레이트(E)는 모터 권선의 열, 및 비구동 단부 베어링의 열 둘 모두를 위한 열 전도성 경로를 제공한다.
4) 통합형 절연체를 통하여, 중간 플레이트(E 또는 E')는 모터로부터의 열이 민감한 전자기기를 통과하는 것을 방지하기 위한 장벽을 제공한다.
5) 그의 소형 크기로 인해, 중간 플레이트(E 또는 E')는, 예컨대, 매트릭스 변환기가 부식제, 수분을 포함하는 위험한 장소, 및 클래스(Class) 1, 디비전(Division) 2 위험 장소 내에도 또한 설치되도록 설계되게 허용한다.
도 4 및 도 14: 단부 플레이트(D, D')
도 4는 2개의 면을 갖는 단부 플레이트(D, D') 형태의 적어도 하나의 플레이트를 도시하는데, 팬측 면(FS)은 중심 부분(D1), 중간 부분(D2), 주연 부분(D3)을 갖는다.
중심 부분(D1)은 회전자(R)(도 1 및 도 11)를 수용하고 그와 관련하여 단부 플레이트(D, D')를 배열하기 위한 개구(O)로 구성될 수 있다.
중간 부분(D2)은 중심 부분(D1)의 내원주부(D1')와 주연 부분(D3) 사이에 구성될 수 있다. 중간 부분(D2)은, 중심 부분(D1)의 내원주부(D1')로부터 연장되고 주연 부분(D3)을 향하여 외향으로 발산되는 내부 방사상 냉각 핀(D2')을 포함하여, 내부 열 전도 능력을 감안하여 중심 부분(D1)으로부터의 주연 부분(D3)으로 열을 전달할 수 있다.
주연 부분(D3)은 단부 플레이트(D)로부터 멀리 외향으로 발산되는 외부 방사상 냉각 핀(D3'')을 갖는 외원주 표면(D3')(도 4b 및 도 14b에 나타난 바와 같이 가장 잘 도시됨)을 포함하여, 외부 열 대류 능력을 감안하여 열을 주변 공기로 전달할 수 있다.
도 4b 및 도 14b는, 예컨대, 냉각 핀이 없는 대응하는 중간 부분(D2, 2)을 갖는 매끈한 면일 수 있는, 2개의 면 중 중간 플레이트측 면(MPS)을 도시한다.
전력 평면(P)은 가변 주파수 구동부의 전자기기를 포함하는 전기 구성요소를 포함할 수 있고, 단부 플레이트(D, D')는, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 매끈한 면(MPS)이 전력 평면(P)을 향하고 있도록 구성될 수 있다. 전자기기 모듈(EM)은, 예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전력 평면(P)과 매끈한 면(MPS) 사이에 배열될 수 있다.
도 4 및 도 14에 도시된 것과 일관되게, 내부 방사상 냉각 핀(D2')은 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 중간 부분(D2) 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다. 외부 방사상 냉각 핀(D3'')은 서로로부터 실질적으로 균일하게 그리고 등거리로 이격된 주연 부분(E3) 상에 그리고 그를 중심으로 구성될 수 있다. 일례로서, 그리고 도 4에 도시된 것과 일관되게, 단부 플레이트(D, D')는, 도 4a 및 도 14a에 도시된 바와 같이, 내부 방사상 냉각 핀(D2')이 외부 방사상 냉각 핀(D3'')을 향하여 외향으로 연장 및 발산되고 그와 연결되도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 실시예의 범주가 내부 방사상 냉각 핀(D2')의 개수, 외부 방사상 냉각 핀(D3'')의 개수, 또는 내부 방사상 냉각 핀(D2')과 외부 방사상 냉각 핀(D3'') 사이의 수치적 또는 물리적 관계에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 복수의 실시예가 고려되고, 본 발명의 범주는 내부 방사상 냉각 핀(D2')의 개수 및 외부 방사상 냉각 핀(D3'')의 개수가 도 4a 및 도 14a에 도시된 것보다 많거나 적은 구현예를 포함하는 것으로 의도된다. 복수의 실시예가 또한 고려되고, 본 발명의 범주는, 예컨대, 도 4a 및 도 14a에 도시된 것과 비교하여, 내부 방사상 냉각 핀(D2')과 외부 방사상 냉각 핀(D3'')이 연결되지 않은 경우, 그리고 내부 방사상 냉각 핀(D2')의 개수가 외부 방사상 냉각 핀(D3'')의 개수보다 많거나 적은 경우를 포함하는, 내부 방사상 냉각 핀(D2')과 외부 방사상 냉각 핀(D3'') 사이의 물리적 관계가 도 4 및 도 14에 도시된 것과 상이한 구현예를 포함하는 것으로 의도된다.
도 4 및 도 14에서, 단부 플레이트(D', D'')는, 예컨대, 모터 프레임(MF)(도 1 및 도 11)과 같은 모터 조립체의 일부 다른 부분에 단부 플레이트(D', D')를 커플링하기 위하여 체결구(도시되지 않음)를 수용하기 위한 개구부(D5')로 구성된 외부 보유 부재(D5)를 포함하는, 그리고, 예컨대, 모터 프레임(MF)(도 1 및 도 11)과 같은 모터 조립체의 일부 다른 부분에 단부 플레이트(D', D'')를 커플링하기 위하여 체결구(도시되지 않음)를 수용하기 위한 개구부(D6')로 구성된 2개 또는 3개의 외부 보유 부재(D6)를 포함하는, 기초적인 본 발명 그 자체의 일부를 형성하지 않을 수 있는 다른 특징부를 포함할 수 있다.
