KR20130070587A - 전기 기계 냉각 시스템 및 방법 - Google Patents

전기 기계 냉각 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20130070587A
KR20130070587A KR1020127028858A KR20127028858A KR20130070587A KR 20130070587 A KR20130070587 A KR 20130070587A KR 1020127028858 A KR1020127028858 A KR 1020127028858A KR 20127028858 A KR20127028858 A KR 20127028858A KR 20130070587 A KR20130070587 A KR 20130070587A
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브래들리 디. 챔벌린
제임스 레이미
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레미 테크놀러지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명의 실시예는 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성할 수 있는 모듈 하우징을 구비하는 전기 기계 모듈을 제공한다. 일부 실시예에서, 전기 기계는 고정자 조립체와 회전자 조립체를 구비할 수 있으며 기계 공동 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈 하우징은 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리와 유체 연통하는 적어도 하나의 통로를 구비할 수 있는 냉매 수송 망을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 고리는 고정자 조립체의 축방향 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접할 수 있으며 제2 고리는 회전자 조립체의 축방향 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접할 수 있다. 일부 실시예에서, 고리는 복수의 개구를 구비할 수 있다.

Description

전기 기계 냉각 시스템 및 방법{ELECTRIC MACHINE COOLING SYSTEM AND METHOD}
(관련 출원)
본 출원은, 2010년 5월 4일자로 출원되고 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 가특허출원 제61/331,221호에 대해 35 U.S.C. §119하의 우선권을 주장한다.
전기 기계를 냉각시키기 위한 일부 방법은 냉각 재킷의 내부에서 전기 기계의 외주 주위로 냉매를 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 냉매는 고정자에 의해 발생되는 열의 적어도 일부를 추출하며, 이는 전기 기계의 냉각으로 이어질 수 있다. 일부 기계에서는, 냉각 재킷으로부터 고정자의 단부 턴 상으로 냉매를 직접 분사함으로써 냉각이 더 개선될 수 있으며, 이는 단부 턴을 냉각시킬 수 있다.
그러나, 냉매가 냉각 재킷 주위에서 원주 방향으로 유동함에 따라 냉매 온도는 증가한다. 그 결과, 냉매가 고정자의 단부 턴 상에 분사될 때 냉매는 고온 상태에 있으며, 이는 단부 턴으로부터 추출되는 열의 레벨을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는, 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성할 수 있는 모듈 하우징을 구비하는 전기 기계 모듈을 제공한다. 일부 실시예에서, 전기 기계는 고정자 조립체와 회전자 조립체를 구비할 수 있으며 기계 공동 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈 하우징은 적어도 하나의 제1 고리(annulus) 및 적어도 하나의 제2 고리와 유체 연통하는 적어도 하나의 통로를 구비할 수 있는 냉매 수송 망(network)을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 고리는 고정자 조립체의 축방향 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치될 수 있으며 제2 고리는 회전자 조립체의 축방향 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 고리의 하나 이상은 복수의 개구를 구비할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 모듈 하우징을 구비하는 전기 기계 모듈을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈 하우징은 제2 하우징에 결합되는 제1 하우징 부재를 구비할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제1 하우징 부재와 제2 하우징 부재는 각각 환형 구역과 단부 구역을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈 하우징은 그 일부를 통해서 배치되는 적어도 하나의 냉매를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서는, 모듈 하우징의 일부 내에 냉매 수송 망이 배치될 수 있고 이 냉매 수송 망은 적어도 하나의 냉매 입구와 유체 연통될 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 수송 망은 하우징 부재 각각의 일부를 통해서 배치되고 냉매 입구와 유체 연통되는 적어도 하나의 통로를 구비할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 하우징 부재의 단부 구역은 이들 단부 구역으로부터 축방향 내측으로 연장되고 통로와 유체 연통되는 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리를 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 부재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 부재의 사시도이다.
도 4는 도 3의 하우징 부재의 일부의 사시도이다.
도 5는 도 2의 하우징 부재의 일부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 일부의 단면도이다.
