KR20140049554A

KR20140049554A - 전기 기계 모듈

Info

Publication number: KR20140049554A
Application number: KR1020147003843A
Authority: KR
Inventors: 마이클 브라드필드
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-04-25
Also published as: WO2013012701A3; US20130015732A1; EP2732533A2; EP2732533A4; WO2013012701A2

Abstract

본 발명의 실시예는 하우징과 함께 위치하게 되는 전기 기계를 포함하는 전기 기계 모듈을 제공한다. 브러시리스형 전기 기계는 중심 회전축 및, 지지 부재의 일 부분의 둘레에 감기는, 계자 코일을 갖는 지지 부재를 포함한다. 전기 기계는 지지 부재를 외접하여 둘러싸는 회전자 어셈블리 및 회전자 어셈블리에 결합되는 샤프트를 포함한다. 기계는 또한, 고정자 어셈블리 내부에 위치하게 되는 다수의 전도체를 포함하는 분산형 고정자 권선을 포함하는, 고정자 어셈블리를 포함한다. 모듈은 또한, 하우징의 일 부분을 관통하여 배치되는 유입구, 유입구와 제2 채널을 유체 연결하는, 지지 부재 내부에 위치하게 되는 제1 채널을 포함하는, 냉각 시스템을 포함한다.

Description

전기 기계 모듈{ELECTRIC MACHINE MODULE}

교류 발전기 및 다른 발전기와 같은, 배터리를 적어도 부분적으로 재충전할 수 있고 및/또는 다른 전기-필요 부하들에 전류를 제공할 수 있는, 일부 전기 기계들은 전류를 생성할 수 있다.

많은 이러한 전기 기계들은, 기계들이 그 내부로 설치되는, 구조물의 요건에 대략 상응하는 다량의 전기를 생성한다. 전기 기계들 중 일부는, 적어도 부분적으로 고정자 어셈블리 내부에 위치하게 되는, 회전하는 회전자 어셈블리를 포함한다.

이러한 기계들 중 일부는, 출력 밀도들에 영향을 줄 수 있는 회전하는 기계 구성요소들 때문에, 브러시형 형태(brushed configuration)를 필요로 할 수도 있을 것이다.

본 발명의 일부 실시예들은 하우징을 포함하는 전기 기계 모듈을 제공한다. 일부 실시예에서, 하우징은 기계 내부공간(machine cavity)을 획정한다. 일부 실시예에서, 전기 기계는 기계 내부공간 내부에 위치하게 될 수 있으며, 적어도 부분적으로 하우징에 의해 둘러싸이게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 기계는 브러시리스형 형태(brushless configuration), 중심 회전축, 및 하우징의 벽에 결합되는 고정형 지지 부재를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 계자 코일(field coil)이 지지 부재의 적어도 일 부분의 둘레에 감기게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 기계는, 지지 부재의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러쌀 수 있는, 회전자 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트가 회전자 어셈블리의 적어도 일 부분에 작동적으로 결합될 수 있으며, 그리고 샤프트의 축방향 단부에 작동적으로 결합되는 풀리로부터 움직임 입력을 수신하도록 구성되고 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 기계는, 회전자 어셈블리의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러싸는, 고정자 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 어셈블리는 고정자 코어 및, 자체의 적어도 일부분이 고정자 코어 내부에 위치할 수 있는, 분산된 고정자 권선을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 모듈은 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 냉각 시스템은, 하우징의 일 부분을 관통하여 배치되는 적어도 하나의 유입구 및, 적어도 부분적으로 지지 부재 내부에 배치되며 중심 회전축에 실질적으로 평행하게 지향하게 되는, 제1 채널을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 채널은 적어도 하나의 유입구와 유체 소통 상태에 놓일 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 시스템은, 지지 부재 내부에 배치되고 중심 회전축에 실질적으로 평행하게 지향하게 되는, 적어도 하나의 제2 채널을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 제2 채널은 제1 채널 및 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 놓일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 어셈블리의 일 부분에 대한 부분적 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 어셈블리의 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 어셈블리의 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 고정자 어셈블리의 측면도이다.
도 7은 전통적인 고정자 적층판(stator lamination) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 적층판을 부분적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계 모듈의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류기 어셈블리 및 제2 기계 내부공간의 일 부분의 정면도이다.
도 11은 RPM 당 출력의 관점에서 전통적인 전기 기계에 대한 본 발명의 일부 실시예들의 비교 결과를 설명하는 그래프이다.
도 12는 전통적인 전기 기계에서 실행된 성능 시험 결과를 설명하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계에서 실행된 성능 시험 결과를 설명하는 그래프이다.

본 발명의 임의의 실시예들이 상세히 설명되기 이전에, 본 발명은 뒤따르는 설명에서 진술되거나 뒤따르는 도면들에 예시되는 구조 및 배열의 세부 사항에 자체의 적용이 제한되지 않는다는 것이, 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들을 가능하게 하며, 그리고 다양한 방식으로 실행되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기서 사용되는 어법 및 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한으로서 간주되어서는 안 된다는 것이, 이해되어야 한다. "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 또는 "구비하는" 및 그들의 변형들은, 부가적인 항목들 뿐만 아니라, 그 이후에 열거되는 항목들(items) 및 그의 균등물들을 아우르는 것으로 의미하게 된다. 달리 구체화되거나 제한되지 않는 한, "장착되는", "연결되는", "지지되는", 및 "결합되는 및 그들의 변형들은, 넓게 사용되며, 장착들, 연결들, 지지들, 및 결합들을 직접적으로 및 간접적으로 모두 아우른다. 나아가, "연결되는" 및 "결합되는"은 물리적 또는 기계적 연결들 또는 결합들에 제한되지 않는다.

뒤따르는 논의는 당업자가 본 발명의 실시예를 만들고 사용할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 예시된 실시예들에 대한 다양한 수정들이 그러한 당업자들에게 곧 바로 명백하게 될 것이며, 여기에서의 포괄적인 원리들은 본 발명의 실시예들로부터 벗어남 없이 다른 실시예들 및 적용들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 실시예들에 제한될 의도가 아닌 반면, 여기에 개시되는 원리들 및 특징들과 일치하는 최대 폭의 범위에 부합되도록 한다. 뒤따르는 상세한 설명은, 상이한 도면들 내의 동일한 요소가 동일한 참조 부호들을 갖는, 도면들에 관련하여 읽혀져야 한다. 반드시 축적에 맞지는 않는 도면들은 선택된 실시예들을 묘사하며, 본 발명의 실시예들의 범위를 제한할 의도는 아니다. 숙련된 기술자들은, 여기에 제공되는 예들이 본 발명의 실시예의 범위 이내에 있는 많은 유용한 대안들을 갖는다는 것을, 인정할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 전기 기계 모듈(10)을 도시한다. 모듈(10)은, 기계 내부공간(14)을 적어도 부분적으로 획정할 수 있는, 하우징(12)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 기계(16)는 기계 내부공간(14) 내부에 수용될 수 있고 하우징(12)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징(12)은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 다른 금속들 및 전기 기계의 작동 온도들을 일반적으로 견딜 수 있는 재료들과 같은, 열 전도 특성들을 일반적으로 구비할 수 있는 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징은 주조, 몰딩, 압출, 및 다른 유사한 제조 방법들을 포함하는 상이한 방법들을 사용하여 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 기계는, 제한하는 것은 아니지만, 하이브리드 전기 모터와 같은 전기 모터, 전기 발전기, 차량 교류 발전기, 및/또는 유도 벨트-구동 교류 발전기-시동기(induction belt-driven alternator-starter: BAS)일 수 있다.

