KR20130069408A - 온도 센서를 구비하는 절연된 슬롯 라이너를 포함하는 전기 기계 - Google Patents

Abstract

슬롯 라이너는 다수의 도체들로 이루어지는 권선 배열을 구비하는 전기 기계의 코어의 슬롯 안으로 삽입을 위해 구성된다. 슬롯 라이너는 권선 배열의 다수의 도체들 중 적어도 하나를 수용하도록 구성된 공동을 형성하는 제 1 절연층을 포함한다. 슬롯 라이너는 또한 제 1 절연층에 결합된 제 2 절연층을 포함한다. 게다가, 슬롯 라이너는 또한 제 1 절연층 및 제 2 절연층 사이에 위치된 한 가닥의 전도성 물질을 포함한다. 한 가닥의 전도성 물질은 온도에 따라 변화하는 저항을 가진다. 제 1 리드는 한 가닥의 전도성 물질의 제 1 단부로부터 연장하고 제 2 리드는 한 가닥의 전도성 물질의 제 2 단부로부터 연장한다.

Description

온도 센서를 구비하는 절연된 슬롯 라이너를 포함하는 전기 기계{ELECTRIC MACHINE INCLUDING INSULATED SLOT LINER WITH TEMPERATURE SENSOR}

본 출원은 전기 기계들, 특히 코어 부재 내에 위치된 전기 기계 도체들에 관계된다.

과열 또는 다른 바람직하지 않은 상태들을 방지하기 위해 전기 모터의 작동 온도를 연속적으로 감시하는 것이 종종 바람직하다. 따라서, 온도 센서 배열들은 작동 온도의 표시를 제공하도록 전기 모터의 내부에 끼워진다. 일부 온도 감지 배열들에서, 온도 센서는 작동 온도의 표시를 제공하도록 전기 기계의 실질적인 권선들과 밀접하게 연관된다.

많은 전기 기계들은 코어 상에 권선 배열을 형성하도록 슬롯들 내부에 위치된 권선들을 구비하는 다수의 슬롯들을 포함하는 코어 부분들로 이루어진다. 구획된 권선들은 일반적으로 하이브리드­전기 차량들 같은 현대의 전기 기계 적용들에서 사용된다. 그러한 권선들은 대개 함께 연결된 인­슬롯(in­slot) 부분들 및 단부들을 포함하는 다수의 구획된 도체들을 포함한다. 도체들은 전기 기계(예를 들어, 고정자 슬롯들)의 박판으로 된 코어 부분의 슬롯들 내에 위치되며, 도체들의 단부들은 전기 기계를 위한 권선들을 형성하기 위해 연결된다.

전기 기계들을 위한 구획된 도체들은 두 개의 곧은 다리들 및 다리들 사이에 연장하는 중앙 U­턴(turn) 부분을 포함하는 U­형상의 도체들로 형성되어 종종 제공된다. 여기에서 사용되는“U­형상의 도체”및 “U­턴 부분”이라는 용어들은 도체의 각도 변화가 약 180°같이, 90°까지 변화하는 전기 도체들 또는 도체 부분들을 언급한다. 그러나, 이러한 용어들은 완벽한 “U”형상을 형성하는 도체들 또는 도체 부분들에 한정되지 않는다. 추가적으로, 여기에서 사용된“도체들(conductors)”또는 “구획된 도체들(segmented conductors)”이라는 용어는 U­턴 부분을 구비하는 도체들을 언급할 수 있으나, U­턴 부분을 구비하지 않는 도체들을 또한 언급할 수 있다. 구획된 도체들은 일반적으로 코어의 슬롯들 내에 위치되어 밴드 부분들(즉, U­턴 부분들)은 코어의 일 측(즉, “삽입측”또는“삽입 단부”) 상에 위치되며 다리 단부들은 코어의 타 측(즉, “연결측”, “연결 단부”또는 “용접 단부”)으로부터 연장한다. 구획된 도체들을 구비하는 그러한 전기 기계들에서, 전기 기계의 가장 높은 작동 온도는 도체들이 위치되는 코어의 슬롯들 내부에 있기 쉽다.

따라서, 전기 기계 작동 온도의 정확하고 신뢰할 수 있는 표시를 제공하는 구획된 도체들을 구비하는 전기 기계들을 위한 온도 감지 배열을 제공하는 것이 이로울 수 있다. 만약 그러한 온도 감지 배열이 전기 기계 상에 쉽게 조립될 수 있다면 이로울 수 있다. 만약 그러한 온도 센서 배열이 전기 기계의 구성요소들의 배열에 대한 간섭 또는 전기 기계의 크기의 증가 없이 전기 기계 상에 제공될 수 있다면 또한 이로울 수 있다. 만약 그러한 온도 센서 배열이 쉽게 그리고 제조업자에게 상대적으로 저렴한 비용으로 제공될 수 있다면 또한 이로울 수 있다.