도 7은 도 6의 전기 기계 모듈의 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 일부의 단면도이다.
도 9는 도 8의 전기 기계 모듈의 확대 단면도이다.
본 발명의 임의의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 그 적용에 있어서 하기 설명에 제시되거나 하기 도면에 도시되는 부품의 구성 및 배열의 상세에 한정되지 않음을 알아야 한다. 본 발명은 다른 실시예일 수 있으며 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 문구나 용어는 설명을 위한 것이지 제한적인 것으로 간주되지 않아야 함을 알아야 한다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는" 또는 "갖는" 및 그 변형의 사용은 그 열거되는 항목과 그 균등물뿐 아니라 추가 항목을 망라하는 것으로 의미된다. 달리 특정되거나 한정되지 않는 한, 용어 "장착", "연결", "지지", "결합" 및 그 변형은 광의로 사용되고 직접 및 간접적인 장착, 연결, 지지 및 결합을 망라한다. 추가로, "연결" 및 "결합"은 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합에 한정되지 않는다.
하기 논의는 당업자가 본 발명의 실시예를 제조 및 사용할 수 있도록 제공된다. 도시된 실시예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 쉽게 자명할 것이며, 본 명세서에서의 일반 원칙은 발명의 실시예를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 실시예 및 적용예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 도시된 실시예에 한정되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시되는 원칙 및 특징에 부합되는 최광의의 범위를 따르기 위한 것이다. 하기의 상세한 설명은 도면을 참조하여 숙독되어야 하며, 도면에서 유사한 구성요소는 유사한 도면부호로 지칭된다. 반드시 실척으로 도시되지는 않는 도면은 선택된 실시예를 도시하며, 본 발명의 실시예의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 당업자라면 본 명세서에 제공된 예가 본 발명의 실시예의 범위에 포함되는 여러가지 유용한 대안을 갖는 것을 알 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈(10)을 도시한다. 모듈(10)은 슬리브 부재(14), 제1 단부 캡(16) 및 제2 단부 캡(18)을 포함하는 모듈 하우징(12)을 구비할 수 있다. 슬리브 부재(14)와 단부 캡(16, 18)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 기계 공동(22) 내에 전기 기계(20)가 수용될 수 있다. 예를 들어, 슬리브 부재(14)와 단부 캡(16, 18)은 전기 기계(20)의 적어도 일부를 기계 공동(22) 내에 포위시키기 위해 종래의 체결구(도시되지 않음) 또는 다른 적합한 결합 방법을 통해서 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 슬리브 부재(14)는 단부 캡(16, 18)의 적어도 하나가 슬리브 부재(14)와 실질적으로 일체적이도록 형성될 수 있다. 일부 실시예에서 하우징(12)은 실질적으로 원통형인 캐니스터(canister)와 단일 단부 캡(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 슬리브 부재(14) 및 단부 캡(16, 18)을 구비하는 모듈 하우징(12)은 일반적으로 열전도 특성을 가질 수 있는 재료로 제조될 수 있으며, 이 재료의 예로는 전기 기계의 작동 온도를 대체로 견딜 수 있는 알루미늄 등의 금속 및 재료가 있지만 이것에 한정되지는 않는다. 일부 실시예에서, 하우징(12)은 주조, 몰딩, 압출 및 기타 유사한 제조 방법을 포함하는 다양한 방법을 사용하여 제조될 수 있다.
전기 기계(20)는 비제한적으로 하이브리드 전동기와 같은 전동기, 발전기 또는 차량용 교류발전기(alternator)일 수 있다. 일 실시예에서, 전기 기계(20)는 하이브리드 차량 적용을 위한 고전압 헤어핀(High Voltage Hairpin: HVH) 전동기 또는 내부 영구 자석 전동기일 수 있다.
전기 기계(20)는 회전자 조립체(24), 고정자 단부 턴(28)을 갖는 고정자 조립체(26), 및 베어링(30)을 구비할 수 있으며, 출력 샤프트(34) 주위에 배치될 수 있다. 도 1에 도시하듯이, 고정자(26)는 회전자(24)의 일부를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 회전자 조립체(24)는 또한 회전자 허브(33)를 구비할 수 있거나, "무허브(hub-less)" 설계(도 6 내지 도 9에 도시됨)를 가질 수 있다.