일부 실시예에서, 전기 기계(16)는 회전자 어셈블리(18) 및 고정자 어셈블리(20)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 어셈블리(20)는 회전자 어셈블리(18)의 적어도 일 부분을 외접하여 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 회전자 어셈블리(18)는 서로 결합되는 적어도 2개의 상보적으로 구성되는 세그먼트(22: matingly-configured segment)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 세그먼트들(22)은 런델-타입 형태(Lundell-type configuration)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 세그먼트들(22)은 각각, 서로 상보적으로 맞물리도록 구성되고 배열되는, 다수의 자극편(24: claw pole)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 자극편들(24)의 적어도 일 부분은, 조립 도중에, 일부 자극편들(24)이 축방향으로 통합할 수 있도록(예를 들어, 상보적으로 맞물리고 및/또는 뒤얽히도록) 구성되고 배열될 수 있음에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 세그먼트(22) 상의 자극편(24)의 팁(26)이 다른 세그먼트(22) 상의 자극편(24)의 베이스(28)에 실질적으로 인접하도록 한다.

일부 실시예에서, 모듈(10)의 조립 도중에, 2개의 세그먼트가 함께 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 세그먼트들(22)의 결합은 적어도 부분적으로 링 부재(30)에 의해 중개될 수 있다. 일부 실시예에서, 세그먼트들(22)은 링 부재(30)의 적어도 일 부분에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 링 부재(30)는 제1 축방향 에지(32) 및 제2 축방향 에지(34)를 포함할 수 있고, 하나의 세그먼트(22)는 제1 축방향 에지(32)에 실질적으로 인접하도록 링 부재(30)에 결합될 수 있으며, 다른 하나의 세그먼트(22)는 제2 축방향 에지(34)에 실질적으로 인접하도록 링 부재(30)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 세그먼트들(22) 중 적어도 하나는, 용접, 브레이징, 접착제, 전통적인 체결구, 등을 사용하여 링 부재(30)에 결합될 수 있다. 결과적으로 일부 실시예에서, 세그먼트들(22)은 링 부재(30)에 대해 축방향으로 위치하게 될 수 있다(즉, 링 부재(30)는 세그먼트들(22)에 대해 실질적으로 중심에 위치하게 될 수 있다). 일부 실시예에서, 링 부재(30)는, 스테인리스강과 같은, 자석으로서 작용하지 않는 재료를 포함할 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예에서, 링 부재(30)는, 실질적으로 둘레 방향에서 링 부재(30)의 부분들을 관통하여 위치하게 되는, 다수의 구멍(36)을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 전기 기계(16)는 샤프트(38)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 세그먼트(22)는 샤프트(38)에 작동적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 하나의 세그먼트(22)는, 샤프트(38)의 회전이 회전자 어셈블리(18)에 직접적으로 전달될 수 있도록, 샤프트(38)에 회전가능하게 결합될 수 있다(예를 들어, 회전자 어셈블리(18) 및 샤프트(38)는 실질적으로 동기적으로 회전할 수 있다). 부가적으로, 일부 실시예에서, 샤프트(38)는 풀리(40)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 풀리(40)는, 샤프트(38) 및 회전자 어셈블리(18)의 회전으로 바뀔 수 있는, 풀리(40)를 회전시키기 위한 힘을 제공하기 위한 에너지 생성 장치(미도시)에 결합될 수 있다. 단지 예로서, 일부 실시예에서, 풀리(40)는, 벨트의 회전이 풀리(40)를 회전시킬 수 있도록, 벨트(미도시)를 경유하여 엔진에 결합될 수 있다.

일부 실시예에서, 회전자 어셈블리(18)는, 계자 코일(44)을 포함할 수 있는, 지지 부재(42)의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는, 모듈(10)의 작동 도중에, 지지 부재(42)가 실질적으로 고정 상태로 유지될 수 있도록, 하우징(12)의 일 부분에 결합될 수 있다. 더불어, 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는, 지지 부재가 기계 내부공간(14) 속으로 축방향으로 연장되도록 그리고 회전자 어셈블리(18)의 적어도 일 부분에 의해 수용될 수 있도록, 하우징(12)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는 전통적인 체결구들(46)을 사용하여 하우징(12)에 결합될 수 있고, 다른 실시예에서, 지지 부재(42)가 다른 방식으로 하우징(12)에 결합될 수도 있고 또는 지지 부재(42)가 하우징(12)과 실질적으로 일체형이 될 수도 있다. 부가적으로, 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 환형 형태를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 지지 부재(42)는, 회전자 어셈블리의 적어도 일 부분 내에 수용될 수 있는, 다른 형태들(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형, 등)을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 계자 코일(44)은 지지 부재(42)의 적어도 일 부분을 외접하여 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 계자 코일(44)은 지지 부재(42)의 외경의 적어도 일 부분의 둘레에 감긴 적어도 하나의 와이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 계자 코일(44)은, 계자 코일(44)이 대략 방사 방향의 복수의 층을 포함하도록, 지지 부재(42)의 둘레에 여러 번 감기게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 계자 코일(44)은 구리 함유 재료를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 모듈(10)은 브러시리스형 형태를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 계자 코일(44)은 전류 공급원(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 전류는 전기 기계(16)의 작동들에 사용하기 위해전류 공급원으로부터 계자 코일(44)로 순환할 수 있다. 일부 실시예에서, 실질적으로 고정적인 지지 부재(42) 및 계자 코일(44)의 결과로서, 모듈(10)은 브러시리스형일 수 있다(예를 들어, 브러시들 및/또는 슬립 링들(slip rings)이 계자 코일(44)을 통해 전류를 순환시키기 위해 필요하지 않다). 일부 전통적인 전기 기계들에 관하여, 브러시리스형 형태는 일부 이익들을 제공할 수 있다. 단지 예로서, 일부 전통적인 전기 기계들의 브러시들은 기계 작동 도중에, 빈번한 유지보수로 이어질 수 있는, 심한 손상을 경험할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 브러시리스형 형태의 고정형 지지 부재(42) 및 계자 코일(44)을 포함함에 의해, 브러시 수리에 대한 요구가 적어도 부분적으로 제거될 수 있다. 부가적으로, 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 것으로서, 브러시리스형 형태는, 적어도 부분적으로, 더 큰 전기 기계 출력(예를 들어, 암페어)으로 귀결될 수 있는, 개선된 전기 기계(16) 냉각을 가능하게 할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 고정자 어셈블리(20)는 고정자 코어(48) 및, 적어도 부분적으로 고정자 코어(48)의 일 부분 내부에 배치되는, 고정자 권선(50)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 고정자 코어(48)는 다수의 적층판(52)을 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 일부 실시예에서, 적층판들(52)은 다수의 실질적으로 방사방향으로 지향하는 톱니(54)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 적층판(52)의 적어도 일 부분이 실질적으로 조립될 때, 톱니들(54)은, 고정자 권선(50)의 적어도 일 부분을 지지하도록 구성되고 배열되는, 다수의 슬롯(56)을 획정하도록 실질적으로 정렬될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 적층판들(52)은 다수의 톱니(54)를 포함할 수 있고, 그 결과, 고정자 코어(48)는 다수의 슬롯(56)을 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 적층판들(52)은 일부 전통적인 고정자 코어들로부터의 적층판들에 비해 개선된 형태를 포함할 수 있다. 톱니들(54)에 부가하여, 일부 적층판들(52)을 요크(58: yoke)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층판(52)은, 요크(58)가 톱니들(54)로부터 실질적으로 방사방향 외측으로 향해 있도록, 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 요크(58)의 크기는 전기 기계(16)의 전자기적 작용에 적어도 부분적으로 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 요크(58)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 전통적인 적층판들의 요크들 보다 더 적은 방사방향 폭을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전통적인 적층판들에 비해 요크(58)의 방사방향 폭을 감소시킴에 의해, 각 적층판(52)은 전통적인 적층판들에 배해 더 많은 톱니들(54)을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 요크(58)의 방사방향 폭을 감소시킴에 의해, 적층판(52)은, 적어도 부분적으로 모듈(10)의 전자기적 작동을 개선할 수 있는, 더 많은 톱니들(예를 들어, 96개)을 포함할 수 있으며 그리고, 더 적은 수의 톱니(예를 들어, 72개) 및 더 큰 요크를 포함하는, 전통적인 적층판에 비해 실질적으로 유사한 외경을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 적층판들(52) 중 적어도 일부는 다수의 부채꼴부(60: scallop)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층판들(52) 중 일부의 외경(62)은 부채꼴부들(60)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 부채꼴부들은, 도 7에 도시된 바와 같이, 적층판(52)의 원주의 적어도 일 부분의 둘레에 위치하게 될 수 있다. 다른 실시예에서, 부채꼴부들(60)은 적층판들(52)의 원주의 일부 부분들을 따라 위치하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 부채꼴부들(60)은 모두 실질적으로 크기가 균일할 수 있지만, 다른 실시예에서, 부채꼴부들(60)은 크기가 변할 수 있다(예를 들어, 일부 부채꼴부들(60)은 다른 부채꼴부들(60)에 비해 더 크거나 더 작은 둘레 길이를 구비할 수 있다). 부가적으로, 비록 대략 반원형 형태로 도시되었지만, 일부 실시예에서, 부채꼴부들(60)은 정사각형, 직사각형, 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형, 등과 같은 다른 형상을 포함할 수 있다.