개시된 일 실시예에 따라, 다수의 슬롯들을 포함하는 코어를 포함하는 전기 기계가 제공된다. 다수의 도체들은 다수의 슬롯들 내에 위치되며 적어도 하나의 슬롯 라이너는 다수의 슬롯들 중 하나 안에 위치된다. 전기 기계는 슬롯 라이너 상에 제공된 온도 센서를 더 포함한다.

개시된 다른 실시예에 따라, 전기 기계의 코어의 슬롯 안으로 삽입을 위한 슬롯 라이너가 제공되며, 전기 기계는 다수의 도체들을 구비하는 권선 배열을 포함한다. 슬롯 라이너는 권선 배열의 다수의 도체들 중 적어도 하나를 수용하도록 구성된 공동을 형성하는 제 1 절연층을 포함한다. 슬롯 라이너는 또한 제 1 절연층과 결합된 제 2 절연층을 포함한다. 게다가, 슬롯 라이너는 제 1 절연층 및 제 2 절연층 사이에 위치된 한 가닥의 전도성 물질을 포함한다. 한 가닥의 전도성 물질은 온도에 따라 변화하는 저항을 가진다. 제 1 리드(lead)는 한 가닥의 전도성 물질의 제 1 단부로부터 연장하며 제 2 리드는 한 가닥의 전도성 물질의 제 2 단부로부터 연장한다.

개시된 또 다른 실시예에서, 슬롯 라이너는 차량 내에 권선 배열을 구비하는 전기 기계의 온도를 감시하는 방법과 연관하여 사용된다. 상기 방법은 전기 기계의 코어의 슬롯 안으로 슬롯 라이너를 삽입하는 단계를 포함하며, 슬롯 라이너는 슬롯 라이너 상에 제공된 온도 센서를 포함하여 온도 센서는 슬롯 내부에 적어도 일부 위치된다. 상기 방법은 또한 슬롯 라이너 안으로 권선 배열의 적어도 하나의 도체를 삽입하는 단계를 포함한다. 슬롯 내의 온도 센서는 차량 제어기에 결합된다. 상기 방법은 온도 센서로부터의 전기 신호에 기초하여 전기 기계 내부의 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다.

그 밖의 것들뿐만 아니라, 전술된 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 부수하는 도면들을 참조하여 당업자들에게 보다 쉽게 명백해질 것이다. 하나 이상의 이것들 또는 다른 이로운 특징들을 제공하는 전기 기계의 슬롯 라이너 시스템을 제공하는 것이 바람직한 반면, 여기에 개시된 지시들은 그들이 하나 이상의 전술된 이점들을 성취하는지에 관계없이, 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 실시예들까지 확장시킨다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

도 1은 온도 센서를 구비하는 절연된 슬롯 라이너와 결합되는 권선 배열을 포함하는 전기 기계의 예시적인 실시예의 정면도이다;
도 2는 도 1의 Ⅱ­Ⅱ선을 따른 전기 기계의 고정자 코어의 단면도이며, 권선 배열은 고정자 코어 상에 포함되지 않는다;
도 3은 도 2의 고정자 코어의 슬롯의 단면도이며, 권선 배열의 구획된 도체들 및 슬롯 라이너들은 슬롯 내에 위치된다;
도 4는 도 3의 구획된 도체들 중 하나의 사시도이다;
도 5는 도 3의 슬롯 라이너들 중의 하나의 사시도이다;
도 6은 도 3의 슬롯 라이너들 중의 하나의 기판 부재의 평면도이며, 온도 센서는 기판 부재 상에 위치된다;
도 7은 도 6의 슬롯 라이너의 펼쳐진 사시도이며, 기판 부재의 나선형으로 권선된 배열을 도시한다;
도 8은 온도 센서를 구비하는 슬롯 라이너를 포함하는 도 3의 고정자 코어의 슬롯의 단면도이다; 및
도 9는 도 7의 슬롯 라이너를 포함하는 전기 기계를 구비하는 차량의 블록도이다.