비제한적인 예로서 회전자 조립체(24), 고정자 조립체(26) 및 고정자 단부 턴(28)과 같은 전기 기계(20)의 부품은 전기 기계(20)의 작동 중에 열을 발생할 수 있다. 이들 부품은 전기 기계(20)의 성능 및 수명을 증가시키기 위해 냉각될 수 있다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 함께 결합되는 적어도 두 개의 하우징 부재를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 제2 하우징 부재(36)에 결합되는 제1 하우징 부재(34)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징 부재(34, 36)의 각각은 단부 구역(38)과 환형 구역(40)을 구비하는 대체로 원통형의 캐니스터 형상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 하우징 부재(34)의 환형 구역(40a)은 제2 하우징 부재(36)의 환형 구역(40b)의 내경에 비해 작은 외경을 가질 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)의 적어도 일부는 제1 하우징 부재(34)의 환형 구역(40a)의 적어도 일부를 제2 하우징 부재(36)의 환형 구역(40b) 내에 배치함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시하듯이, 일부 실시예에서, 제1 하우징 부재(34)의 환형 구역(40a)의 외경은 제2 하우징 부재(36)의 환형 구역(40b)의 내경에 바로 인접하도록 배치될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 하우징 부재(34, 36)를 서로에 대해 배치한 후, 모듈 하우징(12)은 종래의 체결구, 접착제, 용접, 납땜 또는 기타 결합 방법을 사용하여 추가로 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 적어도 하나의 냉매 재킷(42)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시하듯이, 일부 실시예에서, 슬리브 부재(14)는 냉매 재킷(42)을 포함할 수 있다. 도 6 내지 도 9에 도시하듯이, 일부 실시예에서, 냉매 재킷(42)의 적어도 일부는 환형 구역(40a, 40b)의 일부 사이에[즉, 환형 구역(40a)의 외경의 일부와 환형 구역(40b)의 내경의 일부 사이에] 실질적으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 재킷(42)은 전기 기계(20)의 적어도 일부를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 냉매 재킷(42)은 고정자 단부 턴(28)을 구비하는, 고정자 조립체(26)의 외경의 적어도 일부를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 냉매 재킷(42)은 전달 유체, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜/물 혼합물, 물, 오일, 윤활유, 가스, 스프레이, 그 임의의 조합 또는 유사 물질을 포함할 수 있는 냉매를 함유할 수 있다.
일부 실시예에서 모듈 하우징(12)은 적어도 하나의 냉매 입구(44)를 포함할 수 있지만, 다른 실시예에서 모듈 하우징(12)은 복수의 냉매 입구(44)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 냉매 재킷(42)은 냉매가 냉매 재킷(42) 내에 분산되기 전에 또는 분산될 때 냉매를 가압할 수 있는 냉매 입구(44)를 통해서 냉매 소스(도시되지 않음)와 유체 연통될 수 있으며, 따라서 가압된 냉매가 냉매 재킷(42)을 통해서 순환할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 입구(44)는 모듈 하우징(12)의 일부[즉, 슬리브 부재(14) 및/또는 단부 캡(16, 18) 또는 제1 및/또는 제2 하우징 부재(34, 36)]를 통해서 모듈 하우징(12)의 대체로 하측 부분[즉, 출력 샤프트(32)에 대해서]에 배치될 수 있으며, 적어도 냉매 재킷(42)과 냉매 소스 양자와 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 냉매 입구(44)는 출력 샤프트(32)에 대해 대략 최하 위치(즉, 6시 