부가적으로, 일부 실시예에서, 외경(62)은 적어도 하나의 리세스(61: recess)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층판들(52)은 다수의 리세스(61)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 리세스들(61)은 외경(62)의 부분들 둘레의 상이한 위치들에 위치하게 될 수 있다. 예를 들어, 대략 아래쪽 부분의 적층판(52)은, 아래에 설명되는 바와 같은, 배출 시스템(drain system)을 통해 냉각제가 유동하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 일부의 리세스들(61)을 포함할 수 있다. 더불어, 일부 실시예에서, 대략 위쪽 부분의 적층판(52)은, 아래에 설명되는 바와 같이, 냉각제 배출 도중에 진공의 형성을 적어도 부분적으로 방지하도록 하기 위해, 기계 내부공간(14) 내부의 공기를 이동시키도록 하기 위한 적어도 하나의 리세스(61)를 포함할 수 있다. 나아가, 일부 실시예에서, 비록 다른 실시예에서 외경(62)의 리세스(61) 부분은 실질적으로 부채꼴부(60)가 없을 수 있지만, 각 적층판(52)의 전체 외경(62)은 부채꼴부들(60)을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 부채꼴부들(60)은 전기 기계(16) 작동을 적어도 부분적으로 개선할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 부채꼴부(60)는 적어도 부분적으로, 적층판들(52)이 서로 결합될 때, 고정자 코어(48)의 외경의 증가된 표면적으로 이어질 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 고정자 어셈블리(20)에 의해 생성되는 열 에너지의 적어도 일 부분이 하우징(12)으로 더욱 쉽게 전달될 수 있고 기계 내부공간(14) 내의 공기로 전달될 수 있다. 부가적으로, 부채꼴부(60)를 형성하기 위해 적층판들(52)로부터 재료를 제거함에 의해, 고정자 코어(48)가 부채꼴부들(60) 없는 적층판들에 비해 더 적은 철(iron)을 포함할 수 있다. 더불어, 일부 실시예에서, 요크(58)의 크기를 감소시킴에 의해, 감소된 크기의 요크(58)(즉, 적층판(52)의 철 함유 부분) 및 증가된 수의 슬롯들(56)(즉, 톱니들(54)에 의해 획정되는 빈 공간)로 인해 더 적은 철이 각 적층판(52)에 사전조절될 수 있기 때문에, 코어 손실들이 또한 최소화될 수 있다.

일부 실시예에서, 적층판들(52)은 상이한 조성(composition)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층판들(52)은, 고정자 코어 손실들을 적어도 부분적으로 최소화할 수 있는, 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층판들(52)의 적어도 일 부분은 규소강 조성을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 일부 실시예에서, 적층판들(52)은, M36, M37 또는 다른 등급의 강재와 같은, 전기적 등급 강재(electrical grade steel)를 포함할 수 있다. 일부 전통적인 적층판들과 비교하여, 적층판들(52)을 생성하기 위해 사용되는 조성은 장점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 전통적인 적층판들은, 약간 더 높은 비용 효율적일 수 있지만, 본 발명의 일부 실시예와 비교하면. 적어도 부분적으로 덜 효율적일 수 있고 전기 기계(16)에 의한 더 열악한 성능으로 이어질 수 있는, 일반적으로 낮은 등급의 탄소함유 조성을 포함할 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예에서, 규소강 조성을 포함하는 적층판들(52)을 포함함에 의해, 이력 현상(hysteresis) 및 와전류(eddy currents)와 같은 고정자 코어 손실들이 최소화될 수 있고, 이는 일부 전통적인 전기 기계들과 비교하여 증가된 효율 및 일반적으로 더 큰 출력과 적어도 부분적으로 서로 관련될 수 있다.

일부 실시예에서, 고정자 권선(50)은 다수의 전도체(64)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전도체들(64)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 실질적으로 분할된 형태(예를 들어, 머리핀 형태)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전도체들(64) 중 적어도 일 부분은 모퉁이 부분(66) 및 적어도 2개의 다리 부분(68)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모퉁이 부분(66)은, 2개의 다리 부분(28)을 실질적으로 연결하기 위해, 2개의 다리 부분(68) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 다리 부분들(68)은 실질적으로 평행할 수 있다. 더불어, 비록, 일부 실시예에서, 모퉁이 부분(66)이 V-자형, 파동 형상, 만곡된 형상, 및 다른 형상들을 포함할 수 있지만, 일부 실시예에서, 모퉁이 부분(66)은 실질적으로 "U-자형" 형태를 포함할 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 전도체들(64)의 적어도 일 부분은 실질적으로 직사각형 단면을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전도체들(64)의 적어도 일 부분은, 실질적으로 원형, 정사각형, 반구형, 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형, 등과 같은 다른 단면 형상들을 포함할 수 있다.

나아가, 일부 실시예에서, 전도체들(64)의 단면은 슬롯들(56)의 단면과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전도체들(64) 및 슬롯들(56)은 실질적으로 직사각형 단면을 포함할 수 있다. 실질적으로 유사한 단면들의 결과로서, 슬롯 충전 퍼센트(예를 들어, 슬롯들의 단면적에 대한 전도체들의 단면적의 비율)가 적어도 부분적으로 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들은, 일부 전통적인 전기 기계들에 비해, 그러한 기계들이, 슬롯 충전 퍼센트를 감소시킬 수 있고 성능의 감소로 이어질 수 있는, 실질적으로 상이한 단면들(예를 들어, 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 슬롯 내의 실질적으로 원형 단면을 갖는 전도체들)을 갖는 전도체들 및 슬롯들을 포함함에 따라, 개선된 효율, 개선된 출력, 및 감소된 전도체 저항을 나타낼 수 있다.

일부 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 전도체들(64)의 적어도 일 부분은 실질적으로 슬롯들(56) 내부에 위치하게 될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 고정자 코어(48)는, 다수의 슬롯(56)이 실질적으로 축방향으로 배열되도록, 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다리 부분들(68)은, 다리 부분들(68)의 적어도 일부가 고정자 코어(48)를 관통하여 축방향으로 연장될 수 있도록, 슬롯들(56) 내부로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 다리 부분들(68)은 인접한 슬롯들(56) 내부로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전도체들(64)의 다리 부분들(68)은, 대략 하나의 자극 피치(magnetic-pole pitch)(예를 들어, 6 슬롯들, 8 슬롯들, 등) 만큼 떨어져 간격을 두고, 슬롯들 내에 배치될 수 있다.

