KR20150079597A

KR20150079597A - 커패시터 구성요소

Info

Publication number: KR20150079597A
Application number: KR1020157009217A
Authority: KR
Inventors: 제프리 오웬
Original assignee: 프로틴 일렉트릭 리미티드
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-07-08
Also published as: GB2504222B; WO2014037921A3; US9985490B2; GB2504222A; EP2893620A2; WO2014037920A3; PL2893619T3; US20150249371A1; EP2893619B1; US20150228411A1; WO2014037920A2; ES2871379T3; KR20150077405A; EP2893619A2; CN110120300B; CN104737253A; WO2014037921A2; GB201216099D0; JP2015528687A; JP6321010B2

Abstract

유전 필름에 의해 분리되는 제1 전극 및 제2 전극과 제1 버스바를 포함하며,제1 전극, 제2 전극 및 유전 필름은 환형 링 내에 배열되고 제1 버스바는 환형 링의 외부 주위 둘레로 배열되며, 제1 버스바는 제1 전극과 전기적으로 접촉하고 제1 버스바는 제1 버스바의 주위부 내에 간격을 포함하는 커패시터 구성요소.

Description

커패시터 구성요소{A CAPACITOR COMPONENT}

본 발명은 커패시터 구성요소에 관한 것으로서, 특히 커패시터를 갖는 전기 모터 또는 발전기에 관한 것이다.

전기 모터 시스템은 일반적으로 전기 모터와 전기 모터의 전력을 제어하도록 배열된 제어부를 포함한다. 공지된 유형의 전기 모터의 예는, 인덕션 모터, 동기 브러시리스 영구자석 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터 및 선형 모터를 포함한다. 상업적 영역에서는 3상 전기 모터가 사용가능한 가장 일반적인 종류의 전기 모터이다.

3상 전기 모터는 일반적으로 세 개의 코일 세트를 포함하며, 각 코일 세트는 교류 전압의 3상 중 하나와 연관된 자기장을 발생하도록 배열된다.

전기 모터 내에서 형성되는 자극의 수를 증가시키기 위하여, 각 코일 세트는 일반적으로 전기 모터의 주변부 주위로 분포되는 다수의 코일 서브세트를 가지며, 이는 회전 자기장을 생성하도록 구동된다.

실례로서, 도 1은 세 개의 코일 세트(14, 16, 18)를 갖는 일반적인 3상 전기 모터(10)를 보여준다. 각 코일 세트는 직렬로 연결된 네 개의 코일 서브세트로 구성되며, 주어진 코일 세트에 대하여 각 코일 서브세트에 의해 발생되는 자기장은 동일한 상을 갖는다.

3상 전기 모터의 세 코일 세트는 일반적으로 델타 또는 와이(wye) 형태로 구성된다. DC 전원을 갖는 3상 전기 모터의 제어부는 전기 모터를 구동하기 위한 3상 전압 공급을 발생시키는 3상 브리지 인버터를 포함한다. 각각의 해당 전압 위상은 전기 모터의 해당 코일 세트에 인가된다.

3상 브리지 인버터는 다수의 스위칭 장치, 예를 들면 DC 전압 서플라이로부터 교류 전압을 발생하기 위해 사용되는 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 전력전자 스위치를 포함한다.

전류를 스위칭할 때 인버터 상의 인덕턴스의 영향을 줄이기 위하여 전기 모터 인버터의 로컬 전압원으로 커패시터가 사용된다. 커패시터를 인버터에 가까이 배치함으로써 전원과 연관된 인덕턴스가 최소화된다. 따라서, 다수의 인버터를 갖는 전기 모터에 있어서, 환형 커패시터 링은 커패시터 요소와 인버터들 사이의 간격을 최소화하는 것이 바람직하다.

커패시터는 커패시터 플레이트로 및 이로부터 전하가 흐르게 하기 위하여 버스바를 가져야 한다.

그러나, 환형 링으로 형성된 커패시터에 대해 요구되는 동심 버스바를 제조할 때, 버스바의 허용오차(tolerance)가 높아야 하며 버스바의 열 팽창은 커패시터 링 어셈블리에 손상을 일으킬 수 있다.

이러한 상황을 개선하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 양상에 따르면 첨부된 특허청구범위에 따른 커패시터 구성요소가 제공된다.

커패시터 버스바 링 내에 간격을 가짐으로써, 본 발명은 주위 구성요소에 스트레스를 일으키지 않고 열 변화로 인한 버스바의 팽창/수축을 허용하며, 이에 따라 버스바 링에 대한 제조 허용 요구조건을 감소시키는 이점을 제공한다.

이제 본 발명이, 예시로서, 첨부한 도면을 참조로 하여 기재된다.
도 1은 종래기술의 3상 전기 모터를 예시한다.
도 2는 본 발명을 구현하는 모터의 분해 조립도를 예시한다.
도 3은 도 1에 나타난 전기 모터의 분해 조립도를 다른 각도에서 예시한다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 전기 모터를 예시한다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 전기 모터의 제어 모듈을 예시한다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 전기 모터의 부분도를 예시한다.
도 7은 본 발명의 구현예에 따른 전기 모터의 제어 모듈을 예시한다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따른 고정자의 단면도를 예시한다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따른 커패시터 요소를 예시한다.
도 10은 본 발명의 구현예에 따른 커패시터의 모식도를 예시한다.
도 11은 본 발명의 구현예에 따른 커패시터의 단면도를 예시한다.
도 12는 본 발명의 구현예에 따른 커패시터 요소를 예시한다.
도 13은 본 발명의 구현예에 따른 커패시터 요소를 예시한다.
도 14는 본 발명의 구현예에 따른 커패시터 요소를 예시한다.
도 15는 본 발명의 구현예에 따른 커패시터 요소를 예시한다.
도 16은 본 발명의 구현예에 따른 제어 모듈 하우징의 부분도를 예시한다.

기재된 발명의 구현예는 커패시터 요소를 갖는 전기 모터에 대한 것이며, 여기서 전기 모터는 차량의 바퀴 내에서 사용된다. 그러나 전기 모터는 차량 내의 어디에나 위치할 수 있다. 모터는 차량에 부착되는 고정자의 일부로서 코일 세트를 갖는 형태이며 바퀴에 부착되는 자석 세트를 갖춘 회전자에 의해 방사상으로 둘러싸인다. 의심을 피하기 위하여, 본 발명의 다양한 양상은 동일한 배열을 갖는 전기 발전기에 동등하게 적용가능하다. 따라서, 전기 모터의 정의는 전기 발전기를 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 양상 중 일부는 방사상으로 둘러싸는 코일 내부 중심에 장착된 회전자를 갖는 배열에 적용가능하다. 이 기술분야의 기술자에게 이해되는 바와 같이, 본 발명은 다른 유형의 전기 모터에 사용하도록 적용가능하다.

