KR20160010541A

KR20160010541A - 열 제어 모듈을 포함하는 전기 기계

Info

Publication number: KR20160010541A
Application number: KR1020157035500A
Authority: KR
Inventors: 노만 호세인; 안토니 트샤스카
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2016-01-27
Also published as: CN105210275A; DE112014002445T5; WO2014186492A1; US20140339932A1

Abstract

전기 기계는 스테이터를 포함한다. 스테이터는 스테이터 코어, 그리고 스테이터 코어에 의해 지지되는 복수의 와인딩을 포함한다. 복수의 와인딩은 제1 엔드 턴 부분 및 제2 엔드 턴 부분을 포함한다. 조정 가능한 냉각 시스템은 하우징에 유동적으로 연결된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로, 그리고 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함한다. 열 제어 모듈은 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된다. 열 제어 모듈은 기계 특정 냉각재 맵에 기술된 냉각재 수요표를 포함하고, 냉각재 수요표에 기초하여 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된다.

Description

열 제어 모듈을 포함하는 전기 기계{ELECTRIC MACHINE INCLUDING A THERMAL CONTROL MODULE}

예시적인 실시예들은 전기 기계의 기술 분야, 특히 열 제어 모듈을 가지는 전기 기계에 관련된다.

많은 전기 기계들은 냉각 시스템들을 포함한다. 냉각 시스템들은 다양한 형태들을 띠며, 컴포넌트 서비스 수명을 연장하거나 첨두 전력 소요량(peak power rating)의 증대를 제공하기 위해 전기 기계의 동작 온도를 감소하도록 구성된다. 전기 모터들은 흔히 로터(rotor) 또는 아마추어 구동 팬(armature driven fan)을 가지는 냉각 시스템을 포함할 것이다. 팬은 열을 방산하기 위해 전기 모터를 통하여 냉각 유체를 인도한다. 다른 냉각 시스템들은 전기 기계의 부분을 둘러싸는 냉각재 재킷(coolant jacket)을 통하여 유체를 통과시키는 것과, 전기 기계의 하나 이상의 내부 컴포넌트에 냉각재를 직접 분무하는 것을 포함한다.

외부 표면 및 내부 표면을 가지는 하우징(housing)을 포함하는 전기 기계가 개시된다. 스테이터(stator)는 내부 표면에 고정적으로 장착된다. 스테이터는 스테이터 코어 및 스테이터 코어에 의해 지지되는 복수의 와인딩을 포함한다. 복수의 와인딩은 제1 엔드 턴 부분(end turn portion) 및 제2 엔드 턴 부분을 포함한다. 조정 가능한 냉각 시스템은 하우징에 유동적으로 연결된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함한다. 열 제어 모듈은 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된다. 열 제어 모듈은 기계 특정 냉각재 맵에서 기술된 냉각재 수요표(coolant demand schedule)를 포함하고, 냉각재 수요표에 기초하여 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된다.

또한, 전기 기계를 위한 열 제어 모듈이 개시된다. 열 제어 모듈은 전기 기계를 위한 냉각재 수요표를 가지는 냉각재 맵을 포함한다. 제어기는 냉각재 수요표에 기초하여 전기 기계에 냉각재 전달을 제어하도록 구성되고 배치된다.

또한, 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 하우징을 포함하는 전기 기계가 개시된다. 스테이터는 내부 표면에 고정적으로 장착된다. 스테이터는 스테이터 코어 및 스테이터 코어에 의해 지지되는 복수의 와인딩을 포함한다. 복수의 와인딩은 제1 엔드 턴 부분 및 제2 엔드 턴 부분을 포함한다. 로터는 하우징 내에 배열되며 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 하우징에 유동적으로 연결된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 로터와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함한다. 열 제어 모듈은 기계 특정 냉각재 맵에서 기술된 냉각재 수요표를 포함하고, 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된다. 열 제어 모듈은 냉각재 수요표에 기초하여 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된다.

또한, 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 하우징을 포함하는 전기 기계가 개시된다. 스테이터는 내부 표면에 고정적으로 장착된다. 스테이터는 스테이터 코어 및 스테이터 코어에 의해 지지되는 복수의 와인딩을 포함한다. 복수의 와인딩은 제1 엔드 턴 부분 및 제2 엔드 턴 부분을 포함한다. 로터는 하우징 내에 배열되며 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 하우징에 유동적으로 연결된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 로터와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함한다. 열 제어 모듈은 기계 특정 냉각재 맵에서 기술된 냉각재 수요표를 포함하고, 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된다. 열 제어 모듈은 냉각재 수요표에 기초하여 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된다.

