KR102656081B1 - 전기 기계용 고정자 및 전기 기계 - Google Patents

전기 기계용 고정자 및 전기 기계 Download PDF

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유하 피뢰넨
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라펜란난-라덴 테크닐리넨 료피스토 엘유티
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Abstract

전기 기계의 고정자는, 고정자 코어 구조체(101) 및 상기 고정자 코어 구조체에 의해 기계적으로 지지되는 복수의 고정자 코일들(102a~102f)을 포함한다. 상기 고정자 코일들의 각각은 전기전도체들 및 상기 전기전도체들의 길이방향으로 냉각 유체를 유도하기 위한 냉각관(103)을 포함한다. 상기 고정자는 상기 고정자 코어 구조체와 열전도성 기계적 접촉을 갖는 냉각 부재들(104a~104c)을 포함한다. 상기 냉각 부재들은 상기 냉각 유체를 유도하기 위한 채널들을 포함하고, 상기 고정자 코일들의 냉각관들은 상기 냉각 부재들을 통해 서로 연결된다. 상기 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체로부터 철 손실에 의해 야기된 열을 상기 냉각 유체로 전달한다. 또한, 상기 냉각 부재들은 상기 고정자 코일들의 냉각관들 사이로 냉각 유체를 유도하기 위한 매니폴더로서 작용한다.

Description

전기 기계용 고정자 및 전기 기계
본 발명은 일반적으로는 회전하는 전기 기계류의 냉각에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전기 기계의 고정자(stator)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기 기계에 관한 것이다.
전기 모터 또는 발전기와 같은 회전하는 전기 기계에 있어서, 로터의 전자기적 활성 부분들과 전기 기계의 고정자 사이에 자속(magnetic flux)이 발생된다. 방사상 자속형 전기 기계에 있어서, 최대 토크는 고정자의 에어갭(air-gap) 반경, 상기 에어갭의 표면적, 상기 에어갭의 자속밀도 및 상기 에어갭 표면에서의 선형 전류밀도의 곱에 비례한다. 따라서, 전기 기계의 기계적 크기의 증가 없이, 상기 최대 토크는, 철의 포화점이 초과되었을 때 자속밀도는 실제적으로 더이상 증가될 수 없으므로, 상기 선형 전류밀도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 상기 선형 전류밀도가 증가함에 따라, 전기 기계의 와인딩에서의 저항 손실(resistive losses)이 증가된다. 한편, 전기 기계의 기계 동력은 토크를 변화없이 유지하면서 회전 속도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 따라서, 전력 대 크기의 비율이 높은 전기 기계류는 전형적으로 고속 기계류이다. 그러나, 회전 속도의 증가에 따라 고정자 코어 구조에서의 자기장의 교체 주파수가 증가하며, 이에 따라 고속 기계류에서 철 손실, 즉 히스테리시스 및 특히 와전류(eddy current) 손실이 두드러질 수 있다. 따라서, 회전하는 전기 기계류의 작동에 있어서, 냉각이 중요한 역할을 하게 된다.
전기 기계의 고정자 와인딩을 냉각하는 효과적인 방법은 액체 냉각이며, 여기서 냉각 액체는 상기 와인딩의 전기전도체들과 접촉하고 있거나, 또는 적어도 그들에 근접해 있다. 고정자 와인딩의 액체 냉각은 일반적으로, 고정자 코일의 전기전도체들이 그 내부로 냉각 액체가 흐르게 하는 중공형일 수 있는 대형 터보 발전기들과 함께 사용된다. 예를 들어, UA73661 공보는 전기 기계의 액체 냉각된 고정자를 개시하고 있다. 상기 고정자는 수소 냉각되는 자기 코어 구조체 및 냉각 액체를 위한 중공 바(bar)들을 갖는 3상(three-phase) 와인딩을 포함한다. 일반적으로, 수소 냉각은 불안정하거나, 또는 대형 터보 발전기 이외의 전기 기계류에 대해서는 적어도 비용면에서 효율적이지 않다. 따라서, 고정자 와인딩뿐 아니라 고정자 코어 구조체에 대해서도 액체 냉각을 적용하기에 적합한 기술적 수단들이 요구된다.
