KR20180111960A - 전기 기계를 냉각하기 위한 장치 - Google Patents

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제르겐 엥스트렘
슈테판 카알슨
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 전기 기계(3)를 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다. 전기 기계(3)는 회전축선(4a) 주위에 회전 가능하게 배치되어 있는 회전자(5), 상기 회전자(5)의 외측에 반경 방향으로 배치되어 있는 고정자 권선(6b)을 포함하는 고정자(6), 회전자(5)와 고정자(6)를 둘러싸는 하우징(2), 상기 하우징(2)으로부터 냉각 유체를 배출하도록 구성된 적어도 하나의 배출구(11), 상기 고정자 권선(6b) 위로 냉각 유체를 분사하도록 구성된 적어도 하나의 스프레이 장치(8-10) 및 하우징(2)으로 냉각 유체를 펌핑하도록 구성된 펌프(14)를 포함한다. 상기 전기 기계 냉각 장치는 제어 유닛(18)을 포함하되, 상기 제어 유닛(18)은 전기 기계(3)가 작동하고 있을 때, 고정자 권선(6b)의 적어도 하나의 위치의 온도 정보를 수신하고, 펌프(14)가 고정자 권선(6b)의 예측된 온도와 관련된 냉각 유체 유속을 하우징(2)으로 제공하도록 펌프(14)를 제어한다.