더불어, 일부 실시예에서, 고정자 권선(50)은 분산형 권선 형태를 포함한다. 아래에서 더욱 상세하게 논의될 것으로서, 고정자 권선(50)은 다수의 위상(phase)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 슬롯들(56)의 적어도 일부가 복수의 위상을 포함할 수 있다. 더불어, 일부 실시예에서, 전도체들의 다리 부분들(68)이 상이한 슬롯들(56) 속으로 삽입되며 그리고 각 슬롯(56)은 복수의 슬롯들을 포함할 수 있기 때문에, 전기 기계(16)의 작동이 적어도 부분적으로 개선될 수 있다. 예를 들어, 집중형 권선을 포함할 수 있는 일부 전통적인 전기 기계들에 비해, 전기 기계 작동의 결과로서 생성되는 자기 노이즈의 일부가 적어도 부분적으로 감소될 수 있다. 나아가, 토크 맥동(torque ripple)이 또한, 집중형 권선 형태에 비해 분산형 권선 형태를 포함하는 일부 실시예에서, 감소될 수 있다. 집중형 권선들과 연관된 단점들의 일부의 감소의 결과로서, 본 발명의 일부 실시예들은 증가된 양의 출력을 생성할 수 있다.

일부 실시예에서, 다수의 전도체(64)가, 전도체들(64)의 모퉁이 부분들(66)의 적어도 일부가 고정자 코어(48)의 삽입 단부(70)에서 고정자 코어(48)로부터 축방향으로 연장되도록 그리고 다리 부분들(68)의 적어도 일부가 고정자 코어(48)의 용접 단부(72)에서 고정자 코어(48)로부터 축방향으로 연장되도록, 고정자 코어(48) 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도체들(64)은, 도 5의 전도체와 실질적으로 유사한 형상으로 구성되고 배열될 수 있는, 실질적으로 선형의 전도체(64)로 제작될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기계(미도시)가, 단일 전도체(64)의 모퉁이 부분(66) 및 2개의 다리 부분(68)을 실질적으로 형성하기 위해, 전도체(64)의 적어도 일 부분에 힘(예를 들어, 굽히는, 미는, 당기는, 다른 그렇지 않게 작용하는)을 작용시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 다리 부분들(68)의 적어도 일부는 복수의 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다리 부분들(68)은 슬롯-내 부분들(74: in-slot portions), 경사진 부분들(76), 및 연결 부분들(78)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 앞서 언급된 바와 같이, 다른 부분들(68)은 슬롯들(56) 내에 배치될 수 있고, 삽입 단부(70)로부터 용접 단부(72)로 축방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입 이후에, 슬롯들(56) 내부에 위치하게 되는 다리 부분들(68)의 적어도 일 부분이 슬롯-내 부분들(74)을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 용접 단부(72)에서 고정자 코어(48)로부터 연장되는 다리 부분들(68)의 영역들의 적어도 일부가 경사진 부분(73) 및 연결 부분(78)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전도체들(64)을 고정자 코어(48) 속으로 삽입한 이후에, 용접 단부(72)에서 고정자 코어(48)로부터 연장되는 다리 부분들(68)은, 경사진 부분들(76) 및 연결 부분들(78)의 생성으로 이어질 수 있는, 트위스팅 공정을 받을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 트위스팅 공정은, 축방향으로 더 내측의 위치에 경사진 부분들(76) 및 축방향으로 더 외측의 위치에 연결 부분들(78)이 생기게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 트위스팅 공정 이후에, 전도체들(64)의 적어도 일 부분의 연결 부분들(78)은 다른 전도체들(64)의 연결 부분들(78)에 바로 인접하게 될 수 있다. 그 결과, 연결 부분들(78)은 하나 이상의 고정자 권선(50)을 형성하도록 함께 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 연결 부분들(78)은 용접, 브레이징, 납땜, 용융, 접착제, 또는 다른 결합 방법을 통해, 결합될 수 있다.

일부 실시예에서, 고정자 권선(50)은 복수-위상 고정자 권선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 고정자 권선(50)은 3-상 고정자 권선(50)을 포함할 수 있으며 그리고 각 위상은 단자들(82) 및 리드들(미도시)을 통해 정류기 어셈블리(80)에 전기적으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 권선(50)의 각 위상은 단자(82)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 그 결과, 전기 기계 작동 도중에, 전류가 계자 코일(44)을 통해 흐르고 회전자 어셈블리(18)가 회전하고 있을 때, 전압이, 회전자 어셈블리(18) 및 계자 코일(44)에 의해 생성되는 자기장으로 인해, 고정자 권선(50)의 각 위상들에 생성될 수 있다. 각 위상에 생성되는 전압은, 교류 전류가 전도체들(64)을 통해 그리고 단자들(82) 및 리드들을 통해 정류기 어셈블리(80)로 순환하는 것으로, 이어질 수 있다. 일부 실시예에서, 정류기 어셈블리(80)는 생성된 교류 전류를, 임의의 배터리들(미도시) 또는 모듈(10)에 전기적으로 연결되는 다른 부하들을 재충전하기 위한, 직류 전류로 전환할 수 있다.

일부 실시예에서, 모듈(10)은 다수의 기계 내부공간(14)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 어셈블리(20) 및 회전자 어셈블리(18)는 제1 기계 내부공간(14a) 내부에 위치하게 될 수 있고, 정류기 어셈블리(80)는 제2 기계 내부공간(14b) 내부에 위치하게 될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하우징(12)은 제1 단부 캡(86) 및 제2 단부 캡(88)에 결합되는 슬리브 부재(84)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 슬리브 부재(84)는 고정자 어셈블리(20)의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러쌀 수 있고, 단부 캡들(86, 88)은 슬리브 부재(84)의 대향하는 축방향 측부들에 결합될 수 있다.

일부 실시예에서, 단부 캡들(86, 88) 중 적어도 하나는 정류기 어셈블리(80)를 수용하도록 구성되고 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 정류기 어셈블리(80)는, 단부 캡들(86, 88) 중 하나에 의해 적어도 부분적으로 획정되는, 홈부(90) 내부에 위치하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기적 연결들이, 정류기 어셈블리(80)를 고정자 어셈블리(20) 및 모듈(10)의 외부의 전류-필요 부하들과 전기적으로 연결하기 위해, 단부 캡들(86, 88) 중 하나의 벽들을 통해 연장될 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예에서, 제3 단부 캡(92)이, 정류기 어셈블리(80)를 위한 적어도 물리적인 격리를 제공하도록 그리고 제2 기계 내부공간(14b)을 적어도 부분적으로 획정하도록, 홈부(90)를 실질적으로 밀봉하기 위해 하우징(12)에 결합될 수 있다.

일부 실시예에서, 모듈(10)은 냉각 시스템(94)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 시스템(94)은 하우징(12)의 일 부분을 관통하여 위치하게 되는 유입구(96)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 시스템(94)은 다수의 유입구(96)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 유입구(96)는, 정류기 어셈블리(80)에 실질적으로 인접하게 위치하게 될 수 있고, 냉각제 공급원(미도시)과 유체 소통 상태에 있을 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 유입구(96)는 기계 내부공간들(14a, 14b) 중 적어도 하나와 유체 소통 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 유입구(96)는, 적어도 부분적으로 전기 기계 냉각을 향상시킬 수 있는 냉각제가 제2 기계 내부공간(14b)에 진입할 수 있도록, 냉각제 공급원을 제2 기계 내부공간(14b)과 유체 연결할 수 있다.