앞서 설명된 것에 더하여, 그리고 추가 예로서, 모터 조립체(10)의 몇몇 다른 고도로 설계된 요소들은 또한 단부 플레이트(D, D')를 포함할 수 있고; 전자기기를 수용하고 열 효율을 개선시키기 위한 특수 설계된 모터 케이싱은 또한 하기를 포함할 수 있다:
모터 단부 플레이트(D, D')는, 예컨대, 알루미늄과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 단부 플레이트(D, D')는, 예컨대, 중간 플레이트(E)와 단부 플레이트(D, D') 사이의 열 접촉을 최소화하기 위하여 절연 개스킷(GA)을 가짐으로써, 단부 플레이트 엔벨로프의 내부에 수용된 전자기기(P 및/또는 EM)로부터 열을 멀리 전도하도록 최적화될 수 있다.
특수 히트 싱크 핀(D2', D3'')은 더 높은 열 효율을 감안하여 낮은 가청 노이즈 및 증가된 표면적을 위하여 설계될 수 있다.
원형으로 설계된 고유한 기하학적 형태가 최적화된 공간 및 제조의 용이성을 제공하기 위하여 구현될 수 있다.
전력 전자 모듈 및 전자기기(도 2 및 도 17c)의 구성을 허용하는 원형의 기하학적 형태가 구현될 수 있는데, 이는 냉각 팬(F)에 동력공급하기 위하여 샤프트(R)가 통과하게 한다.
단부 플레이트: 작동의 이론
단부 플레이트(D, D')의 설계는 원형의 기하학적 형태를 포함하는데, 이는 중간 플레이트측 면 상의 대체적으로 D7로 표시된 전자기기 하우징 챔버 및 단부 플레이트(D)의 팬측 면 상의 히트 싱크 핀(D2', D3'')을 형성하는 것으로 이루어진다. (도 4b에 도시된 바와 같이, 전자기기 하우징 챔버(D7)는 단부 플레이트(D, D')의 중심 부분(D1)과 주연 부분(D3) 사이의 중공형 중간 부분으로서 형성된다.) 이러한 설계는 전자 구성요소(P, EM)(도 2)가 단부 플레이트(D)의 전자기기 하우징 챔버(D7)의 내부에 수용되게 하고, 히트 싱크 핀(D2', D3'')으로 인해 충분한 냉각을 제공한다. 전자기기 하우징 챔버(D7)는 단부 플레이트(D, D')의 하나의 매끈한 중간 플레이트측 면 상에 통합되는데, 여기서 내경부는 전력 전자 모듈 및 인쇄 회로 기판이 설치되기 위한 공간(room)을 허용하도록 도 4b에 도시된 바와 같이 중공이다. 히트 싱크 핀(D2', D3'')은, 모터 샤프트 중심 또는 중심 부분(D1)으로부터 연장되고 외향으로 그리고 외부 축방향 표면을 가로질러 연장된 방사상 배열로 단부 플레이트(D, D')의 팬측 면 상에 형성된다. 히트 싱크 핀(D2', D3'')은 "중간 플레이트"(E, E')로 지칭되는 베어링 지지 플레이트 상에 구축된 것과 동일한 기본 패턴을 공유한다. (도 3 및 도 13). 단부 플레이트(D, D')는 또한 냉각 팬(F)(도 1 및 도 2)에 동력공급하기 위하여 샤프트/회전자(R)가 통과하게 하는 공간을 중심에 갖는다. 단부 플레이트(D, D')의 기능은 이중적이다: 즉, 전자기기로부터 방출되는 폐열에 대한 히트 싱크로서 역할을 하고, 전자 구성요소에 장착될 장소를 제공하고 전자 구성요소가 거친 환경으로부터 보호되게 하는 밀봉형 인클로저로서 역할을 한다.
단부 플레이트(D, D')는 전도 및 대류 둘 모두에 의해 제기능을 한다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 그리고 앞서 설명된 것과 일관되게, 전도는 서로 접촉하고 있는 고체들 사이의 열 전달이고, 대류는 고체와 유체 사이의 열 전달이다. 전도는 단부 플레이트(D, D')의 내부 면에 장착되는 전력 모듈(예컨대, EM)로 인해 일어날 것이다. 전자 인쇄 회로 기판, 및 구성요소는 작동하는 동안 폐열을 생성할 것이다. 이러한 열은 단부 플레이트의 히트 싱크 특징에 의해 흡수될 것이다. 이어서, 모든 열은 핀(D2', D3'') 및 냉각 팬(F)을 통하여 대류에 의해 방출될 것이다. 대류는 히트 싱크 핀(D2', D3'')과 주변 공기 사이에서 주로 일어날 것이다.
열 전도체로서, 이러한 설계는 금속으로 구성될 때 가장 잘 작동할 수 있다. 이는 그의 더 높은 레벨의 열 전도성 및 열 흡수 능력으로 인한 것이다. 그러므로, 단부 플레이트(D, D')는 전형적으로 알루미늄과 같은 금속으로 제조될 것이다. 일례로서, 이러한 재료는 다른 고려사항들보다 그의 구조적 강성, 열을 극도로 잘 전도하는 능력, 및 비용 효율성을 위하여 선택되었지만, 본 발명의 범주는 현재 공지되어 있거나 장차 나중에 개발될 다른 유형 또는 종류의 금속을 포함하는 것으로 의도된다.
단부 플레이트(D, D')는, 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중간 플레이트(E, E')와 냉각 팬(F) 사이에 장착될 수 있다. 중간 플레이트(E, E')와 단부 플레이트(D, D') 사이의 열 접촉은, 도 2에 도시된 바와 같이, 열 절연체(G)를 통하여 제한된다. 이는 모터 및 베어링에서 비롯된 폐열로부터 전자기기를 차폐한다. 단부 플레이트(D, D')는 전체적으로 구성요소들을 위한 인클로저로서 역할을 하고 그들을 거친 환경 및 과도한 열 둘 모두로부터 보호한다.