US3157806 공보는 고정자 및 로터를 갖는 동기식(synchronous) 전기 기계를 개시하고 있다. 상기 고정자는 고정자 코어 구조체 및 상기 고정자 코어 구조체에 의해 기계적으로 지지되는 고정자 코일들을 포함하는 고정자 와인딩들을 포함한다. 상기 고정자 코일들의 각각은 전기전도체들 및 상기 전기전도체들의 길이방향으로 냉각 유체를 유도(conducting)하기 위한 냉각 채널을 포함한다. 상기 고정자는, 상기 고정자 코어 구조체와 열전도성 기계적 접촉을 갖고 냉각 액체를 유도하기 위한 채널들을 포함하는 냉각 부재들을 더 포함한다.
US2013285487 공보는 집중 와인딩들을 갖는 전기 기계의 고정자를 개시한다. 상기 와인딩들은 코일들을 포함하고, 상기 코일들은 그들의 전기전도체들의 길이방향으로 냉각 유체를 유도하기 위한 관형 냉각 채널들을 포함한다.
US2006145548 공보는 절연 몰드를 이용하여 몰딩된 코일 및 냉각 파이프를 포함하는 고정자 코일 모듈을 개시한다. 액체 냉각 분배 유닛이 전기 기계의 축방향 말단에 위치하며, 이는 상기 고정자 코일 모듈로 냉각 액체를 공급한다.
US2009261668 공보는 액체 냉각된 전기 기계의 외표면에 사용되기 위한 고정자의 냉각 부재를 개시한다.
GB851409 공보는 수냉각된 고정자 적층체들, 및 매니폴드를 통해 액체가 공급되는 와인딩들을 갖는 전기 기계를 개시한다.
GB893847 공보는 전기 기계의 축방향 말단에서 매니폴드를 통해 액체가 공급되는 수냉각된 고정자 와인딩들을 갖는 전기 기계를 개시한다.
이하에는, 본 발명의 다양한 구체예들의 일부 측면들의 기본적 이해를 제공하기 위해 단순하게 요약된 내용이 제공된다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 이는 본 발명의 핵심 또는 중요 부재들을 확정하도록 의도된 것이 아니고, 또한 본 발명의 범위를 상세하게 설명하려는 의도도 아니다. 하기의 요약은 단지 본 발명의 예시적 구체예들의 보다 상세한 설명을 위한 서막으로서 단순화된 형태로 본 발명의 일부 개념들을 제시한다.
본 명세서에서, 접두사로서 사용되는 용어 "기하학적"은, 반드시 어느 물리적 객체의 일부인 것은 아닌 기하학적 개념을 의미한다. 상기 기하학적 개념은, 예를 들어 기하학적 점, 기하학적 직선 또는 곡선, 기하학적 평면, 평면이 아닌 기하학적 표면, 기하학적 공간, 또는 0 차원, 일차원, 이차원 또는 삼차원의 임의의 다른 기하학적 개체일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 기계를 위한 신규의 고정자가 제공된다. 본 발명에 따른 고정자는 다음을 포함한다:
- 고정자 코어 구조체(stator core structure), 및
- 상기 고정자 코어 구조체에 의해 기계적으로 지지되는 복수의 고정자 코일들을 포함하는 고정자 와인딩(stator winding).
상기 고정자 코일들의 각각은 전기전도체들 및 상기 전기전도체들의 길이방향으로 냉각 유체를 유도하기 위한 냉각관을 포함한다. 상기 고정자는 상기 고정자 코어 구조체와 열전도성 기계적 접촉을 갖는 냉각 부재들(cooling elements)을 더 포함한다. 상기 냉각 부재들은 상기 냉각 유체를 유도하기 위한 채널들을 포함하고, 상기 고정자 코일들의 냉각관들은 상기 냉각 부재들을 통해 서로 연결된다.