위치)에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 냉매 입구(44)는 모듈 하우징(12)의 일부를 통해서 다른 위치에 배치될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 모듈 하우징(12)의 둘레의 일부 주위에 규칙적 또는 불규칙적 간격으로 배치되는 복수의 냉매 입구(44)를 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 냉매 재킷(42)이 기계 공동(22)과 유체 연통될 수 있도록 복수의 냉매 재킷 개구(46)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 개구(46)는 고정자 단부 턴(28)에 거의 인접하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 냉매 재킷 개구(46)는 슬리브 부재(14)의 내벽(48)의 일부를 통해서 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 냉매 재킷 개구(46)는 제1 하우징 부재(34)의 환형 구역(40a)의 일부를 통해서 배치될 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 냉매 재킷 개구(46)는 모듈 하우징(12)의 대체로 상측 부분[즉, 출력 샤프트(32)에 대해서]을 통해서 배치될 수 있지만, 다른 실시예에서 냉매 재킷 개구(46)는 모듈 하우징(12)의 일부[즉, 환형 구역(40a 및/또는 40b)의 내벽(48)]를 통해서 규칙적 또는 불규칙적 간격으로 배치될 수 있거나, 모듈 하우징(12)의 대체로 하측 부분에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 가압 냉매가 냉매 재킷(42)을 통해서 순환할 때, 냉매의 적어도 일부는 냉매 재킷 개구(46)를 통해서 냉매 재킷(42)을 빠져나가서 기계 공동(22)에 진입할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 냉매는 고정자 단부 턴(28)에 접촉할 수 있으며, 이는 고정자 조립체(26)의 적어도 부분 냉각으로 이어질 수 있다. 냉매 재킷 개구(46)를 빠져나간 후, 냉매의 적어도 일부는 기계 공동(22)을 통해서 유동할 수 있고 일부 모듈(10) 요소에 접촉할 수 있으며, 이는 일부 실시예에서 모듈(10)의 적어도 부분 냉각으로 이어질 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 냉매의 일부는 냉매 재킷(42)을 통해서 순환할 수 있으며 전기 기계(20) 작동 중에 발생되는 열 에너지의 일부를 수용할 수 있다.
일부 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 냉매 수송 망(50)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 수송 망(50)은 단일 통로(52)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 수송 망(50)은 모듈 하우징(12) 내에 배치되는 복수의 통로(52)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 도 2 내지 도 9에 도시하듯이, 하우징 부재(34, 36) 각각의 단부 구역(38a, 38b)은 각각 통로(52)를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 슬리브 부재(14) 및/또는 단부 캡(16, 18)은 통로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서는, 적어도 하나의 통로(52)가 제2 하우징 부재(36)의 환형 구역(40b) 및/또는 제1 하우징 부재(34)의 환형 구역(40a)의 일부를 통해서 배치될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 통로(52)의 적어도 일부는 냉매가 냉매 소스로부터 도입되어 냉매 수송 망(50) 및 통로(52) 내로 이동될 수 있도록 적어도 하나의 냉매 입구(44)와 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 도 6 내지 도 9에 도시하듯이, 제1 하우징 부재(34) 및 제2 하우징 부재(36) 내의 통로(52)는 다수의 냉매 입구(44)와 유체 연통될 수 있다.
