KR20130124325A - 전기 기계 모듈을 위한 분리형 배수 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20130124325A
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drains
drain
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마이클 디 브래드필드
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레미 테크놀러지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 내부 벽 및 적어도 하나의 단부 캡을 갖춘 모듈 하우징을 포함하는 전기 기계 모듈에 관한 것이다. 모듈 하우징은 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성할 수 있다. 또한, 전기 기계 모듈은, 대체로 원주방향으로 서로 이격되게 위치설정되고 그리고 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되는 적어도 2개의 배수구를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 배수구는 기계 공동 외부로의 중력식 유체 경로를 제공할 수 있다.

Description

전기 기계 모듈을 위한 분리형 배수 시스템 및 방법{SPLIT DRAIN SYSTEM AND METHOD FOR AN ELECTRIC MACHINE MODULE}
관련 출원
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에서 참조되는 2010년 10월 14일자로 출원된 미국 특허출원 제12/904,848호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 전기 기계 모듈을 위한 분리형 배수 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 전기 기계 냉각 방법은 냉각 재킷 내부의 전기 기계의 외주연부 주위로 냉각제를 통과시키는 단계를 포함한다. 냉각제는 전기 기계의 고정자로부터 열을 추출한다. 몇몇 기계 디자인에서, 열 제거 레벨은 냉각제를 냉각 재킷으로부터 고정자의 단부 권선에 직접 분무함으로써 증가된다. 중력이 분무된 냉각제를 전기 기계의 하우징의 바닥을 향해 배수시킬 수 있으며, 배수구는 냉각제를 배출시키기 위해 하우징의 바닥 근방에 통상 위치된다. 통상, 배수구는 하우징의 기하학적 바닥 중심부에 위치된다.
그러나 중력식 배수를 위해 적절히 크기가 정해진 경우, 통상적인 배수부 위치로는 사용된 냉각제가 하우징의 바닥에 대체로 풀링되지가 않는다. 그 결과, 고정자의 단부 권선의 하부 구역이 과열될 수 있다. 또한, 전기 기계가 기울어진 경우, 과도한 양의 냉각제가 전기 기계 주위의 하우징 내에 풀링될 수 있다. 풀링된 냉각제는 전기 기계 고정자와 전기 기계 회전자 사이의 공기 간극을 침수시킴으로써, 전기 기계의 비교적 큰 스핀 손실 및/또는 열적 파손과 같은 역효과를 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술된 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예는, 내부 벽 및 적어도 하나의 단부 캡을 갖춘 모듈 하우징을 포함하는 전기 기계 모듈을 제공한다. 모듈 하우징은 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성할 수 있으며, 전기 기계가 기계 공동 내에 적어도 부분적으로 내장될 수 있다. 전기 기계는 고정자 및 고정자 단부 권선(end turn)을 포함할 수 있다. 또한, 전기 기계 모듈은, 대체로 원주방향으로 서로 이격되게 위치설정되고 그리고 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되는 적어도 2개의 배수구를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 배수구는 기계 공동 외부로의 중력식(gravity-fed) 유체 경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예는, 내부 벽 및 적어도 하나의 단부 캡을 갖춘 모듈 하우징을 포함하는 전기 기계 모듈을 제공한다. 모듈 하우징은 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성할 수 있으며, 전기 기계가 기계 공동 내에 적어도 부분적으로 내장될 수 있다. 전기 기계는 고정자 및 고정자 단부 권선을 포함할 수 있다. 또한, 전기 기계 모듈은, 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되고 그리고 모듈 하우징의 수직 축으로부터 양의 방향의 제1 각도에 있는 제1 배수구와, 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되고 그리고 수직 축으로부터 음의 방향의 제1 각도에 있는 제2 배수구를 포함할 수 있다. 제1 배수구와 제2 배수구 중 적어도 하나는, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치에 있을 때, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때 그리고 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때, 기계 공동 외부로의 중력식 유체 경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예는 전기 기계 모듈 냉각 방법을 제공한다. 