도 1 및 2를 참조하여, 전기 기계(electric machine; 2)의 예시적인 실시예가 도시된다. 전기 기계(2)는 (점선들로 도시된) 전기 기계 하우징(housing; 4) 내에 유지된 회전자(rotor; 6) 및 고정자(stator; 10)를 포함한다. 고정자(10)는 고정자 코어(core; 14) 상에 위치된 다수의 구획된 도체들(segmented conductors; 18)로 이루어지는 권선 배열(winding arrangement; 12)을 포함한다. 구획된 도체들(18)은 고정자 코어(14)의 슬롯들(slot; 16) 내에 위치된 슬롯 라이너들(slot liner; 30)을 통해 연장하며, 각각의 슬롯 라이너들(30)은 구획된 도체들(18) 중의 하나를 수용하도록 구성된다. 아래에 더 상세히 설명될, 온도 센서(temperature sensor; 50)는 슬롯 라이너들(30) 중의 적어도 하나 상에 제공된다. 온도 센서는 안에 끼워지는, 함께 통합되는, 위에 고정되는, 연결되는, 또는 그 밖의 슬롯 라이너 상에 제공되는 방법을 포함하는 많은 방식들 중 어떠한 것으로 슬롯 라이너 상에 제공될 수 있다.

전기 기계 하우징(4)은 회전자(6) 및 고정자(10)를 실질적으로 또는 완전히 감싸도록 구성되고 오염물질이 하우징(4) 내의 공간으로 들어가는 것을 방지한다. 하우징(4)은 일반적으로 강철 같은 금속 물질로 이루어진다. 하우징(4)은 출력 샤프트(output shaft; 8)의 회전 움직임을 지지하는 베어링들(bearings)을 포함한다.

출력 샤프트(8)는 하우징(4)을 통해 연장하며 회전자(6)에 연결된다. 회전자(6)는 하우징(4) 내에서 회전하도록 구성된 코어 부재를 포함한다. 회전자(6)는 영구 자석 회전자, 손톱형(claw­pole) 회전자, 농형(squirrel cage) 회전자, 또는 다양한 다른 회전자 유형들 같은 당업자에 의해 인식될 수 있는 다양한 다른 회전자 유형들 중 하나일 수 있다. 회전자(6)는 공기 간격(air gap)에 의해 고정자(10)로부터 물리적으로 분리된다. 그러나, 회전자(6)는 고정자 코어(14) 상에 유지된 고정자 권선들(12)을 통해 고정자(10)에 자기적으로 결합된다.

고정자 코어(14)는 강철 물질의 시트들(sheets)과 같은 한 무더기의 강자성 물질의 얇은 시트들로 이루어진다. 따라서, 고정자 코어(14)는 일반적으로 “적층 스택(lamination stack)”으로 참조된다. 고정자 코어(14)는 도 2에 도시된 것과 같이, 내주부(inner circumferential perimeter; 24) 및 외주부(outer circumferential perimeter; 26)를 구비하는 실질적으로 원통형의 벽(wall)을 포함한다. 다수의 슬롯들(16)은 실질적으로 원통형의 벽 내에 형성된다. 슬롯들(16)은 고정자 코어(14)의 전체 축 길이로 연장한다. 추가적으로, 각각의 슬롯(16)은 내주부 상에 일부 폐쇄되며 내주부로부터 내측 방사상으로 연장한다.

구획된 도체들(18)은 고정자 코어(14)의 슬롯들(16) 내에 위치되며 슬롯들(16)을 통해 축방향으로 연장한다. 구획된 도체들(18)은 (ⅰ) 고정자(10)의 (“삽입 단부(insertion end)”로 또한 여기에서 참조될 수 있는) 삽입측(insertion side; 20), 및 (ⅱ) 고정자(10)의 (“연결 단부(connection end)” 또는 “용접 단부(weld end)”로 또한 여기에서 참조될 수 있는) 연결측(connection side; 22)을 정의한다. 이러한 용어들이 제시하는 것과 같이, 구획된 도체들(18)은 고정자(10)의 삽입측(20)으로부터 고정자 코어(14)의 슬롯들(16) 안으로 삽입된다. 유사하게, 구획된 도체들(18)은 고정자(10)의 연결측(22) 상에 용접되거나 또는 다른 방법으로 함께 연결된다.

도 2는 도 1의 예시적인 고정자 코어(14)의 삽입측(20)의 평면도이며, 고정자 슬롯들(16) 내에 위치된 권선 배열(12)의 도체들(18)을 구비하지 않는다. 도 2의 예시적인 고정자 코어(14)는 60개의 슬롯들(16)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 고정자 코어(14)는 더 많은 슬롯들 또는 더 적은 슬롯들을 포함할 수 있다. 고정자 슬롯들(16)에 대한 개구들은 고정자의 삽입측(20) 및 용접측(22) 뿐만 아니라 내주부(24)를 통해 제공된다.