본 발명의 목적을 위하여, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 인-휠(in-wheel) 전기 모터는 히트싱크(253), 다수의 코일(254), 고정자의 후방부 히트싱크(253) 상에 장착된 코일 구동을 위한 두 개의 제어 모듈(400), 및 고정자의 후방부 상에 형성된 오목부(255) 내에서 고정자 상에 장착된 커패시터(도시하지 않음)를 포함한다. 바람직한 구현예에서 커패시터는 환형 커패시터 요소이다. 코일(254)은 코일 권선을 형성하기 위한 고정자 톱니 층 상에 형성되며, 고정자 톱니 층은 히트싱크(253) 상에 장착된다. 히트싱크(253)는 냉각을 제공하기 위하여 히트싱크(253) 내에서 냉매가 흐를 수 있도록 허용하는 적어도 하나의 냉각 채널을 포함하며, 이에 따라 히트싱크(253)가 히트싱크(253)에 부착된, 예를 들면, 코일 권선 및 제어 모듈과 같은 구성요소로부터 열을 배출할 수 있도록 한다. 고정자 커버(256)가 고정자(252)의 후방부 상에 장착되어, 제어 모듈(400)을 둘러싸고 고정자(252)를 형성하며, 이는 차량에 고정되어 사용중에 차량에 대해 회전하지 않는다.

각 제어 모듈(400)은 두 개의 인버터(410) 및, 본 구현예에서는, 인버터(410)의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는, 제어 로직(420)을 포함하며, 이는 도 5에 개략적으로 도시되어 있다.

환형 커패시터 요소는 DC 전원을 인버터(410)로 배분하고, 후술할 바와 같이, 전기 모터의 동작 중에, 전기 모터의 전원선(또는 DC 버스바로 알려져 있음) 상의 전압 리플을 줄이기 위하여 인버터(410)를 가로질러 연결된다. 줄어든 인덕턴스를 위하여 환형 커패시터 요소는 제어 모듈(400)에 인접하여 장착된다. 본 구현예의 전기 모터 내의 커패시터 요소가 환형 커패시터이지만, 커패시터 요소는 임의의 형태일 수 있다.

회전자(240)는, 실질적으로 고정자(252)를 둘러싸는 커버를 형성하는, 원통형부(221) 및 전방부(220)를 포함한다. 회전자는 원통형부(221) 내부 주위로 배열된 다수의 영구자석(242)을 포함한다. 본 발명의 구현예에서 32개의 자석 쌍이 원통형부(221)의 내부에 장착된다. 그러나, 임의의 수의 자석 쌍이 사용될 수 있다.

자석은 고정자(252)의 코일 권선에 인접하여 코일에 의해 발생한 자기장이 회전자(240)의 원통형부(221) 내부 주위로 배열된 자석(242)과 상호작용하여 회전자(240)가 회전하도록 한다. 전기 모터를 구동하는 구동 토크 발생을 위해 영구 자석(242)이 사용되므로, 영구 자석은 통상 구동 자석으로 지칭된다.

회전자(240)는 베어링 블록(223)에 의하여 고정자(252)에 부착된다. 베어링 블록(223)은 차량 내에서 이러한 모터 어셈블리를 끼우는 데 사용되는 표준 베어링 블록일 수 있다. 베어링 블록은 두 부분을 포함하며, 제1 부분은 고정자에 부착되고 제2 부분은 회전자에 부착된다. 베어링 블록은 고정자(252) 벽의 중앙부(253) 및 또한 회전자(240)의 하우징 벽(220)의 중앙부(225)에 고정된다. 이에 따라 회전자(240)는 회전자(240) 중앙부(225)에서 베어링 블록(223)을 통해 회전하도록 차량에 부착된다. 이는 바퀴 림을 회전자의 중앙부에 부착하고 결과적으로 베어링 블록(223)의 회전가능한 쪽에 단단히 부착되도록 통상의 바퀴 볼트를 사용하여 바퀴 림 및 타이어가 회전자(240)의 중앙부(225)에 부착될 수 있는 이점을 갖는다. 바퀴 볼트는 베어링 블록 자체를 통해 회전자의 중앙부(225)를 통해 맞추어질 수 있다. 회전자(240) 및 바퀴 모두가 베어링 블록(223)에 장착됨에 따라 회전자 및 바퀴의 회전각 사이에 일대일 대응이 된다.

도 3은 도 2에 예시된 동일한 모터 어셈블리를 반대쪽으로부터 본 분해조립도이다. 회전자(240)는 외부 회전자 벽(220) 및 내부에 자석(242)이 주위를 따라 배열되는 주위 벽(221)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 고정자(252)는 고정자 벽 및 회전자 중앙부에서 베어링 블록을 통해 회전자(240)에 연결된다.

회전자의 주위 벽(221)과 고정자의 외부 가장자리 사이에 V 형태의 봉인이 제공된다.

회전자는 또한 위치 감지를 위한 자석 세트(227)를 포함하고, 이는 정류 자석으로도 알려져 있으며, 고정자 위에 장착된 센서와 함께 회전자 플럭스 각을 추정할 수 있도록 한다. 회전자 플럭스 각은 구동 자석의 코일 권선에 대한 위치 관계를 정의한다. 대안적으로, 분리된 자석 세트 대신, 회전자는 분리된 자석 세트와 같은 역할을 하는 다수의 자극을 갖는 자성 물질의 링을 포함할 수 있다.

정류 자석이 회전자 플럭스 각을 계산하는 데 사용될 수 있도록 하기 위하여, 바람직하게는 각 구동 자석이 연관된 정류 자석을 가지며, 회전자 플럭스 각은 측정된 정류 자석 플럭스 각을 조정(calibrating)함으로써 정류 자석 세트와 연관된 플럭스 각으로부터 유도된다. 정류 자석 플럭스 각과 회전자 플럭스 각 사이의 상관을 단순화하기 위하여, 바람직하게는 정류 자석 세트는 구동 자석 세트 쌍과 같은 수의 자석 또는 자극을 가지며, 정류 자석 및 연관된 구동 자석이 서로 대략 방사상으로 정렬된다. 본 구현예의 목적을 위하여, 정류 자석 세트는 32 자석 쌍을 가지며, 각 자석 쌍은 각 구동 자석 쌍과 대략 방사상으로 정렬된다.

본 구현예에서는 홀 센서(Hall sensor)인, 센서가 고정자 상에 장착된다. 센서는 회전자가 회전함에 따라 정류 자석 링을 구성하는 각 정류 자석이 센서를 통과하여 회전하도록 배치된다.

회전자가 고정자에 대해 회전함에 따라 정류 자석은 센서를 지나 상응하게 회전하며, 홀 센서는 AC 전압 신호를 출력하고, 여기에서 센서는 센서를 통과하는 각 자석 쌍에 대해 360 전기적 각도의 완전한 전압 사이클을 출력한다.

개선된 위치 탐지를 위하여, 바람직하게는 센서는 제1 센서로부터 90 전기적 각도 떨어져 위치하는 연관된 제2 센서를 포함한다.

