KR20160014055A

KR20160014055A - 유체 냉각형 하우징을 구비한 전기 기계

Info

Publication number: KR20160014055A
Application number: KR1020157036993A
Authority: KR
Inventors: 브래들리 디 챔벌린; 스티브 버튼
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2016-02-05
Also published as: DE112014002106T5; CN105264752B; WO2014194060A1; CN105264752A

Abstract

고정자, 회전자, 및 2개의 단부 캡과 내부 및 외부의 축방향으로 연장되는 하우징 부재를 가진 하우징 조립체를 구비한 전자 기계가 제공된다. 하나의 하우징 부재 상의 리브는 틈새 공간에서 다른 하우징 부재와 맞물려서 축방향으로 연장되는 유체 경로 세그멘트를 규정한다. 유체 냉각수 경로는 구불구불할 수 있다. 리브는 리브가 연장되는 슬리브 부분의 방사상 두께보다 더 큰 폭을 가질 수 있다. 단부 캡은 확대된 폭의 리브에 패스너에 의해 부착될 수 있다. 내부 및 외부 하우징 부재는 유리하게 압출성형 가능하다. 전자 부품은 단부 캡과 열적으로 결합되고 방사상 내측으로 및 복수의 엔드 턴 유체 통로에 축방향으로 가깝게 배치될 수 있다. 전자 부품은 고정자 권선의 말단 경계와 상기 구불구불한 경로의 축방향 경계 사이에 적어도 부분적으로 축방향으로 배치될 수 있다. 단부 캡은 베어링 조립체를 또한 지지할 수 있다.

Description

유체 냉각형 하우징을 구비한 전기 기계{ELECTRIC MACHINE WITH LIQUID COOLED HOUSING}

관련 출원에 대한 교차 참조

이 출원은 "유체 냉각형 하우징을 구비한 전기 기계"의 명칭으로 2013년 5월 30일자 출원된 미국 특허 출원 제13/905,787호 및 "유체 냉각형 하우징 및 단부 캡을 구비한 전기 기계"의 명칭으로 2013년 5월 30일자 출원된 미국 특허 출원 제13/905,953호를 우선권 주장하며, 상기 우선권 출원들은 인용에 의해 그 전체 내용이 본원에 통합된다.

기술 분야

본 발명은 전기 기계에 관한 것으로, 특히 전기 기계를 냉각하기 위해 사용되는 하우징을 구비한 전기 기계에 관한 것이다.

전기 기계는 고정자 및 이 고정자와 관련하여 회전하는 회전자를 구비한다. 전기 기계는 모터로서, 또는 발전기로서, 또는 모터와 발전기 중 어느 하나로서 선택적으로 동작할 수 있는 모터/발전기로서 동작할 수 있다. 모터로서 동작할 때는 전류가 전기 기계에 입력되어 기계적 토크를 발생한다. 발전기로서 동작할 때는 기계적 토크가 전기 기계에 입력되어 전류를 발생한다.

일부 응용에 있어서, 전기 기계는 동작 중에 전기 기계로부터 열을 제거하기 위해 냉각 시스템을 사용할 필요가 있다. 고정자 권선은 가끔 전기 기계의 동작 중에 대부분의 열을 발생한다. 그 결과, 고정자 권선으로부터 열을 직접 제거함으로써 또는 고정자 코어로부터 열을 제거함으로써 고정자를 냉각시키는 것이 일반적으로 바람직하다. 고정자 코어로부터 열을 제거하는 한가지 일반적인 방법은 통상적으로 "물 재킷"(water jacket)이라고 부르는 하우징 내에 고정자를 설치하는 것이고, 이때 하우징과 고정자 코어는 직접 맞물리고 하우징은 복수의 유체 냉각수 통로를 구비한다. 물 등의 냉각수는 상기 하우징 통로를 통해 순환하면서 하우징으로부터 열을 제거한다. 이로써 하우징은 고정자 코어로부터 및 종국적으로는 고정자 권선으로부터 열을 제거한다.

이러한 전기 기계의 하우징 구조의 개선 및 이러한 하우징 구조의 비용 효율적인 제조가 요구되고 있다.

본 발명은 비용 효율적인 방식으로 제조 및 조립될 수 있는 냉각수 순환용 하우징 조립체를 구비한 전기 기계를 제공한다.

본 발명은, 그 일 형태에 있어서, 회전자와 작용적으로 결합된 고정자를 구비한 전기 기계를 포함하고, 이때 상기 고정자는 고정자 코어와 복수의 권선을 구비하고, 상기 회전자는 회전축 주위에서 회전할 수 있다. 전기 기계는 또한 제1 및 제2 단부 캡과 축방향으로 연장되는 내부 및 외부 하우징 부재를 구비한 하우징 조립체를 포함한다. 고정자 코어는 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 내에 배치되고 이 내부 하우징 부재와 열적으로 결합된다. 축방향으로 연장되는 외부 하우징 부재는 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 주위에 배치되고 상기 내부 하우징 부재와의 사이에 방사상으로 틈새 공간을 규정한다. 복수의 리브가 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나로부터 상기 틈새 공간으로 방사상으로 연장하고, 각각의 리브는 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 반대쪽 하우징 부재에 맞물리는 말단부를 갖는다. 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 반대쪽 하우징 부재는 상기 틈새 공간에 면하는 실질적으로 매끄러운 벽면을 가진 관형 슬리브이다. 상기 복수의 리브는 상기 틈새 공간 내에서 축방향으로 연장되는 복수의 유체 경로 세그멘트를 규정한다. 상기 제1 및 제2 단부 캡은 상기 틈새 공간의 양쪽 축방향 단부를 밀폐식으로 폐쇄하고, 상기 하우징 조립체는 입구 및 출구를 규정하며, 유체 냉각수는 상기 입구로 들어가서 상기 축방향으로 연장되는 복수의 유체 경로 세그멘트를 포함한 유체 경로를 따라 유동하여 상기 출구를 통해 배출된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 복수의 리브는 상기 내부 하우징 부재로부터 방사상으로 외측으로 연장하고 상기 실질적으로 매끄러운 벽면은 방사상으로 내측으로 면하는 원통면이다.

다른 실시형태에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 상기 제1 및 제2 단부 캡은 유체 냉각수의 구불구불한 경로(serpentine path)를 규정하고, 유체 냉각수는 유체 경로 세그멘트의 원주상으로 인접한 세그멘트에서 반대의 축방향으로 유동하고, 유체 유동의 축방향은 상기 제1 및 제2 단부 캡에 가까운 위치에서 인접 세그멘트들 사이에 반대로 된다.

또 다른 실시형태에 있어서, 복수의 리브가 연장되는 내부 또는 외부 하우징 부재는 방사상 두께를 가진 관형부를 포함하고, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 상기 관형부의 방사상 두께보다 더 큰 원주상으로 연장되는 폭을 규정한다. 그러한 실시형태에 있어서, 상기 제1 및 제2 단부 캡은 상기 관형부의 방사상 두께보다 더 큰 원주상 폭을 가진 리브에 위치된 구멍으로 연장되는 나사식 패스너로 고정될 수 있다.

상기 내부 및 외부 하우징 부재는 각각 축방향 길이를 갖고 각각의 하우징 부재의 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면을 규정하는 것이 유리하며, 이것에 의해 상기 내부 및 외부 하우징 부재가 각각 압출성형될 수 있다.