상기한 냉각 부재들은 상기 고정자 코어 구조체로부터 철 손실(iron losses)에 의해 야기된 열을 상기 냉각 유체로 전달할 수 있다. 또한, 상기 냉각 부재들은 상기 고정자 코일들의 냉각관들 사이로 냉각 유체를 유도하기 위한 매니폴더로서 작용한다.
또한, 본 발명에 따르면, 신규의 전기 기계도 제공된다. 본 발명에 따른 전기 기계는 다음을 포함한다:
- 본 발명에 따른 고정자, 및
- 상기 고정자에 대해 회전가능하게 지지되는 로터.
본 발명의 비제한적인 예시적 구체예에 따른 전기 기계는 방사상 자속형 이너 로터 기계(radial flux inner rotor machine)이고, 여기서 상기 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체의 요크 섹션(yoke section) 상의 축방향 그루브(groove)들 내에 위치하고, 상기 냉각 부재들은 상기 고정자 코어 구조체의 에어갭 표면으로부터 반대쪽의(facing away) 그의 표면들 상에 냉각핀들을 포함한다. 상기 로터는, 예를 들어 상기 에어갭 및/또는 상기 로터의 축방향 냉각 채널들을 통해 공기나 다른 기체를 밀어내기 위한 송풍기 날개들(blower vanes)을 포함할 수 있고, 상기 전기 기계는 상기 공기나 다른 기체를 안내하여 상기 냉각핀들을 포함하는 상기 냉각 부재들의 상기 표면들을 따라 송풍기로 다시 순환시키기 위한 기계 구조체들을 포함할 수 있다. 이러한 구체예의 경우에, 상기 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체뿐 아니라 상기 로터를 냉각하는 공기나 다른 기체를 냉각시키도록 배열된다.
본 발명의 비제한적인 예시적 구체예들은 본 명세서에 첨부된 종속 청구항들에 기술되어 있다.
본 발명의 다양한 비제한적인 예시적 구체예들의 구성과 작동 방법 및 그들의 추가 목적들 및 유용성들은, 첨부된 도면들과 함께, 특정의 비제한적인 예시적 구체예들에 대한 하기의 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
본 명세서에서, 동사 "포함하다" 및 "함유하다"는 기술되지 않은 특징들의 존재를 배제하거나 요구하지 않는 개방적 한정의 의미로 사용된다. 종속 청구항들에 기술된 특징들은, 특별히 다른 언급이 없는 한, 상호 자유롭게 조합 가능하다. 또한, "하나", 즉 단수형의 사용은 본 명세서 전반에서 복수를 배제하지 않는 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 비제한적인 예시적 구체예들 및 그들의 이점들은, 다음의 첨부 도면들을 참조하여, 하기의 실시예들의 관점에서 더 상세하게 설명된다:
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 비제한적인 예시적 일구체예에 따른 전기 기계의 등각투영도를 나타내고,
도 1c 및 도 1d는 도 1a 및 도 1b에 도시된 전기 기계의 단면도들을 나타내고,
도 1e 및 도 1f는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 전기 기계의 냉각 부재들을 나타내며,
도 1g는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 전기 기계의 단면도를 나타내고, 상기 전기 기계에 작용하는 예시적인 자속을 나타내며,
도 1h는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 전기 기계의 고정자 코일을 구성하는 긴(elongated) 전도체 부재의 단면도를 나타내고,
도 2는 본 발명의 비제한적인 예시적 구체예에 따른 전기 기계의 개략도를 나타낸다.