일부 실시예에서, 냉매 수송 망(50)은 적어도 하나의 플러그(53)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서는, 냉매의 재료 양이 통로(52)를 통해서 유동하는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 통로(52) 내에 적어도 하나의 플러그(53)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시하듯이, 플러그(53)는 제1 하우징 부재(34) 내에 배치된 통로(52)가 제2 하우징 부재(36) 내에 배치된 통로(52)로부터 실질적으로 밀봉될 수 있도록 통로(52)에 배치될 수 있다. 그 결과, 제1 하우징 부재(36)의 통로(52)를 통해서 순환하는 냉매의 적어도 일부는 제1 하우징 부재(34)에 결합된 냉매 입구(44)로부터 기원한다. 일부 실시예에서는, 사용자 요구에 맞게 소정 냉매 유동 루트를 생성하기 위해 통로(52) 내에 하나 이상의 플러그(53)가 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 냉매 수송 망(50)은 제1 고리(54)와 제2 고리(56)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징 부재(34, 36) 각각의 단부 구역(38a, 38b)의 각각은 제1 고리(54)와 제2 고리(56) 양자를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 양 단부 구역(38a, 38b)은 제1 고리(54) 및/또는 제2 고리(56)의 하나를 구비하거나, 양자를 구비하거나, 어느 것도 구비하지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 고리(54, 56)는 단부 구역(38a, 38b)으로부터 내측으로 축방향 연장될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하우징 부재(34, 46)는 고리(54, 56)가 단부 구역(38a, 38b)과 일체적이도록 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 고리(54, 56)는 종래의 결합 기술(즉, 용접, 납땜, 체결구, 접착제 등)을 사용하여 단부 구역(38a, 38b)에 결합될 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 단부 캡(16, 18) 및/또는 슬리브 부재(14)는 제1 고리(54) 및/또는 제2 고리(56)의 하나를 구비하거나, 양자를 구비하거나, 어느 것도 구비하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 고리(54)와 제2 고리(56)는 도 2 내지 도 9에 도시하듯이 대체로 동심적일 수 있다. 일부 실시예에서 제1 고리(54)는 대체로 큰 직경을 가질 수 있으며, 다른 실시예에서 제2 고리(56)는 대체로 큰 직경을 가질 수 있다[즉, 제1 고리(54) 또는 제2 고리(56)는 보다 반경방향으로 외측인 위치에 배치될 수 있다]. 일부 실시예에서 고리(54, 56)는 대체로 원형 및/또는 반구형 형상을 포함할 수 있지만, 고리(54, 56)는 타원형, 정방형, 장방형, 규칙적 또는 불규칙적인 다각형, 또는 그 임의의 조합을 포함하지만 이것에 한정되지는 않는 다른 형상을 포함할 수 있다.
단지 예로서, 일부 실시예에서, 제1 고리(54)는 고정자 조립체(26)의 적어도 하나의 축방향 측부에 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 하우징 부재(34, 36)는 각각 적어도 하나의 제1 고리(54)를 포함할 수 있으며, 그 결과 제1 고리(54)는 고정자 조립체(26)의 축방향 양측에 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치될 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 제2 고리(56)는 회전자 조립체(24)의 적어도 하나의 축방향 측부에 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 하우징 부재(34, 36)는 각각 적어도 하나의 제2 고리(56)를 포함할 수 있으며, 그 결과 제2 고리(56)는 회전자 조립체(24)의 축방향 양측에 실질적으로 축방향으로 인접하여 그리고 고정자 조립체(26)로부터 반경방향 내측에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 고리(54, 56)의 상대 위치는 실질적으로 역전될 수 있다[즉, 제1 고리(54)는 회전자 조립체(24)에 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치될 수 있으며 제2 고리(56)는 고정자 단부 턴(28)에 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치될 수 있다].
도 6 내지 도 9에 도시하듯이, 일부 실시예에서, 제1 고리(54) 및/또는 제2 고리(56)는 통로(52)와 유체 연통될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 고리(54) 및/또는 제2 고리(56)는 도 6 내지 도 9에 도시하듯이 단부 구역(38a, 38b)으로부터 축방향 내측으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 고리(54, 56)는 단부 구역(38a, 38b)으로부터 상이한 거리를 연장될 수 있다[즉, 제1 고리(54)가 통로(52)로부터 제2 고리(56)보다 짧은 축방향 거리를 연장될 수 있거나 그 반대일 수 있다].
추가로, 일부 실시예에서, 제1 고리(54) 및/또는 제2 고리(56)는 복수의 고리 개구(58)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 고리 개구(58)는 고리(54, 56)가 기계 공동(22)과 유체 연통될 수 있도록 제1 고리(54) 및/또는 제2 고리(56)의 일부를 통해서 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 고리 개구(58)는 냉매를 모듈(10)의 일부 요소를 향해 안내, 인도, 및/또는 강요할 수 있는 노즐, 오리피스 또는 기타 구조물을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 냉매는 냉매 입구(44)로부터 통로(52)를 통해서 순환할 수 있고, 냉매의 일부는 고리(54, 56)를 통과할 수 있으며 고리 개구(58)의 적어도 일부로부터 모듈(10) 요소의 일부를 향해서 유출될 수 있다. 일부 실시예에서, 고리 개구(58)의 적어도 일부는 냉매를 대략 반경방향으로, 대략 축방향으로, 또는 그 조합 방향으로 인도하도록 구성될 수 있다. 단지 예로서, 일부 실시예에서, 제1 및 제2 고리(54, 56)의 고리 개구(58)는 냉매를 대략 축방향 내측 방향으로 인도하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 냉매는 회전자 조립체(24) 및 고정자 조립체(26) 양자를 향해서 인도될 수 있다.