또 다른 실시형태에 있어서, 상기 제1 단부 캡은 고정자의 제1 축방향 단부에 가깝게 그 주위에서 원주상으로 배열된 복수의 엔드 턴(end turn) 유체 통로를 규정하고, 상기 엔드 턴 유체 통로는 인접 세그멘트들 사이에서 유체를 통과시키며, 전기 기계는 상기 제1 단부 캡과 열적으로 결합된 전자 부품을 포함하고, 상기 전자 부품은 방사상 내측으로 및 상기 복수의 엔드 턴 유체 통로와 축방향으로 가깝게 배치된다. 그러한 실시형태에 있어서, 상기 유체 경로는 구불구불한 경로를 규정하고, 제1 단부 캡은 제1 축방향 단부에서 권선의 말단 경계(distal limit)를 넘어서 축방향으로 상기 구불구불한 경로까지 제1 축방향 경계를 규정하며, 상기 전자 부품은 상기 제1 축방향 단부에 있는 권선의 말단 경계와 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계 사이에 적어도 부분적으로 배치된다.

본 발명은, 그 다른 형태로서, 회전자와 작용적으로 결합된 고정자를 구비한 전기 기계를 포함하고, 이때 상기 고정자는 고정자 코어와 복수의 권선을 구비하며, 상기 회전자는 회전축 주위에서 회전할 수 있다. 전기 기계는 제1 및 제2 단부 캡과 축방향으로 연장되는 내부 및 외부 하우징 부재를 구비한 하우징 조립체를 또한 포함한다. 고정자 코어는 상기 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 내에 배치되고 이 내부 하우징 부재와 열적으로 결합되며, 상기 축방향으로 연장되는 외부 하우징 부재는 상기 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 주위에 배치되고 상기 내부 하우징 부재와의 사이에 방사상으로 틈새 공간을 규정한다. 복수의 리브가 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나로부터 상기 틈새 공간으로 방사상으로 연장하고, 각각의 리브는 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 반대쪽 하우징 부재에 맞물리는 말단부를 갖는다. 상기 복수의 리브는 상기 틈새 공간 내에서 축방향으로 연장되는 복수의 유체 경로 세그멘트를 규정한다. 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 각각 축방향 길이, 및 각각의 하우징 부재의 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면을 규정하며, 이것에 의해 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 각각 압출성형될 수 있다. 복수의 리브가 연장되는 하나의 하우징 부재는 방사상 두께를 가진 관형부를 포함하고, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 상기 관형부의 방사상 두께보다 더 큰 원주상으로 연장되는 폭을 규정한다. 복수의 패스너가 상기 제1 및 제2 단부 캡과 결합하고 상기 관형부의 방사상 두께보다 더 큰 원주상 폭을 가진 리브에 위치된 구멍으로 연장하며 이것에 의해 상기 제1 및 제2 단부 캡을 상기 하나의 하우징 부재에 고정한다. 상기 제1 및 제2 단부 캡은 상기 틈새 공간의 양쪽 축방향 단부를 밀폐식으로 폐쇄하고 입구 및 출구를 규정하며, 유체 냉각수가 상기 입구로 들어가서 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 상기 제1 및 제2 단부 캡에 의해 규정되는 구불구불한 유체 경로를 따라 유동하며 상기 출구를 통해 배출된다.

본 발명은 또한 하우징이 냉각수를 순환시키고 전자 부품과 열적으로 결합되는 적어도 하나의 단부 캡을 포함하거나 베어링 조립체를 지지하는 전기 기계를 제공할 수 있다.

본 발명은, 또 다른 형태로서, 회전자와 작용적으로 결합된 고정자를 구비한 전기 기계를 포함하고, 이때 상기 고정자는 고정자 코어와 복수의 고정자 권선을 구비하고, 상기 회전자는 회전축 주위에서 회전할 수 있다. 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 하우징 부재는 상기 고정자 코어와 열적으로 결합되고 복수의 축방향으로 연장되는 유체 통로를 규정한다. 단부 캡은 축방향으로 연장되는 유체 통로를 상호 접속하는 복수의 엔드 턴 유체 통로를 규정한다. 상기 엔드 턴 유체 통로는 고정자의 제1 축방향 단부 주위에 원주상으로 및 상기 제1 축방향 단부에 가깝게 배열되고, 이것에 의해 상기 축방향으로 연장되는 유체 통로와 상기 엔드 턴 통로가 구불구불한 경로를 규정한다. 단부 캡과 열적으로 결합된 전자 부품은 방사상 내측으로 및 상기 복수의 엔드 턴 유체 통로와 축방향으로 가깝게 배치된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 단부 캡은 제1 축방향 단부에서 고정자 권선의 말단 경계를 넘어서 축방향으로 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계를 규정하며, 그러한 실시형태에서 상기 전자 부품은 상기 제1 축방향 단부에 있는 고정자 권선의 말단 경계와 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계 사이에 적어도 부분적으로 축방향으로 배치될 수 있다.

일부 실시형태는 상기 제1 축방향 단부에 반대되는 고정자의 제2 축방향 단부에 배치된 제2 단부 캡을 또한 포함할 수 있고, 상기 제2 단부 캡은 축방향으로 연장되는 하우징 부재와 맞물리며 상기 복수의 축방향으로 연장되는 유체 통로는 복수의 쌍을 이룬 통로를 규정한다. 쌍을 이룬 통로의 각 집합에 대하여, 상기 제2 단부 캡은 쌍을 이룬 통로 중의 하나로부터 다른 쌍을 이룬 통로로 유체 유동을 재지향시키도록 구성될 수 있고, 상기 제2 단부 캡은 제2 축방향 단부에서 상기 고정자 권선의 제2 말단 경계에 가까운 상기 구불구불한 경로에 대한 제2 축방향 경계를 규정한다.

본 발명은, 또 다른 형태로서, 회전자와 작용적으로 결합된 고정자를 구비한 전기 기계를 포함하고, 이때 상기 고정자는 고정자 코어와 복수의 고정자 권선을 구비하고, 상기 회전자는 샤프트에 장착되며, 상기 회전자와 샤프트는 회전축 주위에서 회전할 수 있다. 전기 기계는 또한 상기 고정자 코어와 열적으로 결합되고 복수의 축방향으로 연장되는 유체 통로를 규정하는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 하우징 부재를 포함한다. 복수의 엔드 턴 유체 통로를 규정하는 적어도 하나의 열전도성인 단부 캡은 상기 축방향으로 연장되는 유체 통로들을 상호접속한다. 상기 복수의 엔드 턴 유체 통로는 상기 고정자의 제1 축방향 단부 주위에 원주상으로 및 상기 제1 축방향 단부에 가깝게 배열되고, 이것에 의해 상기 축방향으로 연장되는 유체 통로와 상기 엔드 턴 통로는 구불구불한 경로를 규정한다. 베어링 조립체가 단부 캡에 장착되고 샤프트를 회전 가능하게 지지한다.

일부 실시형태에 있어서, 전기 기계는 제1 축방향 단부에 반대되는 고정자의 제2 축방향 단부에 배치되고 축방향으로 연장되는 하우징 부재와 맞물리는 제2의 열전도성인 단부 캡을 또한 포함한다. 복수의 축방향으로 연장되는 유체 통로는 복수의 쌍을 이룬 통로를 규정하고, 쌍을 이룬 통로의 각 집합에 대하여, 상기 제2 단부 캡은 쌍을 이룬 통로 중의 하나로부터 다른 쌍을 이룬 통로로 유체 유동을 재지향시키고, 상기 제2 단부 캡은 상기 제2 축방향 단부에서 상기 고정자 권선의 제2 말단 경계에 가까운 상기 구불구불한 경로에 대한 제2 축방향 경계를 규정한다. 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링 조립체가 상기 제2 단부 캡에 장착될 수 있다.