본 발명의 전기 기계 모듈 냉각 방법은 내부 벽, 적어도 하나의 단부 캡, 냉각제 재킷 및 수직 축을 포함하는 모듈 하우징을 제공하는 단계를 포함한다. 모듈 하우징은 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성하며, 기계 공동 내의 전기 기계를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 전기 기계는, 고정자 단부 권선을 포함하고 그리고 회전자를 둘러싸는 고정자와, 고정자와 회전자 사이에 형성되는 반경방향 공기 간극을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 전기 기계 모듈 냉각 방법은, 내부 벽을 통해 연장되고 그리고 적어도 기계 공동과 냉각제 재킷과 유체 연통하는 복수의 냉각제 개구를 제공하는 단계와, 냉각제를 냉각제 재킷에 주입하는 단계와, 냉각제를 냉각제 재킷으로부터 복수의 냉각제 개구를 통해 기계 공동 내로 순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 전기 기계 모듈 냉각 방법은, 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되는 제1 배수구를 수직 축으로부터 양의 방향의 제1 각도로 위치설정하는 단계와, 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되는 제2 배수구를 수직 축으로부터 음의 방향의 제1 각도로 위치설정하는 단계와, 고정자 단부 권선과 접촉하고 그리고 반경방향 공기 간극 미만으로 유지되는 풀링된 냉각제 레벨로 제1 배수구와 제2 배수구 사이에 냉각제를 풀링하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 전방 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 모듈 하우징의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 부분 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 다른 부분 측단면도이다.
도 5는 종래의 전기 기계 모듈의 부분 측단면도이다.
본 발명의 임의의 실시예를 상세히 기술하기 전에, 본 발명의 적용 범주는 이하의 상세한 설명에 개시되거나 이하의 도면에 도시된 구성의 상세사항 및 구성요소의 배열에 제한되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예로 실시될 수 있으며, 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것일 뿐 제한적인 것으로 간주하여선 안 된다. 본 명세서에 "포함하는" 또는 "갖는"과 같은 용어와 이런 용어의 변형을 사용하는 것은 추후에 개시된 요소 및 이런 요소의 등가물뿐만 아니라 추가적인 요소를 포함하는 의미이다. 달리 특정되거나 제한되지 않는 한, "장착된" "연결된" "지지된" 및 "결합된(coupled)"과 같은 용어와 이런 용어의 변형은 넓은 의미로 사용되며, 직접적인 그리고 간접적인 장착, 연결, 지지 및 결합을 모두 포함한다. 또한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적인 또는 기계적인 연결이나 결합에 제한되지 않는다.
당업자들은 이하의 설명으로부터 본 발명의 실시예를 제조하고 이용할 수 있을 것이다. 당업자들은 예시된 실시예에 대한 다양한 변형예도 용이하게 이해할 것이며, 본 명세서에 개시된 포괄적인 원리는 본 발명의 실시예의 범주 내에서 다른 실시예 및 적용예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 개시된 실시예에 제한되지 않으며, 본 명세서에 개시된 원리 및 구성요소와 일치하는 가장 넓은 범주를 따를 것이다. 이하의 상세한 설명은 도면을 참조하여 기술될 것이며, 다른 도면 내에서 동일한 요소는 동일한 도면부호를 갖는다. 반드시 일정한 비율로 도시될 필요가 없는 도면들은 소정의 실시예를 도시할 뿐, 본 발명의 실시예의 범주를 제한하는 것이 아니다. 당업자들은 본 명세서에 제공된 예들이 본 발명의 실시예의 범주 내에 속한 수많은 유용한 대체예를 가진다는 것을 알 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈(10)을 도시한다. 전기 기계 모듈(10)은, 슬리브 부재(14), 제1 단부 캡(16) 및 제2 단부 캡(18)을 포함하는, 모듈 하우징(12)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 주조 알루미늄으로 제조될 수 있다. 전기 기계(20)는 슬리브 부재(14) 및 단부 캡(16, 18)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 기계 공동(22) 내에 수용될 수 있다. 예컨대, 슬리브 부재(14) 및 단부 캡(16, 18)은 전기 기계(20)의 적어도 일부분이 기계 공동(22) 내에 내장되도록 (도시 안 된)체결구를 통해 또는 다른 적절한 결합 방식으로 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단부 캡(16, 18)은 동일한 부품이다. 다른 실시예에서, 단부 캡(16, 18)은 상이한 개별 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 대체로 폐쇄되어 있는 대체로 원통형인 (도 2에 도시된 바와 같은)캐니스터(15) 및 (도시 안 된)단일 단부 캡을 포함할 수 있다.