도 4에 예시된 바와 같이, 본 구현예에서, 전기 모터는 4개의 코일 세트(60)를 포함하며, 각 코일 세트(60)는 3상 서브모터를 형성하기 위하여 와이(wye) 구성으로 연결된 3개의 코일 서브세트(61, 62, 63)을 가져, 결과적으로 모터는 4개의 3상 서브모터를 갖는다. 각 서브모터의 동작은 후술될 바와 같이 두 개의 제어 장치/제어 모듈(400) 중 하나에 의해 제어된다. 그러나, 본 구현예가 4개의 코일 세트(60)(즉 4개의 서브모터)를 갖는 전기 모터를 기재하고 있지만, 모터는 또한 동등하게 하나 또는 그 이상의 코일 세트 및 연관된 제어 장치를 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서 모터(40)는 8개의 코일 세트(60)를 포함하며, 각 코일 세트(60)는 3상 서브모터를 형성하기 위하여 Y 구성으로 연결된 3개의 코일 서브세트(61, 62, 63)를 가지며, 결과적으로 모터가 8개의 3상 서브모터를 갖는다. 유사하게, 각 코일 세트는 임의의 수의 코일 서브세트를 가질 수 있으며, 따라서 각 서브모터가 둘 또는 그 이상의 위상을 가질 수 있도록 한다.

도 5는 각 코일 세트(60) 및 제어 모듈(400) 사이의 연결을 도시하며, 각 코일 세트(60)는 제어 모듈(400) 내에 포함된 각 3상 인버터(410)에 연결된다. 이 분야의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 3상 인버터는 6개의 스위치를 포함하며, 6개의 스위치의 제어된 동작에 의하여 3상 교류 전압이 발생될 수 있다. 그러나, 스위치의 수는 각 서브모터에 인가될 전압 위상의 수에 의존하며, 여기서 서브모터는 임의의 수의 위상을 갖도록 구성될 수 있다.

4개의 코일 세트의 각 코일은 개별 고정자 톱니에 감겨 있으며, 이는 고정자의 일부를 구성한다. 코일 권선의 단부(501)는, 도 6에 예시된 바와 같이, 고정자 히트싱크의 편평 후방부(502)를 통해 돌출된다. 도 6은 고정자의 부분 사시도를 예시하며, 4개의 코일 세트(60) 중 두 개에 대한 코일 권선의 단부(501)가 고정자 히트싱크(253)의 편평부를 지나 연장된다.

제어 모듈(400)은 고정자 히트싱크(253)의 편평부에 장착되기 위하여 고정자 히트싱크(253)의 편평부에 인접하여 배치된다. 예시의 목적으로, 고정자 히트싱크(253)로부터 분리된 단일 제어 모듈(400)이 도 6에 나타나 있다. 상술한 바와 같이, 환형 커패시터 요소를 수용하기 위하여 환형 오목부(255)가 히트싱크(253)의 편평부 내에 형성된다.

본 구현예의 목적을 위하여 히트싱크(253)의 편평부는 고정자의 차량에 장착되는 측에 위치한다.

바람직하게는, 각 제어 모듈(400)이 고정자 히트싱크(253)에 장착되기 쉽게 하기 위하여, 각 코일 세트의 코일 권선의 단부(501)는 고정자의 히트싱크부의 표면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 고정자의 히트싱크부를 지나 연장되도록 배열된다.

도 7은 제어 모듈(400)의 바람직한 구현예의 분해조립도와 함께 제어 모듈(400)의 모듈식 구성을 도시하며, 또는 전력 모듈로도 알려진, 각 제어 모듈(400)은 두 개의 전력 기판 어셈블리(510), 제어 인쇄회로 기판(520), 환형 커패시터 요소를 연결하기 위한 4개의 전력원 버스바(도시하지 않음), 각 코일 권선을 연결하기 위한 6개의 위상 권선 버스바(도시하지 않음), 두 개의 삽입 모듈(560), 및 6개의 전류 센서가 장착된 전력 인쇄회로 기판을 포함한다. 각 전류 센서는 홀 센서 및 홀 센서에 인접하게 장착되도록 배열된 연질 강자성 재료(soft ferromagnetic material)(530) 구역을 포함하며, 바람직하게는 각 홀 센서는 도넛 형태의 연질 강자성 재료 조각의 도려낸 구역 내에 장착되도록 배열된다.

각각의 제어 모듈 구성요소는, 4개의 전원 버스바 및 6개의 위상 권선 버스바가 제어 장치 하우징(550)의 반대쪽 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 제어 모듈 하우징(550) 내에 각 삽입 모듈을 통해 장착된다.

각각의 전력 기판(510)은 전력 인쇄회로 기판(500) 내에 형성된 각 개구 내에 장착되도록 배열되며, 각 전력 기판(510)은 3mm 구리 베이스 플레이트(600)와 그 위에 형성된 3상 인버터(410)를 갖는다. 대응 개구(511)가 또한 제어 모듈 하우징(550) 내에 형성되어, 제어 장치 하우징(550)이 고정자에 장착될 때, 각 전력 기판(510)의 구리 베이스 플레이트가 고정자 히트싱크(253)와 직접 접촉하도록 배치되며, 이에 따라 냉각이 각 전력 기판(510)의 베이스로 직접 적용되도록 한다.

전력 인쇄회로 기판(500)의 아래쪽 상에, 전력 기판 어셈블리(510)의 구리 베이스 플레이트에 인접하여, 4개의 코일 세트 중 두 개와 관련된 각 코일 권선 내의 전류를 측정하기 위한 6개의 홀 센서(도시하지 않음)가 장착된다. 홀 센서 눈금은 제어 인쇄회로 기판(520)에 제공된다.

전력 인쇄회로 기판(500)은 전력 기판 어셈블리(510) 상에 형성된 인버터 스위치의 구동기를 포함하는 다양한 다른 구성요소를 포함하며, 구동기는 제어 인쇄회로 기판(520)으로부터의 제어 신호를 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 스위치를 동작시키기에 적합한 형태로 변환하는 데 사용되지만, 이러한 구성요소들은 더 자세히 논의되지는 않는다.

전력 인쇄회로 기판(500)이 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착될 때 삽입 모듈(560)이 전력 인쇄회로 기판(500) 위로 장착되도록 배열된다.

각각의 삽입 모듈(560)은 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 각각의 전력 기판 어셈블리(510) 위로 장착되도록 배열되며, 각각의 삽입 모듈(560)은 각각의 전력 기판 어셈블리(510) 상에 형성된 인버터 스위치 주위로 연장되도록 배열된 개구를 갖는다.

각각의 삽입 모듈(560)은, 그 위에 삽입 모듈(560)이 장착된, 전력 기판 어셈블리(510) 상에 형성된 인버터를 환형 커패시터 요소 및 코일 세트의 위상 권선으로 각각 연결하기 위한 두 개의 전원 버스바와 3개의 위상 권선 버스바를 전달하도록 배열된다.

삽입 모듈(560)은 또한, 전력 인쇄회로 기판(500) 및 제어 인쇄회로 기판(520) 모두가 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착될 때, 전력 인쇄회로 기판(500)으로부터 제어 인쇄회로 기판(520)을 분리하기 위한 스페이서의 역할을 한다.

삽입 모듈(560) 중 하나에 장착된 전원 버스바의 제1 쌍은 전력 기판 어셈블리(510) 중 하나에 형성된 제1 인버터(410)에 전압원을 제공하기 위한 것이다. 제2 삽입 모듈(560)에 장착된 전원 버스바의 제2 쌍은 다른 전력 기판 어셈블리(510)에 형성된 제2 인버터(410)에 전압원을 제공하기 위한 것이다.