본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징들과 그러한 특징을 달성하는 방법은 첨부 도면과 함께하는 발명의 실시형태에 대한 하기의 설명을 참조함으로써 더 명백하게 되고 발명 자체가 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 전기 기계의 투시도이다.
도 2는 전기 기계의 다른 투시도이다.
도 3은 전기 기계의 단면도이다.
도 4는 전기 기계의 투시 단면도이다.
도 5는 외부 하우징 부재가 제거된 전기 기계의 투시도이다.
도 6은 외부 하우징 부재가 제거된 전기 기계의 다른 투시도이다.
도 7은 외부 하우징 부재가 제거된 전기 기계의 부분 측면도이다.
도 8은 내부 및 외부 하우징 부재의 단면도이다.
도 9는 단부 캡의 측면도이다.
도 10은 단부 캡의 종단도이다.
도 11은 대안적인 단부 캡의 종단도이다.
도 12는 대안적인 내부 하우징 부재의 투시도이다.
도 13은 대안적인 전기 기계의 단면도이다.
대응하는 참조 문자는 도면 전체에 걸쳐서 대응하는 부분을 표시한다. 여기에서 개시하는 예시가 발명의 실시형태를 몇 가지 형태로 나타내지만, 이하에서 개시되는 실시형태는 총망라하는 것이라거나 발명의 범위를 개시된 정확한 형태로 제한하는 것으로서 해석되어야 하는 것으로 의도되지 않는다.

전기 기계(20)가 도 1 내지 도 4에 도시되어 있고, 회전자 조립체(22)와 고정자 조립체(24)를 포함한다. 도시된 실시형태에 있어서, 전기 기계(20)는 내부 영구자석 모터/발전기이다. 그러나, 여기에서 개시되는 하우징 조립체는 다른 유형의 전기 기계와 함께 사용될 수 있다.

예시된 회전자 조립체(22)는 축(30) 주위에서 회전 가능하고 적층형 전기 강 라미네이션으로 형성된 회전자 코어(26)를 구비한 종래의 구조를 갖는다. 회전자 코어(26)는 영구 자석(28)이 배치되는 축방향으로 연장되는 슬롯을 또한 규정한다. 회전자 코어(26)는 베어링 조립체(34, 36)에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전자 샤프트(32)에 장착된다. 풀리(38)는 샤프트(32)의 일단부에 장착된다. 풀리(38)는 차량의 과급기(supercharger)의 터빈에 동력을 공급하기 위해 예를 들면 토크 전송용 벨트와 맞물릴 수 있다. 비록 예시된 전기 기계(20)는 풀리(38)를 구비하는 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 실시형태는 다른 응용을 위해 사용될 수 있고 모터, 발전기 또는 모터/발전기로서 사용될 수 있다.

샤프트(32)의 회전을 감시하기 위한 센서 조립체(40)가 풀리(38)에 반대되는 샤프트(32)의 단부에 위치된다. 센서 조립체(40)는 회전 부재(42)와 고정 부재(44)를 포함하고, 리졸버(resolver), 홀 효과 센서 또는 다른 적당한 센서의 형태를 취할 수 있다. 예시된 예에 있어서, 회전 부재(42)는 홀 효과 센서(44)의 별도의 타겟을 규정하는 돌출된 제일철 금속 이(ferrous metal teeth)를 구비한 링이다. 홀 효과 센서 및 유사한 센서의 사용은 당업계에서 잘 알려져 있다.

고정자 조립체(24)는 적층형 전기 강 라미네이션으로 또한 형성된 고정자 코어(46)를 구비한다. 예시된 고정자 조립체(24)는 축방향으로 연장하고 방사상 내측으로 개방되는 슬롯을 규정하는 고정자 코어(46)를 갖는다. 일반적으로 권선(48)이라고도 부르는 와이어 코일은 고정자 코어(46)의 슬롯에 삽입되고 고정자 코어(46)의 축방향 단부를 넘어서까지 돌출하는 엔드 턴을 갖는다. 도시된 실시형태에 있어서, 전기 기계(20)는 3상 전기 기계이다.

회전자 조립체(22) 및 고정자 조립체(24)는 당업계에 공지된 종래의 기술을 이용하여 제조된다. 예를 들면, 회전자 코어(26)와 고정자 코어(46)는 각각 프로그레시브 다이 조립체에서 스탬프된 복수의 전기 강 라미네이션으로 형성된다. 회전자 코어(26)와 고정자 코어(46)를 형성하는 라미네이션은 용접, 접착제, 내부 결합형 탭(inter-engaged tab) 및 인접 라미네이션 내의 슬롯, 또는 다른 적당한 방법에 의해 함께 고정될 수 있다. 예를 들면, 라미네이션을 고정하는 하나의 접착 방법은 2 부분 에폭시의 사용을 수반하고, 이때 1 부분은 각 라미네이션의 바닥면에 적용되고 다른 부분은 각 라미네이션의 상부면에 적용된다. 적층되었을 때, 라미네이션은 상기 2개의 부분을 함께 접착하여 결합형 코어를 형성하도록 가열된다.

고정자 코어(46)를 형성한 후에, 권선(48)이 종래의 코일 삽입 장비를 이용하여 고정자 코어(46)에 삽입된다. 유사하게, 회전자 코어(26)를 형성한 후에, 자석(28)이 회전자 코어(26)의 슬롯에 설치된다.

자석(28)은 회전자 코어(26)에 설치하기 전에 자화될 수 있고, 또는 설치시에는 비자화되고 회전자 코어(26)에 설치한 후에 이들에게 자성을 부여할 수 있다. 자석(26)은 네오디뮴-철-붕소로 형성되는 것이 유리할 수 있다. 디스프로슘은 큰 온도 안정성을 제공하고 자기 물질이 자성의 상실에 더 잘 저항할 수 있도록 자석(26)을 형성할 때 포함될 수 있다. 리튬, 테르븀 및 사마륨과 같은 희토류 물질을 포함한 각종의 다른 물질들이 자석(28)을 형성하기 위해 또한 사용될 수 있다. 전기 기계에서 사용하는 영구 자석을 형성하기 위해 상기 및 다른 자기 물질을 사용하는 것은 당업계에서 잘 알려져 있다. 자석(28)은 전기도금에 의해 자기 물질 위에 형성된 니켈 층 또는 자석의 외부 코팅을 형성하는 증기 확산에 의해 형성된 알루미늄 층과 같은 외부 물질 층을 또한 포함할 수 있다. 이러한 외부 코팅은 내부식성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

자석(28)은 접착에 의해, 회전자 코어(26)와의 압입 체결(press-fit engagement)에 의해, 또는 다른 적당한 수단에 의해 코어(26)의 축방향 슬롯에 유지될 수 있다. 예를 들면, 회전자 코어(26)는 회전자 코어(26) 및 그 내부에 형성된 슬롯의 크기를 열적으로 팽창시키기 위해 가열되어 자석(28)이 슬롯에 삽입되기에 충분한 틈새를 제공할 수 있다. 자석(28)은 또한 그들의 치수를 감소시키기 위해 냉각될 수 있다. 회전자 코어(26)와 자석(28)은 그 다음에 상온으로 되돌아가게 하고, 이때 상기 회전자 코어(26)와 자석(28)은 회전자 코어(26)와 자석(28)이 동일한 온도로 될 때 자석(28)이 회전자 코어(26)에 의해 단단히 체결되어 회전자 코어(26)에 고정되게 하는 치수를 갖는다.