전기 기계(20)는 회전자(24), 고정자(26), 고정자 단부 권선(28) 및 베어링(30)을 포함할 수 있으며, 주 출력 샤프트(31) 주위에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고정자(26)는 회전자(24)를 대체로 둘러쌀 수 있으며(circumscribe), 반경방향 공기 간극(32)이 회전자(24)와 고정자(26) 사이에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 기계(20)는 회전자 허브(34)를 또한 포함하거나 (도시 안 된)"허브가 없는(hub-less)" 디자인을 가질 수 있다. 전기 기계(20)는 제한 없이, 하이브리드 전기 모터, 발전기 또는 차량 교류발전기와 같은 전기 모터일 수 있다. 일 실시예에서, 전기 기계(20)는 하이브리드 차량에 사용되도록 고전압 헤어핀(High Voltage Hairpin; HVH) 전기 모터일 수 있다.
회전자(24), 고정자(26) 및 고정자 단부 권선(28)과 같은, 하지만 이들에 제한되지 않는, 전기 기계(20)의 구성요소들은 전기 기계(20)의 작동 중에 열을 발생시킬 수 있다. 이런 구성요소들은 전기 기계(20)의 성능을 향상시키고 수명을 증가시키도록 냉각될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 몇몇 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 냉각제 재킷(36)을 포함할 수 있다. 냉각제 재킷(36)은 고정자(26)를 대체로 둘러싸거나 적어도 부분적으로 에워쌀 수 있으며, 오일(예컨대, 모터 오일, 트랜스미션 오일 등) 또는 유사한 액체 냉각제 유체와 같은 냉각제를 함유할 수 있다. 냉각제 재킷(36)은 냉각제를 함유하고 있는 (도시 안 된)유체 소스와 유체 연통될 수 있다. 냉각제는 냉각제 재킷(36)을 통해 순환되도록 냉각제 재킷(36)에 유입될 때 가압될 수 있다. 전기 기계(20)에 의해 발생된 열은 냉각제가 냉각제 재킷(36)을 통해 순환할 때 냉각제로 전달됨으로써, 전기 기계(20)를 냉각시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각제는 (도시 안 된)냉각제 입구를 통해 냉각제 재킷(36)에 주입될 수 있다. 일 실시예에서, 냉각제 입구는 모듈 하우징(12)의 대체로 하부 부분 근방에 위치설정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 냉각제 재킷(36)은 모듈 하우징(12)의 슬리브 부재(14) 또는 캐니스터(15) 내에 형성될 수 있으며, 슬리브 부재(14)의 반경방향 최내측 벽(40) 또는 캐니스터(15)는 냉각제 재킷(36)을 기계 공동(22)으로부터 대체로 분리시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 (도시 안 된)내부 슬리브 부재를 포함할 수 있으며, 냉각제 재킷(36)은 내부 슬리브 부재와 슬리브 부재(14) 또는 캐니스터(15) 사이에 형성될 수 있다(즉, 내부 슬리브 부재는 냉각제 재킷(36)과 기계 공동(22)을 대체로 분리시키는 내부 벽(40)을 형성한다). 이런 실시예에서, 예컨대 내부 슬리브 부재는 고정자(26)가 가압 성형되는 스테인레스강 링일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 냉각제 재킷(36)을 통해 순환되는 냉각제는 모듈 하우징(12)의 내부 벽(40)을 통해 연장되는 복수의 냉각제 개구(38)로부터 기계 공동(22) 내로 분무되거나 분산될 수 있다. 복수의 냉각제 개구(38)는 적어도 기계 공동(22) 및 냉각제 재킷(36)과 유체 연통될 수 있다. 복수의 냉각제 개구(38)는 고정자 단부 권선(28)에 대체로 인접한(예컨대, 모듈 하우징(12)의 축방향 양단부 근방에 위치된) 모듈 하우징(12)을 따라 축방향으로 위치될 수 있다. 