또한, 외부 표면 및 내부 표면을 포함하는 하우징 및 내부 표면에 고정적으로 장착된 스테이터를 포함하는 전기 기계가 개시된다. 스테이터는 스테이터 코어 및 스테이터 코어에 의해 지지되는 복수의 와인딩을 포함한다. 복수의 와인딩은 제1 엔드 턴 부분 및 제2 엔드 턴 부분을 포함한다. 로터는 하우징 내에 배열되며 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 하우징에 유동적으로 연결된다. 조정 가능한 냉각 시스템은 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함한다. 열 제어 모듈은 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된다. 열 제어 모듈은 제1 및 제2 냉각재 회로들 중 적어도 하나의 배출구에서의 냉각재 온도에 기초하여 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된다.

이하의 상세한 설명은 어떠한 방식으로든 제한하도록 고려되어서는 안 된다. 첨부하는 도면을 참조하면, 같은 요소들은 똑같이 번호 붙여진다:
도1은 예시적인 실시예에 따른 조정 냉각 시스템을 포함하는 전기 기계를 도시하며;
도2는 도1에서 전기 기계의 모터 냉각 수요표를 기술하는 냉각재 맵을 예시하는 도표를 도시하며;
도3은 예시적인 실시예의 다른 양태에 따른 조정 냉각 시스템을 포함하는 전기 기계를 도시하며; 그리고
도4는 도 1의 전기 기계를 냉각하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.

상세한 설명의 개시된 기구 및 방법의 하나 이상의 실시예들은 여기에서 도면과 관련하여 제한적이지 않은 예시로 제시된다.

예시적인 실시예에 따른 전기 기계는 도1에서 일반적으로 2로 표시된다. 전기 기계(2)는 내부(9)를 정의하는 내부 표면(8) 및 외부 표면(6)을 포함하는 하우징(4)을 가지는 전기 모터의 형태로 도시된다. 하우징(4)은 또한 제1 단부 벽(10) 및 대향하는 제2 단부 벽(12)도 포함한다. 단부 벽들(10 및 12) 중 적어도 하나는 내부(9)에 접근을 제공하도록 제거 가능할 수 있다. 전기 기계(2)는 또한 내부(9)에 배열된 스테이터(20)를 포함하도록 도시된다. 스테이터(20)는 내부 표면(8)에 고정적으로 장착된 스테이터 코어(24)를 포함한다. 스테이터 코어(24)는 제1 엔드 턴 부분(30) 및 제2 엔드 턴 부분(32)을 포함하는 복수의 스테이터 와인딩(28)을 지지한다.

전기 기계(2)는 또한 샤프트(shaft)(50)에 의해 지지되는 로터 몸체(44)를 포함하는 로터 어셈블리(40)를 포함하도록 도시된다. 로터 몸체(44)는 다양한 형태들을 띨 수 있으며, 많은 것들은 와인딩 및/또는 영구 자석을 포함한다. 샤프트(50)는 제1 단부 벽(10)에서 제1 베어링(54)을 통해 지지되는 제1 단부(52) 및 제2 단부 벽(12)에서 제2 베어링(58)을 통해 지지되는 제2 단부(56)를 포함한다. 로터 어셈블리(40)가 샤프트(50)의 양 단부들에서 지지되어야 하는 것으로 제한되어서는 안됨이 이해되어야 한다. 로터 몸체(44)는 또한 제1 및 제2 단부벽들(10 및 12) 중 하나로부터 캔티레버식(cantilevered fashion)으로도 지지될 수 있다. 전기 기계(2)는 또한 와인딩(28)과 외부 전기 전원 또는 부하 사이에 인터페이스를 제공하는 터미널 블록(64)을 포함하도록 도시된다.