전자기기를 열로부터 차폐하는 것에 더하여, 이러한 설계는 또한 그러한 열을 주변 공기 내로 축출할 수 있고 실행가능한 작동 온도를 유지할 수 있다. 이러한 기능은 히트 싱크 핀(D2', D3'') 및 냉각 팬(F) 둘 모두에 의해 달성된다. 핀(D2', D3'')들이 단부 플레이트(D, D')의 넓은 표면적을 따라 분포되어 있기 때문에, 이들은 열을 전력 모듈 및 공기 챔버로부터 단부 플레이트 챔버의 외부로 전도하는 능력을 갖는다. 일단 단부 플레이트 챔버의 외부로 나오면, 열은 대류에 의해 제거된다. 냉각 팬(F)은 단부 플레이트(D, D')의 금속(예컨대, 알루미늄) 핀들의 전체 표면에 걸쳐 적절한 공기 흐름을 제공하고 그들의 최대 정격 미만으로 구성요소의 온도를 유지하는 것을 돕는다.
히트 싱크(D2', D3'')는 냉각 메커니즘으로서 역할을 한다. 그는 그가 접촉하고 있는 물체로부터 열을 전도하고 대류에 의해 열을 대기로 전달한다. 적절하게 기능하기 위하여, 히트 싱크 핀(D2', D3'')은 주변 온도보다 고온이어야 하고 접촉 표면적은 효율적인 열 전달을 보장하기 위하여 최대로 되어야 한다. 단부 플레이트(D, D')에 관하여, 이는 가변 주파수 구동부(VFD)의 공기 챔버 및 전력 모듈 둘 모두로부터 발생된 열을 흡수하여 이를 외부 주변 공기로 전달할 것이다.
전체적으로, 단부 플레이트(D, D')의 설계는 작동 동안 그가 다수의 기능을 수행하게 한다. 첫 번째로, 이는 모든 전자기기를 수용하기 위하여 보호 인클로저를 제공한다. 두 번째로, 이는 구성요소 내의 손실에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 히트 싱크로서 역할을 하고, 그에 의해 구성요소를 과도한 온도로부터 보호한다. 단부 플레이트(D, D')의 고유한 기하학적 형태는 이러한 구성요소가 통상 위험한 영역에 대해 등급이 매겨진 표준 전기 모터와 동일한 엔벨로프 내에 배치되는 것을 허용한다. 마지막으로, 히트 싱크 핀(D2', D3'') 및 냉각 팬(F)은 단부 플레이트(D, D') 전체에 걸쳐 열 분포를 다루는 것을 돕는다. 모든 이러한 특징부에 의해, 단부 플레이트(D, D')는 전자기기가 작동 중에 부드럽게 운전되게 하고 최대 정격 미만으로 그의 온도를 유지하게 한다.
이점:
본 발명의 이점은 하기를 포함할 수 있다:
외부 히트 싱크 핀(D2', D3'')을 통하여, 단부 플레이트(D, D')는 전력 모듈의 열을 위한 열 전도성 경로를 제공한다.
전자 가변 속도 구동부가 현재의 전기 모터(M)의 풋프린트 내에 수용되게 한다.
소형 크기로 인해, 이는 전력 전자기기가 부식제 또는 수분을 포함하는 위험한 장소 내로 설치되는 것을 가능하게 한다
현재 생성된 것보다 높은 전력 레벨에서 내장형 전자 모터 구동부의 제조를 허용한다
전력 전자기기는 모터 단부 플레이트(D, D') 내에 하우징될 것이고 중간 플레이트(E, E')들 사이에 밀봉될 것이다.
단부 플레이트(D, D') 설계는 모터로부터의 용이한 제거 및 전력 및 통신 연결부의 용이한 연결해제를 가능하게 할 것이다.
조합된 단부 플레이트/중간 플레이트 설계는 IP66 보호를 가질 것이다. 모든 배선/케이블은 밀봉되어, 중간 플레이트(E)에 있는 정적 밀봉부를 통하여 모터(M)로, 단부 플레이트(D, D')를 통하여 중간 플레이트(E, E')로, 외경부(OD) 및 내경부(ID)에서 밀봉되는 단부 플레이트 전력 전자기기로 지나간다. 샤프트/중간 플레이트에 있는 동적 밀봉.
도 5a 내지 도 5d
도 5a 및 도 5b는 모터, 모터 구동부, 구동 인터페이스 및 외부 전력 배선, 그리고, 도시된 바와 같이, 전력 인덕터(PI)가 내부에 배열된 단자 박스 하우징에 대한 밀봉된 분기점(junction point)을 제공하는 주 단자 박스(TB)가 상부에 배열된 모터 조립체(10)를 도시한다. 주 단자 박스(TB)는 단자 박스 커버(TBC), 단자 박스 개스킷(TBG), 및 단자 박스 하우징(TBH) 상에 단자 박스 커버를 부착하기 위한 단자 박스 스크류를 포함한다.