회전자(22)와 고정자(24)는 하우징 조립체(50)에 장착된다. 하우징 조립체(50)는 고정자 조립체(24)를 에워싸는 축방향으로 연장되는 내부 부재(52)와 축방향으로 연장되는 외부 부재(54)를 구비한다. 내부 하우징 부재(52)는 고정자 코어(46)를 에워싸서 직접 맞물리고, 이것에 의해 고정자 코어(46)와 열적으로 결합된다. 도시된 실시형태에 있어서, 내부 하우징 부재(52)는 축방향으로 연장하면서 방사상 외측으로 돌출하는 복수의 리브(56)를 갖는다. 외부 하우징 부재(54)는 내부 부재(52)를 에워싸고 리브(54)의 말단부(58)와 맞물린다. 틈새 공간(60)이 내부 하우징 부재(52)와 외부 하우징 부재(54) 사이에 규정되고, 리브(56)는 공간(60)을 복수의 축방향으로 연장되는 유체 경로 세그멘트(62)로 세분한다. 하우징 조립체(50)를 통한 냉각수의 흐름에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.

도시된 실시형태에 있어서, 외부 하우징 부재(54)는 실질적으로 매끄럽게 벽을 이룬 방사상 내향면(64)과 실질적으로 매끄럽게 벽을 이룬 방사상 외향면(66)을 가진 관형의 원통상 슬리브의 형태를 취한다. 외부 하우징 부재(54)의 단순화한 단면은 하우징 조립체(50)의 비용 효율적 제조를 가능하게 하고, 일부 응용에서는 축방향으로 연장되는 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나의 제조시에 표준 크기의 상업적으로 입수 가능한 튜브 스톡(tube stock)을 사용할 수 있게 한다. 도시된 실시형태는 내부 하우징 부재(52)로부터 방사상 외측으로 연장되는 리브(56)를 사용하고 있지만, 대안적인 실시형태에서는 외부 하우징 부재(54)에 배치되고 방사상 내측으로 연장하여 단순화된 단면을 가진 내부 하우징 부재(52), 예를 들면, 실질적으로 매끄러운 벽의 방사상 내향면 및 외향면을 가진 관형 슬리브와 맞물리는 리브(56)를 사용할 수 있다는 점에 주목한다.

비록 도시된 실시형태가 하우징 부재 중의 하나로서 내측 및 외측의 매끄러운 벽면을 가진 원통형 슬리브를 이용하지만, 대안적인 관형 슬리브를 또한 이용할 수 있다. 예를 들면, 외부 하우징 부재(54)는 주변 환경으로 열을 쉽게 소산시킬 수 있도록 그 외향면에 열 방사 지느러미가 제공될 수 있고, 또는 볼트 또는 다른 패스너에 의한 전기 기계(20)의 고정을 제공하기 위해 그로부터 외측으로 연장되는 장착 귀(mounting ear)를 가질 수 있으며, 또는 하우징 부재(54)의 외측면에 형성된 다른 특징들을 가질 수 있다. 또한, 도시된 실시형태에서는 하우징 부재(54)의 내향면(64)이 원통형의 매끄러운 벽면이지만, 하우징 부재(52, 54)의 협력적 맞물림을 제공하도록 필요에 따라 수정된 대향하는 하우징 부재(52) 및/또는 리브(56)의 형상 및 구성을 제공하는 다른 형상 및 구성을 또한 사용할 수 있다는 점에 주목한다.

단부 캡(68, 70)은 하우징 부재(52, 54)의 양단부에 위치되고 틈새 공간의 양쪽 축방향 단부를 밀폐식으로 폐쇄한다. 도시된 실시형태에 있어서, 단부 캡(70)은 입구(72)와 출구(74)를 규정하고, 냉각수, 예를 들면 물 또는 물 기반 부동액이 입구(72)를 통해 주입되고 더 큰 유체 경로(76)의 축방향으로 연장되는 유체 경로 세그멘트를 형성하는 복수의 축방향으로 연장되는 유체 통로(62)를 포함한 유체 경로(76)를 따라 흐른다. 상기 흐름은 각각의 유체 경로 세그멘트(62)의 축방향 단부에서 반대로 되어 반대 방향으로 흐르는 원주상으로 인접한 세그멘트로 들어가며, 이것에 의해 유체 경로(76)는 출구(74)를 통해 배출되기 전에 유체 냉각수의 구불구불한 경로를 규정한다. 콘딧(73, 75)이 입구(72) 및 출구(74)와 각각 연결되고 외부 냉각수 선로에 대한 입구(72) 및 출구(74)의 접속을 쉽게 하기 위해 외측으로 연장한다.

도 1 내지 도 7에 도시된 실시형태에 있어서, 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)는 실질적으로 동일한 축방향 길이(53)를 갖고, 복수의 리브(56)는 각각 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)의 축방향 길이와 실질적으로 동일한 축방향 범위(55)를 갖는다. 전길이(full length) 리브(56)를 가진 이 구성에서, 유체 흐름의 역전은 단부 캡(68, 70)에 의해 규정된 유체 통로(78) 내에서 발생하고, 각각의 유체 통로(78)는 하나의 축방향으로 연장되는 유체 경로 세그멘트(62)로부터 원주상으로 인접한 세그멘트(62)까지 유체를 전달한다. 이것에 의해 이러한 엔드 턴 유체 통로(78)는 축방향으로 연장되는 유체 통로(62) 중의 인접한 통로들을 상호접속한다.

대안적으로, 적어도 일부 리브(56a)는 기계가공에 의해 제거된 단부를 가지며, 이것에 의해 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)의 축방향 길이(53)보다 작은 축방향 범위(57)를 규정한다. 이 방식으로, 짧아진 리브(56a)는 도 12와 관련하여 뒤에서 설명하는 것처럼 인접하는 유체 경로 세그멘트(62)들 사이에서 냉각수를 전달하는 통로(78a)를 규정한다. 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)의 축방향 경계 내에서 냉각수 흐름을 역전시키는 리브(56a)를 사용할 때, 통로(78a)에 가까이 위치된 단부 캡(68a)은 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)의 축방향 단부와 맞물리는 실질적으로 평평한 표면을 가지며, 이것에 의해 단부 캡(68a)을 제조하는데 필요한 기계가공을 감소시킨다.

전길이 리브(56)를 가진 실시형태뿐만 아니라 짧아진 리브(56a)를 가진 실시형태에 있어서, 유체 경로(76)는 유체 냉각수에 대한 구불구불한 경로를 규정하고, 냉각수는 유체 경로 세그멘트(62) 중 원주상으로 인접한 세그멘트에서 반대의 축방향으로 흐르며, 유체 흐름의 축방향은 단부 캡(68, 70)에 가까운 위치에서 인접 세그멘트(62)들 간에 역전된다. 다시 말해서, 유체 경로 세그멘트(62)는 복수의 쌍을 이룬 통로(63)를 규정하고, 쌍을 이룬 통로(63)들의 각 집합에 대하여 단부 캡(68, 70)은 하나의 쌍을 이룬 통로(63a)로부터 다른 쌍을 이룬 통로(63b)로 유체 흐름을 재지향시킨다. 이와 관련하여, 하나의 축방향 단부에서, 특정의 통로(예를 들면, 63a)는 상기 특정 통로의 하나의 원주 측면에서 인접 통로(예를 들면, 63b)와 쌍을 이루고, 다른 축방향 단부에서 상기 특정 통로의 다른 원주 측면에서 인접 통로(예를 들면, 63c)와 쌍을 이룰 것이며, 이것에 의해 구불구불한 경로를 규정한다는 점에 주목한다.

도시된 실시형태가 흐름 방향이 각각의 개별적인 통로에서 방향을 변경하는 흐름 경로를 사용하지만, 대안적인 실시형태는 2개 이상의 인접 흐름 통로가 단일 통로로서 취급되고 동일 방향의 유체 흐름을 가진 흐름 경로를 사용할 수 있다는 점에 또한 주목한다. 이 유체 흐름은 그 다음에 역전되어 반대 방향의 유체 흐름을 제공하는 인접 흐름 통로의 유사한 그룹과 연결된다.