예시적인 실시예의 일 양태에 따르면, 전기 기계(2)는 조정 냉각 시스템(70)을 포함한다. 조정 냉각 시스템(70)은 제1 냉각재 회로(72), 제2 냉각재 회로(74), 제3 냉각재 회로(76) 및 제4 냉각재 회로(78)를 포함한다. 제1 냉각재 회로(72)는 스테이터 코어(24)와의 열 교환 관계에서 냉각재를 통과시키는 주입구 부분(80) 및 하우징(4)으로부터 냉각재를 인도하는 배출구 부분(82)을 포함한다. 냉각재가 스테이터 코어(24)와의 열 교환 관계에서 하우징(4)에 형성된 재킷(도시되지 않음)을 통하여 통과될 수 있거나, 스테이터 코어(24)에 형성된 통로를 통하여 통과될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 냉각재와 스테이터 코어 사이의 열 교환을 위한 다른 메커니즘이 또한 이용될 수 있다.

제2 냉각재 회로(74)는 제1 엔드 턴 부분(30) 쪽으로 냉각재를 전달하는 제1 주입구 섹션(84) 및 하우징(4)으로부터 냉각재를 인도하는 제1 배출구 섹션(86)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제3 냉각재 회로(76)는 제2 엔드 턴 부분(32)을 향하여 냉각재를 통과시키는 제2 주입구 섹션(88) 및 하우징(4)으로부터 냉각재를 인도하는 제2 배출구 섹션(90)을 포함할 수 있다. 냉각재는 제1 및 제2 엔드 턴 부분들(30 및 32)과의 열 교환 관계에서 와인딩(28)과의 직접 및 간접 접촉 모두를 포함하는 다양한 전달 시스템들을 통하여 통과될 수 있다. 제4 냉각재 회로(78)는 제1 냉각재 회로(72)와 평행하게 연결된 것으로 도시되고, 로터(44)를 통하여 냉각 유체를 전달한다. 보다 구체적으로, 제4 냉각재 회로(78)는 샤프트(50)를 통하여 주입구 부분(80) 및 로터(44)와 유동적으로 연결된 로터 주입구 섹션(91)을 포함한다. 제4 냉각재 회로(78)는 또한 로터(44)의 외부 주변부에 제공된 냉각 유체 배출구들(도시되지 않음)을 포함한다. 냉각 유체 배출구는 냉각재가 로터(44)로부터 통과하여 제1 배출구 섹션(86) 및/또는 제2 배출구 섹션(90)으로 통과하도록 허용한다.

조정 냉각 시스템(70)은 또한 주입구 부분(80)에 배열된 제1 밸브(92), 제1 주입구 섹션(84)에 배열된 제2 밸브(94), 및 제2 주입구 섹션(88)에 배열된 제3 밸브(96)를 포함하도록 도시된다. 조정 냉각 시스템(70)은 또한 주입구 부분(80) 및 제1 및 제2 주입구 섹션들(84 및 88)에 유동적으로 연결된 주입구(100)를 포함하도록 도시된다. 주입구(100)는 또한 제1 냉각재 회로(72), 제2 냉각재 회로(74), 제3 냉각재 회로(76) 및 제4 냉각재 회로(78) 중 선택된 것에 냉각재를 전달하는 펌프(102)에 유동적으로 연결된다. 배출구(104)는 배출구 부분(82) 및 제1 및 제2 배출구 섹션들(86 및 90)에 유동적으로 연결된다. 배출구(104)는 냉각재를 열 교환기(도시되지 않음)에 전달하고 주입구(100) 또는 다른 시스템(도시되지 않음)에 되돌릴 수도 있다.