도 5c는 모터 조립체를 분해도로 도시하는데, 이는 모터 프레임(MF)에 대한 단부 플레이트(D)의 전기 및 기계적 연결부의 단순함을 예시한다. 도 5c는 또한 단부 플레이트(D)가 도 5d에 도시된 바와 같이 완성된 자립형 구동 모듈인 것을 도시하는데, 이는 이전 단부 플레이트가 고장난 경우에 적합한 환경에서 수리하기 위하여 또는 새로운 단부 플레이트(D) 구동 모듈로의 빠른 교체를 위하여 휴대성을 제공하여, 모터 조립체 기술 분야에서 고유한 "플러그 앤 플레이(Plug and Play)" 스타일을 전체 모터 조립체 설계에 제공한다. 일례로서, 도 5c는 단자 박스 커넥터 와이어(CW)(예컨대, 이는 구체적으로 도시된 것보다 와이어가 더 많거나 더 적을 수 있음), 커넥터 커버(CC), 커넥터 하드웨어(CH), 먼지 밀봉부(DS) 및 단부 플레이트 장착 하드웨어(MH)를 도시한다.
도 5d는, 예컨대, 단부 플레이트(D), 단자 박스(TB), 와이어 채널(WC), 커넥터 커버(CC), 커넥터 커버 하드웨어(CCH), 전자기기 모듈(EM)(또한 도 7 및 도 10b 참조), 단부 플레이트 커버 개스킷/절연체(GI), 단부 플레이트 커버(EC) 및 단부 플레이트 커버 하드웨어(ECH)를 포함하는 자립형 구동 모듈 조립체를 도시한다.
요약하면, 도 5c 및 도 5d에 도시된 것과 일관되게, 단부 플레이트(D)를 분해하기 위한 방법은 하기와 같다:
1) 시라우드 하드웨어(도시되지 않음) 및 시라우드(S)(도 5c)를 제거하고,
2) 팬 고정 스크류/하드웨어(도시되지 않음) 및 팬(F)(도 5c)을 제거하고,
3) 커넥터 커버 하드웨어(CCH) 및 커넥터 커버(CC)를 제거하고,
4) 단부 플레이트 커넥터(도시되지 않음)를 단자 박스 커넥터 와이어(TBCW)로부터 연결해제하고,
5) 단부 플레이트 장착 하드웨어(ECH) 및 자립형 구동부 단부 플레이트(D) 모듈(EM)을 제거한다.
자립형 구동부 단부 플레이트(D) 모듈(EM)은 교체될 수 있고 단부 플레이트(D)는 동일한 단계를 사용하여 재조립될 수 있다.
도 6 내지 도 10b: 전력 평면(P)
일부 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 본 발명은, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스를 구동하도록 모터 조립체를 작동시키기 위하여, 예컨대, 전력 및 제어 기능을 제공하도록 구성된 전력 평면(P)을 갖는 또는 그의 형태로 된 시스템 또는 장치로 이루어질 수 있다. 전력 평면(P)은 하기와 같이 몇몇 고도로 설계된 요소들을 특징으로 한다:
일례로서, 전력 평면(P)은 원형의 기하학적 형태를 가질 수 있고, 이는 단부 플레이트(D, D') 상에서 내부 허브 부분(D1)과 주연 부분(D3) - 이는 단부 플레이트(D, D')의 공간 엔벨로프(SE)(전자기기 하우징 챔버(D7)(도 4b, 도 5d 및 도 14b 참조)라고도 알려짐) 둘레에 원주방향으로 연장됨 - 사이에 형성된 유사한 원형의 기하학적 형태(예컨대, 도 1, 도 4, 도 9, 도 11, 도 14 참조)를 갖는 공간 엔벨로프(SE)(도 5d 및 9b) 내에 장착될 수 있다. 전력 평면(P)은, 예컨대, 전력 층, 제어 층 및 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층(P(1))을 갖는 다층 회로 기판 또는 조립체일 수 있다. 전력 층은 전력을, 예컨대, 펌프 또는 회전 디바이스의 모터(M)에 제공하기 위한 원형의 전력 모듈(P/CM)(예컨대, 도 17c 참조)과 같은 고온의 전력 모듈을 포함한다. 제어 층은 모터(M)에 제공되는 전력을 제어하기 위한 전력 품질 필터 커패시터(IFC)(예컨대, 도 17c 참조)와 같은 저온의 제어 전자기기 모듈을 포함한다. 도 10b의 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층(P(1))은 전력 층과 제어 층 사이에 구성되고, 전력 평면의 전력 모듈과 제어 층의 제어 전자기기 모듈 사이에 전기적 연결 경로를 제공하고, 또한 전력 층과 제어 층 사이에 열 절연을 제공한다.
일례로서, 전력 평면(P)은 적어도,
1) 요소(P/CM)(예컨대, 도 10b 및 도 17c 참조)와 같은 전력 모듈 및 요소(IFC)(예컨대, 도 10b 및 도 17c 참조)와 같은 제어 전자기기 모듈을, 예컨대, 도 10b에 도시된 요소(P(1))와 같은 열 장벽의 서로 반대편인 면들 상에 장착하는 것을 허용하도록,
2) 요소(P/CM)와 같은 전력 모듈과 요소(IFC)와 같은 제어 전자기기 모듈을 함께 상호연결하기 위한, 그리고 입력/출력 전력 연결부(피크(PEEK) 지지부(PS(2))에 관하여, 입력 단계 연결부에 관하여, 그리고 연결부를 갖는 입력 단계 와이어에 관하여 도 18a 참조)와 요소(P/CM)(예컨대, 도 17c 참조)와 같은 전력 모듈과 요소(IFC)(예컨대, 도 17c 참조)와 같은 제어 전자기기 모듈을 상호연결하기 위한 전기적 연결 경로(예컨대, 도 7 및 도 18b의 연결부(C1, C2, C3) 및 게이트 구동기 또는 층 연결부(GDC) 참조)를 제공하도록, 그리고
3) 요소(P/CM)(예컨대, 도 17c 참조)와 같은 전력 모듈, 요소(IFC)(예컨대, 도 17c 참조)와 같은 제어 전자기기 모듈 및 모터(M)의 샤프트 또는 회전자(R) 중 하나 이상으로부터 방출된 열을 절연하고/하거나 더 큰 공기 흐름이 존재하는 전력 평면의 외경부로 지향시키도록 구성될 수 있는데, 예컨대, 이는 도 9a 및 도 9b에 도시된 것과 일관된다.