일부 실시예에서, 냉각제는 트랜스미션 유체, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜/물 혼합물, 물, 오일, 모터 오일, 연무(mist), 기체, 또는, 전기 기계 모듈(10)에 의해 생성되는 열 에너지를 받아들일 수 있는, 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 냉각제 공급원은, 냉각제가 유입구(96)를 경유하여 제2 기계 내부공간(14b) 속으로 분산되기 이전에 또는 분산됨에 따라, 냉각제를 적어도 부분적으로 가압할 수 있다.

일부 실시예에서, 냉각제는 제2 기계 내부공간(14b) 내부에 적어도 부분적으로 축적될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 다량의 냉각제가 제2 기계 내부공간(14b)으로 진입할 수 있으며, 그리고 제2 기계 내부공간(14b)이 실질적으로 밀봉되기 때문에, 앞서 언급된 바와 같이, 냉각제의 적어도 일 부분은 제2 기계 내부공간(14b) 내부에 남아 있을 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 냉각제는 정류기 어셈블리(80)에 의해 생성되는 열 에너지의 적어도 일 부분을 받아들일 수 있으며, 이는 전기 기계 모듈(10)의 적어도 부분적인 냉각으로 이어질 수 있다.

일부 실시예들에서, 냉각 시스템(94)은 제1 채널(98)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 시스템(94)은 다수의 제1 채널(98)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 채널(98)은 적어도 부분적으로 지지 부재(42)의 내부에 위치하게 될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 채널(98)은 실질적으로 축 방향(예를 들어, 전기 기계(16)의 중심 회전축에 실질적으로 평행한)으로 지향하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는, 제1 채널(98)이 지지 부재(42)와 실질적으로 일체형이 되도록, 형성될 수 있다(예를 들어, 주조, 몰딩, 등). 부가적으로, 다른 실시예에서, 제1 채널(98)은 지지 부재(42) 제조 이후의 시점에 지지 부재(42) 속으로 가공될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 채널(80)은 개방 단부(100) 및 실질적으로 밀봉 단부(102)를 포함할 수 있다. 그 결과, 유체가 개방 단부(100)에서 제1 채널(98)로 진입할 수 있고 밀봉 단부(102)를 향해 흐를 수 있지만, 밀봉 단부(102)에서 제1 채널(98)을 빠져 나갈 수 없다. 그러나, 일부 실시예에서, 제1 채널(98)은, 유체가 제1 채널(98)을 관통하여 쉽게 흐를 수 있도록, 2개의 개방 단부(100)를 포함할 수 있다. 더불어, 비록 다른 실시예에서 제1 채널(98)이 다른 형상들(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형, 등)을 포함할 수 있지만, 일부 실시예에서, 제1 채널(98)은 실질적으로 원통형 형상을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 채널(98)은 기계 내부공간들(14a, 14b) 중 적어도 하나와 유체 소통 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기계 내부공간들(14a, 14b) 사이에 그의 적어도 일 부분이 위치하게 되는, 하우징(12)의 벽(104)은, 제1 채널(98)이 제2 기계 내부공간(14b)과 유체 소통 상태에 있을 수 있도록, 구성되고 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는, 제1 채널(98)의 개방 단부(100)가 벽과 바로 인접하도록, 위치하게 될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 제2 기계 내부공간(14b)으로 진입하는 냉각제의 적어도 일 부분은 개방 단부(100)를 경유하여 제1 채널(98)로 진입할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 벽(104)은, 냉각제의 적어도 일 부분이 제1 채널(98)로 진입할 수 있도록, 제2 기계 내부공간(14b)과 제1 채널(98)의 개방 단부(100)를 유체 연결하도록 구성되고 배열될 수 있는 구멍(미도시)을 포함할 수 있다.

부가적으로, 일부 실시예에서, 제1 채널(98)과 제2 기계 내부공간(14b)의 연결은 제2 기계 내부공간(14b) 내의 모듈(10) 구성요소들의 냉각을 최대화하도록 구성되고 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 벽(104)을 관통하는 구멍은 제2 기계 내부공간(14b)의 바닥 부분으로부터 사전결정된 거리에 위치하게 될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 구멍은, 냉각제가 제2 기계 내부공간(14b)의 상당한 부분 내부에 축적될 수 있도록(예를 들어, 냉각제가 제2 기계 내부공간(14b)을 실질적으로 가득 채울 수 있다), 제2 기계 내부공간(14b)의 바닥 부분으로부터 충분히 큰 거리에 위치하게 될 수 있으며, 이는 모듈(10)의 적어도 부분적으로 향상된 냉각으로 귀결될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 냉각 시스템(94)은 적어도 하나의 제2 채널(106)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비록 일부 실시예에서 지지 부재(42)가 도 2에 도시된 바와 같이 하나 이상의 제2 채널(106)을 포함할 수 있지만, 일부 실시예에서, 지지 부재(42)는 제2 채널(106)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 채널(106)은 지지 부재(42)의 적어도 일 부분을 관통하여 실질적으로 방사방향으로 지향하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 채널(98)에 유사하게, 제2 채널(106)은 지지 부재(42)의 형성과 실질적으로 동시에 형성될 수도 있고 또는 나중에 지지 부재(42) 내부로 가공될 수 있다.

부가적으로, 복수의 제2 채널(106)을 포함하는 일부 실시예에서, 일부 실시예에서, 제2 채널들(106) 중 하나는 개방 단부(100)에 실질적으로 인접하게 위치하게 될 수 있고 다른 제2 채널(106)은 폐쇄 단부(102)에 실질적으로 인접하게 위치하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 아래에 더욱 상세하게 설명될 것으로서, 제2 채널(106)의 적어도 일 부분은 상이한 치수들(직경, 원주, 둘레 길이, 등)을 포함할 수 있다. 더불어, 비록 다른 실시예에서 제2 채널들(106)이 다른 형상들(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형, 등)을 포함할 수 있지만, 일부 실시예에서, 제2 채널들(106) 중 적어도 일부는 실질적으로 원통형 형상을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제2 채널(106)의 적어도 일 부분은 제1 채널(98)을 제1 기계 내부공간(14a)과 유체 연결할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 채널들(106)은, 냉각제의 적어도 일부가 냉각에 도움을 주기 위해 모듈(10)의 부분들과 접촉할 수 있도록, 제1 채널(98)로 진입하는 냉각제의 적어도 일 부분을 제1 기계 내부공간(14a) 속으로 집중시키도록 구성되고 배열될 수 있다.

일부 실시예에서, 지지 부재(42)가 모듈(10)의 작동 도중에 실질적으로 고정형으로 남아 있기 때문에, 제2 채널들(106)은 냉각제 분산을 적어도 부분적으로 향상시키도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 채널들(106)의 적어도 일 부분은 제1 채널(98)로부터 방사방향 하방으로 연장될 수 있고, 제2 채널들(106)의 일부는 제1 채널(98)로부터 방사방향 상방으로 연장될 수 있다. 그 결과, 비록 지지 부재(42)가 제1 기계 내부공간(14a)으로 냉각제를 분산시키는데 도움을 주기 위해 회전하지는 않지만, 다수의 상이한 방사 방향으로 냉각제를 분산하도록 배열되는 제2 채널들(106)을 포함함에 의해, 냉각제는, 냉각제가 더 적은 수의 방향으로 분산되는 실시예들에 비해, 제1 기계 내부공간(14a) 전체에 걸쳐 더욱 고르게 분산될 수 있다.