예시적인 실시예의 양태에 따르면, 주입구(100)는 주입구 온도 센서(106)를 포함하며, 배출구(104)는 배출구 온도 센서(108)를 포함한다. 주입구 온도 센서(106)는 주입구(100)로 흐르는 냉각재의 온도를 감지하도록 배열되며, 배출구 온도 센서(108)는 배출구(104)를 통해 흐르는 냉각재의 온도를 감지하도록 배열된다. 여기에서, 냉각재 회로(78)가 도1에서 냉각재 회로(72)와 평행하게 연결된 것으로 도시되고, 따라서, 밸브(92)에 의해 또한 제어되지만, 냉각재 회로(78)는 또한 별개의 밸브(도시되지 않음)를 가지는 주입구(100)에 연결될 수 있는 것으로 이해된다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 배열로, 냉각재 회로(78)는 냉각재 회로(72)와 독립적으로 제어될 수 있다. 전기 기계(2)는 또한 모터 제어기(110)를 포함하도록 도시된다. 모터 제어기(110)는 센서들(112)로부터 모터의 감지된 동작 파라미터들을 수신한다. 센서들(112)은 전류 드로우(current draw), 로터 속력, 로터 토크 및/또는 전압과 같은 하나 이상의 동작 파라미터를 검출하도록 구성된다. 모터 제어기(110)는 전기 기계(2)의 동작 파라미터들을 정의하고 측정한다. 모터 제어기(110)는 또한 열 제어 모듈(116)을 포함하거나 열 제어 모듈(116)과 동작 가능하게 연결되어 있다. 열 제어 모듈(116)은 입력 열 센서(106), 출력 열 센서(108), 및 밸브(92, 94, 및 96)에 동작 가능하게 연결되어 있다.

전기 기계(2)의 기저 속력(base speed) 정도까지의 저속에서, 제1 및 제2 엔드 턴 부분들(30 및 32)에서

또는 동손(copper loss)을 감소하는 것이 더 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 밸브(92, 94, 및 96)는 냉각재가 제1 냉각재 회로(72) 및 제4 냉각재 회로(78)에 전달되는 것보다 제2 및 제3 냉각재 회로들(74 및 76)에 더 전달되도록 선택적으로 제어된다. 열 제어 모듈(116)은 또한 전기 기계(2)의 다른 파라미터들을 검출하여 냉각재 전달에서의 변경이 성능에 어떻게 영향을 미치는지 결정하도록 구성될 수도 있다. 열 제어 모듈(116)은 이후 전기 기계(2)에 대한 기계 특정 온도 맵을 생성하도록 정보를 저장할 수 있다. 열 제어 모듈(116)은 이후 모든 속력 및 토크 범위에 걸쳐 기계 동작을 향상시키기 위해 밸브(92, 94, 및 96)의 위치들을 제어하도록 기계 특정 온도 맵을 이용할 수 있다.

전술한 것에 부가하여, 열 제어 모듈(116)은 주입구 온도 센서(106)와 배출구 온도 센서(108)를 통해 냉각재 주입구 온도 및 냉각재 배출구 온도를 모니터링한다. 냉각재 주입구 온도 및 냉각재 배출구 온도에 기초하여, 열 제어 모듈(116)은 조정 냉각 시스템(70)을 통하여 냉각재 흐름 속도(flow rate)를 조절하도록 펌프(102)에 신호할 수 있다. 보다 구체적으로, 열 제어 모듈(116)은 시스템에 대한 전력 요구량을 감소시키고 전반적인 시스템 효율을 향상시키도록 온도가 미리 정해진 문턱 값보다 낮을 경우, 냉각재 흐름 속도를 감소시키도록 펌프(102)에 신호할 수 있다.

여기에서, 열 제어 모듈(116)이 모터 제어기(110)에 임베디드될 수 있거나 모터 제어기(110)와 연결될 수 있는 별개 컴포넌트일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 별개 컴포넌트일 경우, 열 제어 모듈(116)은 광범위한 변경을 요구하지 않으면서 기존의 전기 기계들에 통합될 수 있는 액세서리로서 제공될 수 있다. 또한 센서(106 및 108) 및 밸브(92, 94, 및 96)에 링크된 것으로 예시되는 한편, 열 제어 모듈(116)은 연관된 전기 기계 내에서 냉각재 흐름을 제어하는 통합적인 밸브 및 센서를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 열 제어 모듈(116)은 동작 속력을 스테이터(24)에서의 손실 또는 철손(iron loss)(184), 및 스테이터 와인딩(28)에서의 손실 또는 동손(186)뿐 아니라 결합 손실(188)에 서로 관련시키는 도2에서 예시된 모터 냉각 수요표(182)를 기술하는 냉각재 맵(120)을 포함한다. 냉각재 맵(120) 및 연관된 모터 냉각 수요표들은 전기 기계(2)의 개발 동안 개발된다. 이하에서 보다 충분히 논의될 바와 같이, 열 제어 모듈(116)은 냉각재 맵(120)에 기초하여 전기 기계(2)를 통하여 냉각재 흐름을 제어한다. 전기 기계(2)의 기저 속력 정도까지의 저속에서, 제1 및 제2 엔드 턴 부분들(30 및 32)에서 또는 동손(186)을 감소하는 것이 더 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 제 1, 제2, 및 제3 밸브들(92, 94, 및 96)은 냉각재가 제1 냉각재 회로(72) 및 제4 냉각재 회로(78)에 전달되는 것보다 제2 및 제3 냉각재 회로들(74 및 76)에 더 전달되도록 선택적으로 제어된다. 보다 높은 속력에서, 철손(184)을 감소하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우, 제1, 제2, 및 제3 밸브들(92, 94, 및 96)은 제2 및 제3 냉각재 회로들(74 및 76) 에 전달되는 것보다 많은 냉각재가 제1 냉각재 회로(72) 및 제4 냉각재 회로(78)에 전달되도록 선택적으로 제어된다. 요컨대, 열 제어 모듈(116)은 전기 기계(2)를 통해 냉각 수요 및 냉각 흐름을 결정하도록 냉각재 맵(120)에 의존한다.