도 3은 고정자(10)의 슬롯들(16) 중 하나의 확대된 단면도이며, 구획된 도체들(18)이 슬롯 내에 위치된다. 도 3의 예시적인 실시예에서, 구획된 도체들(18)은 직사각형의 단면을 구비하며 네 개의 도체들(18)은 전기 기계의 각각의 슬롯(16) 내에 위치된다. 다른 실시예들에서, 도체들(18)은 다른 형상을 구비할 수 있으며 더 많거나 더 적은 도체들이 각각의 슬롯(16) 내에 위치될 수 있다. 각각의 도체(18)는 슬롯 라이너들(30)을 포함할 수 있는 절연층들에 의해 슬롯(16) 내에 이웃하는 도체들로부터 분리된다. 슬롯 라이너들(30)은 또한 슬롯들(16)을 형성하는 고정자 코어(14)의 벽들로부터 도체들(18)을 절연하도록 슬롯들(16) 내에 배치되며 구성된다.

직사각형 단면의 예시적인 U­형상의 구획된 도체(18)는 도 4에 도시된다. 구획된 도체(18)는 U­턴 부분(U­turn portion; 40)에 의해 연결된 두 개의 인­슬롯 부분들(in­slot portion; 41 및 42)을 포함한다. 각각의 인­슬롯 부분들(41 및 42)은 연관된 연결 단부(connection end; 43, 44)에 결합된다. 팁들(Tips; 45, 46)은 각각의 연결 단부(43, 44) 상에 제공된다. 각각의 팁(45, 46)은 다른 도체의 팁에 연결되어 도체들이 고정자(10)의 권선 배열(12)을 함께 형성한다. 예시적인 권선 배열은 2009년 11월 24일에 등록된 미국 특허 제 7,622,843호에 도시되며, 내용들이 여기에 참조로서 포함된다.

구획된 도체들(18)은 고정자 코어 내에 또한 위치된 (도 4에 점선으로 도시된) 슬롯 라이너들(30)을 통해 연장하는 인­슬롯 부분들(41, 42)을 구비하여 고정자 코어(14)의 슬롯들(16) 내에 위치된다. 주어진 도체(18)의 인­슬롯 부분들(41, 42)은 고정자의 다른 슬롯들(16)내에 위치된다. 연결 단부들(43, 44)은 U­턴 부분들(40)에 반대되는 고정자의 용접측(24)으로부터 연장한다. 각각의 도체의 팁(45, 46)은 다른 도체(18) 상의 인접한 팁에 직접 연결된다. 팁들(45, 46)의 연결은 용접, 브레이징, 또는 종래 기술에서 공지된 다른 수단들 같이 많은 방법들로 될 수 있다. 이러한 방식으로 구획된 도체들을 연결하는 것에 의해, 완전한 권선들(12)이 고정자(10) 상에 형성된다.

도 4 및 5를 참조하여, 각각의 슬롯 라이너(30)는 일반적으로 도체(18)의 인­슬롯 부분(41 또는 42)을 수용하도록 구성된 절연 물질의 슬리브(sleeve)로서 제공되나, U­턴 부분(40) 또는 팁들(43, 46)을 덮지 않는다. 각각의 슬롯 라이너(30)는 예를 들어 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아미드이드, 펼쳐진 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 필름, 또는 다른 절연 물질들 같은 내열성 및 전기적 절연 물질로 일반적으로 이루어진다. 적어도 일 실시예에서, 슬롯 라이너들(30)은 노멕스 또는 다른 방염 메타 아라미드 물질 같이 상대적으로 유연하고 내구력 있는 도련지(calendered paper)로부터 제공된다.