더불어, 일부 실시예에서, 앞서 언급된 바와 같이, 제2 채널들(106)의 적어도 일 부분이 상이한 형태들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 채널들(106)의 상이한 형태들은 냉각제 유동을 집중시키는데 적어도 부분적으로 도움을 줄 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 제2 채널들(106)은 다수의 상이한 형태들을 포함할 수 있으며, 그리고 비록 일부 나중에 참조하는 것들이 실질적으로 원통형의 제2 채널들(106)(예들 들어, 원주, 직경, 등)을 가리키는 형태들에 있을 수도 있지만, 그러한 참조들은 어떤 방식으로도 채널(106)의 형태를 실질적으로 원통형의 형태로 제한할 의도가 아니다. 일부 실시예에서, 제2 채널들(106) 중 적어도 하나는 다른 제2 채널(106) 보다 더 큰 직경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 채널(98)의 개방 단부(100)에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 제2 채널(106)은, 폐쇄 단부(102)에 실질적으로 인접한 제2 채널(106)과 비교하여, 더 적은 직경을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 개방 단부(100)에 실질적으로 인접한 제2 채널(106)을 통한 냉각제 흐름은 적어도 부분적으로 제한될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 제1 채널(98)로 진입하는 냉각제의 적어도 일 부분이 폐쇄 단부(102)에 인접한 제2 채널(106)을 향해 집중될 것이며, 이는 모듈(10)의 더욱 고른 냉각(예를 들어, 냉각제는 복수의 제2 채널(106)을 통해 제1 채널(98)을 빠져 나갈 수 있다)으로 이어질 수 있다. 나아가, 일부 실시예에서, 냉각제 공급원에 의해 생성되는 압력은, 냉각 시스템(94)을 관통하는 냉각제의 적어도 일 부분을, 적어도 부분적으로 재촉하고, 집중시키며, 및/또는 추진할 수 있다.

일부 실시예에서, 회전자 어셈블리(18)는 제1 기계 내부공간(14a) 전체에 걸쳐 냉각제의 적어도 일 부분을 분산시키는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 채널들(106)의 적어도 일 부분은, 제2 채널들(106)의 방사방향 최외각의 영역들에 위치하게 되는 냉각제 배출구들(108)을 포함할 수 있다. 더불어, 일부 실시예들에서, 냉각제 배출구들(108)의 적어도 일 부분은 회전자 어셈블리(18)의 부분들로부터 실질적으로 바로 방사방향 내측에 위치하게 될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 회전자 어셈블리(18)가 모듈(10) 작동 도중에 움직이고 있고 냉각제가 배출구(108)를 빠져 나온다면, 회전자 어셈블리(18)의 움직임은 제1 기계 내부공간(14a) 전체에 걸친 적어도 일 부분의 분산으로 이어질 수 있다(예를 들어, 회전자 어셈블리(18) 이동으로 인한 "튀김(splashing)"을 통해). 일부 실시예에서, 냉각제의 부분들은, 이들에 국한되는 것은 아니지만, 하우징(12), 고정자 어셈블리(20), 고정자 권선(50), 샤프트(38) 및 다른 요소들을 포함하는, 다양한 모듈(10) 구성요소들과 접촉할 수 있으며, 이는 모듈(10) 구성요소들의 적어도 부분적 냉각 및 윤활로 이어질 수 있다. 더불어, 적어도 일부 부채꼴부들(60)을 포함하는 일부 실시예에서, 냉각이 적어도 부분적으로 향상될 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 부채꼴부들(60)은 고정자 코어(48)의 외경 상의 표면적을 적어도 부분적으로 증가시킬 수 있다. 표면적 증가의 결과로서, 더 많은 냉각제가 고정자 코어(48)의 적어도 일 부분에 접촉할 수 있으며, 이는 적어도 부분적으로 향상된 냉각으로 이어질 수 있다.

일부 실시예에서, 냉각 시스템(94)은 적어도 하나의 제3 채널(110)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유입구(96)는 냉각제 공급원으로부터 적어도 2개의 상이한 방향으로 냉각제의 적어도 일 부분을 분할하도록 구성되고 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 유입구(96)는, 냉각제의 적어도 일 부분이, 앞서 언급된 바와 같이, 제2 기계 내부공간(14b)으로 진입할 수 있도록 그리고 냉각제의 다른 부분이 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 채널(110)로 향할 수 있도록, "T-자형" 형태를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제3 채널(110)의 적어도 일 부분은 실질적으로 하우징(12) 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제3 채널(110)의 적어도 일 부분은, 냉각제의 일 부분이, 실질적으로 제2 기계 내부공간(14b)의 축방향 반대편에 있는, 하우징(12)의 일 부분으로 운반될 수 있도록, 하우징의 외측 부분에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 채널(110)은, 제1 기계 내부공간(14a)과 유체 소통 상태에 있을 수 있는, 제2 유입구(112)와 유체 소통 상태에 있을 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 냉각제는 기계 내부공간들(14a, 14b) 및 모듈(10)의 다양한 구성요소들에 더욱 고르게 분포될 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 기계 내부공간(14a)으로 진입한 이후에, 냉각제의 적어도 일 부분은 모듈(10)의 다양한 구성요소들과 접촉할 수 있고, 이어서 모듈(10)로부터 배출될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징(12)은, 제1 기계 내부공간(14a) 및 제2 기계 내부공간(14b) 중 적어도 하나와 유체 소통 상태에 있을 수 있는, 적어도 하나의 배출 구멍(114)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 배출 구멍(114)은, 제1 기계 내부공간(14a)으로 진입한 이후에, 냉각제의 적어도 일 부분이 일반적으로 하방으로 배출될 수 있으며(예를 들어, 중력 및/또는 압력을 통해) 그리고 제1 기계 내부공간(14a) 내에 축적되지 않도록 하기 위해 제1 기계 내부공간(14a)을 빠져 나올 수 있도록, 하우징(12)의 실질적으로 아래쪽 부분에 위치하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 배출 구멍(114)은 열 교환 요소(예를 들어, 방열기, 열 교환기, 등)(미도시)와 유체 소통 상태에 있을 수 있으며, 따라서 냉각제의 적어도 일 부분이 배출 구멍(114)으로부터, 냉각제에 의해 수용되는 열 에너지의 적어도 일 부분이 제거될 수 있는, 열 교환 요소로 흐를 수 있도록 한다. 일부 실시예에서, 열 교환 요소는 냉각제 공급원에 유체 연결될 수 있고 또는, 냉각제가 모듈(10) 냉각에의 추가적인 사용을 위해 재생될 수 있도록 하는, 냉각제 공급원을 포함할 수도 있다.

일부 실시예에서, 브러시리스형 형태는 앞서 언급된 냉각 형태들의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 일부 전통적인 전기 기계들은 계자 코일을 통한 전류 흐름을 가능하게 하기 위해 브러시들을 포함할 수 있다. 그러나, 브러시들이 계자 코일을 통한 전류 흐름을 가능하게 하기 위해 슬립 링과 조합으로 사용될 때, 앞서 언급된 가능한 냉각제들의 적어도 일부를 점화시킬 강한 잠재력이 존재한다. 이를 방지하기 위해, 제조자들 및/또는 최종 사용자들은 잠재적인 냉각제 점화를 회피하기 위해 전통적인 전기 기계에서 브러시들과 슬립 링에 보호장치로 감쌀 필요가 있을 것이다. 그 결과, 보호장치가 기계를 제조하는데 복잡성 및 비용을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일부 실시예는 브러시리스형 형태 때문에 이를 회피한다.