전원 버스바의 각 쌍에 대하여, 하나의 전원 버스바는 전력 회로 기판(500)의 평면 위로 형성된 제1 평면 내에 위치한다. 다른 전원 버스바는 제1 평면 위의 제2 평면 내에 위치한다. 바람직하게는, 전원 버스바의 각 쌍은 실질적으로 동일 평면 상에(co-planar) 배열된다.

전원 버스바에 대해 각 전력 기판 어셈블리(510)의 대향측 상의 제어 모듈 하우징(550) 내에 6개의 위상 권선 버스바가 위치한다. 위상 권선 버스바는, 이 분야의 기술자에게 공지된 바와 같이, 각 코일 권선에 연결하기 위한 각 인버터 레그에 연결된다(즉, 하나의 위상 권선 버스바는 전력 기판 어셈블리(510) 중 하나에 형성된 3상 인버터의 각 레그에 연결되고 하나의 위상 권선 버스바는 다른 전력 기판 어셈블리(510)에 형성된 3상 인버터의 각 레그에 연결된다).

제어 인쇄회로 기판(520)은 전력 인쇄회로 기판(500) 위의 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착되도록 배열된다.

제어 인쇄회로 기판(520)은 각 코일 서브세트(61, 62, 63)에 걸쳐 PWM 전압 제어를 이용한 3상 전압 공급이 각 전기 모터 코일 세트(60)로 주어지도록 허용하기 위하여 각 인버터 스위치의 동작을 제어하는 프로세서(420)를 포함한다. 주어진 토크 요구조건에 대하여, 각 코일 세트에 인가되는 3상 전압은 자속 기준 제어(field oriented control, FOC)를 사용하여 결정되며, 이는 발생된 전류를 측정하기 위하여 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착된 전류 센서를 이용하여 제어 인쇄회로 기판 상의 프로세서에 의해 수행된다.

PWM 제어는 요구되는 전류를 모터 코일 내로 구동하기 위하여 인가된 펄스 전압을 평균하기 위하여 모터 인덕턴스를 이용함으로써 동작한다. PWM 제어를 이용하여 인가된 전압이 모터 코일을 가로질러 스위치된다. 전압이 모터 코일을 가로질러 스위치되는 구간 동안, 모터 코일 내의 전류는 인덕턴스 및 인가된 전압에 의해 결정된 비율로 증가한다. PWM 전압 제어는 전류가 요구되는 값을 넘어 증가하기 전에 스위치 오프되며, 이에 따라 전류의 정확한 제어를 얻는 것을 허용한다.

인버터 스위치는 MOSFET 또는 IGBT와 같은 반도체 장치를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 스위치는 IGBT를 포함한다. 그러나, 임의의 적합한 공지의 스위칭 회로가 전류 제어를 위해 채용될 수 있다. 이러한 스위칭 회로의 하나의 공지 예는 3상 전기 모터를 구동하도록 구성된 6개의 스위치를 갖는 3상 브리지 회로이다. 6개의 스위치는 두 개의 스위치의 3개의 병렬 세트로 구성되며, 스위치의 각 쌍은 직렬로 연결되어 3상 브리지 회로의 각 레그를 형성한다. DC 전원이 인버터의 레그를 가로질러 연결되며, 이 분야의 기술자에게 공지된 바와 같이, 전기 모터의 각 코일 권선은 스위치의 각 쌍 사이에 연결된다. 단상 인버터는 인버터의 두 레그를 형성하기 위하여 직렬로 배열된 두 쌍의 스위치를 가진다.

3상 전압 공급은 각 코일 서브세트 내의 전류 흐름의 발생과 각 서브모터에 의해 요구되는 토크를 제공하기 위한 대응하는 회전 자기장을 가져온다.

또한, 각각의 제어 인쇄회로 기판(520)은 통신 버스를 통해 각 제어 모듈(400) 사이의 통신을 허용하는 인터페이스 배열을 포함하며, 하나의 제어 모듈(400)은 전기 모터 외부에 장착된 차량 제어기와 통신하도록 배열되고, 외부에 장착된 제어기는 일반적으로 제어 모듈(400)로 요구되는 토크 값을 제공한다. 각 제어 모듈(400) 상의 프로세서(420)는 인터페이스 배열을 통한 통신을 처리하도록 마련된다.

상술한 바와 같이, 본 구현예가 각 코일 세트(60)가 3개의 코일 서브세트(61, 62, 63)를 갖는 것을 기재하고 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 각 코일 세트(60)가 하나 또는 그 이상의 코일 서브세트를 가질 수 있는 것으로 이해할 것이다.

도 8은 히트싱크(253)의 편평부 내에 형성된 환형 오목부(255) 내에 장착된 커패시터 요소 하우징(810) 내에 수용된 환형 커패시터 요소(annular capacitor element)(800)를 갖는 고정자 구역의 단면도를 예시한다.

환형 커패시터 요소(800)는 제1 버스바를 포함하며, 제1 버스바는 제1 외부 전극을 통해 제1 내부 커패시터 전극에 연결된다. 제1 버스바에 인접하여 장착된 제2 버스바는, 후술하는 바와 같이, 제2 외부 전극을 통해 제2 내부 커패시터 전극에 연결된다. 제1 버스바는 제1 내부 커패시터 전극으로 및 이로부터 전하가 흐르는 것을 허용한다. 제2 버스바는 제2 내부 커패시터 전극으로 및 이로부터 전하가 흐르는 것을 허용한다. 제1 내부 커패시터 전극 및 제2 내부 커패시터 전극은 커패시터 플레이트에 대응한다.

도 9는 환형 커패시터 요소(800)의 분해조립도를 예시하며, 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)가 환형 커패시터 구성요소(annular capacitor component)(920)의 외부 주위 표면 둘레에 장착되고, 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)는 제1 절연 필름(930)에 의해 분리된다. 제1 버스바(900)는 제2 절연 필름(940)에 의해 환형 커패시터 구성요소(920)의 외부 주위 표면으로부터 전기적으로 격리된다.

버스바(900, 910)가 커패시터 요소의 분리된 쪽에 위치하는 대신, 얇은 절연층(930)에 의해 분리되는 환형 커패시터 구성요소(920) 주위로 형성된 동심 버스바(900, 910)를 가지는 것은 인덕턴스를 최소화하며, 이에 따라 인버터의 손실을 줄인다.

제1 버스바(900)는, 제1 버스바(900)를, 예를 들면, 인-휠 전기 모터를 수용하는 차량 내에 위치한 배터리와 같은, DC 전원의 제1 단자로 연결하는 제1 전기적 연결 요소(950)를 포함한다. 유사하게, 제2 버스바(910)는 제2 버스바를 DC 전원의 제2 단자로 연결하는 제2 전기적 연결 요소(960)를 포함하며, 이에 따라 환형 커패시터 요소가 DC 전원 및 인-휠 전기 모터 내에 장착된 각 인버터 사이에 병렬 연결되는 것을 허용한다.