추가로, 일부 실시예에서, 고리 개구(58)는 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 고리(56)의 고리 개구(58)는 냉매를 대략 반경방향 외측 방향으로 인도하도록 구성될 수 있으며 제1 고리(54)의 고리 개구(58)는 냉매를 대략 축방향으로 인도하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 양 고리(54, 56)의 고리 개구(58)의 적어도 일부를 빠져나가는 냉매의 적어도 일부는 고정자 조립체(26)를 향해서 인도될 수 있다. 고리 개구(58)는 사용자 요구를 충족시키기 위해 냉매의 일부를 다른 방향으로 인도할 수 있는 다른 구조를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 냉매 스프레이가 고정자 조립체(26)에 축방향 및 반경방향의 양 방향으로 충돌될 수 있게 하는 것은 고정자 단부 턴(28)의 일부를 포함하는 고정자 조립체(26)의 일부를 효과적으로 "침수"시킴으로써, 고정자 단부 턴(28)과 접촉하는 냉매의 양을 증가시킬 수 있으며, 이는 고정자 조립체(26) 및 전기 기계(20)의 냉각을 증가시킬 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 냉매의 일부가 회전자 조립체(24)에 충돌될 수 있게 함으로써, 냉매는 회전자 조립체(24) 및 그 부품(즉, 자석)에 의해 발생되는 열 에너지의 적어도 일부를 수용할 수 있으며, 이는 전기 기계(20) 냉각을 더 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 냉매 수송 망(50)은 냉매 재킷을 단독으로 포함하는 일부 전기 기계 모듈에 대한 냉각을 향상시킬 수 있다. 도 6 내지 도 9에 도시하듯이, 냉매 수송 망(50) 및 냉각 재킷(42)은 상호 유체 연통될 수 있으며 각각 냉매 입구(44)의 적어도 일부를 거쳐서 유체 소스로부터 냉매를 수용할 수 있다[즉, 냉매 수송 망(50)은 냉각 재킷(42)으로부터 직접 냉매를 수용하고 있지 않으며, 여기에서 이러한 냉매는 고정자 조립체(26)로부터 열 에너지를 이미 수용함으로 인해 고온에 있을 수 있다]. 그 결과, 통로(52)의 일부와 고리(54, 56)를 통과하는 냉매의 온도는 모듈(10)의 요소와 접촉하도록 배치되기 전에 낮은 온도에 있을 수 있으며, 그 결과 모듈(10)로부터 제거되는 열 에너지의 양을 적어도 부분적으로 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매 수송 망(50)은 냉각 재킷(42)으로부터 직접 냉매의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
일부 실시예에서, 기계 공동(22) 내에 분사되는 냉매의 적어도 일부는 결국 중력에 의해 전기 기계 모듈(10) 내의 드레인(도시되지 않음)을 향해서 유동할 수 있다. 드레인에서의 냉매는 (예를 들면, 펌프에 의해) 유체 소스로 순환 복귀될 수 있고, (유체 소스에서 또는 다른 위치에서) 다시 냉각될 수 있으며, 모듈(10)로 재순환 복귀될 수 있다.