전력 평면(P)은, 전력 층 및 제어 층을 장착하기 위한 최대 공간을 제공하기 위한 단부 플레이트(D, D')의 공간 엔벨로프(SE) 내에 끼워맞추기 위하여 그리고 냉각 팬(F)(도 1 및 도 11 참조)에 동력공급하도록 샤프트 또는 회전자(R)가 통과하게 하기 위하여 도 10b의 요소(P(1))와 같은 도넛 형상의 전력 평면 인쇄 회로 기판 또는 조립체로서 구성될 수 있다.
전력 층은, 예컨대, 요소(P/CM)(도 17c)와 같은 고온의 전력 모듈의 배열체로 구성될 수 있다. 제어 층은, 예컨대, 요소(IFC)(도 7 및 도 17c)와 같은 저온의 제어 전자 구성요소 및 전력 품질 필터 구성요소의 배열체로 구성될 수 있다. 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층(P(1))은 제어 층을 일 면 상에 그리고 전력 층을 반대측 면 상에 장착하기 위하여 구조적 두께 및 강도를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 유리섬유 재료는 전력 층과 제어 층 사이의 열 전달을 감소시키기 위하여 절연을 제공하도록 구성된다.
전력 층 및 제어 층은, 예컨대, 도 10b 및 도 18b에 예를 들어 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제어 카드, 클램프 커패시터, 게이트 구동기 전력 공급부 등을 포함하여 본 명세서에 개시된 것과 일관되게, 본 발명의 사상 내에서 다른 모듈 또는 구성요소를 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
작동의 이론:
사실상, 전력 평면(P)(또한, 도 1 및 도 11 참조)은 단부 플레이트(D, D')(도 1 및 도 17b)의 공간 엔벨로프(SE)(예컨대, 도 17b 참조) 내부에 장착될 구성요소이다. 이는 동일한 원형의 기하학적 형태를 공유하는데, 이는 냉각 팬(F)(도 1 및 도 11)에 동력공급하기 위하여 샤프트 또는 회전자(R)가 통과하게 할 것이다. 일례로서, 원형의 기하학적 형태는 도넛 형상 또는 디스크 유사형상의 형태를 취할 수 있거나, 그로서 특징지어질 수 있는데, 예컨대, 이는 본 명세서에 개시된 것과 일관된다. 이는 또한 그의 구성요소의 제조 및 설치의 용이함을 가능하게 할 것이다. 전력 평면(P)은, 예컨대, 도 6 내지 도 10b와 관련하여 도시되고 설명된 몇몇 요소로 이루어진다. 요소는 매트릭스 변환기 전력 모듈, 매트릭스 변환기 제어 전자기기, 전력 품질 필터 커패시터, 및 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있는데, 예컨대, 이는 본 명세서에 개시된 것과 일관된다. 전력 평면(P)의 기능은 삼중적이다: 즉,
(1) 전력 모듈 및 제어 전자 구성요소의 장착을 허용하는 신규한 기하학적 형태를 제공하고,
(2) 상부에 장착된, 전력 모듈 및 제어 전자 구성요소를 포함하는 모든 모듈 및 구성요소를 위한 전기적 연결 경로를 제공하고, 그리고
(3) 모든 전자 전력 모듈, 제어 전자기기 및 모터 샤프트(R)(도 1 및 도 11)로부터 방출된 열을 절연/지향시킨다.
매트릭스 변환기는, 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 표현되는 전력 평면(P) 상에 구성된 주 시스템인데, 도 6은, 예컨대 원하는 전력 기능(도 6a)을 구현하기 위하여 IGBT 기법을 사용한, 양방향 스위치를 도시하는 도 6a를 포함하고, 또한 원하는 전력 기능을 구현하기 위한 양방향 스위치 전력 모듈의 일례의 사진을 도시하는 도 6b를 포함한다. (당업자가 인식하는 바와 같이, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)는 개발된 그대로 높은 효율과 빠른 스위칭을 조합하게 된 전자 스위치로서 주로 사용되는 3단자 전력 반도체 디바이스이다. 예를 들어, Infineon Technologies AG가 그러한 IGBT 기법을 사용한 다양한 제품을 공급하였다.) 도 6a에 도시된 이러한 회로를 갖는 목적은 매트릭스 변환기가 고정된 전압 및 주파수의 AC 입력을 원하는 AC 출력 파형으로 변환하게 하기 위한 것이다. 전통적으로, 종래 기술에서, 입력 AC 전력은 AC 출력으로 합성되기 전에 DC 파형으로 변환되어야 할 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 매트릭스 변환기는 적은 단계들로 그리고 적은 구성요소들로 이러한 공정을 실행하도록 구성될 수 있다. 전자 모듈들 사이에서, 전력 품질 필터(IFC)는 주요 구성요소로서 구성될 수 있다(도 7 참조). 그러한 경우에, 그의 기능은 전기 노이즈 및 고조파 왜곡의 레벨을 감소시키는 것인데, 예컨대, 이는 도 8에 도시된 것과 일관된다. 본 발명에 따른 일부 실시예에서, 이러한 전력 품질 필터 구성요소는 바람직하게는 매트릭스 변환기에 가능한 한 더 가까운 요소(P(1))와 같은 인쇄 회로 기판 상에 직접 부착될 수 있다. 이는 매트릭스 변환기 전자기기로부터 나오는 왜곡의 양을 감소시키는 그의 능력을 상당히 개선시킨다. 전력 평면(P)의 전체적인 기하학적 형태 및 크기는 전력 모듈 및 제어 전자기기에 대한 제조 및 설치의 용이함을 가능하게 한다.