또한, 제1 버스바 및 제2 버스바는 환형 커패시터 요소(800)가 각 대응하는 인버터의 전압원의 역할을 하도록 허용하기 위하여 제어 모듈 내에 장착된 각 인버터 전원 버스바로 연결하는 커플링 부재(980)를 포함하며, 이에 따라 다수의 인버터를 지원하기 위하여 단일 커패시터가 사용되는 것을 허용한다.

일 구현예에서, 제1 버스바 및 제2 버스바는 버스바(900, 910)가 동심이 되도록 환형 커패시터 구성요소(920) 위로 눌러 맞추는 미리 제조된 환형 구성요소일 수 있다. 그러나, 버스바(900, 910)의 수치 허용값 및 열팽창으로부터 일어날 수 있는 커패시터 어셈블리의 손상 위험을 최소화하기 위하여, 바람직하게는 적어도 하나의 버스바(900, 910)가 C 형태로 제조되며, 각 버스바(900, 910)의 구역(970)이 제거되어 제조 및/또는 열팽창으로부터 일어나는 환형 커패시터 구성요소(920)의 직경 변화를 허용하도록 한다. 유사하게, 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910) 내에 간격을 갖는 것은 주변 구성요소에 압력을 주지 않으면서 버스바가 팽창/수축할 수 있도록 한다. C 형태 버스바를 형성하기 위하여 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910) 내에 형성된 간격은 임의의 적절한 크기일 수 있으나, 바람직하게는 전기 모터의 열 허용범위(envelope)를 넘어 버스바의 단부가 접촉하는 것을 피할 수 있는 간격 크기를 결정하기 위하여 간격의 크기는 버스바에 사용되는 재료의 열팽창 값의 계수와 공학 제조 허용값 및 구성요소 크기를 사용하여 계산된다.

아래에서 기재되는 바와 같이, 바람직하게는 환형 커패시터 구성요소(920)는 다수의 커패시터를 단일 커패시터 요소로 결합하며, 환형 커패시터 구성요소(920)는 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 제3 커패시터를 포함한다.

제1 커패시터는 DC 전압원을 전기 모터 상의 제어 모듈(400) 내에 장착된 각 인버터에 연결하도록 배열되며, 제1 커패시터는 인버터 스위치에 걸쳐 발생되는, 스위칭 장치에 손실과 전기적 스트레스를 일으킬 수 있으며 인버터로부터 고펄스 전류 부하를 제공하는 과도 전압을 억제하도록 배열된다. 이는 전류 스위칭 동안 인버터 상의 인덕턴스를 줄이는 효과를 갖는다. 제1 커패시터 요소는 DC 전압원과 각 인버터 사이에 병렬 연결된다.

인버터에 의해 발생되는 전자기 잡음을 줄이기 위하여, 환형 커패시터 구성요소(920)는 또한 제1 커패시터와 나란히 연결되고 통합된 제2 및 제3 커패시터를 포함한다. 제2 및 제3 커패시터는 Y 커패시터 요소의 역할을 하며 서로 직렬 연결되며 제1 커패시터와 병렬 연결된다. 제2 및 제3 커패시터가 제1 커패시터와 통합되어 환형 커패시터 요소를 형성하지만, 제2 및 제3 커패시터가 제1 커패시터와는 별개의 요소로 또한 형성될 수 있다.

Y 커패시터는 전기 모터 시스템 내에서 EMC 솔루션의 일부 역할을 하며, Y 커패시터는 지역 DC 링크 커패시터(즉 제1 커패시터)와 함께 공통모드 EMC 전류가 DC 링크로 환류하는 경로를 제공함으로써 전자기 방출을 감소/제어하기 위하여 사용되고, 이에 따라 모터 외부로 흐르는 EMC 전류를 줄인다.

연관된 인버터를 갖는 다수의 서브모터를 갖는 전기 모터에 대하여, 일반적으로 각 인버터를 위해 두 개의 Y 커패시터가 필요하다. 다중-인버터 구성에 대하여 이는 전기 모터 시스템의 패키징, 비용 및 신뢰성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그러나, 본 발명은 다수의 인버터를 지원하기 위하여 단일 Y 커패시터 구성을 허용하며, 따라서 패키징 요구사항을 줄이고 제조 공정을 단순화한다.

도 10은 제1 커패시터(1010)가 DC 전압원의 양 및 음 전력 레일 사이에 연결되고, 제2 커패시터(1020)가 DC 전압원의 양의 전력 레일과 기준 전위, 예를 들면 차량 섀시, 사이에 연결되고, 제3 커패시터(1030)가 DC 전압원의 음의 전력 레일과 기준 전위 사이에 연결되는 통합된 환형 커패시터 구성요소(920)에 대한 등가회로도를 예시한다. 상기한 바와 같이, 각 인버터는 DC 전압원의 양 및 음 전력 레일에 걸쳐 연결된다.

다수의 인버터는 스위칭, 타이밍 및 인버터 요구 변수로 인하여 동시에 동일한 전류를 끌어내지 않을 것이므로, 다수의 인버터를 지원하기 위하여 단일 커패시터를 사용함으로써 공간의 감소와 함께 전체 커패시턴스가 줄어들 수 있다. 단일 커패시터는 환형 요소로 구성될 때 다수의 분리된 인버터에 인접하게 구성될 수 있으며, 따라서 유도 효과를 줄이고 완충 커패시터의 필요를 제거한다.

도 11은 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)를 포함하는 환형 커패시터 요소(800)의 일 구역의 단면도를 예시한다.

환형 커패시터 구성요소(920)는 환형 요소를 형성하기 위해 감긴 적어도 하나의 유전 필름을 포함하며, 다수의 내부 전극(즉 커패시터 플레이트)이 필름 상에 형성된다. 내부 전극은 임의의 적절한 수단에 의해 형성될 수 있지만, 본 구현예의 목적을 위하여, 내부 전극은 필름 상에 금속화 층을 생성함에 의하여 형성된다. 다른 구현예에서 다수의 필름이 사용되고 각 필름 상에 별도의 전극이 형성될 수 있다. 예를 들면, 각 필름의 한쪽 면에 금속 코팅이 형성된 두 층의 필름이 원통형 내에 둥글게 둘러진다.

환형 커패시터 구성요소(920)를 형성하는 각 커패시터 사이의 연결을 단순화하기 위하여, 본 구현예의 목적을 위하여, 제3 커패시터가 제1 커패시터 및 제2 커패시터 사이에 통합된다. 그러나, 커패시터는 임의의 순서로 배열될 수 있다.