리브(56a)의 단부에서의 컷아웃은 복수의 리브의 양측 축방향 단부에 또는 단지 하나의 축방향 단부에 위치될 수 있다. 예를 들어서, 만일 모든 리브가 통로(78a)를 규정하는 컷아웃을 가지면, 하나의 리브는 일단부에서 컷아웃을 가질 것이고 그 어느 한쪽에서의 2개의 리브는 컷아웃이 하나의 축방향 단부로부터 다른 축방향 단부로 교체되어 구불구불한 통로를 규정하도록 반대쪽 단부에서 컷아웃을 가질 것이다. 만일 컷아웃이 단지 하나의 축방향 단부에 위치하면, 하나 거른 다른 리브는 전길이로 될 것이다. 예를 들면, 하나의 단부 캡이 통로(78)와 입구(72) 및 출구(74)를 규정하고, 반대쪽 단부 캡은 평평한 표면(80)을 갖는 것이 유리할 수 있다. 그러한 실시형태에 있어서, 리브는 단부 캡이 통로(78), 입구(72) 및 출구(74)를 규정하는 단부에 있는 하우징 부재(52, 54)의 축방향 경계까지 연장하고, 평평한 표면(80)을 가진 단부 캡은 리브(56a)의 컷아웃에 의해 규정된 통로(78a)가 위치된 하우징 부재(52, 54)의 반대쪽 축방향 단부에 위치될 것이다.

단부 캡(68, 70)에서의 통로(78)는 하우징 조립체(50)를 통하여 흐르는 냉각수와 직접 접촉하는 단부 캡(68, 70)의 상당한 표면적을 규정하고, 이것에 의해 내부 하우징 부재(52)가 열 에너지를 고정자 조립체(24)로부터 냉각수로 전달하는 법과 유사한 방식으로 단부 캡(68, 70)으로부터 냉각수로 열 에너지의 전달을 제공한다. 이것에 의해 단부 캡(68, 70)은 뒤에서 자세히 설명하는 바와 같이 고정자 조립체(24)의 냉각 및/또는 전기 기계(20)의 다른 부품들의 냉각을 도울 수 있다. 실질적으로 평평한 표면(80)을 가진 단부 캡(68a)은 통로(78)만큼 큰 표면적을 제공하지 않지만, 단부 캡(68a)은 통로(78a) 내에서 흐르는 유체와 충돌하고 이러한 냉각수와의 직접 접촉은 통로(78)와 유사한 방식으로 하우징 조립체(50)를 통해 흐르는 냉각수와 단부 캡(68a)의 대부분을 열적으로 결합한다. 하우징 조립체(50)의 제조를 단순화하기 위해 도 13에 도시된 바와 같이 축(30)에 수직한 각도로 평평한 표면(80)을 지향시키는 것이 일반적으로 유리하지만, 표면(80)의 방위는 전기 기계(20)의 특수 응용이 방위 변경으로부터 이익을 가지면 변경될 수 있다. 단부 캡(68, 70)에서 통로(78)와 함께 사용될 수 있는 다른 수정은 열전달을 위한 증가된 표면적을 제공하기 위해 또는 유체 흐름에서 교란을 발생하기 위해 통로(78)의 표면에서 돌기 또는 다른 요철을 사용하는 것이다.

하우징 조립체(50)를 통과하는 냉각수는 냉각수로부터 열을 제거하는 장치, 예를 들면 라디에이터 또는 유사한 열교환 장치를 포함하고, 유리하게는 하우징 조립체(50)를 통해 냉각수를 순환시키는 펌프 또는 유사한 장치를 구비한 냉각 시스템(도시 생략됨)을 통해 순환된다. 따라서, 하우징 조립체(50)를 통과하는 동안 냉각수에 전달된 열은 냉각수가 출구(74)를 통해 하우징 조립체로부터 배출된 후에 및 냉각수가 입구(72)를 통해 하우징 조립체(50)로 복귀하기 전에 제거된다. 하우징 조립체(50)는 열을 제거할 필요가 있는 복수의 장치를 통해 냉각수를 순환시키는 더 크고 더 복잡한 냉각 시스템의 일부일 수 있다. 내연기관을 가진 자동차에 설치된 냉각 시스템과 같은 이러한 냉각 시스템의 사용은 당업계에서 잘 알려져 있다.

내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)는 각종 물질로 제조될 수 있다. 내부 하우징 부재(52)는 고정자 조립체(24)로부터 냉각수로 열을 전달할 수 있는 물질로 형성되어야 하고, 외부 하우징 부재(54)는 동일하거나 유사한 물질로 형성하여 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)가 동일한 열팽창계수를 갖게 하는 것이 일반적으로 유리하다. 도시된 실시형태에 있어서, 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)는 둘 다 알루미늄 재료로 형성된다. 하우징 부재(52, 54)를 형성하기 위해 알루미늄을 사용하면 전기 기계(20)를 자동차에서 사용할 때와 같이 전기 기계(20)의 무게를 최소화하는 것이 바람직한 경우에 유리하다. 그러나, 다른 금속 물질도 또한 하우징 부재(52, 54)를 형성하기 위해 사용할 수 있고, 전기 기계(20)의 무게를 최소화하는 것이 바람직하지 않을 때 유리할 수 있다.

도시된 실시형태에 있어서, 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)의 구성은 그들의 비용 효율적 제조를 촉진한다. 더 구체적으로, 각각의 하우징 부재(52, 54)는 축(30)에 수직하게 취할 때 하우징 부재(52, 54)의 전체 축 길이(53)를 따라 실질적으로 균일한 단면을 가지며, 이것에 의해 양측의 하우징 부재(52, 54)가 압출성형 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 하우징 부재(52, 54)를 임의의 길이로 자른 후에 일부 기계가공이 필요할 수 있지만, 이러한 기계가공은 설령 필요하다 하더라도 비교적 최소로 될 것이다. 예를 들면, 단부 캡(66, 68)을 부착하고 하우징 부재(52, 54)와 단부 캡(66, 68) 사이의 접합부를 밀봉하기 위해 오링(O-ring) 또는 다른 밀봉 부재의 설치를 위해 하우징 부재(52, 54)의 축방향 단부 표면에 나사 구멍 및 원형 홈이 형성될 수 있다. 짧은 리브(56a)를 사용하는 실시형태에 있어서, 리브(56a)의 단부는 통로(78a)를 형성하기 위해 기계가공 또는 다른 적당한 수단으로 또한 제거되어야 한다. 하우징 조립체(50)를 자동차 프레임에 고정하기 위한 또는 내부 하우징 부재(52)를 고정자 조립체(24)와 일치시키기 위한 부착 위치를 형성하기 위해 또는 하우징 조립체(50)에 다른 이차적인 특징을 형성하기 위해 소량의 추가적인 기계가공이 또한 바람직할 수 있다. 단부 캡 중 하나에 이러한 특징들을 형성하는 대신에 입구(72) 및 출구(74)를 형성하기 위해 외부 하우징 부재(54)를 기계가공하는 것이 또한 가능할 것이다.

도시된 실시형태에 있어서, 단부 캡(68, 70)은 알루미늄 재료를 주조함으로써 형성되지만, 다른 적당한 수단 및 재료가 단부 캡(68, 70)을 형성하기 위해 또한 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 오링 또는 다른 밀봉 부재(82)가 단부 캡(68, 70)과 하우징 부재(52, 54) 간의 밀봉을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 2개의 오링(82)이 각각의 축방향 단부에 설치된다. 그러한 각각의 단부에서, 하나의 오링은 내부 하우징 부재(52)와 단부 캡 간의 틈새 공간(60)의 방사상 내향으로 위치되고 하나의 오링은 외부 하우징 부재(54)와 단부 캡 간의 틈새 공간(60)의 방사상 외향으로 위치된다. 다시 말하면, 오링(82)은 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54) 각각의 각 축방향 단부에 배치되고 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)와 단부 캡(68, 70) 사이에 배치된다. 비록 도시된 실시형태가 밀봉을 제공하기 위해 오링을 사용하지만, 가스켓 및 액체 실란트와 같은 다른 유형의 밀봉 부재가 밀봉 부재(82)로서 대안적으로 사용될 수 있다.