그 결과, 냉각제는 복수의 냉각제 개구(38)를 통해 적어도 부분적으로 고정자 단부 권선(28) 상으로 그리고/또는 고정자 단부 권선(28) 주위로 냉각제 재킷(36)으로부터 분산될 수 있다. 분산된 냉각제는 고정자 단부 권선(28)으로부터 열 에너지를 수용함으로써, 전기 기계(20)를 냉각시킬 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 냉각제 개구(38)는 모듈 하우징(12)의 대체로 상부 부분 주위에 원주방향으로 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 냉각제 개구(38)는 모듈 하우징(12)의 대체로 전체 원주 주위에 원주방향으로 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 냉각제 개구(38)는 단부 캡(16, 18) 내의 (도시 안 된)냉각제 채널을 통하는 것과 같은 다른 방법을 통해 기계 공동(22) 전체에 냉각제를 분산시키도록 위치설정될 수 있다.
분산된 냉각제는 중력으로 인해 기계 공동(22)의 하부 부분을 향해 흘러내릴 수 있다. 분산된 냉각제가 하향 유동함에 따라, 분산된 냉각제는 고정자(26), 회전자(24), 회전자 허브(34) 및 베어링(30)과 같은, 하지만 이들에 제한되지 않는, 전기 기계 구성요소로부터 열 에너지를 계속 제거할 수 있다. 후속적으로, 분산된 냉각제의 적어도 일부는 기계 공동(22)의 하부 부분 근방에 풀링될 수 있다. 기계 공동(22)의 하부 부분 근방에 풀링된 후에도, 냉각제는 고정자(26) 및 고정자 단부 권선(28)과 같은 접촉되는 전기 기계 구성요소보다 대체로 더 차가운 상태로 유지됨으로써, 고정자(26) 및/또는 고정자 단부 권선(28)으로부터 열 에너지를 계속 제거할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 모듈 하우징(12)은 풀링된 냉각제를 기계 공동(22)으로부터 제거하기 위해 분리형 배수 시스템(split drain system; 42)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 분리형 배수 시스템(42)은 모듈 하우징(12)을 통해(즉, 몇몇 실시예에선 슬리브 부재(14), 캐니스터(15), 내부 슬리브 부재 및/또는 단부 캡(16, 18)을 통해) 연장되는 배수구(44)를 포함할 수 있다. 배수구(44)는 기계 공동(22) 외부로의 중력식 유체 경로를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 2개의 배수구(44)가 모듈 하우징(12)의 축방향 단부에 또는 축방향 단부 근방에 위치될 수 있다(즉, 적어도 2개의 배수구(44)는 제1 축방향 단부 근방에 위치되며, 적어도 2개의 다른 배수구(44)는 제1 축방향 단부에 대향하는 제2 축방향 단부 근방에 위치될 수 있다). 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 축방향 단부에 있는 적어도 2개의 배수구(44)는 모듈 하우징(12)의 하부 부분을 따라 원주방향으로 서로 이격되게 위치될 수 있다. 예컨대 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 배수구(44)는 모듈 하우징(12)의 수직 축(48)으로부터 양의 방향으로 그리고 음의 방향으로 각도 θ만큼 각각 오프셋될 수 있다(즉, 제1 배수구(44)는 양의 각도 θ만큼 수직 축(48)으로부터 오프셋되며, 제2 배수구(44)는 음의 각도 θ만큼 수직 축(48)으로부터 오프셋된다). 각도 θ는 0도보다 클 수 있으며, 일 실시예에서 각도 θ는 약 35도 이하일 수 있다. 또한 (도시 안 된)몇몇 실시예에서, 제1 배수구(44)는 제1 각도만큼 양의 방향으로 수직 축(48)으로부터 오프셋되고 그리고 제2 배수구(44)는 제1 각도와 다른 제2 각도만큼 음의 방향으로 수직 축으로부터 오프셋될 수 있다.