여기에서, 열 제어 모듈(116)은 모터 제어기(110)에 임베디드될 수 있거나 모터 제어기(110)와 연결될 수 있는 별개 컴포넌트일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 별개 컴포넌트일 경우, 열 제어 모듈(116)은 광범위한 변경을 요구하지 않으면서 기존의 전기 기계들에 통합될 수 있는 액세서리로서 제공될 수 있다. 또한, 밸브들(92, 94, 및 96)에 링크되는 것으로 예시되는 한편, 열 제어 모듈(116)은 연관된 전기 기계 내에서 냉각재 흐름을 제어하는 통합된 밸브들을 포함할 수 있다.

이제 도3을 참조하면, 같은 참조 번호는 예시적인 실시예의 다른 양태에 따라 모터 제어기(190)를 설명하는 각각의 관점에서 대응하는 부분을 나타낸다. 모터 제어기(190)는 센서들(196)로부터 모터의 감지된 동작 파라미터들을 수신한다. 센서들(196)은 전류 드로우, 로터 속력, 로터 토크 및/또는 전압과 같은 하나 이상의 동작 파라미터를 검출하도록 구성된다. 모터 제어기(190)는 열 제어 모듈(200)에 링크된다. 열 제어 모듈(200)은 주입구 온도 센서(106), 배출구 온도 센서(108) 및 밸브들(92, 94, 및 96)에 연결된다. 센서들(146)로부터의 입력은 열 제어 모듈(200)로 전달되며, 결과적으로 동작 온도를 감소하고 기계 성능을 향상시키기 위해 제1, 제2, 제3, 및/또는 제4 냉각재 회로들(72, 74, 76, 및/또는 78)의 각각의 것을 통하여 냉각재 전달을 조정하도록 [입력 센서들(146)의 값에 기초하여] 밸브들(92, 94, 및 96)을 제어할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 열 제어 모듈(200)은 유체 리턴 회로(90)에 위치된 제1 배출구 온도 센서(206), 냉각재 리턴 회로(82)에 위치된 제2 배출구 온도 센서(208), 및 냉각재 리턴 회로(86)에 위치된 제3 배출구 온도 센서(210)에 동작적으로 연결된다.

열 제어 모듈(200)은, 예를 들어, 다른 것에 비하여 하나의 냉각재 리턴 브랜치(coolant return branch)에서 보다 높은 열 방출을 나타내는 배출구 온도 센서들(206, 208, 및 210)로부터의 입력 신호들을 수신한다. 하나 이상의 배출구 온도 센서들(206, 208, 및 210)로부터의 신호에 기초하여, 열 제어 모듈(200)은 각각의 회로에서 흐름의 속도를 조절함으로써 제1, 제2, 제3, 및 제4 냉각재 회로들(72, 74, 76, 및 78)로의 냉각재 전달을 제어한다. 예를 들어, 배출구 온도 센서(208)에서의 온도는 제1 및 제2 엔드 턴 부분들(30 및 32)에 대하여 현재 요구되는 것보다 스테이터 코어(24)에서 많은 냉각이 필요함을 나타낼 수 있다. 그러한 경우, 밸브들(92, 94, 및 96)은 제2 및 제3 냉각재 회로들(74 및 76) 에 전달되는 것보다 많은 냉각재가 제1 냉각재 회로(72) 및 제4 냉각재 회로(78)에 전달되도록 선택적으로 제어된다. 열 제어 모듈(200)은 또한 냉각재 전달의 변경이 성능에 어떻게 영향을 미치는지 결정하기 위해 전기 기계(2)의 다른 파라미터들을 검출하도록 구성될 수 있다. 열 제어 모듈(200)은 이후 특정한 기계 및/또는 사용률(duty cycle)에 특수한 개선되고 최적화된 온도 맵을 생성하기 위해 그 메모리에 정보를 저장할 수 있다.