당업자라면, 이상 본 발명을 특정 실시예 및 예와 관련하여 설명했지만 본 발명이 반드시 그렇게 한정되지는 않으며, 상기 실시예, 예 및 사용으로부터의 여러가지 다른 실시예, 예, 사용, 수정예 및 발전예가 첨부되는 청구범위에 의해 망라되도록 의도되는 것을 알 것이다. 본 명세서에 인용되는 각각의 특허 및 공보의 전체 내용은 이러한 각각의 특허 또는 공보가 본 명세서에 개별적으로 원용되는 것처럼 원용된다. 본 발명의 다양한 특징 및 장점은 하기 청구범위에 나타나 있다.

Claims (20)

  1. 전기 기계 모듈이며,
    기계 공동을 적어도 부분적으로 형성하는 모듈 하우징, 및
    상기 기계 공동 내에 배치되고 상기 모듈 하우징에 의해 적어도 부분적으로 포위되는 전기 기계를 포함하고,
    상기 전기 기계는 고정자 단부 턴을 갖는 고정자 조립체 및 회전자 조립체를 구비하며, 상기 고정자 조립체는 상기 회전자 조립체의 적어도 일부를 둘러싸고,
    상기 모듈 하우징은 냉매 수송 망을 구비하며,
    상기 냉매 수송 망은 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리와 유체 연통하는 적어도 하나의 통로를 구비하고, 상기 적어도 하나의 제1 고리는 고정자 조립체의 축방향 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하며 상기 적어도 하나의 제2 고리는 회전자 조립체의 축방향 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하고,
    상기 적어도 하나의 제1 고리와 적어도 하나의 제2 고리의 각각은 상기 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리가 기계 공동과 유체 연통되도록 복수의 고리 개구를 포함하는 전기 기계 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈 하우징의 일부를 통해서 배치되는 냉매 재킷을 더 포함하며, 상기 냉매 재킷은 고정자 조립체의 적어도 일부를 둘러싸는 전기 기계 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 냉매 재킷이 기계 공동과 유체 연통되도록 모듈 하우징의 일부를 통해서 배치되는 복수의 냉매 재킷 개구를 더 포함하는 전기 기계 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 고리 개구의 적어도 일부는 노즐과 오리피스 중 적어도 하나를 포함하는 전기 기계 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 고리 개구는 냉매를 반경방향과 축방향 중 적어도 하나의 방향으로 인도하도록 구성 및 배열되는 전기 기계 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 모듈 하우징은 두 개의 단부 캡에 결합되는 슬리브 부재를 포함하고, 상기 슬리브 부재와 두 개의 단부 캡 각각은 냉매 수송 망의 적어도 일부를 구비하며,
    상기 두 개의 단부 캡의 각각은 적어도 하나의 제1 고리와 적어도 하나의 제2 고리를 구비하고, 상기 슬리브 부재는 고정자 조립체의 적어도 일부를 둘러싸는 냉매 재킷을 구비하며, 상기 슬리브 부재의 내벽은 냉매 재킷이 기계 공동과 유체 연통되도록 복수의 냉매 재킷 개구를 구비하는 전기 기계 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모듈 하우징은 함께 결합되는 적어도 두 개의 하우징 부재를 포함하고, 상기 하우징 부재의 각각은 단부 구역과 환형 구역을 구비하며, 상기 하우징 부재의 각각은 냉매 수송 망의 일부를 구비하고,
    상기 하우징 부재 각각의 단부 구역은 적어도 하나의 제1 고리와 적어도 하나의 제2 고리를 구비하며, 상기 두 개의 하우징 부재는 두 개의 하우징 부재의 환형 구역의 적어도 일부 사이에 냉매 재킷이 실질적으로 형성되도록 함께 결합되는 전기 기계 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 모듈 하우징은 적어도 두 개의 제1 고리와 적어도 두 개의 제2 고리를 포함하는 전기 기계 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 두 개의 제1 고리는 고정자 조립체의 축방향 양 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치되며 상기 두 개의 제2 고리는 회전자 조립체의 축방향 양 단부에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치되는 전기 기계 모듈.