하기의 설명에서 제공되는 특정 실시예들은 첨부된 청구범위의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 하기 설명에서 제공되는 실시예들의 리스트 및 그룹들은, 명백하게 언급하지 않는 한, 모든 것을 망라하는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 비제한적인 예시적 구체예에 따른 전기 기계의 등각투영도를 나타낸다. 도 1c 및 도 1d는 상기 전기 기계의 단면들을 나타낸다. 도 1a 내지 도 1d에 관한 보기 방향은 좌표계(199)로 표시된다. 상기 전기 기계는 본 발명의 비제한적인 예시적 구체예에 따른 고정자(100) 및 상기 고정자(100)에 대해 회전가능하게 지지되는 로터(120)를 포함한다. 상기 로터(120)의 회전축은 좌표계(199)의 z축에 평행하다. 상기 로터(120)를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링 배열은 도 1a 내지 도 1d에 도시되어 있지 않다. 고정자(100)는 강자성 재료로 만들어지거나 또는 적어도 강자성 재료를 포함하는 강자성 코어 구조체(101)를 포함한다. 상기 강자성 코어 구조체(101)는, 예를 들어 서로에 대해 전기적으로 절연되고 전기 기계의 축방향, 즉 좌표계(199)의 z 방향으로 적층되어 있는 강자성 시트들의 스택(stack)을 포함한다.
상기 고정자(100)는 고정자 코어 구조체(101)에 의해 기계적으로 지지되는 고정자 코일들(102a, 102b, 102c, 102d, 102e 및 102f)을 포함하는 고정자 와인딩을 포함한다. 상기 고정자 코일들(102a 내지 102f)의 각각은 전기 전도체들 및 상기 전기 전도체들의 길이방향으로 냉각 유체를 유도하기 위한 냉각관을 포함한다. 도 1a 내지 도 1d에서, 고정자 코일(102a)의 냉각관은 도면부호 103으로 표시된다. 각각의 고정자 코일은, 예를 들어 냉각관에 의해 구성되는 긴 전도체 부재의 적절한 수의 턴들(turns) 및 예를 들어 상기 냉각관의 단면이 실질적으로 상기 긴 전도체 부재의 단면의 중앙에 있도록 상기 냉각관 주위를 둘러싸도록 배열된 전기전도성 와이어들의 다발을 포함한다. 도 1h는 상기한 긴 전도체 부재(119)의 개략적 단면을 나타낸다. 상기 전기전도성 와이어들의 다발은 도면부호 116으로 표시된다. 상기 다발은, 예를 들어 100~200개의 구리선들을 포함할 수 있다. 예시적 경우에, 상기 다발은 리츠 와이어들로 구성된다. 이러한 예시적 경우에, 상기 다발의 각각의 와이어 자체는 꼬이거나 직조된 얇은 필라멘트들의 다발이다. 전기 기계의 공급 주파수가 낮은 경우에는, 고정자 코일을 구성하는 긴 전도체 부재는 전기전도성 와이어들 대신에 하나 이상의 전도체 바(bar)들을 포함할 수 있다. 각각의 고정자 코일은, 냉각관의 하나 이상의 턴들 및 상기 냉각관이 전기전도체의 턴들 가운데에 있도록 전기전도체의 다른 수의 턴들을 포함하는 것도 가능하다. 상기 고정자 코일들의 냉각관들은, 예를 들어 강철, 예를 들어 스테인레스 스틸로 제조될 수 있다.