제1 커패시터(1010), 제2 커패시터(1020), 및 제3 커패시터(1030)는 단일 필름을 이용하여 제1 커패시터(1010)를 제3 커패시터(1030)로부터 전기적으로 분리하기 위하여 필름 상에 형성된 절연 영역과 제3 커패시터(1010)를 제2 커패시터(1020)로부터 전기적으로 분리하기 위하여 필름 상에 형성된 절연 영역(예를 들면, 금속 코팅이 필름의 일부로부터 제거됨)을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 본 구현예의 목적을 위하여, 제1 커패시터(1010), 제2 커패시터(1020), 및 제3 커패시터(1030)는 별개의 필름 상에 형성되며, 제3 커패시터(1030)를 위한 필름이 제1 커패시터(1010) 상에 감기고 제2 커패시터(1020)를 위한 필름이 제3 커패시터(1030) 상에 감겨 각각의 분리된 필름 층이 개별 커패시터에 대응하는 3개의 분리된 필름 층을 갖는 커패시터 요소를 형성한다. 커패시터 요소 사이의 증대된 전기적 격리를 위하여, 바람직하게는 별도의 절연 필름이 제1 커패시터(1010)와 제3 커패시터(1030) 사이 및 제3 커패시터(1030)와 제2 커패시터(1020) 사이에 배치된다.

유전 필름은 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있으며, 예를 들면 폴리머 필름이다.

제1 커패시터(1010), 제2 커패시터(1020), 및 제3 커패시터(1030)의 내부 전극을 형성하며 유전 필름 상에 형성된 금속화 층은 필름의 표면에 대해 수직인 유전 필름의 한 가장자리로 연장되도록 배열된다. 특히, 제1 전극을 형성하는 제1 금속화 층은 필름의 표면에 대해 수직인 유전 필름의 한 가장자리로 연장되도록 배열된다. 그러나, 제1 금속화 층은 유전 필름의 반대쪽 가장자리로는 연장되지 않으며, 따라서 유전 필름의 반대쪽 가장자리 상에 절연 영역을 남긴다. 제2 전극을 형성하는 대응하는 제2 금속화 층은 필름의 표면에 대해 수직이며 제1 금속화 층이 연장되도록 배열된 가장자리의 반대쪽인 유전 필름의 한 가장자리로 연장되도록 배열된다. 제2 금속화 층은 유전 필름의 반대쪽 가장자리로는 연장되지 않으며, 따라서 유전 필름의 반대쪽 가장자리 상에 절연 영역을 남긴다.

결과적으로, 금속화 층의 가장자리들은 커패시터 요소의 양 및 음 플레이트로 사용되며, 유전 필름의 표면에 수직인 환형 커패시터 요소의 가장자리들은 금속층으로 덮여 각각 환형 커패시터 요소의 제1 외부 전극(1110) 및 제2 외부 전극(1120)을 형성한다.

통합된 커패시터 요소들을 갖는 다중-요소 커패시터를 갖는 경우 각 커패시터 단자로 특정한 전기적 연결이 이루어질 수 있도록 개별 커패시터 요소가 서로 분리될 수 있는 것이 필수적이다.

각각의 커패시터 요소 사이에 전기적 격리를 얻기 위하여 제1 외부 전극(1110)은 두 구역으로 나누어지며, 여기서 절연층(1130)은 제1 커패시터(1010)와 제3 커패시터(1030) 사이의 계면에서 제1 외부 전극(1110)을 나눈다. 절연층(1130)은 제1 커패시터(1010)와 제3 커패시터(1030) 사이에 배치되는 제1 격리 필름의 형태를 취하며 제1 외부 전극(1110)의 두 구역 사이의 절연 배리어를 제공하여 방사상 내부 구역(1140) 및 방사상 외부 구역(1150)을 형성한다. 바람직하게는, 필름 커패시터 내에서 사용되는 기존의 절연 필름이 이러한 절연 배리어를 형성하는 데 사용될 수 있다. 제1 외부 전극(1110)의 내부 방사상 구역(1140) 및 외부 방사상 구역(1150) 사이의 개선된 전기적 절연을 위하여 제1 격리 필름(1130)이 제1 외부 전극(1110)의 표면으로부터 수직으로 멀어지도록 연장되어 배열된다, 즉 도 11에 도시한 바와 같이, 절연 필름(1130)이 틈새 거리만큼 연장되어 말단 표면 위로 돌출한다.

제2 외부 전극(1120)은 두 구역으로 나누어지며, 여기서 절연층(1160)은 제2 커패시터(1020)와 제3 커패시터(1030) 사이의 계면에서 제2 외부 전극(1120)을 나눈다. 절연층(1160)은 제2 커패시터(1020)와 제3 커패시터(1030) 사이에 배치되는 제2 격리 필름의 형태를 취하며 제2 외부 전극(1120)의 두 구역 사이의 절연 배리어를 제공하여 방사상 내부 구역(1170) 및 방사상 외부 구역(1180)을 형성한다. 바람직하게는, 필름 커패시터 내에서 사용되는 기존의 절연 필름이 이러한 절연 배리어를 형성하는 데 사용될 수 있다. 제2 외부 전극(1120)의 내부 방사상 구역(1170) 및 외부 방사상 구역(1180) 사이의 개선된 전기적 절연을 위하여 제2 격리 필름(1160)이 제2 외부 전극(1120)의 표면으로부터 수직으로 멀어지도록 연장되어 배열된다, 즉 도 11에 도시한 바와 같이, 절연 필름(1130)이 틈새 거리만큼 연장되어 말단 표면 위로 돌출한다.

각 절연 필름(1130, 1160)이 외부 전극(1110, 1120)의 표면을 지나 연장되게 함으로써, 이는 커패시터 요소의 외부 전극(1110, 1120)에 대한 버스바 연결 지점이 커패시터 요소들 사이의 계면/접합부에 가까이 배치되도록 허용하여 환형 커패시터 요소(800)의 크기/폭이 증가될 필요가 없다.

상술한 바와 같이, 환형 커패시터 구성요소의 외부 주위 표면에 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)가 장착되며, 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)는 그 사이에 배치된 절연 필름을 이용하여 서로 전기적으로 격리된다.

본 구현예에서, 제1 및 제2 버스바(900, 910) 및 제1 커패시터(1010), 제2 커패시터(1020) 및 제3 커패시터(1030)의 내부 전극은 축 주위로 방사상 대칭이다.

제1 외부 커패시터 전극(1110), 제2 외부 커패시터 전극(1120), 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910) 사이의 전기적 연결을 허용하기 위하여; 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)는 제1 외부 커패시터 전극(1110) 및 제2 외부 커패시터 전극(1120)과 전기적 접촉을 이루기 위한 콘택 암(contact arms)을 포함한다. 제1 버스바(900)를 위한 콘택 암(1210)이 도 12에 예시되어 있다.

버스바 콘택 암은 각 버스바(900, 910)의 주 몸체로부터 내부 커패시터 전극에 대해 실질적으로 90도에서 환형 커패시터 구성요소를 향하는 방향으로 연장된다. 이러한 버스바 콘택 암(1210)의 방향은 버스바 콘택 암이 각 외부 커패시터 전극 위로 연장되도록 허용한다.

도 11은 도 10에 도시한 것과 같은 등가회로를 제공하기 위한 제1 버스바 및 제2 버스바 사이의 환형 커패시터 요소를 구성하는 각 커패시터로의 각 전기적 연결을 예시한다.

제1 버스바(900)의 일단에 형성된 제1 콘택 암(1190)은 제1 외부 커패시터 전극(1110)의 내부 방사상 부분(1140)에 연결되고, 제1 버스바(900)의 대향단에 형성된 제2 콘택 암(1191)은 제2 외부 커패시터 전극(1120)의 외부 방사상 부분(1180)에 연결된다. 제1 콘택 암(1190)은 제1 커패시터(1010)와 제3 커패시터(1030) 사이로부터 돌출된 절연 필름(1130) 위로 연장되도록 배열된다.