배수구(44)는 모듈 하우징(12)으로부터 배출된 냉각제가 냉각되어 (예컨대, 냉각제 입구를 통해) 냉각제 재킷(36)으로 다시 순환되도록 외부 냉각기(예컨대, 열 교환기, 라디에이터 등)에 유체 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, (도시 안 된)배수 팬이 배수구(44)로부터 냉각제를 풀링할 수 있으며, 종래의 연결 호스 또는 유사체가 냉각제를 외부 냉각기 및/또는 펌프로 안내하도록 배수 팬의 배수 출구에 결합될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 분산된 냉각제는 고정자 단부 권선(28)을 따라 하향 유동하여, 분산된 냉각제가 중력으로 인해 기계 공동(22)의 바닥을 향해 고정자 단부 권선(28)으로부터 낙하될 때까지(또는 배출될 때까지), 고정자 단부 권선(28)으로부터 열 에너지를 제거할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 종래의 전기 기계 모듈은 기계 하우징의 기하학적 바닥 중심부에 배수부를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각제의 배출 지점(run-off point)과 단일 배수부 근방의 냉각제 풀(47) 사이에 임의의 구역(46)이 존재할 수 있는데, 이런 구역의 고정자 단부 권선(28)은 냉각제에 의해 직접 냉각되지 않는다. 몇몇 적용예에서, 이런 구역(46)의 불충분한 냉각으로 인해(즉, 냉각제와의 최소한의 접촉으로 인해), 고정자 단부 권선(28)이 과열될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 분리형 배수 시스템(42)은 추가적인 냉각제가 기계 공동(22) 내에(예컨대, 적어도 제1 배수구(44)와 제2 배수구(44) 사이에) 풀링될 수 있게 한다. 그 결과, 더 많은 냉각제가 더 큰 냉각제 풀(47)로 인해 고정자 단부 권선(28)과 접촉될 수 있기 때문에, 단일의 중심 배수부와 비교되는 추가적인 냉각이 분리형 배수 시스템(42)의 사용을 통해 달성될 수 있다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 분리형 배수 시스템(42) 및 결과적인 더 큰 냉각제 풀(47)은 고정자 단부 권선(28)이 냉각제와 접촉되지 않는 구역(46)을 감소시켜, 고정자 단부 권선(28)의 과열 위험을 최소화할 수 있다.
축방향으로 각도를 이루게 배치됨으로써, 배수구(44)는, 전기 기계(20)가 일측 방향으로 또는 전후방향으로 기울어진 경우에도, 대체로 분리형 배수 시스템(42)의 정상 기능을 수행할 수 있게 한다. 몇몇 실시예에서, 배수구(44)는 냉각제 배수시 전기 기계(20)의 좌우로의 기울어짐(tipping)의 영향을 최소화하기 위해 (예컨대, 모듈 하우징(12)의 축방향 단부보다) 고정자(26)에 더 근접하게 축방향 내향으로 위치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 배수구(44)의 각도 변위(즉, 각도 θ의 크기)는, 기계 공동(22)의 크기, 소정의 냉각제 풀링량, 및 전기 기계(20)의 용도 및 그런 용도에서의 소정의 기울어짐의 정도와 같은 다른 요인에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 배수구(44)는, 냉각제 풀(47)이 고정자 단부 권선(28)의 적어도 일부분에 대한 최적의 냉각을 제공할 만큼 충분히 깊지만 소정의 기울어짐 동안 반경방향 공기 간극(32)을 침수시키지 않을 만큼 충분히 얕을 수 있도록(즉, 냉각제 풀의 깊이 또는 레벨이 반경방향 공기 간극(32) 미만으로 유지되도록), 수직 축(48)으로부터 원주방향으로 이격될 수 있다.