여기에서 사용되는 “슬롯 라이너”라는 용어는 전기 기계의 코어 부재의 슬롯 안으로 삽입하도록 구성되고 권선 배열의 적어도 하나의 도체를 수용하도록 구성된 채널 또는 다른 공동을 정의하는 절연 구조를 언급한다. 그러나, 슬롯 라이너라는 용어는 여기에 개시된 예시적인 실시예들에 한정되지 않는다. 따라서, 슬롯 라이너(30)는 다양한 다른 형상들 및 크기들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 슬롯 라이너(30)는 권선 배열의 도체들(18) 중 하나를 수용하도록 설계되고 치수화된 축방향 공동(cavity; 33)을 구비하는 절연 튜브(tube; 32)를 형성하도록 나선형으로 권선된 절연 물질의 길쭉한 시트(34)로서 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 길쭉한 시트(elongated sheet; 34)의 반대되는 측들은 절연 물질이 도체(18) 주위를 꼬면서 겹쳐질 수 있다. 다른 실시예들에서, 슬롯 라이너(30)는 도체(18) 주위를 감싸는 절연 물질의 스트립(strip)으로 이루어질 수 있으며 스트립의 반대되는 가장자리들은 축방향의 심(seam)을 따라 만나게 된다. 이러한 반대되는 가장자리들은 느슨하게 맞물리거나, 접착되거나, 또는 도체를 수용하도록 구성된 튜브를 형성하도록 함께 결합되는 다른 방법들일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 반대되는 가장자리들은 완전히 분리될 수 있어 튜브가 완전하지 않으나 대신에 개방된 축방향 가장자리를 구비하여 공동이 개방된 채널이 된다. 추가적으로, 도 5의 튜브(32)는 원형 단면을 구비하는 원통형의 튜브로 도시되었으나, 슬롯 라이너들(30)은 정사각형 단면들을 포함하여 다른 형상들 및 구성들로 제공될 수 있음은 당연하다. 다양한 실시예들에서 슬롯 라이너(30)는 도체(18)에 접합될 수 있거나 전기 도체에 대해 마찰 결합(friction­fit)될 수 있다. 여기에서 사용되는 것과 같이, “마찰 결합”은 슬리브(32)가 도체와의 밀접한 접촉 또는 그것의 형상으로 인해 도체(18) 상에 제 위치에 유지되나, 도체에 접합되지 않는 것을 의미한다. 더욱이, 여기에 개시된 실시예들은 단일의 도체(18)를 수용하는 것으로만 슬롯 라이너들(30)을 도시하는 반면, 다른 실시예들에서, 슬롯 라이너들은 다수의 도체들(18)을 수용하도록 구성될 수 있다.

도 3 및 6­8을 참조하여, 온도 센서(50)가 고정자의 슬롯들(16) 내에 적어도 하나의 슬롯 라이너들(30) 상에 제공된다. 도 3 및 8에 도시된 바와 같이, 온도 센서(50)는 슬롯(16)의 외부 가장자리(outer edge; 17)를 향해 위치되는 슬롯 라이너(31) 상에 제공된다. 도 3 및 6에 도시된 바와 같이, 슬롯 라이너(31)는 외부 절연층(outer insulation layer; 62) 및 내부 절연층(inner insulation layer; 64) 사이에 위치된 기판 부재(substrate member; 60)로 이루어진다. 적어도 하나의 실시예에서 기판 부재(60)는 폴리아미드 물질의 스트립 같은 열경화성 스트립이다. 제 1 및 제 2 절연층들(62, 64)은 노멕스® 또는 다른 방염 메타­아라미드 물질 같은 전기적 절연 특성들을 구비하는 상대적으로 내구력 있는 도련지로 이루어질 수 있다.

온도 센서(50)는 기판 부재(60) 상에 위치되어 온도 센서(50) 및 기판 부재(60) 모두 제 1 절연층(62) 및 제 2 절연층(64) 사이에 끼워진다. 온도 센서(50)는 다양한 유형들의 온도 센서들일 수 있다. 예를 들어, 온도 센서는 저항 온도 측정기(RTD), 서미스터(thermistor), 또는 서모커플(thermocouple), 또는 다른 유형의 다양한 다른 온도 센서들일 수 있다.

도 3, 6 및 7의 실시예에서, 온도 센서(50)는 기판 부재(60)에 연결된 한 가닥의 전도성 물질(a length of conductive material; 52)을 포함한다. 한 가닥의 전도성 물질은 온도에 따라 변화하는 저항을 가진다. 한 가닥의 전도성 물질(52)은 일반적으로 저항 비율에 대해 일치하거나 선형의 온도 팽창을 가진다. 따라서, 당업자들에 의해 인식될 수 있는 것과 같이 온도 센서(50)에서 온도는 한 가닥의 전도성 물질(52)에 의해 제공되는 전기 저항에 기초하여 결정될 수 있다.

다양한 유형의 물질은 온도 센서 내에 한 가닥의 전도성 물질(52)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 가닥의 전도성 물질(52)은 플라티늄 또는 RTD에서 일반적으로 사용되는 다른 금속들 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 다른 예시에서, 한 가닥의 전도성 물질(52)은 서미스터들에서 일반적으로 사용되는 폴리머 물질들 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 온도 센서(50)를 구비하는 슬롯 라이너(31)는 기판 부재(60)에 한 가닥의 전도성 물질(52)을 1차적으로 접합시키는 것에 의해 형성된다. 예를 들어, 한 가닥의 전도성 물질(52)은 얇은 필름 같이 기판 부재(60) 상에 인쇄될 수 있다. 도 6에 도시된 것과 같이, 기판 부재(60)는 높이보다 실질적으로 큰 폭을 구비하는 열­저항 절연 물질의 길쭉한 스트립이다. 한 가닥의 전도성 물질(52)은 얇은 와이어 또는 필름 같이 기판 부재(60) 상에 인쇄된다. 한 가닥의 전도성 물질(52)은 제 1 단부(first end; 53), 제 1 직선 구역(first straight segment; 54), U­턴 구역(U­turn segment; 55), 제 2 직선 구역(second straight segment; 56) 및 제 2 단부(second end; 57)를 포함한다. 한 가닥의 전도성 물질의 다양한 구역들은 기판 부재(60) 상에 루프를 형성한다. 특히, 도 6의 실시예에서, 루프는 제 1 단부(53), 제 1 직선 구역(54), U­턴 구역(55), 제 2 직선 구역(56) 및 제 2 단부(57)의 배열로 형성된 실질적으로 폐쇄된 곡선에 의해 제공된다.