상기 고정자(100)는 고정자 코어 구조체(101)와 열전도성 기계적 접촉 부위들을 갖는 냉각 부재들을 포함한다. 도 1a, 도 1c 및 도 1d에서, 3개의 냉각 부재들이 도면부호 104a, 104b 및 104c로 표시된다. 냉각 부재들은 냉각 유체를 유도하기 위한 채널들을 포함하고, 고정자 코일들(102a~102f)의 냉각관들은 상기 냉각 부재들을 통해 서로 연결된다. 그러므로, 냉각 유체는 냉각 부재들 및 고정자 코일들(102a~102f)의 냉각관들을 통해 흐르도록 구성된다. 따라서, 냉각 부재들은 철 손실에 의해 고정자 코어 구조체(101)로부터 야기된 열을 냉각 유체로 전달할 수 있다. 또한, 냉각 부재들은 고정자 코일들(102a~102f)의 냉각관들 사이에서 냉각 유체를 유도하기 위한 매니폴더로서 작용한다. 또한, 각각의 고정자 코일은 전기전도체들로 둘러싸인 둘 이상의 냉각관들을 포함하는 것도 가능하다. 이러한 예시적 경우에, 각각의 고정자 코일은 냉각 부재들에 연결되는 4개 이상의 관-말단들(tube-ends)을 포함한다. 냉각 부재들은, 예를 들어 알루미늄, 구리, 또는 높은 열전도성을 갖는 몇몇의 다른 적합한 물질로 제조될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 예시적 고정자는 냉각 부재들을 고정자 코일들(102a~102f)의 냉각관들에 연결하도록 배열된 연결관들을 포함한다. 도 1a, 1b 및 도 1d에서, 연결관들 중 2개가 도면부호 107 및 108로 표시된다. 상기 연결관들은 전기적으로 비전도성인 것이 유리하고, 상기 연결관들은, 예를 들어 폴리머로 제조될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 예시적 고정자(100)에 있어서, 고정자 코어 구조체(101)는 고정자 코어 구조체(101)를 통해 축방향으로 연장되며 냉각 부재들을 포함하는 공동(cavity)들을 포함한다. 그러나, 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체(101)의 요크 섹션의 표면 상에 부착된 편평한 모양의 부재들일 수도 있다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 예시적 경우에, 냉각 부재들을 위한 공동들은 상기 요크 섹션 상의 축방향 그루브들이다. 이러한 예시적 경우에, 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체(101)에 대향하지 않는(not against) 표면들, 즉 고정자 코어 구조체(101)의 에어갭 표면으로부터 반대쪽 표면들 상에 냉각핀들을 구비할 수 있다. 도 1b에서, 상기 냉각 부재(104a)의 냉각핀들은 도면부호 106으로 표시된다. 로터(120)는 에어갭을 통해 그리고/또는 로터(120)의 축방향 냉각 채널들을 통해 공기 또는 다른 기체를 밀어내기 위한, 즉 공기 또는 다른 기체를 고정자 구멍을 통해 푸싱하기 위한 송풍 날개들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 전기 기계는 공기나 다른 기체를 안내하여 상기 냉각핀들을 포함하는 냉각 부재들의 상기 표면들을 따라 송풍기로 재순환시키기 위한 기계 구조체들을 구비할 수 있다. 이러한 예시적 경우에, 상기 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체(101)뿐 아니라 상기 로터(120)를 냉각하는 공기나 다른 기체를 냉각시키도록 구성된다. 상기한 종류의 전기 기계의 개략적 예시가 도 2에 도시되어 있고, 여기서 송풍기는 도면부호 121로 표시되고, 공기 또는 다른 기체를 안내하기 위한 기계 구조체들은 도면부호 122로 표시된다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 예시적 고정자(100)에 있어서, 냉각 부재(104b)는 상기 고정자의 외부로부터 냉각 유체를 수용하기 위한 제1 파이프 인터페이스(114)를 포함하고, 냉각 부재(104c)는 상기 고정자로부터 상기 냉각 유체를 이송하기 위한 제2 파이프 인터페이스(115)를 포함한다. 상기 파이프 인터페이스들(114, 115)은 상기 냉각 유체를 순환시키기 위한 외부 시스템에 연결될 수 있다. 그러나, 둘 이상의 고정자 코일들의 냉각관들이 상기 냉각 유체를 순환시키기 위한 외부 시스템에 연결될 수도 있다. 상기한 냉각 시스템의 압력 강하(pressure-drop)를 허용가능한 수준으로 유지하기 위하여 적당한 양의 평행 냉각 경로들이 배열될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 예시적 고정자(100)에 있어서, 도 1c에서 점선으로 표시된 2개의 평행한 냉각 경로들이 있다.