다른 예에서, 배수구(44)는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각제 풀(47)이 고정자 단부 권선(28)의 적어도 일부분에 대한 최적의 냉각을 제공할 만큼 충분히 깊고 소정의 기울어짐 동안 대체로 일관되게 배수할 수 있으며 냉각제 풀링 레벨(pooling level)을 전기 기계 모듈(10)의 기울어짐 각도의 범위에 걸쳐 공기 간극(32) 미만으로 유지시킬 수 있도록, 변위될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 소정의 기울어짐은 전기 기계 모듈(10)의 대체로 직립인 위치(즉, 0도의 회전)에서 대체로 직립인 위치로부터의 전후방으로의 제2 각도(또는 정도) 값까지의 범위일 수 있다. 2개의 배수구(44)가 원주방향으로 서로 이격되고 그리고 수직 축(48)으로부터 대체로 오프셋되어 있기 때문에, 적어도 제1 배수구(44)는 냉각제 풀 레벨이 공기 간극(32) 미만으로 유지되도록, 전기 기계 모듈(10)이 대체로 직립인 위치로부터 제2 각도까지 전방으로 기울어지거나 회전될 때, 냉각제 배수를 위한(즉, 냉각제가 기계 공동(22)을 탈출하기 위한) 유체 경로를 제공할 수 있다. 유사하게는, 적어도 제2 배수구(44)는 냉각제 풀 레벨이 공기 간극(32) 미만으로 유지되도록, 전기 기계 모듈(10)이 대체로 직립인 위치로부터 제2 각도까지 후방으로 기울어지거나 회전될 때, 냉각제 배수를 위한 유체 경로를 제공할 수 있다. 전기 기계 모듈(10)이 대체로 직립인 위치에 위치설정될 때, 제1 배수구(44) 및/또는 제2 배수구(44)는 냉각제 배수를 위한 유체 경로를 제공할 수 있다.
또한 몇몇 실시예에서, 배수구(44)의 각도 변위는 전기 기계(20)의 작동 온도 범위에 기초하여 이루어질 수 있다. 예컨대 일 실시예에서, 분리형 배수 시스템(42)은, 비록 온도가 냉각제의 점도 및 유량에 영향을 미칠 수도 있음에도 불구하고, 전기 기계(20)의 대체로 모든 작동 온도 범위에 걸쳐 기능할 수 있다.
또한 몇몇 실시예에서, 각각의 배수구(44)의 직경은 기계 공동(22)의 크기, 기계 공동(22) 내로의 냉각제의 유량 및/또는 다른 요인에 기초하여 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 배수구(44)의 직경은 약 10 ㎜ 내지 약 30 ㎜일 수 있다.
본 발명이 비제한적인 특정한 실시예 및 예와 함께 상술되었지만, 다양한 다른 실시예, 용례, 용도, 변형예, 및 이런 실시예, 용례 및 용도의 변경예가 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 포함되어야 한다는 점을 당업자들은 알 것이다. 본 발명의 다양한 구성요소 및 이점은 이하의 특허청구범위에 기재되어 있다.