전술한 것에 부가하여, 열 제어 모듈(200)은 주입구 온도 센서(106)와 배출구 온도 센서들(206, 208, 및/또는 210)을 통해 냉각재 주입구 온도 및 냉각재 배출구 온도를 모니터링한다. 냉각재 주입구 온도 및 냉각재 배출구 온도에 기초하여, 열 제어 모듈(200)은 조정 냉각 시스템(70)을 통하여 냉각재 흐름 속도를 조절하도록 펌프(102)에 신호할 수 있다. 보다 구체적으로, 열 제어 모듈(200)은 시스템의 전력 요구량을 감소시키고 전반적인 시스템 효율을 향상시키기 위해 온도가 미리 정해진 문턱 값보다 아래인 경우, 냉각재 흐름 속도를 감소하도록 펌프(102)에 신호할 수 있다.

여기에서, 열 제어 모듈(200)은 모터 제어기(190)에 임베디드될 수 있거나 모터 제어기(190)와 연결될 수 있는 별개 컴포넌트일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 별개 컴포넌트일 경우, 열 제어 모듈(200)은 광범위한 변경을 요구하지 않으면서 기존의 전기 기계들에 통합될 수 있는 액세서리로서 제공될 수 있다. 또한, 밸브들(92, 94, 및 96)에 링크된 것으로 예시되는 한편, 열 제어 모듈(200)은 연관된 전기 기계 내에서 냉각재 흐름을 제어하는 통합된 밸브들을 포함할 수 있다.

이제, 예시적인 실시예에 따른 동작하는 전기 기계(2)의 방법(300)을 설명함에 있어 도4를 참조할 것이다. 모터 제어기(110)는 초기에 블록(304)에서 전기 기계(2)의 하나 이상의 동작 파라미터들을 결정한다. 동작 파라미터들은 동작 속력, 동작 전류, 동작 토크 및/또는 전압 또는 주입구(100), 배출구 부분(82), 제1 배출구 섹션(86), 및/또는 제2 배출구 섹션(90)에서의 냉각재 온도를 포함할 수 있다. 동작 파라미터는 검토를 위해 열 제어 모듈(116/120)로 통과된다. 예시적인 실시예의 양태에 따라, 열 제어 모듈(116/120)은 블록(306)에서 동작 파라미터들을 기계 특정 냉각재 맵(120)과 비교하거나 단순히 냉각재 온도에 기초하여 냉각재 흐름을 조절할 수 있다. 냉각재 수요는 동작 파라미터들과 연관된 냉각 파라미터들에 기초하여 블록(308)에서 결정된다. 냉각이 없거나 냉각에서의 변경이 요구되면, 동작 파라미터는 계속해서 모니터링된다. 냉각 변경이 나타나면, 철 냉각의 양이 블록(310)에서 결정되고, 요구되는 구리 냉각의 양이 블록(312)에서 결정된다. 여기에서, 열 제어 모듈(116)은 블록(314)에 나타난 바와 같이 냉각재가 제1, 제2, 제3, 및/또는 제4 냉각재 회로들(72, 74, 76 및/또는 78) 중 하나 이상을 통하도록 밸브들(92, 94, 및/또는 96) 중 하나 이상을 선택적으로 개방하고 이후 동작 파라미터들은 계속해서 모니터링된다.