제2 버스바(910)의 일단에 형성된 제2 콘택 암(1192)은 제2 외부 커패시터 전극(1120)의 내부 방사상 부분(1170)에 연결된다. 제2 콘택 암(1192)은 제3 커패시터(1030)와 제2 커패시터(1020) 사이로부터 돌출된 절연 필름(1160) 위로 연장되도록 배열된다.

제1 외부 커패시터 전극(1110)의 외부 방사상 부분(1150)은 기준 전압, 예를 들면, 차량 섀시에 연결되도록 배열된다.

각 버스바(900, 910)의 제조 비용을 최소화하기 위해서, 버스바(900, 910)는 버스바(900, 910)를 환형 커패시터 구성요소(920)에 전기적으로 연결하기 위한 실질적으로 동일한 콘택 암의 다중 구역 및 각 전원 모듈(400) 내에 수용된 인버터에 버스바(900, 910)를 연결하기 위한 전원 연결 부재(980)를 갖도록 배열된다. 다중 구역은 반복적 패턴을 형성하여, 1회 공정에서 단일의 큰 도구를 사용하는 대신, 더 작은/더 값싼 도구를 사용하여 반복적으로 커패시터의 구역을 잘라내는 것을 허용한다. 다중 반복 패턴은 도 12 및 도 13에 예시된다.

또한, 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)를, 제1 내부 커패시터 전극 및 제2 내부 커패시터 전극에 평행하고 제1 외부 커패시터 전극(1110) 및 제2 외부 커패시터 전극(1120)에 수직으로, 환형 커패시터 구성요소(920), 또는 커패시터 링의 외부 주위 둘레에 배치함으로써, 커패시터 버스바의 표면 영역을 증대시키며, 이에 따라 제1 버스바(900) 및 제2 버스바(910)를 구성하는 금속 시트의 두께가 줄어들 수 있게 한다. 이는 커패시터 링의 직경에 최소한의 영향을 주면서 커패시터 링의 축상 폭이 증가되지 않는 것을 보장한다. 버스바의 증대된 표면 영역은 또한 버스바의 인덕턴스 및 온도를 낮추는 결과를 가져온다. 또한, 버스바의 표면 영역을 증대시킴으로써 버스바를 제조하는 금속 시트의 단면 두께가 줄어들 수 있으며, 이에 따라 버스바를 구성하는 금속 시트가 환형 커패시터 요소를 쉽게 둘러쌀 수 있어 구성요소 제조를 쉽게 한다.

도 14는 환형 커패시터 요소 하우징(810) 내에 장착된 환형 커패시터 요소(800)의 사시도 및 환형 커패시터 요소(800)와 환형 커패시터 요소 하우징(810)의 분해조립도를 예시한다.

도 15는 환형 커패시터 구성요소(920)의 평면도 및 단면도를 예시한다.

4개의 코일 세트(60) 중 두 개에 대한 각 코일 권선이 제어 모듈 하우징(550) 내의 각 위상 권선 버스바에 연결되도록 하기 위하여, 제어 모듈 하우징(550)은 6개의 개구(610)를 갖도록 배열된다.

6개의 개구(610)는 하우징(550)이 고정자 히트싱크(253)의 편평부에 인접하게 장착되는 쪽의 제어 모듈 하우징(550)의 외부 가장자리 상에 형성된다.

제어 모듈 하우징(550) 내에 형성된 6개의 개구(610)의 크기 및 위치는 고정자 히트싱크(253)의 편평부로부터 연장된 코일 권선 단부의 위치 및 직경에 맞도록 배열되며, 이에 따라 제어 하우징 모듈(550)이 고정자 히트싱크(253)의 편평부 상에 장착될 때 각 코일권선의 단부가 개구(610)를 통해 연장되도록 허용한다.

제어 모듈 하우징(550)의 부분 사시도가 도 16에 예시된다. 오목부(710)가 제어 모듈 하우징(550) 내에 형성된 6개의 개구(610)의 각각을 둘러싸고 형성되며, 각 오목부(710)는 예를 들면, 페라이트 요소와 같은 연질 강자성 재료(530)로 만들어진 부분 환상면체(toroid)가 오목부(710) 내에 위치하도록 허용한다. 부분 환상면체(530)가 오목부(710) 내에 장착될 때 부분 환상면체의 꼭대기는 제어 모듈 하우징(550)의 바닥 구역과 실질적으로 높이가 맞도록 배열된다. 강자성 재료(530)의 부분 환상면체는 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 홀 센서의 크기에 실질적으로 대응하는 환상면체로부터 제거된 구역을 갖는다. 코일 권선이 개구(610)를 통과할 때 안내를 용이하게 하기 위하여, 제어 모듈 하우징(550)은 각 개구 주위에 도관 구역을 갖는다. 각각의 개구 주위에 형성된 도관 구역은 또한 제어 모듈 하우징(550) 내에 배치된 엘라스토머(elastomer)가 엘라스토머의 전달 공정 동안 개구를 통해 빠져나가는 것을 방지한다.

바람직하게는 제어 모듈 하우징(550)의 베이스 내에 형성된 오목부(710)는 전력 인쇄회로 기판(500)이 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착될 때 연성 강자성 재료(530)의 부분 환상면체가 오목부(710) 내에서 환상면체의 제거된 구역이 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 홀 센서의 위치에 정렬되도록 하는 방향으로만 향하는 것을 보장하도록 맞추어진다.

일단 연질 강자성 재료(530)의 부분 환상면체가 제어 모듈 하우징(550)의 베이스 내에 형성된 각 오목부(710)에 장착되면, 전력 인쇄회로 기판(500)이 제어 모듈 하우징(550)의 위치로 낮추어진다. 전력 인쇄회로 기판(500)이 제어 모듈 하우징(550)의 위치로 낮추어지면, 연질 강자성 재료(530)의 부분 환상면체와 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 홀 센서의 정렬의 결과로, 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 홀 센서가 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착된 각 부분 환상면체(530)의 제거된 구역으로 삽입된다.

일단 전력 인쇄회로 기판(500)이 제어 모듈 하우징의 위치로 낮추어지면 삽입 모듈이 각 전력 기판 어셈블리 위로 위치되고, 전력 기판 상에 형성된 각 인버터가 각 전원 버스바 및 위상 권선 버스바에 연결된다.

각 삽입 모듈 상에 형성된 위상 권선 버스바의 각각은 위상 권선 버스바를 코일 세트 중 하나의 위상 권선에 연결하기 위한 연결 구역을 포함하도록 마련된다. 각 위상 권선 버스바의 연결 구역은 제어 모듈 하우징(550)의 베이스 내에 형성된 각 개구(610) 주위로 연장되도록 배열된다.