단부 캡(68, 70)은 나사 패스너(84) 또는 다른 적당한 수단을 이용하여 부착될 수 있다. 도시된 실시형태에 있어서, 단부 캡(68, 70)은 축방향으로 연장되는 구멍(85)을 구비하고, 이 구멍(85)을 통하여 패스너(84)가 삽입된다. 축방향으로 연장되는 하우징 부재(52, 54)의 일측 또는 양측에 위치된 나사 구멍(86)은 단부 캡(68, 70)을 하우징 부재(52, 54)에 고정하기 위해 패스너(84)에 의해 맞물린다. 비교적 넓은 리브(56)를 사용함으로써, 나사 구멍(86)은 유리하게 리브(56)에 배치될 수 있다. 도시된 실시형태에 있어서, 하우징 부재(52)는 방사상 두께(90)를 규정하는 관형부(88)를 가지고 있고, 리브(56)는 방사상 두께(90)보다 더 큰 원주상으로 연장되는 폭(92)을 규정한다. 도시된 실시형태에 있어서, 각각의 리브(56)는 한쪽 단부에서만 하나의 나사 구멍(86)을 갖고 그 인접하는 리브(56)는 반대쪽 단부에 나사 구멍(86)을 가지며, 이것에 의해 단부 캡(68)은 하나 거른 리브(56)마다에 부착되고 단부 캡(70)은 하나 거른 다른 리브(56)마다에 부착되며, 각각의 리브(56)는 나사 패스너에 의해 단부 캡 중 하나에만 부착된다. 단일 실시형태에서 가는 리브와 두꺼운 리브 둘 다를 사용하는 것이 또한 가능하고, 이때에는 두꺼운 리브만이 단부 캡을 부착하기 위한 나사 구멍을 갖는다.

리브(56)에 배치된 나사 구멍(86)을 사용함으로써 나사 패스너가 틈새 공간(60)의 방사상 중점에 가깝게 배치될 수 있다. 이것에 의해 단부 캡이 실질적으로 동일하고 균형잡힌 축방향으로 향하는 힘으로 내부 및 외부 하우징 부재(52, 54)와 맞물릴 수 있고, 이것에 의해 단부 캡(68, 70)이 전기 기계(20)의 수명 내내 하우징 부재(52, 54)와 밀봉 결합될 수 있다. 이것은 또한 각 하우징 부재(52, 54)의 관형부가 관형부에 나사 구멍을 포함할 필요 없이 구조적 및 성능 고려사항에 기초하여 크기를 갖게 할 수 있다. 많은 응용에서, 이것은 축방향으로 연장되는 하우징 부재의 관형부에 나사 구멍(86)이 배치된 경우에 관형부가 가져야 하는 방사상 두께보다 더 작은 방사상 두께를 관형부가 가질 수 있게 한다. 나사 구멍을 규정하는 확대된 리브를 가진 이러한 구성은 리브가 내부 하우징 부재(52)로부터 외향으로 연장되는 대신에 외부 하우징 부재(54)로부터 내향으로 연장되는 실시형태에서도 또한 사용될 수 있다는 점에 주목한다.

리브(56)에서 블라인드 나사 구멍을 사용하는 대신에, 구멍(86)에는 나삿니가 형성되지 않고 리브(56)의 축방향 길이 전체로 연장할 수 있다는 점에 또한 주목한다. 그러한 실시형태에서는 고정을 위해 긴 볼트가 일단부의 단부 캡을 통과하고 리브(56)를 통과하고 반대쪽 단부 캡을 통하여 연장될 수 있다. 그러한 실시형태에서는 밀봉 부재의 균일한 압축이 촉진되고 패스너의 수가 감소된다. 또한, 그러한 대안적인 실시형태에서는 리브(56)의 구멍이 리브(56)에서 나사 구멍을 가공하는 대신에 압출성형될 수 있다. 구멍이 리브(56)의 전체 길이로 연장되는 긴 볼트 실시형태와 리브(56)에서 블라인드 구멍을 사용하는 실시형태에서는 모두 패스너가 단부 캡(68, 70)과 맞물리고 리브(56)에 형성된 구멍 내로 연장한다.

전술한 바와 같이, 샤프트(32)와 회전자 조립체(22)는 축(30) 주위에서 함께 회전하고 베어링 조립체(34, 36)의 의해 회전 가능하게 지지된다. 베어링 조립체(34, 36)는 단부 캡(68, 70)에 형성된 허브(35, 37)에 장착된다. 그 결과, 단부 캡(68, 70)은 베어링 조립체(34, 36)의 히트 싱크(heat sink)로서 작용한다. 게다가, 단부 캡이 하우징 조립체(50)를 통하여 순환하는 냉각수와 열적으로 결합되기 때문에, 냉각수는 단부 캡(68, 70)으로부터 과도한 열을 제거할 것이다. 단부 캡(68, 70)은 이것에 의해 베어링 조립체(34, 36)로부터 열을 제거할 수 있다. 비록 베어링 조립체(34, 36)로부터의 열의 제거가 제한될 수 있지만, 일부 응용에 있어서는 점차적으로 더 작은 베어링을 사용할 수 있고, 이것에 의해 전기 기계(20)의 더욱 비용 효율적인 제조를 제공할 수 있다.

단부 캡(70)의 더 중요한 이차적인 기능은 전자 부품(94)의 냉각이다. 도시된 실시형태에 있어서, 전자 부품(94)은 전기 기계(20)의 동작을 제어하기 위한 제어 회로 및 자동차 배터리로부터의 직류를 전기 기계(20)의 전원인 교류로 변환하기 위한 인버터가 설치된 인쇄 회로기판을 포함한다. 그러나, 대안적인 실시형태에서는 다른 전자 부품을 사용하거나 추가의 전자 부품을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전기 기계(20)는 발전기로서 또한 기능할 수 있고, 전기 기계에 의해 발생된 교류를 배터리 충전용 직류로 변환하기 위한 정류기가 제공될 수 있다.

예를 들면 단부 캡(70)에 전자 부품(94)을 장착함에 의한 단부 캡(70)과 전자 부품(94)의 열적 결합은 단부 캡(70)이 전자 부품(94)에 대한 히트 싱크로서 작용하게 할 것이다. 더욱이, 하우징 조립체(50)를 통해 순환하는 냉각수와 단부 캡(70)의 열적 결합은 단부 캡(70)으로부터 열을 제거할 것이고, 이것에 의해 전자 부품(94)을 능동적으로 냉각시킬 것이다. 히트 싱크로서 작용하고 전자 부품(94)을 능동적으로 냉각시키는 단부 캡(70)의 이러한 구성은 전기 기계(20)의 넓은 동작 조건 범위에 걸쳐서 전자 부품(94)을 그들의 허용 가능한 온도 범위에서 유지할 수 있다.