도 1 및 도 11에 도시된 전체적인 모터 조립체의 이러한 전력 평면 부분에서, 열은 적어도 2개의 소스, 즉 전력 반도체 모듈 및 샤프트 또는 회전자(R)(도 1 및 도 11)로부터 방출될 것이다. 본 명세서에서 설명되는 것과 일관되게, 전력 반도체 모듈은 도 17c에 도시된 원형의 전력 모듈 배열체 또는 도 18a에 도시된 전력 모듈 레이아웃, 도 10b의 전력 모듈 및 클램프 모듈 레이아웃 또는 도 10b의 전력/클램핑 모듈의 레이아웃 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 중간 플레이트(E, E')(예컨대, 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3; 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13 참조)가 전자기기를 보호하는 절연 층으로 구성될 수 있지만, 샤프트 또는 회전자(R)로부터의 잔열이 여전히 존재할 가능성이 있을 것이다. 이는 팬측 면과 모터 조립체의 중간 플레이트 부분(도 1 및 도 11) 사이의 온도 차이로 인한 것이다. 또한, 전력 평면(P) 내의 반도체가 작동 중에 자연스럽게 열을 발생시키는 것으로 이해된다. 문제는 전자기기가 적절하게, 예컨대, 전자기기의 고장점 미만에서 작동하기 위하여 작동 온도를 유지해야 하는 것이다.
그러므로, 열의 절연 및 소산이 전력 평면(P)이 수행하여야 하는 2가지 기능이다. 전자(former)와 관련된 절연은 본 명세서에 개시된 다층 회로 기판 구현예를 통하여 달성된다. 다층 회로 기판은, 일례로서, 그의 두께 및 강도를 증가시키는, 유리섬유와 같은 적층 재료로 구성될 수 있다. 유리섬유는 절연 적용예를 위하여 사용된 강하고 경량인 재료인 것으로 공지되어 있고 그렇게 이해된다. 이는 전력 평면(P)이 고온의 전력 모듈과, 전력 품질 커패시터와, 제어 전자기기 사이의 열 장벽으로서 역할을 하게 한다.
후자(latter)의 경우, 열은 단부 플레이트(D, D') 상에 위치된 히트 싱크 핀(D2' 및/또는 D3'')(도 4 및 도 14)을 통하여 소산될 것이다. 히트 싱크 핀(D2' 및/또는 D3'')들은 공랭될 것이고 냉각 메커니즘으로서 역할을 할 것이다. 이들은 전도 및 대류, 즉 2가지 형태의 열 전달에 의해 작동하는데, 전도는 서로 접촉하고 있는 고체들 사이의 열 전달로 이해되는 한편, 대류는 고체와 유체 사이의 열 전달로 이해된다. 열 전달은 먼저 인쇄 회로 기판과 반도체 사이에서 일어날 것이다. 이어서, 이는 단부 플레이트(D, D') 및 히트 싱크 핀(D2' 및/또는 D3'') 내로 이동할 것이다. 마지막으로, 열 핀(D3'')과, 예컨대, 전체 모터 조립체(10)(도 1)를 둘러싸는 주변 공기 사이에서 대류가 일어나서 열을 분산시킨다. 적절하게 기능하기 위해서, 핀(D3'')은 더 냉각되어 열을 흡수하여야 하고 열을 주변 공기 내로 확산시키기에 충분히 높은 온도로 상승되어야 한다. 전력 평면(P)이 또한 유사한 기하학적 형태를 단부 플레이트(D)의 중간 부분(D2)과 공유하기 때문에, 열은 표면을 따라서 균일하게 분포될 것이다.
이러한 다중 목적의 전력 평면(P)의 전체 구성은 그가 최신 기술에 중요한 기여를 하게 한다. 단부 플레이트(D, D')로부터의 공간 엔벨로프(SE)(도 4b, 도 5d, 도 17b)는 전체 전력 평면(P)을 위한 공간을 할당하고 그가 전력 모듈 및 제어 전자기기 둘 모두를 지지하는 것을 허용한다. 더욱이, 전력 평면(P)은 단부 플레이트(D)로부터 히트 싱크 핀(D2' 및/또는 D3'')으로 접근하여, 그가 작동가능 온도에서 전자기기를 냉각시키는 것을 가능하게 한다. 층 또는 요소(P(1))의 유리섬유 회로 기판 구성은 우수한 절연체로서 역할을 하여, 고온의 전력 반도체를 민감한 제어 전자기기 및 전력 품질 커패시터로부터 분리시킨다. 이러한 조합된 구성요소들은 전력 평면(P)이 작동 조건을 용이하게 하고 최대 온도 레벨 미만에서 제어 전자기기의 온도를 잘 유지하게 한다.
이점
이러한 전력 평면 실시예의 이점은 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
인쇄 회로 기판 층(P(1))은 고온의 전력 모듈과 저온의 제어 전자기기 및 전력 품질 커패시터 영역 사이의 열 장벽으로서 역할을 하도록 구성될 수 있다.
전체 전력 평면 구현예는, 예컨대, 도 9에 도시된 것에 의해 가장 잘 표현된 바와 같이, 열을 더 큰 공기 흐름이 존재하는 외경부로 그리고 제어 회로로부터 멀리 지향시키도록 구성될 수 있다.
전체 인쇄 회로 기판 조립체는 전력 품질 커패시터와 전력 반도체 모듈 사이에 낮은 인덕턴스 및 저항 입력을 제공하고, 그에 의해 전자기 간섭을 감소시키는데, 예컨대, 이는 도 8의 그래프에 도시된 것과 일관된다.