이제 제어 인쇄회로 기판(520)이 전력 인쇄회로 기판(500) 위로 제어 모듈 하우징(550) 내에 장착되며, 제어 인쇄회로 기판(520)은 전력 인쇄회로 기판(500)에 연결되어 제어 인쇄회로 기판(520)이 전력 기판 어셈블리(510) 상에 형성된 인버터 상의 스위치의 동작을 제어하도록 허용한다.

제어 모듈(400)을 고정자에 장착하기 위하여, 고정자 히트싱크(253)의 편평한 표면을 지나 연장되는 두 개의 코일 세트(60)의 코일 권선의 각 말단 구역(즉 6개의 코일 권선 말단 구역)이 제어 모듈 하우징(550)의 베이스 내에 형성된 각 개구(610)에 정렬된다. 제어 모듈(400)은 이제 고정자 표면과 함께 밀어내어져 고정자 히트싱크(253)의 편평한 표면을 지나 멀어지도록 연장되는 두 코일 세트(60)의 코일 권선의 각 말단 구역(즉 6개의 코일 권선 단부 구역)이 제어 모듈 하우징(550)의 베이스 내에 형성된 각 개구(610)를 통해 연장되고, 제어 모듈(400) 내에 장착된 전류 센서 각각이 코일 권선의 각 말단 구역에 인접하여 장착된다.

제어 모듈은, 예를 들면, 제어 모듈을 통하여 고정자 히트싱크의 표면으로 연장되는 하나 또는 그 이상의 볼트와 같은 임의의 적절한 수단에 의하여 고정자에 장착될 수 있다.

일단 제어 모듈이 고정자에 장착되면, 전력 인쇄회로 기판(500) 상에 장착된 위상 권선 버스바의 각 연결 구역이 코일 권선의 각 말단 구역에 연결되며, 예를 들면, 크림핑(crimping) 또는 용접과 같은 임의의 적절한 수단이 위상 권선 버스바의 연결 구역을 코일 권선의 각 말단 구역으로 연결하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 제어 모듈 내에 수용된 각 전원 버스바는, 예를 들면, 크림핑 또는 용접과 같은 임의의 적절한 수단을 사용하여 제1 버스바 및 제2 버스바 상의 각 연결 부재에 연결된다.

각 위상 권선 버스바를 통해 제1 코일 세트(60)에 연결된, 하나의 전력 어셈블리(510) 상에 형성된 인버터(410)는 제1 코일 세트 내의 전류를 제어하도록 배열된다. 제어 모듈(400) 내의 다른 전력 어셈블리(510) 상에 형성된 다른 인버터(410)는 제2 코일 세트 내의 전류를 제어하도록 배열되며, 각 전류 센서에 의해 이루어진 전류 측정치는 제어 인쇄회로 기판(520) 상의 프로세서에 의해 각 코일 세트(60) 내의 전류를 제어하는 데 사용된다.

유사하게, 제2 제어 모듈(400)이 제3 및 제4 코일 세트(60) 내의 전류를 제어하도록 배열된다.

Claims

커패시터 구성요소로서, 유전 필름에 의해 분리되는 제1 전극 및 제2 전극과 제1 버스바를 포함하며, 상기 제1 전극, 제2 전극 및 유전 필름은 환형 링 내에 배열되고 상기 제1 버스바는 상기 환형 링의 외부 주위 둘레로 배열되며, 상기 제1 버스바는 상기 제1 전극과 전기적으로 접촉하고 상기 제1 버스바는 상기 제1 버스바의 주위부 내에 간격을 포함하는, 커패시터 구성요소.
제1항에 있어서,
상기 제1 버스바의 주위부 내에 형성된 간격의 크기는 상기 간격에서 상기 버스바의 단부들이 상기 커패시터 구성요소의 동작 온도 범위를 넘는 상기 제1 버스바의 열 팽창으로 인해 서로 접촉하는 것을 방지하기에 충분한, 커패시터 구성요소.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 버스바의 외부 주위 둘레로 배열되고 상기 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 제2 버스바를 더 포함하며,
상기 제1 버스바 및 제2 버스바는 절연 필름에 의하여 분리되는, 커패시터 구성요소.
제3항에 있어서,
상기 제2 버스바는 상기 제2 버스바의 주위부 내에 간격을 포함하는, 커패시터 구성요소.
제4항에 있어서,
상기 제2 버스바의 주위부 내에 형성된 상기 간격의 크기는 상기 간격에서 상기 버스바의 단부들이 상기 커패시터 구성요소의 동작 온도 범위를 넘는 상기 제2 버스바의 열 팽창으로 인해 서로 접촉하는 것을 방지하기에 충분한, 커패시터 구성요소.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 버스바는 상기 제1 버스바를 상기 제1 전극에 전기적으로 연결하는 콘택 요소를 포함하는, 커패시터 구성요소.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 버스바는 상기 제2 버스바를 상기 제2 전극에 전기적으로 연결하는 콘택 요소를 포함하는, 커패시터 구성요소.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극, 제2 전극 및 유전 필름은 제1 커패시터에 상응하고, 상기 제1 커패시터와 통합된 Y-커패시터를 더 포함하며, 상기 Y-커패시터는 제2 커패시터 및 제3 커패시터를 포함하고, 상기 제2 및 제3 커패시터는 상기 제1 커패시터에 직렬 및 병렬로 배열되는, 커패시터 구성요소.
제8항에 있어서,
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 종속하는 경우,
상기 제1 버스바 및 제2 버스바는 상기 제1, 제2 및 제3 커패시터를 전기적으로 연결하도록 배열되는, 커패시터 구성요소.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 제3 커패시터를 형성하는 전극들은 상기 환형 링의 상기 외부 주위에 실질적으로 평행한, 커패시터 구성요소.
제10항에 있어서,
다수의 내부 전극에 실질적으로 수직인 커패시터 구성요소의 제1 및 제2 외부 표면은 금속 코팅으로 덮이는, 커패시터 구성요소.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 커패시터를 형성하는 전극들을 분리하는 제1 및 제2 전기적 절연 분리 필름 시트를 더 포함하는, 커패시터 구성요소.
제12항에 있어서,
제11항에 종속하는 경우,
상기 제1 전기적 절연 분리 필름 시트는 상기 제1 외부 표면의 상기 금속 코팅을 서로 절연된 제1 구역 및 제2 구역으로 분리하도록 배열되고, 상기 제2 전기적 절연 분리 필름 시트는 상기 제2 외부 표면의 상기 금속 코팅을 서로 절연된 제1 구역 및 제2 구역으로 분리하도록 배열되는, 커패시터 구성요소.
제13항에 있어서,
상기 제1 버스바는 상기 제1 외부 표면 상의 상기 제1 구역에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 버스바는 상기 제2 외부 표면 상의 상기 제1 구역 및 상기 제1 외부 표면 상의 상기 제2 구역에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 외부 표면의 상기 제2 구역은 기준 전위에 연결되는, 커패시터 구성요소.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 버스바, 제2 버스바, 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 제3 커패시터는 공통 축을 둘러싸는 링으로 형성되고, 상기 제1 버스바 및 제2 버스바의 각각은 상기 제1, 제2 및 제3 커패시터에 비해 큰 직경을 갖는, 커패시터 구성요소.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 커패시터 구성요소를 포함하는 전기 모터 또는 발전기.