  10. 전기 기계 모듈이며,
    제2 하우징 부재에 결합되는 제1 하우징 부재를 구비하는 모듈 하우징으로서, 상기 제1 하우징 부재와 제2 하우징 부재의 일부에 의해 기계 공동이 형성되고, 상기 제1 하우징 부재와 제2 하우징 부재는 각각 환형 구역과 단부 구역을 구비하는 모듈 하우징;
    상기 모듈 하우징의 일부를 통해서 배치되는 적어도 하나의 냉매 입구; 및
    상기 제1 하우징 부재와 제2 하우징 부재 각각의 일부 내에 배치되고 상기 적어도 하나의 냉매 입구와 유체 연통되는 냉매 수송 망을 포함하며,
    상기 냉매 수송 망은, 상기 제1 하우징 부재와 제2 하우징 부재 각각의 일부를 통해서 배치되고 상기 적어도 하나의 냉매 입구와 유체 연통되는 적어도 하나의 통로를 구비하며,
    상기 제1 하우징 부재와 제2 하우징 부재의 단부 구역은 단부 구역으로부터 축방향 내측으로 연장되는 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리를 포함하고,
    상기 제1 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리는 제1 하우징 부재의 적어도 하나의 통로와 유체 연통되며, 상기 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리는 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 통로와 유체 연통되는 전기 기계 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리의 각각과 상기 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리의 각각은 복수의 고리 개구를 포함하는 전기 기계 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 고리 개구의 적어도 일부는 노즐과 오리피스 중 적어도 하나를 포함하는 전기 기계 모듈.
  13. 제11항에 있어서, 상기 복수의 고리 개구는 냉매를 반경방향과 축방향 중 적어도 하나의 방향으로 인도하도록 구성 및 배열되는 전기 기계 모듈.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제1 하우징 부재의 환형 구역의 일부와 상기 제2 하우징 부재의 환형 구역의 일부 사이에 형성되는 냉매 재킷을 더 포함하는 전기 기계 모듈.
  15. 제10항에 있어서, 상기 기계 공동 내에 배치되고 상기 모듈 하우징에 의해 적어도 부분적으로 포위되는 전기 기계를 더 포함하고, 상기 전기 기계는 고정자 조립체와 회전자 조립체를 구비하며,
    상기 제1 하우징 부재 및 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리의 각각은 고정자 조립체에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하고,
    상기 제1 하우징 부재 및 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 제2 고리의 각각은 회전자 조립체에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하는 전기 기계 모듈.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 하우징 부재 및 제2 하우징 부재의 각각은 적어도 하나의 냉매 입구를 포함하는 전기 기계 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리가 상기 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 냉매 입구로부터 실질적으로 밀봉되도록 냉매 수송 망에 배치되는 적어도 하나의 플러그를 더 포함하는 전기 기계 모듈.
  18. 제10항에 있어서, 상기 제1 하우징 부재 및 상기 제2 하우징 부재의 적어도 하나의 제1 고리와 적어도 하나의 제2 고리는 동심적인 전기 기계 모듈.
  19. 전기 기계 모듈을 냉각하는 방법이며,
    기계 공동을 적어도 부분적으로 형성하는 모듈 하우징을 제공하는 단계로서, 상기 모듈 하우징은 적어도 하나의 통로, 적어도 하나의 제1 고리, 및 적어도 하나의 제2 고리를 구비하고, 상기 적어도 하나의 통로는 상기 적어도 하나의 제1 고리 및 적어도 하나의 제2 고리와 유체 연통되는 단계;
    전기 기계가 모듈 하우징에 의해 적어도 부분적으로 포위되도록 전기 기계를 기계 공동 내에 실질적으로 배치하는 단계로서, 상기 전기 기계는 고정자 조립체와 회전자 조립체를 구비하는 단계;
    적어도 하나의 제1 고리를 고정자 조립체에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치하는 단계; 및
    적어도 하나의 제2 고리를 회전자 조립체에 대해 실질적으로 축방향으로 인접하여 배치하는 단계를 포함하는 전기 기계 모듈 냉각 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 고리와 상기 적어도 하나의 제2 고리는 각각 복수의 고리 개구를 포함하는 전기 기계 모듈 냉각 방법.
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