와이어 리드들(wire leads; 58 및 59)은 한 가닥의 전도성 물질(52)의 제 1 단부(53) 및 제 2 단부(57)에 연결된다. 와이어 리드들은 용접, 납땜질(soldering), 접착제, 또는 다양한 다른 연결 방법들에 의해 한 가닥의 전도성 물질(52)의 제 1 단부(53) 및 제 2 단부(57)에 연결될 수 있다. 와이어 리드들(58, 59)은 전압이 한 가닥의 전도성 물질(52)에 걸쳐서 적용되는 것을 허용하여, 저항이 한 가닥의 전도성 물질(52)에 걸쳐서 결정되는 것을 허용한다.

와이어 리드들(58, 59)이 한 가닥의 전도성 물질(52)에 연결된 후에, 외부 절연층(62) 및 내부 절연층(64)이 기판 부재(60)의 반대되는 측들에 접착되거나 다른 방법으로 결합된다. 이는 외부 절연층(62) 및 내부 절연층(64) 기판 부재(60) 및 한 가닥의 전도성 물질(52)이 외부 절연층(62) 및 내부 절연층(64) 사이에 끼워지는 다중­층의(multi­layered) 스트립이다. 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 다중­층의 스트립(multi­layered strip; 66)은 튜브(32)를 생성하도록 나선형으로 권선된다. 도 7은 튜브(32)의 펼쳐진 모습을 도시하나, 이는 설명을 위한 것이며, 다중­층의 스트립(66)의 가장자리들(68)은 튜브(32)를 형성하도록 실제로 연결된다.

도 7의 많은 화살표들은 한 가닥의 전도성 물질(52)을 통해 흐르는 전류를 위한 나선형 경로를 도시한다. 도 7에 도시된 것과 같이 한 가닥의 전도성 물질(52)에 의해 제공되는 경로는 나선 방식으로 아래로 그리고 튜브(32)를 따라 위로 연장한다. 한 가닥의 전도성 물질(52)은 루프(loop)로 제공되어, 한 가닥의 전도성 물질을 통해 전류가 두 개의 반대되는 방향들로 흐르기 때문에 슬롯(16)을 통해 흐르는 전류의 유도 효과는 없다. 한 가닥의 전도성 물질(52)을 위한 권선 경로가 나선형으로 도 7에 도시되었으나, 에어턴­페리(Ayrton­Perry) 권선들 또는 당업자들에 의해 인식될 수 있는 다양한 다른 적합한 권선 경로들을 포함하여, 다른 유형들의 권선 경로들이 가능하다.

도 8은 세 개의 추가적인 슬롯 라이너들(30)과 함께 고정자의 슬롯들(16) 중 하나 안에 위치된 연결된 온도 센서(50)를 구비하는 슬롯 라이너(31)를 도시한다. 이 실시예에서, 권선 배열은 고정자 코어(14)의 각각의 슬롯 안에 네 층의 도체들(18)을 구비하는 다중­설정된(multi­set) 권선 배열이다. 도체들(18)의 세 개의 가장 안쪽의 층들은 온도 센서(50)를 포함하지 않는 슬롯 라이너들(30)을 통해 연장한다. 가장 바깥쪽의 도체는 전술된 것과 같이, 온도 센서(50)를 포함하는 슬롯 라이너(31)를 통해 연장한다. 온도 센서는 온도에 따라 변화하는 저항을 가지는 한 가닥의 전도성 물질(52)을 포함한다. 리드들(58 및 59)은 한 가닥의 전도성 물질(52)의 단부들에 연결된다. 이러한 리드들(58 및 59)은 한 가닥의 전도성 물질(52)에 걸쳐서 저항을 측정하고 관련된 온도를 결정하도록 구성된 제어기 또는 다른 회로에 전기적으로 연결된다.