냉각 부재(104a)는 도 1e에 도시되어 있고, 냉각 부재(104b)는 도 1f에 도시되어 있다. 또한, 도 1e는 냉각 부재(104a)의 단면을 나타낸다. 상응하게, 도 1f는 냉각 부재(104b)의 단면을 나타낸다. 단면들은 도 1e 및 도 1f에 나타낸 A-A 라인을 따라 취해지고, 단면은 좌표계(199)의 xz-면에 대해 평행하다. 도 1e에 도시된 냉각 부재(104a)는, 도 1a, 도 1b, 및 도 1d에 도시된 바와 같은 연결관들(107, 108)을 통해 고정자 코일들(102a, 102f)의 냉각관들에 연결되기 위한 파이프 인터페이스들(117a)을 포함한다. 상응하게, 냉각 부재(104b)는, 도 1a 및 도 1d에 도시된 바와 같은 대응되는 연결관들을 통해 고정자 코일들(102e, 102f)의 냉각관들에 연결되기 위한 파이프 인터페이스들(117b)을 포함한다. 도 1e에 도시된 단면도에 나타난 바와 같이, 냉각 부재(104a)는, 고정자 코어 구조체(101)의 제1 말단으로부터 냉각 유체를 축방향으로 고정자 코어 구조체의 제2 말단으로 유도하고 다시 역으로 상기 제2 말단으로부터 상기 제1 말단으로 유도하도록 형성된 채널(105a)을 포함한다. 본 발명의 다양한 구체예들에 따른 고정자들의 냉각 부재들은 여러 방식으로 구불구불한 형태 및/또는 휘어진 형태일 수 있는 채널들을 포함할 수 있다.
도 1g는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 전기 기계의 단면을 나타낸다. 상기 단면은 상기 전기 기계의 축방향에 대해 수직이다. 또한, 도 1g는 상기 전기 기계에 작용하는 예시적 자속을 나타낸다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 예시적 고정자(100)에 있어서, 고정자 코어 구조체(101)는 복수의 고정자 이빨들(teeth), 및 고정자 코일들(102a~102f)의 코일 측면들(coil-sides)을 함유하는 복수의 고정자 슬롯(slot)들을 포함한다. 그러나, 상기한 냉각 구성을 에어갭 와인딩을 갖는 전기 기계에 사용하는 것도 가능하다.
도 1a 내지 도 1d 및 도 1g에 도시된 예시적 경우에, 고정자 와인딩은 집중 비중첩 투스-코일 와인딩(concentrated non-overlapping tooth-coil winding)이고, 여기서 각각의 고정자 코일의 폭은 각각의 고정자 코일이 고정자 이빨들 중 하나 만(one and only one)을 둘러싸도록 하는 폭이다. 유리하게는, 상기 고정자 이빨들은 각각의 고정자 코일이 고정자 코일의 형태 변경없이 고정자 이빨들 중 대응되는 하나를 둘러싸도록 고정자 코일을 푸싱함으로써 설치될 수 있도록 하는 형태로 형성된다. 그러나, 상기한 냉각 구성을, 하나의 기둥 및 하나의 위상 당 슬롯들의 수(number of slots per phase per pole)가 1을 초과하는 비집중 고정자 와인딩을 갖는 전기 기계에 사용하는 것도 가능하다.