여기에서, 예시적인 실시예들이 전기 기계의 부분들에 냉각재를 선택적으로 전달하기 위한 시스템 또는 시스템들을 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 특정 컴포넌트들로의 냉각재 흐름은 실시간 동작 조건들에 맞추어 선택적으로 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 추가적인 냉각재 흐름이 전기 기계의 전반적 성능을 향상시키기 위해 증가된 열 제거가 필요할 수 있는 컴포넌트에 채널링될 수 있다. 냉각재 흐름을 선택적으로 제어함으로써, 냉각 시스템 크기가 감소될 수 있다. 보다 구체적으로, 냉각 시스템은 모든 컴포넌트들을 위해 최대 냉각 수요를 수용하도록 설계될 필요가 없다. 전기 기계의 컴포넌트들을 위한 냉각 수요는 동작 동안 변동한다. 위에서 논의된 바와 같이, 고속 동작 동안, 스테이터 코어는 철손을 감소하기 위한 추가적인 냉각으로부터 이익을 얻을 수 있는 한편, 엔드 턴 부분들은 그만큼 냉각을 요구하지 않을 수 있다. 역으로, 기저 속력 동작까지의 저속 동작 동안, 엔드 턴 부분들은

또는 동손을 감소하기 위한 추가적인 냉각으로부터 이익을 얻을 수 있으며, 스테이터 코어는 그만큼 냉각을 요구하지 않을 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예 또는 실시예들에 관하여 설명 되었으나, 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있으며, 균등물이 그 요소들에 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 많은 변경이 그 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 발명의 교시로 특정 상황 또는 물질에 적합하도록 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려된 최적의 방식으로 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고 발명은 청구항의 범위 내에서 속하는 모든 실시예들을 포함할 것으로 의도된다.