도 9는 하이브리드 전기 차량 같은 차량(vehicle; 70)에서 사용을 위해 인버터(inverter; 74)와 결합된 제어기(controller; 72)의 예시를 도시한다. 제어기(72)는 인버터(74)로부터의 입력(input; 75), 전지로부터의 입력(77)뿐만 아니라 당업자들에 의해 인식될 수 있는 다른 입력들을 포함하여 다양한 입력들을 수용하도록 구성된다. 게다가, 제어기(72)는 도 1­8을 참조하여 전술된 것과 같이, 슬롯 라이너(31) 상에 제공된 온도 센서(50)로부터 입력(51)을 수용하도록 구성된다. 온도 센서(50)로부터 수용된 신호에 기초하여, 제어기(72)는 출력(output: 79)에서 인버터(74)로 제어 신호들을 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 성능을 향상시키기 위해 차량(70)의 다른 구성요소들로 다른 제어 신호들을 전달할 수 있다.

전술한 것의 관점에서, 자동차 내에 권선 배열을 구비하는 전기 기계의 온도를 감시하는 방법에 개시된다. 방법은 전기 기계의 코어(14)의 슬롯 안으로 슬롯 라이너(31)를 삽입하는 단계를 포함한다. 슬롯 라이너(31)는 온도 센서(50)가 고정자 코어의 슬롯(16) 내에 적어도 일부 위치되도록 슬롯 라이너(31)에 연결된 온도 센서(50)를 포함한다. 방법은 슬롯 라이너(31) 안으로 권선 배열의 적어도 하나의 도체(18)를 삽입하는 단계를 더 포함한다. 방법의 일 실시예에서, 슬롯 라이너(31)는 도체(18)가 슬롯 라이너(31) 안으로 삽입되기 전에 슬롯(16) 내에 위치된다. 방법의 다른 실시예에서, 도체(18)는 도체(18) 및 슬롯 라이너(31)가 슬롯 내에 위치되기 전에 슬롯 라이너(31) 안으로 삽입된다.

전술한 것과 더불어, 전기 기계의 온도를 감시하는 방법은 하이브리드 전기 차량 같은 차량 내에 제어기에 슬롯 라이너(31) 상의 온도 센서(50)를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제어기는 온도 센서에 전기 신호를 보내고 온도 센서에 의해 제공되는 전기 신호의 변수에 기초하여 온도를 결정하도록 구성된다. 이는 예를 들어, 한 가닥의 전도성 물질(52)을 통해 공지된 전류를 전달하는 단계, 공지된 전류에 기초하여 한 가닥의 전도성 물질(52)에 걸쳐서 전압 강하를 결정하는 단계, 및 공지된 전압 및 전류에 기초하여 한 가닥의 전도성 물질의 저항을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예시로서, 이는 한 가닥의 전도성 물질(52)에 걸쳐서 공지된 전압을 제공하는 단계, 공지된 전압에 기초하여 한 가닥의 전도성 물질(52)을 통해 흐르는 전류를 결정하는 단계, 및 공지된 전압 및 전류에 기초하여 한 가닥의 전도성 물질의 저항을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 한 가닥의 전도성 물질에 의해 제공된 전기 신호 변수에 기초하여, 한 가닥의 전도성 물질(52)의 저항은 결정될 수 있다. 한 가닥의 전도성 물질은 온도에 따라 변화하는 저항을 가지므로, 전기 기계 내부의 온도는 결정된 저항에 기초하여 계산될 수 있다.

전술한 방법의 추가적인 실시예에 따라, 슬롯 라이너(31)가 전기 기계의 코어의 슬롯 안으로 삽입되기 전에, 온도에 따라 변하는 저항을 가지는 한 가닥의 전도성 물질(52)이 도 6에 도시된 것과 같이 기판 부재(60) 상에 제공된다 기판 부재(60) 및 한 가닥의 전도성 물질(52)은 다중­층의 스트립(66)을 형성하도록 적어도 하나의 절연층으로 덮인다. 다중­층의 스트립(66)은 도 7 및 8에 도시된 것과 같이 나선형으로 권선되어 슬롯 라이너는 튜브의 형상이다.

온도 센서 배열을 구비하는 슬롯 라이너의 하나 이상의 실시예들에 대한 상세한 설명은 예시로서만 여기에 제시되며 한정이 아니다. 여기에 설명된 다른 특징들 및 기능들을 포함하지 않고 획득될 수 있는 특정한 개별적인 특징들 및 기능들에 대한 이점들이 있다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 다양한 대안들, 변형들, 변경들, 또는 그것들의 대안들은 많은 다른 실시예들, 시스템들 또는 적용들과 바람직하게 결합될 수 있다. 곧 예기치 않거나 뜻밖의 대안들, 변경들, 변형들, 또는 개선들이 이어서 당업자들에 의해 이루어질 수 있으며 이는 또한 첨부된 청구항들에 의해 포함되도록 의도된다. 따라서 첨부된 청구항들의 사상 및 범위는 여기에 포함된 실시예들의 상세 설명에 제한되지 않는다.