일부 실시예에서, 냉각 형태들의 적어도 일부는 일부 전통적인 전기 기계들에서 발견되는 냉각 형태들 보다 더욱 효율적일 수 있다. 일부 전통적인 기계들은 공기 유동에 의해 냉각될 수 있다. 교류 발전기들, 발전기들, 및 전기 모터들과 같은 많은 전기 기계들이, 일부 차량들(예를 들어, 버스, 자동차 또는 다른 운송 수단의 엔진)의 부분들 내에 설치될 수 있으며 그리고 실질적으로 공냉식일 수 있기 때문에, 전통적인 전기 기계들의 적어도 일부는 최적 수준들 보다 낮게 작동할 수 있다. 예를 들어, 엔진의 작동 도중에, 전기 기계 둘레의 주변 온도는 대략 125℃일 수 있으며, 이는 기계를 냉각시키기 위해 125℃의 공기가 냉각용으로 하우징 속으로 끌려 들어오게 될 것이라는 것을 의미한다. 일부 전통적인 전기 기계들에 대해, 이러한 125℃의 공기는 작동 도중에 최소한의 냉각을 제공할 수 있고, 이는 기계 성능 및 출력에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 모듈(10)을 통과하는 냉각제의 순환에 의해, 냉각제가 접촉하는 다양한 표면들 상에서, 일부 전통적인 공냉식 전기 기계들 보다 적어도 자릿수가 더 클 수 있는, 대류 열전달 계수들(convection coefficients)을 냉각제가 생성할 수 있기 때문에, 전기 기계(16)의 작동 온도는 적어도 부분적으로 감소하게 될 수 있다. 더불어, 일부 실시예에서, 냉각제의 온도가 열 교환 요소에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있기 때문에, 앞서 언급된 바와 같이, 냉각제는 작동하는 엔진으로부터의 공기에 비해 낮은 온도(예를 들어, 110℃ 대 125℃)에서 모듈(10)로 진입할 수 있다.

도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시에는 일부 전통적인 전기 기계들과 비교하여 적어도 일부의 개선들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에 따른 전기 기계 모듈(10)은 작동 도중에 증가된 출력을 제공할 수 있다. 도 11을 참조하면, 비록 모듈(10)은 비교적 낮은 수준들의 분당 회전수(예를 들어, 1000 RPM)에서 전통적인 전기 기계들과 비교하여 유사한 수준의 암페어를 출력하지만, 차량의 작동들(예를 들어, 1300 RPM 내지 7000 RPM)과 유사한 상태들 도중에, 모듈(10)은 전통적인 기계와 비교하여 더 많은 암페어를 출력한다. 예를 들어, 비교적 높은 RPM 값(예를 들어, 5000 RPM)에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 동일한 RPM 값에 대해 전통적인 전기 기계가 200 암페어를 출력할 수 있는 가운데, 모듈(10)은 대략 450 내지 475 암페어를 출력할 수 있다.

출력에 부가하여, 다른 표시(indicia)가 본 발명의 일부 실시예들과 전통적인 전기 기계들 사이에서 개선들을 반영할 수 있다. 예를 들어, 효율, 토크(N-M 단위로 측정됨), 및 입력 전력(kW 단위로 측정됨)에 관한 측정들이 또한 개선들을 예시할 수 있다. 도 12(전통적인 기계에서 생성됨) 및 도 13(본 발명의 일부 실시예에서 생성됨)에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 그의 작동에서 더욱 효율적이며 그리고 더 많은 암페어를 출력하기 위해 더 적은 입력 전력을 필요로 할 수 있다.

비록 본 발명이 특정의 실시예들 및 예들과 관련하여 이상에서 설명되었지만, 본 발명은 반드시 이에 국한되는 것은 아니라는 것, 및 수많은 다른 실시예들, 예들, 사용들, 수정들 및, 실시예들, 예들 및 사용들로부터 벗어난 것들이 여기에 첨부되는 특허청구범위에 의해 아우르게 되도록 의도된다는 것이, 당업자에 의해 인식될 것이다. 여기에 인용되는 각 특허 및 공개의 전체 개시들은, 각각의 그러한 특허 또는 공개가 개별적으로 여기에 참조로 통합되는 것처럼, 참조로 통합된다. 본 발명의 다양한 특징들 및 장점들이 뒤따르는 특허청구범위에 나타난다.