Claims

외부 표면과 내부 표면을 포함하는 하우징;
상기 내부 표면에 고정적으로 장착되고, 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 의해 지지되고 제1 엔드 턴 부분과 제2 엔드 턴 부분을 포함하는 복수의 와인딩을 포함하는 스테이터(stator);
상기 하우징 내에 배열되고 상기 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된 로터(rotor);
상기 하우징에 유동적으로 연결되고, 상기 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 상기 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함하는 조정 가능한 냉각 시스템(adaptable cooling system); 및
상기 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된 기계 특정 냉각재 맵(machine specific coolant map)에 기술된 냉각재 수요표(coolant demand schedule)를 포함하고, 상기 냉각재 수요표에 기초하여 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된 열 제어 모듈
을 포함하는 전기 기계.
제1항에 있어서,
상기 제1 냉각재 회로는 냉각재를 상기 하우징으로 안내(lead)하도록 구성된 주입구 부분(inlet portion) 및 냉각재를 상기 하우징으로부터 바깥으로 안내하도록 구성된 배출구 부분(outlet portion)을 포함하고, 상기 제2 냉각재 회로는 냉각재를 상기 하우징으로 안내하도록 구성된 주입구 섹션 및 냉각재를 상기 하우징으로부터 안내하도록 구성된 배출구 섹션을 포함하는, 전기 기계.
제2항에 있어서,
상기 주입구 부분에 배열된 제1 밸브 및 상기 주입구 섹션에 배열된 제2 밸브
를 더 포함하고,
상기 열 제어 모듈은 상기 제1 및 제2 밸브들 각각에 동작 가능하게 연결되어 있는, 전기 기계.
제3항에 있어서,
상기 전기 기계 및 상기 열 제어 모듈에 동작적으로 연결된 모터 제어기
를 더 포함하고,
상기 모터 제어기는 상기 전기 기계의 동작 파라미터를 검출하도록 구성되고 배치되며 상기 열 제어 모듈에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 센서를 포함하는, 전기 기계.
제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서는 속력 센서, 전류 센서, 전압 센서 및 토크 센서 중 하나를 포함하는, 전기 기계.
제3항에 있어서,
상기 열 제어 모듈에 동작적으로 연결된 적어도 하나의 온도 센서
를 더 포함하는 전기 기계.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중의 다른 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제3 냉각재 회로
를 더 포함하는 전기 기계.
제7항에 있어서,
냉각재를 상기 로터에 인도하도록 구성된 제4 냉각재 회로
를 더 포함하는 전기 기계.
제8항에 있어서,
상기 제4 냉각재 회로는 상기 제1 냉각재 회로와 평행하게 유동적으로 연결되는, 전기 기계.
제1항에 있어서,
상기 냉각재 맵은 상기 열 제어 모듈에 저장되는, 전기 기계.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 냉각재 회로들에 유동적으로 연결된 주입구 및 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들에 유동적으로 연결된 배출구
를 더 포함하고,
상기 주입구는 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들로 흐르는 냉각재의 온도를 검출하도록 구성되고 배치된 주입구 온도 센서를 포함하고, 상기 배출구는 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들 바깥으로 흐르는 냉각재의 온도를 검출하도록 구성되고 배치된 배출구 온도 센서를 포함하며, 상기 주입구 온도 센서 및 상기 배출구 온도 센서 각각은 상기 열 제어 모듈에 동작적으로 연결되어 있는, 전기 기계.
전기 기계를 위한 열 제어 모듈로서,
상기 전기 기계의 냉각재 수요표를 포함하는 냉각재 맵
을 포함하고,
제어기가 상기 냉각재 수요표에 기초하여 상기 전기 기계로의 냉각재 전달을 제어하도록 구성되고 배치되는, 열 제어 모듈.
제12항에 있어서,
상기 열 제어 모듈은 상기 전기 기계의 동작 파라미터를 검출하도록 구성되고 배치된 하나 이상의 센서들에 동작적으로 연결된 열 제어 모듈.
제13항에 있어서,
상기 하나 이상의 센서들은 전기 기계의 스테이터에서 온도를 검출하도록 구성되고 배치된 온도 센서들을 포함하는, 열 제어 모듈.
제13항에 있어서,
상기 하나 이상의 센서들은 전류 센서, 속력 센서, 토크 센서 및 전압 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 열 제어 모듈.
제12항에 있어서,
상기 열 제어 모듈은 상기 전기 기계를 통하여 냉각재 전달을 제어하도록 구성되고 배치된 하나 이상의 밸브에 동작적으로 연결되는, 열 제어 모듈.
제12항에 있어서,
상기 냉각재 맵은 상기 전기 기계와 직접적으로 연관되는, 열 제어 모듈.
외부 표면과 내부 표면을 포함하는 하우징;
상기 내부 표면에 고정적으로 장착되고, 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 의해 지지되고 제1 엔드 턴 부분과 제2 엔드 턴 부분을 포함하는 복수의 와인딩을 포함하는 스테이터;
상기 하우징 내에 배열되고 상기 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된 로터;
상기 하우징에 유동적으로 연결되고, 상기 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 상기 로터와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함하는 조정 가능한 냉각 시스템; 및
상기 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된 기계 특정 냉각재 맵에 기술된 냉각재 수요표를 포함하고, 상기 냉각재 수요표에 기초하여 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된 열 제어 모듈
을 포함하는 전기 기계.
외부 표면과 내부 표면을 포함하는 하우징;
상기 내부 표면에 고정적으로 장착되고, 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 의해 지지되고 제1 엔드 턴 부분과 제2 엔드 턴 부분을 포함하는 복수의 와인딩을 포함하는 스테이터;
상기 하우징 내에 배열되고 상기 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된 로터;
상기 하우징에 유동적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 상기 로터와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함하는 조정 가능한 냉각 시스템; 및
상기 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결된 기계 특정 냉각재 맵에 기술된 냉각재 수요표를 포함하고, 상기 냉각재 수요표에 기초하여 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된 열 제어 모듈
을 포함하는 전기 기계.
외부 표면과 내부 표면을 포함하는 하우징;
상기 내부 표면에 고정적으로 장착되고, 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 의해 지지되고 제1 엔드 턴 부분과 제2 엔드 턴 부분을 포함하는 복수의 와인딩을 포함하는 스테이터;
상기 하우징 내에 배열되고 상기 스테이터에 대하여 회전 가능하게 장착된 로터;
상기 하우징에 유동적으로 연결되고, 상기 스테이터 코어와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제1 냉각재 회로 및 상기 제1 및 제2 엔드 턴 부분들 중 하나와의 열 교환 관계에서 냉각재를 인도하도록 구성된 제2 냉각재 회로를 포함하는 조정 가능한 냉각 시스템; 및
상기 조정 가능한 냉각 시스템에 동작 가능하게 연결되고, 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들 중 적어도 하나의 배출구에서의 냉각재 온도에 기초하여 상기 제1 및 제2 냉각재 회로들로의 냉각재 전달을 선택적으로 조정하도록 구성되고 배치된 열 제어 모듈
을 포함하는 전기 기계.