2: 전기 기계
4: 하우징
6: 회전자
8: 출력 샤프트
10: 고정자
12: 권선 배열
14: 코어
16: 슬롯
17: 외부 가장자리
18: 도체
20: 삽입측
22: 연결측
24: 내주부
26: 외주부
30, 31: 슬롯 라이너
32: 튜브
33: 공동
34: 길쭉한 시트
40: U­턴 부분
41, 42: 인­슬롯 부분
43, 44: 연결 단부
45, 46: 팁
50: 온도 센서
52: 한 가닥의 전도성 물질
53: 제 1 단부
54: 제 1 직선 구역
55: U­턴 구역
56: 제 2 직석 구역
57: 제 2 단부
58, 59: 와이어 리드
60: 기판 부재
62: 외부 절연층
64: 내부 절연층
66: 다중­층의 스트립
70: 차량
72: 제어기
74: 인버터
51, 75, 77: 입력
76: 전지
79: 출력

Claims (10)

1. 다수의 슬롯들을 포함하는 코어;
   다수의 슬롯들 내에 위치되는 다수의 도체들;
   다수의 슬롯들 중 하나 안에 위치되는 적어도 하나의 슬롯 라이너; 및
   상기 슬롯 라이너 상에 제공되는 온도 센서;
   를 포함하는 전기 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도 센서는 온도에 따라 변화하는 저항을 가지는 한 가닥의 전도성 물질을 포함하는 전기 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 온도 센서는 저항 온도 측정기(RTD) 또는 서미스터인 전기 기계.
4. 제3항에 있어서,
   상기 RTD는 두 단부들 및 상기 두 단부들에서 상기 슬롯 라이너로부터 연장하는 금속 리드들을 구비하는 루프로 상기 슬롯 라이너에 접합되는 한 가닥의 금속을 포함하는 전기 기계.
5. 제4항에 있어서,
   상기 한 가닥의 금속은 나선 방식으로 상기 슬롯 라이너를 따라 연장하는 전기 기계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 슬롯 라이너는 나선형으로 권선된 열경화성 스트립으로 형성된 튜브를 포함하는 전기 기계.
7. 제6항에 있어서,
   상기 슬롯 라이너는 상기 열경화성 스트립의 제 1 측 상에 제 1 절연층 및 상기 열경화성 스트립의 제 2 측 상에 제 2 절연층을 더 포함하는 전기 기계.
8. 제1항에 있어서,
   상기 온도 센서는 차량 제어기에 결합되는 전기 기계.
9. 다수의 도체들을 구비하는 권선 배열을 포함하는 전기 기계의 코어의 슬롯 안으로 삽입을 위한 슬롯 라이너에 있어서,
   다수의 도체들 중 적어도 하나를 수용하도록 구성되고,
   권선 배열의 다수의 도체들 중 적어도 하나를 수용하도록 구성되는 공동을 형성하는 제 1 절연층;
   상기 제 1 절연층에 결합되는 제 2 절연층;
   상기 제 1 절연층 및 상기 제 2 절연층 사이에 위치되는 한 가닥의 전도성 물질, 상기 한 가닥의 전도성 물질은 온도에 따라 변화하는 저항을 가지며, 상기 한 가닥의 전도성 물질은 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함함;
   상기 한 가닥의 전도성 물질의 제 1 단부로부터 연장하는 제 1 리드(lead); 및
   상기 한 가닥의 전도성 물질의 제 2 단부로부터 연장하는 제 2 리드;
   를 포함하는 슬롯 라이너.
10. 차량 내에 권선 배열을 구비하는 전기 기계의 온도를 감시하는 방법에 있어서,
    상기 전기 기계의 코어의 슬롯 안으로 슬롯 라이너를 삽입하는 단계, 온도 센서가 상기 슬롯 내에 적어도 일부 위치되도록 상기 슬롯 라이너 상에 온도 센서가 제공됨;
    상기 슬롯 라이너 안으로 상기 권선 배열의 적어도 하나의 도체를 삽입하는 단계;
    차량 제어기에 상기 온도 센서를 결합하는 단계; 및
    상기 온도 센서로부터 전기 신호 변수에 기초하여 상기 전기 기계의 내부 온도를 결정하는 단계;
    를 포함하는 방법.

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