Claims

전기 기계 모듈로서:
기계 내부공간을 획정하는 하우징;
상기 기계 내부공간 내부에 위치하게 되며 그리고 상기 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 전기 기계로서, 브러시리스형 형태, 중심 회전축, 및,
상기 하우징의 벽에 결합되고 상기 기계 내부공간 속으로 연장되는 고정형 지지 부재,
상기 고정형 지지 부재의 적어도 일 부분의 둘레에 감기는 계자 코일,
상기 지지 부재 및 상기 계자 코일의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러싸며, 함께 결합되는 2개의 런델-타입 세그먼트들을 포함하는, 회전자 어셈블리,
상기 회전자 어셈블리의 적어도 일 부분에 작동적으로 결합되고, 움직임 용인 회전(moving accept rotary)을 받아들이도록 구성되고 배열되는 샤프트, 및
상기 회전자 어셈블리의 적어도 일부를 외접하여 둘러싸며, 삽입 단부 및 용접 단부를 포함하는, 고정자 어셈블리로서, 또한
서로 결합되는 다수의 적층판을 포함하는 고정자 코어로서, 상기 다수의 적층판의 적어도 일부는 다수의 슬롯을 획정하도록 실질적으로 정렬되는 톱니들을 포함하고, 상기 고정자 코어는 상기 고정자 코어의 외경의 실질적인 부분의 둘레에 위치하게 되는 다수의 부채꼴부를 더 포함하는, 상기 고정자 코어,
상기 다수의 슬롯 내부에 적어도 부분적으로 위치하게 되는 고정자 권선으로서, 상기 고정자 권선은 분산형 권선 형태를 포함하고 상기 슬롯들 내에 위치하게 되는 다수의 전도체를 포함하며, 각각의 상기 전도체는 적어도 2개의 다리 부분 사이에서 연장되는 모퉁이 부분을 포함하고, 상기 2개의 다리 부분은 경사진 부분들 및 연결 부분들을 포함하며, 여기서 상기 다수의 전도체의 상기 모퉁이 부분들의 적어도 일부는 상기 삽입 단부 측에 위치하게 되고, 상기 경사진 부분들 및 연결 부분들의 적어도 일부는 상기 용접 단부 측에 위치하게 되는, 상기 고정자 권선을 포함하는, 상기 고정자 어셈블리,
를 포함하는, 상기 전기 기계; 및
상기 하우징 및 지지 부재의 부분들 내부에 적어도 부분적으로 위치하게 되는 냉각 시스템으로서,
상기 하우징의 일 부분을 관통하여 배치되는 적어도 하나의 유입구,
상기 지지 부재 내부에 적어도 부분적으로 배치되며, 중심 회전축에 실질적으로 평행하게 지향하게 되고, 상기 적어도 하나의 유입구와 유체 소통 상태에 있는, 제1 채널, 및
상기 지지 부재 내부에 배치되며, 중심 회전축에 실질적으로 직교하게 지향하게 되고, 상기 제1 채널 및 상기 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있는, 적어도 하나의 제2 채널을 포함하는, 상기 냉각 시스템;
을 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 다수의 적층판의 적어도 일 부분은 전기적 등급 규소-함유 강재를 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 하우징은 제1 기계 내부공간 및 제2 기계 내부공간을 포함하며, 상기 제2 기계 내부공간은 제3 단부 캡으로 실질적으로 밀봉되는 것인 전기 기계 모듈.
제 3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유입구 및 상기 제1 채널은 상기 제2 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있는 것인 전기 기계 모듈.
제 3항에 있어서,
정류기 어셈블리가 상기 고정자 어셈블리에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기계 내부공간 내부에 적어도 부분적으로 위치하게 되는 것인 전기 기계 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 냉각 시스템은 다수의 제2 채널을 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 6항에 있어서,
상기 제1 채널은 개방 단부와 폐쇄 단부를 포함하고, 상기 다수의 제2 채널 중 적어도 하나는 상기 개방 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되며, 상기 다수의 제2 채널 중 적어도 하나는 상기 폐쇄 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 것인 전기 기계 모듈.
제 7항에 있어서,
상기 개방 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 상기 적어도 하나의 제2 채널은, 상기 폐쇄 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 상기 적어도 하나의 제2 채널의 직경 보다 작은 직경을 구비하는 것인 전기 기계 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 다수의 전도체는 머리 핀 형태를 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 9항에 있어서,
상기 다수의 전도체는 실질적으로 직사각형 단면을 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
전기 기계 모듈로서:
제1 기계 내부공간 및 제2 기계 내부공간을 획정하는 하우징;
상기 제1 기계 내부공간 내부에 위치하게 되며 그리고 상기 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 전기 기계로서, 브러시리스형 형태, 중심 회전축, 및,
상기 하우징의 벽에 결합되고 상기 제1 기계 내부공간 속으로 연장되는 고정형 지지 부재,
상기 고정형 지지 부재의 적어도 일 부분의 둘레에 감기는 계자 코일,
상기 지지 부재 및 상기 계자 코일의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러싸며, 함께 결합되는 2개의 런델-타입 세그먼트들을 포함하는, 회전자 어셈블리,
상기 회전자 어셈블리의 적어도 일 부분에 작동적으로 결합되고, 움직임 용인 회전을 받아들이도록 구성되고 배열되는 샤프트, 및
고정자 어셈블리로서,
삽입 단부, 용접 단부, 및
다수의 축방향으로 지향하게 되는 슬롯들 및 자체의 외경의 실질적인 부분의 둘레에 위치하게 되는 다수의 부채꼴부를 포함하는 고정자 코어,
상기 다수의 슬롯 내부에 적어도 부분적으로 위치하게 되는 고정자 권선으로서, 상기 고정자 권선은 분산형 권선 형태를 포함하고 상기 슬롯들 내에 위치하게 되는 다수의 전도체를 포함하며, 각각의 상기 전도체는 적어도 2개의 다리 부분 사이에서 연장되는 모퉁이 부분을 포함하고, 상기 2개의 다리 부분은 경사진 부분들 및 연결 부분들을 포함하며, 여기서 상기 다수의 전도체의 상기 모퉁이 부분들의 적어도 일부는 상기 삽입 단부 측에 위치하게 되고, 상기 경사진 부분들 및 연결 부분들의 적어도 일부는 상기 용접 단부 측에 위치하게 되는, 상기 고정자 권선을 포함하는, 상기 고정자 어셈블리,
를 포함하는, 상기 전기 기계;
상기 하우징에 결합되고 상기 제2 기계 내부공간 내부에 적어도 부분적으로 위치하게 되며, 상기 고정자 권선에 전기적으로 연결되고 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 구성되고 배열되는, 정류기 어셈블리; 및
상기 하우징 및 지지 부재의 부분들 내부에 적어도 부분적으로 위치하게 되는 냉각 시스템으로서,
유입구가 상기 제2 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있도록 상기 하우징의 일 부분을 관통하여 배치되는 적어도 하나의 상기 유입구,
상기 지지 부재 내부에 적어도 부분적으로 배치되며, 중심 회전축에 실질적으로 평행하게 지향하게 되고, 상기 제2 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있는, 제1 채널, 및
상기 지지 부재 내부에 배치되며, 중심 회전축에 실질적으로 직교하게 지향하게 되고, 상기 제1 채널 및 상기 제1 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있는, 적어도 하나의 제2 채널을 포함하는, 상기 냉각 시스템;
을 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 모듈은 교류 발전기를 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유입구는 T자형 형태를 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 13항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유입구에 유체 연결되는 제3 채널을 더 포함하며, 상기 제3 채널은 상기 제1 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있는 것인 전기 기계 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 냉각 시스템은 다수의 제2 채널을 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
제 15항에 있어서,
상기 제1 채널은 개방 단부와 폐쇄 단부를 포함하고, 상기 다수의 제2 채널 중 적어도 하나는 상기 개방 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되며, 상기 다수의 제2 채널 중 적어도 하나는 상기 폐쇄 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 것인 전기 기계 모듈.
제 16항에 있어서,
상기 개방 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 상기 적어도 하나의 제2 채널은, 상기 폐쇄 단부에 실질적으로 인접하게 위치하게 되는 상기 적어도 하나의 제2 채널의 직경 보다 작은 직경을 구비하는 것인 전기 기계 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 다수의 전도체는 머리 핀 형태를 포함하는 것인 전기 기계 모듈.
전기 기계 모듈을 조립하는 방법으로서,
기계 내부공간을 획정하는 하우징을 제공하는 단계;
브러시리스형 형태 및 중심 회전축을 포함하는 전기 기계를, 상기 전기 기계가 상기 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이도록, 상기 기계 내부공간 내부에 위치시키는 단계;
고정형 지지 부재가 상기 기계 내부공간 속으로 연장되도록 상기 하우징의 벽에 상기 고정형 지지 부재를 결합하는 단계;
상기 고정형 지지 부재의 적어도 일 부분의 둘레에 계자 코일을 감는 단계;
회전자 어셈블리가 상기 지지 부재 및 상기 계자 코일의 적어도 일 부분을 실질적으로 외접하여 둘러싸도록, 상기 회전자 어셈블리를 위치시키는 단계;
상기 회전자 어셈블리의 적어도 일 부분에 샤프트를 작동적으로 결합시키는 단계;
상기 샤프트의 축방향 단부에 풀리를 작동적으로 결합시키는 단계;
삽입 단부, 용접 단부 및 자체의 외경의 실질적인 부분의 둘레에 위치하게 되는 다수의 부채꼴부를 포함하는 고정자 어셈블리가 상기 회전자 어셈블리의 적어도 일부를 외접하여 둘러싸도록, 상기 고정자 어셈블리를 위치시키는 단계;
고정자 권선이 분산형 권선 형태를 포함하고 슬롯들 내에 위치하게 되는 다수의 전도체를 포함하도록, 상기 고정자 어셈블리 내부에 상기 고정자 권선을 위치시키는 단계로서, 각각의 상기 전도체는 적어도 2개의 다리 부분 사이에서 연장되는 모퉁이 부분을 포함하고, 상기 2개의 다리 부분은 경사진 부분들 및 연결 부분들을 포함하며, 여기서 상기 다수의 전도체의 상기 모퉁이 부분들의 적어도 일부는 상기 삽입 단부 측에 위치하게 되고, 상기 경사진 부분들 및 연결 부분들의 적어도 일부는 상기 용접 단부 측에 위치하게 되는, 상기 고정자 권선을 위치시키는 단계;
상기 하우징의 일 부분을 관통하여 배치되는 적어도 하나의 유입구를 위치시키는 단계;
제1 채널이 상기 적어도 하나의 유입구와 유체 소통 상태에 있도록 하고, 중심 회전축에 실질적으로 평행하게 지향하도록 상기 지지 부재 내부에 상기 제1 채널을 배치하는 단계; 및
적어도 하나의 제2 채널이 상기 제1 채널 및 상기 기계 내부공간과 유체 소통 상태에 있도록 하고, 중심 회전축에 실질적으로 직교하게 지향하도록 상기 지지 부재 내부에 상기 적어도 하나의 제2 채널을 배치하는 단계;
를 포함하는 것인 전기 기계 모듈을 조립하는 방법.
제 19항에 있어서,
상기 다수의 전도체의 적어도 일 부분은 머리 핀 형태를 포함하는 것인 전기 기계 모듈을 조립하는 방법.