10 : 전기 기계 모듈 12 : 모듈 하우징
14 : 슬리브 부재 16 : 제1 단부 캡
18 : 제2 단부 캡 20 : 전기 기계
22 : 기계 공동 24 : 회전자
26 : 고정자 28 : 고정자 단부 권선
30 : 베어링 32 : 공기 간극
34 : 회전자 허브 36 : 냉각제 재킷
38 : 냉각제 개구 40 : 하우징의 내부 벽

Claims (20)

  1. 전기 기계 모듈이며,
    내부 벽 및 적어도 하나의 단부 캡을 포함하고, 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성하는, 모듈 하우징과,
    상기 기계 공동 내에 적어도 부분적으로 내장되고, 고정자 및 고정자 단부 권선을 포함하는, 전기 기계와,
    대체로 원주방향으로 서로 이격되게 위치설정되고, 상기 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되며, 기계 공동 외부로의 중력식 유체 경로를 제공하는, 적어도 2개의 배수구를 포함하는,
    전기 기계 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 배수구는, 냉각제가 적어도 상기 적어도 2개의 배수구 사이의 기계 공동 내에 풀링될 수 있도록, 모듈 하우징의 하부 부분을 따라 대체로 원주방향으로 서로 이격되게 위치설정되며,
    상기 적어도 2개의 배수구는 냉각제가 기계 공동을 탈출하기 위한 중력식 유체 경로를 제공하는, 전기 기계 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 배수구의 제1 배수구는 모듈 하우징이 제1 방향으로 회전될 때 냉각제를 기계 공동으로부터 배수시키기 위한 중력식 유체 경로를 제공하며,
    상기 적어도 2개의 배수구의 제2 배수구는 모듈 하우징이 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 회전될 때 냉각제를 기계 공동으로부터 배수시키기 위한 중력식 유체 경로를 제공하는, 전기 기계 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모듈 하우징은 냉각제 재킷 및 복수의 냉각제 개구를 포함하며, 상기 복수의 냉각제 개구는 적어도 냉각제 재킷과 기계 공동 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 내부 벽을 통해 연장되는, 전기 기계 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 냉각제 개구의 적어도 일부는 고정자 단부 권선에 대체로 인접한 모듈 하우징을 따라 축방향으로 위치되는, 전기 기계 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 배수구는 모듈 하우징의 제1 축방향 측부 근방에 위치설정되는 2개의 배수구의 제1 세트와, 모듈 하우징의 제2 축방향 측부 근방에 위치설정되는 2개의 배수구의 제2 세트를 포함하며,
    상기 제2 축방향 측부는 제1 축방향 측부에 대향하는, 전기 기계 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 배수구는 외부 냉각기에 유체 결합되는, 전기 기계 모듈.
  8. 전기 기계 모듈이며,
    내부 벽 및 적어도 하나의 단부 캡을 포함하고, 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성하며, 수직 축을 포함하는, 모듈 하우징과,
    상기 기계 공동 내에 적어도 부분적으로 내장되고, 고정자 및 고정자 단부 권선을 포함하는, 전기 기계와,
    상기 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되고, 상기 수직 축으로부터 반시계 방향의 제1 각도로 위치설정되는, 제1 배수구와,
    상기 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되고, 상기 수직 축으로부터 시계 방향의 제1 각도로 위치설정되는, 제2 배수구와,
    상기 제1 배수구와 제2 배수구 중 적어도 하나는, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치에 있을 때, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때 그리고 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때, 기계 공동 외부로의 중력식 유체 경로를 제공하는,
    전기 기계 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전기 기계는 하이브리드 전기 기계인, 전기 기계 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 모듈 하우징은 냉각제 재킷과, 내부 벽을 통해 연장되는 복수의 냉각제 개구를 포함하고,
    상기 복수의 냉각제 개구는 적어도 냉각제 재킷 및 기계 공동과 유체 연통하며,