도 1a 내지 도 1d 및 도 1g에 도시된 예시적 경우에, 고정자 이빨들은 고정자 코일들 중 하나에 의해 각각 둘러싸인 제1 고정자 이빨들 및 상기 고정자 코일들 중 인접한 코일들 사이에 각각 존재하는 제2 고정자 이빨들을 포함한다. 도 1g에서, 상기 제1 고정자 이빨들 중 2개는 도면부호 109a 및 109b로 표시되고, 상기 제2 고정자 이빨들 중 2개는 도면부호 110a 및 110b로 표시된다. 도 1g에 나타난 바와 같이, 냉각 부재들은 적어도 부분적으로 상기 제2 고정자 이빨들의 내부에 위치하고, 상기 제2 고정자 이빨들의 각각은 대응되는 냉각 부재의 양측면 상에 2개의 분지(branch)들을 갖는다. 도 1g에서, 상기 고정자 이빨들(110a)의 2개의 분지들은 도면부호 111 및 112로 표시된다. 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체(101)의 에어갭 표면을 향해 점점 가늘어지는 단면을 갖는다. 도 1g에 도시된 기계 구성은, 제2 고정자 이빨들의 상기 분지들은 자속이 냉각 부재들을 통과할 수 있게 하는 통로들을 제공하기 때문에, 실질적으로 자속을 방해함이 없이, 냉각 부재들이 에어갭 표면을 향해 방사 방향으로 연장될 수 있게 하는 것이 가능하다.
상기에서 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 설명된 예시적 전기 기계는 영구자석 기계이다. 로터(120)는 여자(excitation) 자속을 생성하기 위한 영구자석들을 포함한다. 도 1g에서, 영구자석들 중 하나가 도면부호 113으로 표시된다. 이러한 예시적 경우에, 각각의 영구자석은 영구자석 물질로 된 단편들(pieces)로 구성된다. 상기 영구자석들의 자화 방향은 도 1g에서 화살표들로 표시된다. 본 발명의 일 구체예에 따른 전기 기계는 또한, 예를 들어 유도 기기(induction machine), 동기 저항 기기(synchronous reluctance machine), 스위치 저항 기기(switched reluctance machine), 슬립-링 비동기 기기(slip-ring asynchronous machine), 또는 전기적으로 여기된 동기 기기(electrically excited synchronous machine)일 수 있음에 주목해야 한다.
상기에서 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 설명된 예시적 전기 기계는 방사상 자속형 이너 로터 전기 기계(radial flux inner rotor electric machine)일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따른 전기 기계는 또한, 예를 들어 방사상 자속형 아웃터 로터(radial flux outer rotor) 전기 기계 또는 축방향 자속 전기 기계일 수 있음에 주목해야 한다.
상기한 설명에서 제공된 특정 실시예들은 첨부된 청구범위의 적용성 및/또는 해석을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 상기한 설명에서 제공된 실시예들의 리스트와 그룹들은, 특별히 언급되지 않는 한, 모든 것을 망라하는 것이 아니다.

Claims (17)

  1. 전기 기계의 고정자(100)로서, 상기 고정자는:
    - 고정자 코어 구조체(101), 및
    - 상기 고정자 코어 구조체에 의해 기계적으로 지지되는 복수의 고정자 코일들(102a~102f)을 포함하는 고정자 와인딩을 포함하고,
    상기 고정자 코일들의 각각은 전기전도체들 및 상기 전기전도체들의 길이방향으로 냉각 유체를 유도하기 위한 냉각관(103)을 포함하며, 상기 고정자는 상기 고정자 코어 구조체와 열전도성 기계적 접촉을 갖는 냉각 부재들(104a~104c)을 더 포함하고, 상기 냉각 부재들은 상기 냉각 유체를 유도하기 위한 채널들(105a)을 포함하고, 상기 고정자 코일들의 냉각관들은 상기 냉각 부재들을 통해 서로 연결되며, 상기 고정자 코어 구조체(101)는, 상기 고정자 코어 구조체를 통해 축방향으로 연장되며 냉각 부재들(104a~104c)을 함유하는 공동들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 방사상 자속형 전기 기계의 고정자인 고정자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공동들은 고정자 코어 구조체의 요크 섹션 상의 축방향 그루브들이고, 상기 냉각 부재들(104a~104c)은 상기 고정자 코어 구조체의 에어갭 표면으로부터 