전체 전력 평면 구현예는 전력 평면(P) 내로 통합되는 고유한 소형 전력 품질 필터 배열체로 구성될 수 있다.
전체 전력 평면 구현예는, 최소 고조파 왜곡을 생성하고 대부분의 전력 품질 이상으로부터 가변 주파수 전자기기를 보호하는 내장형 전력 품질 필터로 구성될 수 있다.
전체 전력 평면 구현예는 모터 단부 플레이트(D)의 공간 엔벨로프(SE) 내에 끼워맞추기 위하여, 예컨대, 요소(P(1))와 같은 형상의 고유한 도넛 형상의 전력 평면 인쇄 회로 기판(PCB)으로 또는 그로서 구성되어, 최대 공간 활용을 제공할 수 있고 구조 및 제조를 단순화할 수 있다. (일례로서, 도 1 및 도 11에 도시된 것, 및 도 7, 도 16 및 도 18b에 도시된 것 참조)
도넛 형상은 냉각 팬(F)에 동력공급하기 위하여 모터 샤프트 또는 회전자(R)(도 1 및 도 11)가 통과하게 한다.
전체 전력 평면 구현예는 조립의 용이성 및 크기의 소형화를 위하여, 예컨대, 도 18b에 도시된 바와 같이, 전력 모듈, 회로 또는 구성요소와 제어 모듈, 회로 또는 구성요소 둘 모두를 하나의 통합형 인쇄 회로 기판 조립체로 조합한다.
전체 전력 평면 구현예는 입력/출력 전력을 위한 상호연결부, 전류 센서, 게이트 구동기(GDPS), 클램프 제어 회로(CCs), 전력/클램프 반도체 모듈, 전력 품질 커패시터(IFC)를, 예컨대 제한된 배선 및 커넥터가 필요한 상태로, 제공하고, 따라서 강인하고 신뢰성 있는 작동을 가능하게 한다.
전체 전력 평면 구현예는 전기 모터의 공간 엔벨로프 내에서 그리고 시장에서 현재 생성된 것보다 높은 전력 레벨에서 내장형 전자 모터 구동부의 제조를 허용한다.
모터 프레임 또는 케이싱(MF)(도 5a 및 도 15)은 히트 싱크로서 효과적으로 활용되어, 전력 평면(P) 및 매트릭스 변환기 구성의 열적으로 최적화된 작동 및 소형 크기를 가능하게 한다.
본 발명의 범주
본 명세서에서 달리 언급되어 있지 않다면, 본 명세서의 특정 실시예에 관하여 설명된 특징부, 특성, 대안예 또는 변형예의 어느 것도 본 명세서에서 설명된 임의의 다른 실시예와 함께 적용, 사용, 또는 포함될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서의 도면은 축적에 따라 그려져 있지 않다.
비록 본 발명이 그의 예시적인 실시예에 대하여 설명되고 예시되었으나, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 상기의 그리고 다양한 다른 추가 및 생략이 그 안에서 그리고 그에 대해 이루어질 수 있다.
Claims (18)
- 모터 조립체를 포함하는 장치로서,
공간 엔벨로프(space envelope)의 내부에 장착되는 원형의 기하학적 형태로 구성되는 전력 평면을 포함하고, 상기 공간 엔벨로프는 단부 플레이트 상에서 내부 허브 부분과 주연 부분 사이에 형성된 원형의 기하학적 형태를 갖고, 상기 주연 부분은 상기 단부 플레이트의 공간 엔벨로프 둘레에 원주방향으로 연장되고, 상기 전력 평면은 적어도,
모터에 전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전력 모듈을 갖는 전력 층(power layer),
상기 모터에 제공된 상기 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈을 갖는 제어 층, 및
상기 전력 평면의 상기 적어도 하나의 전력 모듈과 상기 제어 층의 상기 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈 사이에 전기적 연결 경로를 제공하고, 또한 상기 전력 층과 상기 제어 층 사이에 절연을 제공하는, 상기 전력 층과 상기 제어 층 사이의 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층을 갖는 다층 회로 기판 또는 조립체로서 구성되고,
상기 적어도 하나의 전력 모듈은, 일정 전압 및 주파수의 AC 파형을 갖는 AC 입력 시그널링(signaling)을 수신하고 상기 모터를 구동하기 위한 변환된 전압 및 주파수의 변환된 AC 파형을 갖는 변환된 AC 시그널링을 제공하여, 매트릭스 변환기의 일부로서 구성된 매트릭스 변환기 전력 모듈을 포함하고,
상기 제어 층은 전기 노이즈 및 고조파 왜곡의 레벨을 감소시키도록 구성된 적어도 하나의 전력 품질 필터 구성요소를 포함하고,
상기 적어도 하나의 전력 품질 필터 구성요소는 상기 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층 상에 직접 부착되고 상기 매트릭스 변환기에 물리적으로 가깝게 또는 그 옆에 구성되어 상기 매트릭스 변환기 내의 매트릭스 변환기 전자기기로부터 방출되는 왜곡의 양을 감소시키는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 전력 평면은 적어도
상기 적어도 하나의 전력 모듈 및 상기 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈을 열 장벽의 서로 반대편인 면들 상에 장착하는 것을 허용하도록,
상기 적어도 하나의 전력 모듈과 상기 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들을 함께 상호연결하기 위한, 그리고 입력/출력 전력 연결부와 상기 적어도 하나의 전력 모듈과 상기 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들을 상호연결하기 위한 상기 전기적 연결 경로를 제공하도록, 그리고
상기 전력 평면의 외경부로, 상기 적어도 하나의 전력 모듈, 상기 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈들 및 상기 모터의 샤프트 중 하나 이상으로부터 방출된 열을 절연하거나, 지향시키거나, 절연하고 지향시키도록 구성되는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 전력 평면은, 상기 전력 층 및 상기 제어 층을 장착하기 위한 최대 공간을 제공하기 위한 상기 단부 플레이트의 공간 엔벨로프 내에 끼워맞추기 위하여 그리고 냉각 팬을 구동하도록 모터 회전자의 샤프트가 통과하게 하기 위하여 도넛 형상의 전력 평면 인쇄 회로 기판 또는 조립체로서 구성되는, 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전력 층은 전력 모듈로 구성되고;