    상기 복수의 냉각제 개구 중 적어도 일부는 고정자 단부 권선에 대체로 인접한 모듈 하우징을 따라 축방향으로 위치되는, 전기 기계 모듈.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 배수구 및 제2 배수구는 모듈 하우징의 제1 축방향 단부 근방에 위치설정되며,
    상기 전기 기계 모듈은, 모듈 하우징을 통해 연장되고 그리고 제1 배수구에 대향하는 모듈 하우징의 제2 축방향 단부 근방에 위치설정되는 제3 배수구와, 모듈 하우징을 통해 연장되고 그리고 제2 배수구에 대향하는 모듈 하우징의 제2 축방향 단부 근방에 위치설정되는 제4 배수구를 더 포함하는, 전기 기계 모듈.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 배수구 및 제2 배수구는 외부 냉각기에 유체 연결되는, 전기 기계 모듈.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제1 각도는 0도보다 큰, 전기 기계 모듈.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제1 배수구 및 제2 배수구는, 냉각제가 적어도 제1 배수구와 제2 배수구 사이의 기계 공동 내에 풀링될 수 있도록, 모듈 하우징의 하부 부분을 따라 수직 축으로부터 대체로 원주방향으로 멀어지게 위치설정되며,
    상기 제1 배수구와 제2 배수구 중 적어도 하나는 냉각제가 기계 공동을 탈출하기 위한 중력식 유체 경로를 제공하는, 전기 기계 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전기 기계는 고정자에 의해 대체로 둘러싸인 회전자와, 회전자와 고정자 사이에 형성되는 반경방향 공기 간극을 포함하며,
    상기 기계 공동 내의 허용가능한 냉각제 풀링은, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치에 있을 때, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때 그리고 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제2 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때, 반경방향 공기 간극 미만의 레벨인,
    전기 기계 모듈.
  16. 제14항에 있어서, 상기 기계 공동 내의 허용가능한 냉각제 풀링 레벨은 제1 배수구와 제2 배수구 사이에 위치되는 고정자 단부 권선에 대체로 도달하는, 전기 기계 모듈.
  17. 전기 기계 모듈 냉각 방법이며,
    내부 벽, 적어도 하나의 단부 캡, 냉각제 재킷 및 수직 축을 포함하는 모듈 하우징을 제공하는 단계로서,
    상기 모듈 하우징은 기계 공동을 적어도 부분적으로 형성하고, 기계 공동 내의 전기 기계를 적어도 부분적으로 둘러싸며,
    상기 전기 기계는, 고정자 단부 권선을 포함하고 그리고 회전자를 둘러싸는 고정자와, 고정자와 회전자 사이에 형성되는 반경방향 공기 간극을 포함하는,
    모듈 하우징을 제공하는 단계와,
    상기 내부 벽을 통해 연장되고 그리고 적어도 기계 공동과 냉각제 재킷과 유체 연통하는 복수의 냉각제 개구를 제공하는 단계와,
    냉각제를 냉각제 재킷에 주입하는 단계와,
    상기 냉각제를 냉각제 재킷으로부터 상기 복수의 냉각제 개구를 통해 기계 공동 내로 순환시키는 단계와,
    상기 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되는 제1 배수구를 수직 축으로부터 양의 방향의 제1 각도로 위치설정하는 단계와,
    상기 모듈 하우징의 하부 부분을 통해 연장되는 제2 배수구를 수직 축으로부터 음의 방향의 제1 각도로 위치설정하는 단계와,
    상기 고정자 단부 권선과 접촉하고 그리고 반경방향 공기 간극 미만으로 유지되는 풀링된 냉각제 레벨로 제1 배수구와 제2 배수구 사이에 냉각제를 풀링하는 단계를 포함하는,
    전기 기계 모듈 냉각 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 배수구 및 제2 배수구는, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치에 있을 때, 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때 그리고 모듈 하우징이 대체로 직립인 위치로부터 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 제2 각도만큼 회전될 때, 상기 풀링된 냉각제 레벨을 반경방향 공기 간극 미만으로 유지시키기 위해, 양의 방향으로의 제1 각도 및 음의 방향으로의 제2 각도로 각각 위치설정되는,
    전기 기계 모듈 냉각 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 각도는 0도보다 크며, 상기 제2 각도는 0도보다 큰, 전기 기계 모듈 냉각 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 냉각제를 기계 공동으로부터 제1 배수구와 제2 배수구 중 적어도 하나를 통해 배수시키는 단계를 더 포함하는, 전기 기계 모듈 냉각 방법.
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