반대쪽 표면들 상에 냉각핀들(106)을 포함하는 고정자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 냉각 부재들의 채널(105a)은 냉각 유체를 고정자 코어 구조체의 제1 말단으로부터 축방향으로 고정자 코어 구조체의 제2 말단으로 유도하고, 역으로 고정자 코어 구조체의 상기 제2 말단으로부터 고정자 코어 구조체의 상기 제1 말단으로 유도하도록 형성되는 고정자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 코어 구조체(101)는 복수의 고정자 이빨들(109a, 109b, 110a, 110b), 및 상기 고정자 코일들의 코일 측면들을 포함하는 복수의 고정자 슬롯들을 포함하는 고정자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정자 코일들의 각각은 상기 고정자 이빨들 중 하나만을 둘러싸는 고정자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정자 이빨들은 각각의 고정자 코일이 상기 고정자 코일의 형태 변경없이 고정자 이빨들 중 대응되는 하나를 둘러싸도록 상기 고정자 코일을 푸싱함으로써 설치되도록 하는 형태로 형성되는 고정자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고정자 이빨들은 고정자 코일들 중 하나에 의해 각각 둘러싸인 제1 고정자 이빨들(109a, 109b) 및 상기 고정자 코일들 중 인접한 코일들 사이에 각각 존재하는 제2 고정자 이빨들(110a, 110b)을 포함하고, 상기 고정자 코어 구조체(101)는, 상기 고정자 코어 구조체를 통해 축방향으로 연장되고 냉각 부재들이 적어도 부분적으로 상기 제2 고정자 이빨들의 내부에 위치하도록 냉각 부재들을 포함하는 공동들을 포함하며, 상기 제2 고정자 이빨들의 각각은 대응되는 냉각 부재의 양측면 상에 2개의 분지들(111, 112)을 갖는 고정자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 부재들(104a~104c)은 상기 고정자 코어 구조체의 에어갭 표면을 향해 가늘어지는 단면들을 가지고, 상기 단면들은 상기 고정자의 축방향에 수직인 기학학적 면을 따라 취해진 것인 고정자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 부재들의 적어도 하나는 상기 고정자의 외부로부터 냉각 유체를 수용하기 위한 제1 파이프 인터페이스(114)를 포함하고, 상기 냉각 부재들의 다른 적어도 하나는 상기 고정자로부터 상기 냉각 유체를 이송하기 위한 제2 파이프 인터페이스(115)를 포함하는 고정자.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 고정자 코일은 고정자 코일의 냉각관(103)에 의해 구성되는 긴 전도체 부재(119) 및 상기 냉각관 주위를 둘러싸도록 배열된 전기전도성 와이어들의 다발(116)을 포함하는 고정자.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 코일들의 냉각관들은 스테인레스 스틸로 만들어진 고정자.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 부재들은 알루미늄 및 구리 중 하나로 만들어진 고정자.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 냉각 부재들을 상기 고정자 코일들의 냉각관들에 연결하는 연결관들(108, 107)을 포함하는 고정자.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 고정자(100) 및 상기 고정자에 대해 회전가능하게 지지되는 로터(120)를 포함하는 전기 기계.
  16. 제15항에 있어서,
    - 상기 전기 기계는 방사상 자속형 이너 로터 기계이고,
    - 상기 고정자의 냉각 부재들은 고정자 코어 구조체의 요크 섹션 상의 축방향 그루브들 내에 위치하고,
    - 상기 냉각 부재들은 상기 고정자 코어 구조체의 에어갭 표면으로부터 반대쪽 표면들 상에 냉각핀들을 포함하며,
    - 상기 로터는 고정자 구멍을 통해 기체를 푸싱하기 위한 송풍기(121)를 포함하고,
    - 상기 전기 기계는, 상기 기체를 안내하여 냉각핀들을 포함하는 상기 냉각 부재들의 표면들을 따라 송풍기로 다시 순환시키기 위한 기계 구조체들(122)을 포함하는 전기 기계.





  17. 삭제
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