상기 제어 층은 상기 전력 모듈보다 저온인 제어 전자 모듈 및 구성요소 및 전력 품질 필터 구성요소로 구성되고;
상기 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층은 상기 제어 층을 일 면 상에 그리고 상기 전력 층을 반대측 면 상에 장착하기 위하여 구조적 두께 및 강도를 갖는 재료로 구성되고, 상기 재료는 상기 전력 층과 상기 제어 층 사이의 열 전달을 감소시키기 위하여 절연을 제공하도록 구성되는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층은, 구조적 강도를 제공하고 상기 전력 층의 전력 반도체를 상기 제어 층의 상기 전력 반도체보다 저온인 제어 전자기기 및 전력 품질 커패시터로부터 분리하기 위한 절연체로서 역할을 하는 유리섬유를 포함하는 적층된 재료로 구성되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 층은, 전력 평면의 인덕턴스 입력 및 통합형 출력 연결부와 커플링하도록, 상기 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층의 일 면 상에 구성된 원형의 전력 모듈 배열체를 포함하는, 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 전력 평면은 내부에 통합된 소형 전력 품질 필터를 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 평면은, 최소 고조파 왜곡을 생성하고 가변 주파수 구동부 전자기기를 전력 품질 이상으로부터 보호하도록 구성된 내장형 전력 품질 필터를 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 평면은 조립의 용이성 및 크기의 소형화를 위하여 전력 회로와 제어 회로 둘 모두를 하나의 통합형 인쇄 회로 기판 구성으로 조합하도록 구성되는, 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전력 평면은 전류 센서, 적어도 하나의 게이트 구동기, 전력 공급부, 클램프 회로, 전력 반도체 모듈 및 전력 품질 커패시터 중 하나 이상의 조합을 포함하고;
상기 전기적 연결 경로는 입력/출력 전력 연결부와, 상기 전류 센서, 상기 적어도 하나의 게이트 구동기, 상기 전력 공급부, 상기 클램프 회로, 상기 전력 반도체 모듈 및 상기 전력 품질 커패시터 중 하나 이상의 조합을 상호연결하도록 구성되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치는 상기 단부 플레이트를 포함하고;
상기 내부 허브 부분은 모터 회전자의 샤프트를 수용하도록 구성되고;
상기 주연 부분은 상기 적어도 하나의 전력 모듈 및 적어도 하나의 제어 전자 모듈에 의해 발생되는 열을 상기 단부 플레이트로부터 멀리 소산(dissipation)시키도록 구성된 열 핀(heat fin)을 포함하는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 장치는 히트 싱크로서 활용되도록 구성된 모터 케이싱(casing)을 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 장치는 회전 디바이스 또는 펌프를 구동하기 위한 모터 조립체인, 장치.
- 회전 디바이스 또는 펌프를 구동하기 위한 모터 조립체로서,
도넛의 기하학적 형태를 갖는 공간 엔벨로프로 구성되는 단부 플레이트 - 상기 공간 엔벨로프는 모터의 샤프트를 수용하는 내부 허브 부분과 상기 공간 엔벨로프의 둘레에 원주방향으로 연장된 주연 부분 사이에 형성되고, 상기 주연 부분은 상기 단부 플레이트로부터 멀리 소산하도록 구성된 열 핀을 가짐 -; 및
도넛의 기하학적 형태로 구성되고 상기 공간 엔벨로프 내에 장착되는 전력 평면을 포함하고, 상기 전력 평면은 적어도,
상기 모터에 전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전력 모듈을 갖는 전력 층,
상기 모터에 제공된 상기 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈을 갖는 제어 층, 및
상기 전력 평면의 상기 적어도 하나의 전력 모듈과 상기 제어 층의 상기 적어도 하나의 제어 전자기기 모듈 사이에 전기적 연결 경로를 제공하고, 또한 상기 전력 층과 상기 제어 층 사이에 절연을 제공하는, 상기 전력 층과 상기 제어 층 사이의 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층을 갖는 다층 회로 기판 또는 조립체로서 구성되고,
상기 적어도 하나의 전력 모듈은, 일정 전압 및 주파수의 AC 파형을 갖는 AC 입력 시그널링(signaling)을 수신하고 상기 모터를 구동하기 위한 변환된 전압 및 주파수의 변환된 AC 파형을 갖는 변환된 AC 시그널링을 제공하여, 매트릭스 변환기의 일부로서 구성된 매트릭스 변환기 전력 모듈을 포함하고,
상기 제어 층은 전기 노이즈 및 고조파 왜곡의 레벨을 감소시키도록 구성된 적어도 하나의 전력 품질 필터 구성요소를 포함하고,
상기 적어도 하나의 전력 품질 필터 구성요소는 상기 열 장벽 및 인쇄 회로 기판 층 상에 직접 부착되고 상기 매트릭스 변환기에 물리적으로 가깝게 또는 그 옆에 구성되어 상기 매트릭스 변환기 내의 매트릭스 변환기 전자기기로부터 방출되는 왜곡의 양을 감소시키는, 모터 조립체.
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