전자 부품(94)은 방사상 내측으로 및 단부 캡(70) 내에 규정된 엔드 턴 통로(78)에 축방향으로 가깝게 배치된 것이 유리하다. 고정자 권선(48)은 고정자 코어(46)를 넘어서 축방향으로 연장하고 권선의 최외곽부는 전기 기계의 반대쪽 축방향 단부에서 권선의 말단 경계(96, 98)를 규정한다는 점에 주목한다. 유사하게, 구불구불한 경로(76)는 구불구불한 형상의 유체 경로의 2개의 반대쪽 축방향 경계(100, 102)를 규정한다. 고정자 권선(48)의 말단 경계(96, 98)를 넘어서 구불구불한 경로(76)의 축방향 경계(100, 102)를 연장하면 일반적으로 고정자 조립체(24)의 냉각에 어떠한 의미있는 기여도 제공하지 않을 것이다. 그 결과, 일반적으로 전자 부품(94)이 없는 축방향 단부에 위치된 단부 캡이 고정자 권선(48)의 말단 경계(98)에 가까운 구불구불한 경로(76)에 대한 축방향 경계(102)를 규정하는 것이 유리할 것이다. 말단 경계(98)를 넘어서는 구불구불한 경로(76)의 연장이 고정자 조립체(24)의 냉각 이외의 어떤 다른 목적으로 소용되는 경우에만 고정자 권선(48)의 말단 경계를 넘어서는 구불구불한 경로의 연장이 이익을 제공할 것이다.

전자 부품(94)이 위치하고 있는 전기 기계(20)의 축방향 단부에서, 즉 도시된 실시형태에서는 단부 캡을 구성하는 단부 캡(70)에서, 고정자 권선(48)의 말단 경계(96)를 넘어서 축방향으로 위치된 구불구불한 경로(76)의 말단 경계(100)는 고정자 조립체(24) 이외의 전기 기계(20)의 일부 특징 또는 전자 부품(94)의 냉각을 제공할 수 있다. 예를 들면, 도시된 실시형태에 의해 예시된 것처럼, 전자 부품(94)은 전자 부품(94)으로부터 단부 캡(70)으로 열을 효율적으로 전달하기 위해 고정자 권선(48)의 말단 경계(96)와 구불구불한 경로(76)의 축방향 경계(100) 사이에서 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 축방향으로 배치되는 것이 유리할 수 있다.

고정자 권선(48)의 하나 이상의 말단 경계(96, 98)를 넘어서 구불구불한 경로(76)의 연장은 전기 기계(20)의 부품 냉각 이외의 목적으로 또한 소용될 수 있다는 점에 또한 주목한다. 예를 들면, 구불구불한 경로(76)의 이러한 축방향 연장은 냉각수로부터 열을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 대안적인 실시형태에 있어서, 단부 캡은 냉각수로부터의 열을 주변 대기 환경으로 소산시켜서 냉각수로부터 열을 제거하는 지느러미를 포함한다.

도시된 실시형태에 있어서, 커버 판(104)은 단부 캡(70)의 축방향 단부에 배치되어 전자 부품(94) 및 센서 조립체(40)에 대한 보호를 제공한다. 커버 판(104)은 단부 캡(70)을 리브(56)에 부착하기 위해 사용되는 패스너(84)로 고정된다. 커버 판(104) 내의 중앙 개공은 그로밋(grommet)(106)이 끼워지고 배선(도시 생략됨)의 삽입을 가능하게 한다. 배선은 전기 기계(20) 전원용 전류를 전달하고, 또한 센서 조립체(40)와 전자 부품(94), 및 자동차의 전자 제어 장치("ECU")와 같은 외부 제어기 사이에 센서 데이터 및 제어 신호를 전달하기 위해 사용된다.

비록 본 발명을 예시적인 설계를 갖는 것으로서 설명하였지만, 본 발명은 발명의 정신 및 범위 내에서 추가로 수정될 수 있다. 그러므로, 본 출원은 일반적인 원리를 이용하는 발명의 임의의 변경, 사용 또는 개작을 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims

전기 기계에 있어서,
회전자와 작용적으로 결합된 고정자 - 상기 고정자는 고정자 코어와 복수의 권선을 포함하고 상기 회전자는 회전축 주위에서 회전 가능함 - 와,
제1 및 제2 단부 캡과 축방향으로 연장되는 내부 및 외부 하우징 부재를 포함한 하우징 조립체로서, 상기 고정자 코어는 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 내에 배치되고 이 내부 하우징 부재와 열적으로 결합되며 축방향으로 연장되는 상기 외부 하우징 부재는 상기 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 주위에 배치되고 상기 내부 하우징 부재와의 사이에 방사상으로 틈새 공간을 규정하는 것인 상기 하우징 조립체와,
상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나로부터 상기 틈새 공간으로 방사상으로 연장되는 복수의 리브 - 각각의 리브는 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 대향 하우징 부재와 맞물리는 말단부를 가지며, 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 대향 하우징 부재는 상기 틈새 공간에 면하는 실질적으로 매끄러운 벽면을 가진 관형 슬리브이고, 상기 복수의 리브는 상기 틈새 공간 내에서 축방향으로 연장되는 복수의 유체 경로 세그멘트를 규정함 - 를 포함하고,
상기 제1 및 제2 단부 캡은 상기 틈새 공간의 양쪽 축방향 단부를 밀폐식으로 폐쇄하며, 상기 하우징 조립체는 입구 및 출구를 규정하고, 유체 냉각수가 상기 입구로 들어가서 상기 축방향으로 연장되는 복수의 유체 경로 세그멘트를 포함한 유체 경로를 따라 유동하여 상기 출구를 통해 배출되는 것인 전기 기계.
제1항에 있어서, 상기 복수의 리브는 상기 내부 하우징 부재로부터 방사상으로 외측으로 연장되고 상기 실질적으로 매끄러운 벽면은 방사상으로 내측으로 면하는 원통면인 것인 전기 기계.
제1항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 상기 제1 및 제2 단부 캡은 유체 냉각수의 구불구불한 경로를 규정하고, 상기 유체 냉각수는, 유체 유동의 축방향이 상기 제1 및 제2 단부 캡에 가까운 위치에서 인접 세그멘트들 사이에서 반전되는 상태로 유체 경로 세그멘트의 원주상으로 인접한 세그멘트에서 반대의 축방향으로 유동하는 것인 전기 기계.
제3항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 실질적으로 동일한 축방향 길이를 갖고, 상기 복수의 리브의 각각은 상기 내부 및 외부 하우징 부재의 축방향 길이와 실질적으로 동일한 축방향 범위를 갖는 것인 전기 기계.
제4항에 있어서, 상기 제1 단부 캡과 상기 제2 단부 캡의 각각은 인접 세그멘트들 사이에 유체를 통과시키는 복수의 유체 통로를 규정하는 것인 전기 기계.
제3항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 실질적으로 동일한 축방향 길이를 갖고, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 짧아지고 상기 내부 및 외부 하우징 부재의 축방향 길이보다 작은 축방향 범위를 가지며, 상기 짧은 리브는 인접 세그멘트들 사이에 유체를 통과시키는 통로를 규정하는 것인 전기 기계.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단부 캡 중의 적어도 하나는 상기 짧은 리브에 의해 규정된 통로에 가까운 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 맞물림 가능한 실질적으로 평평한 표면을 규정하는 것인 전기 기계.
제1항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재의 각각은 축방향 길이를 갖고 각각의 하우징 부재의 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면을 규정하며, 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 각각 압출성형 가능한 것인 전기 기계.
제8항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 대향 하우징 부재는 실질적으로 원통형 슬리브인 것인 전기 기계.
제8항에 있어서, 4개의 밀봉 부재를 더 포함하고, 상기 밀봉 부재 중의 하나는 상기 내부 및 외부 하우징 부재의 각각의 각 축방향 단부에 배치되고 각각의 밀봉 부재는 상기 제1 및 제2 단부 캡 중의 하나와 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나 사이에 배치되어 이들과 밀폐식으로 맞물리는 것인 전기 기계.
제1항에 있어서, 상기 복수의 리브가 연장되는 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나는 방사상 두께를 가진 관형부를 포함하고, 상기 복수의 리브 중의 적어도 일부는 상기 관형부의 상기 방사상 두께보다 더 큰 원주상으로 연장되는 폭을 규정하는 것인 전기 기계.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단부 캡은 상기 관형부의 상기 방사상 두께보다 더 큰 원주상 폭을 가진 리브에 위치된 구멍 내로 연장되는 나사 패스너로 고정되는 것인 전기 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 단부 캡은 고정자의 제1 축방향 단부에 가깝게 그 주위에서 원주상으로 배열된 복수의 엔드 턴 유체 통로를 규정하고, 상기 엔드 턴 유체 통로는 인접 세그멘트들 사이에서 유체를 통과시키며, 상기 전기 기계는 상기 제1 단부 캡과 열적으로 결합된 전자 부품을 더 포함하고, 상기 전자 부품은 방사상 내측으로 및 상기 복수의 엔드 턴 유체 통로와 축방향으로 가깝게 배치된 것인 전기 기계.
제13항에 있어서, 상기 유체 경로는 구불구불한 경로를 규정하고, 상기 제1 단부 캡은 제1 축방향 단부에서 권선의 말단 경계를 넘어서 축방향으로 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계를 규정하며, 상기 전자 부품은 상기 제1 축방향 단부에 있는 권선의 말단 경계와 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계 사이에 적어도 부분적으로 배치된 것인 전기 기계.
전기 기계에 있어서,
회전자와 작용적으로 결합된 고정자 - 상기 고정자는 고정자 코어와 복수의 권선을 포함하고 상기 회전자는 회전축 주위에서 회전 가능함 - 와,
제1 및 제2 단부 캡과 축방향으로 연장되는 내부 및 외부 하우징 부재를 포함한 하우징 조립체로서, 상기 고정자 코어는 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 내에 배치되고 이 내부 하우징 부재와 열적으로 결합되며 축방향으로 연장되는 상기 외부 하우징 부재는 상기 축방향으로 연장되는 내부 하우징 부재 주위에 배치되고 상기 내부 하우징 부재와의 사이에 방사상으로 틈새 공간을 규정하는 것인 상기 하우징 조립체와,
상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나로부터 상기 틈새 공간으로 방사상으로 연장되는 복수의 리브 - 각각의 리브는 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 대향 하우징 부재와 맞물리는 말단부를 가지며, 상기 복수의 리브는 상기 틈새 공간 내에서 축방향으로 연장되는 복수의 유체 경로 세그멘트를 규정하고, 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 각각 축방향 길이, 및 각각의 하우징 부재의 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면을 규정하며, 이에 의해 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 각각 압출성형 가능하며, 하나의 하우징 부재는 방사상 두께를 가진 관형부를 포함하고, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 상기 관형부의 방사상 두께보다 더 큰 원주상으로 연장되는 폭을 규정함 - 와,
상기 제1 및 제2 단부 캡과 맞물리고 상기 관형부의 방사상 두께보다 더 큰 원주상 폭을 가진 리브에 위치된 구멍으로 연장되며 이에 의해 상기 제1 및 제2 단부 캡을 상기 하나의 하우징 부재에 고정하는 복수의 패스너로서, 상기 제1 및 제2 단부 캡은 상기 틈새 공간의 대향 축방향 단부를 밀폐식으로 폐쇄하고 입구 및 출구를 규정하며, 유체 냉각수가 상기 입구로 들어가서 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 상기 제1 및 제2 단부 캡에 의해 규정되는 구불구불한 유체 경로를 따라 유동하여 상기 출구를 통해 배출되는 것인 상기 복수의 패스너를 포함하는 전기 기계.
제15항에 있어서, 상기 리브에 위치된 구멍은 상기 복수의 패스너와 나사식으로 맞물리는 나사 구멍인 것인 전기 기계.
제15항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 상기 제1 및 제2 단부 캡은 유체 냉각수의 구불구불한 경로를 규정하고, 상기 유체 냉각수는, 유체 유동의 축방향이 상기 제1 및 제2 단부 캡에 가까운 위치에서 인접 세그멘트들 사이에서 반전되는 상태로 유체 경로 세그멘트의 원주상으로 인접한 세그멘트에서 반대의 축방향으로 유동하는 것인 전기 기계.
제17항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 실질적으로 동일한 축방향 길이를 갖고, 상기 복수의 리브는 상기 제1 및 제2 하우징 부재의 축방향 길이와 실질적으로 동일한 축방향 범위를 가지며, 상기 제1 단부 캡과 상기 제2 단부 캡의 각각은 인접 세그멘트들 사이에 유체를 통과시키는 복수의 유체 통로를 규정하는 것인 전기 기계.
제18항에 있어서, 상기 내부 및 외부 하우징 부재는 실질적으로 동일한 축방향 길이를 갖고, 상기 복수의 리브 중 적어도 일부는 짧아지고 상기 내부 및 외부 하우징 부재의 축방향 길이보다 작은 축방향 범위를 가지며, 상기 짧은 리브는 인접 세그멘트들 사이에 유체를 통과시키는 통로를 규정하고, 상기 제1 및 제2 단부 캡 중의 적어도 하나는 상기 짧은 리브에 의해 규정되는 통로에 가까운 상기 내부 및 외부 하우징 부재와 맞물림 가능한 실질적으로 평평한 표면을 규정하는 것인 전기 기계.
제15항에 있어서, 상기 회전자는 샤프트에 장착되며, 상기 회전자와 샤프트는 회전축 주위에서 함께 회전하며, 상기 전기 기계는 상기 회전자의 대향 축방향 단부에서 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링 조립체를 더 포함하고, 상기 제1 베어링 조립체는 상기 제1 단부 캡에 장착되고 상기 제2 베어링 조립체는 상기 제2 단부 캡에 장착된 것인 전기 기계.
제15항에 있어서, 상기 복수의 리브는 상기 내부 하우징 부재로부터 방사상으로 외측으로 연장되고 상기 외부 하우징 부재는 실질적으로 매끄러운 벽의 방사상 내향면 및 방사상 외향면을 구비한 관형의 원통 슬리브인 것인 전기 기계.
제15항에 있어서, 4개의 밀봉 부재를 더 포함하고, 상기 밀봉 부재 중의 하나는 상기 제1 및 제2 하우징 부재 각각의 각 축방향 단부에 배치되고 각각의 밀봉 부재는 상기 제1 및 제2 단부 캡 중의 하나와 상기 내부 및 외부 하우징 부재 중의 하나 사이에 배치되어 이들과 밀폐식으로 맞물리는 것인 전기 기계.
제15항에 있어서, 상기 제1 단부 캡은 상기 고정자의 제1 축방향 단부에 가깝게 그리고 그 주위에서 원주상으로 배열된 복수의 엔드 턴 유체 통로를 규정하고, 상기 엔드 턴 유체 통로는 인접 세그멘트들 사이에서 유체를 통과시키며, 상기 전기 기계는 상기 제1 단부 캡과 열적으로 결합된 전자 부품을 더 포함하고, 상기 전자 부품은 방사상 내측으로 그리고 상기 복수의 엔드 턴 유체 통로와 축방향으로 가깝게 배치되는 것인 전기 기계.
제23항에 있어서, 상기 제1 단부 캡은 제1 축방향 단부에서 권선의 말단 경계를 넘어서 축방향으로 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계를 규정하며, 상기 전자 부품은 상기 제1 축방향 단부에 있는 권선의 말단 경계와 상기 구불구불한 경로에 대한 제1 축방향 경계 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 것인 전기 기계.