Description

전기 기계를 냉각하기 위한 장치
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 전기 기계를 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.
하이브리드 자동차의 파워 트레인은 전기 기계 및 연소 엔진에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 전기 기계는 엔진으로 작동하며 아이들링 상태, 저속 및 차량 가속과 같은 특정 작동 조건에서 구동하는 중에 동력을 공급한다. 특정 작동 조건에서, 전기 기계는 배터리에 전기 에너지를 공급하는 제너레이터로 작동한다. 전기 기계가 엔진 또는 제너레이터로 작동할 때 전기 기계는 작동 상태에 있다. 연소 엔진은 전기 기계가 제너레이터로서 작동하지 않는 것과 동시에 차량의 특정 작동 조건 동안 차량에 독립적으로 동력을 공급할 수 있다. 이러한 작동 조건 중에는 전기 기계는 작동하지 않는다. 전기 기계는 작동 중에 가열된다. 하이브리드 자동차의 전기 기계의 통상적인 냉각은 전기 기계를 둘러싸는 하우징의 외부 표면을 지나게 안내되는 공기 또는 물에 의해 수행될 수 있다. 더 효과적인 냉각 방법은 고정자 권선 위로 오일을 분사하는 것이다.
US2011/0148229호는 하우징 내에 배치되어 있는 회전자 및 고정자를 포함하는 전기 기계를 도시하고 있다. 복수의 냉각 장치들은 전기 기계가 작동하는 중에 고정자 위에 냉각제 스프레이를 생성한다. 섬프 팬은 공급된 냉각제를 하우징의 바닥부에서 수용한다. 냉각제 배출부는 섬프 팬의 가장 낮은 지점에 설치되어 있다. 냉각제 배출부는 냉각제를 냉각제 저장소로 보낸다. 냉각제 펌프는 냉각제 저장소로부터 냉각제 스프레이 장치로 냉각제를 펌핑 한다. 냉각제 오버 플로우는 섬프 팬에서 가장 높은 냉각수 레벨을 정의한다. 전기 기계가 작동하지 않을 때, 펌프는 하우징 내에 냉각제 레벨이 생성되지 않도록 소량의 냉각제 유동을 냉각제 스프레이 장치로 공급한다. 전기 기계가 작동할 때, 펌프는 더 많은 양의 냉각제 유동을 냉각제 스프레이 장치에 공급하여, 냉각제 수준이 하우징에 생성되어 회전자를 젖게 한다. 이 경우, 회전자는 냉각제를 하우징에 분산시켜 전기 기계가 효과적으로 냉각된다. 그러나 전기 기계가 작동하는 중에 회전자가 하우징 내의 냉각제와 연속적으로 접촉하며 회전하기 때문에, 전기 기계는 작동 중에 비교적 큰 드래그 손실을 받는다.
본 발명의 목적은 불필요한 손실이 방지되는 방식으로 전기 기계에 효과적인 냉각을 제공하는 장치를 확립하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 정의되어 있는 구성들을 특징으로 하는, 도입부에서 정의된 장치에 의해 달성된다. 전기 기계의 온도 상승은 특정 부품 특히 고정자 권선에 실질적으로 국한된다. 따라서, 고정자 권선 상에 냉각 유체를 분사함으로써 전기 기계를 냉각시키는 것이 효과적이다. 냉각 유체는 적절한 오일일 수 있다. 고정자 권선의 냉각 요구는 작동 조건에 따라 변한다. 일반적으로 냉각 수요는 고정자 온도에 따라 증가한다. 고정자 권선의 냉각은 고정자 권선으로 흐르는 냉각 유체의 유속(flow rate)에 따라 달라진다. 그러나 더 낮은 유속보다 큰 유속을 고정자 권선에 공급하는 데에는 더 많은 펌프 에너지가 필요하다.
제어 유닛은 고정자 권선의 상이한 온도에서 적절한 유속에 관해 저장된 정보에 액세스할 수 있다. 제어 유닛은 고정자 권선의 온도에 대한 정보를 실질적으로 연속적으로 수신할 수 있다. 스프레이 장치로의 냉각 유속이 고정자 권선의 특정 온도에서의 적절한 유속과 다른 경우, 제어 유닛은 유속이 원하는 값으로 조정되도록 펌프를 제어한다. 이 경우, 전기 기계의 부하가 많을 때에는 고정자 권선에 효과적인 냉각을 제공하고, 전기 기계의 부하가 적을 때에는 펌프 에너지를 절약할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 펌프는 전기 기계가 작동 중일 때 고정자 권선의 온도와 관련하여 하우징 내에 냉각 유체 레벨을 생성하는 냉각 유체의 유량을 제공하도록 구성된다. 하우징의 배출구는 냉각제 유체가 하우징에서 빠져나가는 유속을 결정하는 크기로 되어 있다. 따라서, 하우징 내에 냉각 유체 레벨을 생성하기 위해서는, 배출구를 통해 하우징을 빠져나가는 유속보다 큰 유속을 하우징에 공급할 필요가 있다. 배출구를 통한 배출 유속은 하우징 내 냉각 유체 레벨이 증가함에 따라 다소 증가한다. 이 사실로 인해, 하우징으로 펌핑되는 냉각 유체의 유속과 하우징 내의 냉각 유체 레벨 사이의 관계를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 펌프는, 고정자 권선의 제1 온도에서, 하우징 내에 냉각 유체가 적어도 고정자 권선의 가장 낮은 위치의 부분을 커버하는 냉각 유체 레벨이 형성되는 유속을 제공하도록 구성되어 있다. 많은 경우에 고정자 권선의 최저 부분을 효과적으로 냉각하기가 어렵다. 이 경우, 고정자 권선의 가장 낮은 위치에 있는 부분의 매우 효과적인 냉각은 냉각 유체와 일정한 접촉 부분을 갖기 때문에 얻어진다. 하우징 내의 냉각 유체 레벨을 조정함으로써 냉각 유체에 의해 커버되는 고정자 권선의 부분의 크기를 변화시키는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 펌프는, 고정자 권선의 제2 온도에서, 냉각 유체가 하우징 내에서 회전자와 접촉하게 되는 냉각 유체 레벨을 생성하는 유속을 제공하도록 구성된다. 이 경우, 회전자는 하우징 내의 냉각 유체 주위로 첨벙거려서 냉각 유체가 냉각 유체 레벨보다 높은 레벨에 위치하는 고정자 권선 부분과 접촉하게 할 것이다. 이 경우, 고정자 권선의 실질적으로 모든 부분이 냉각 유체에 의해 매우 효과적인 냉각을 받는다. 고정자 권선이 고온일 때, 고정자 권선의 냉각을 증가시키기 위해 하우징 내에 이러한 냉각 유체 레벨을 생성하는 것이 적절하다. 고정자 권선의 온도가 보다 통상적인 온도로 낮아졌을 때, 많은 경우에 전기 기계의 드래그 손실을 줄이기 위해 회전자와 접촉하지 않는 냉각 유체 레벨을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 펌프는, 고정자 권선의 제3 온도에서, 하우징 내에 실질적으로 냉각 유체 레벨을 생성하지 않는 유속을 제공하도록 구성된다. 고정자 권선의 온도가 감소하는 경우, 스프레이 장치로 펌핑되는 유속을 줄일 수 있다. 유속이 감소되면 하우징 내 냉각 유체 레벨을 낮아지게 된다. 하우징을 향하는 유속이 배출구를 통해 하우징을 빠져나가는 유속 미만의 레벨로 감소하는 경우, 하우징 내에 냉각 유체 레벨이 존재하지 않을 것이다. 이렇게 낮은 유속으로 하우징을 향하게 하는 경우, 펌프 에너지가 절약된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 펌프는 실질적으로 무단 방식으로 상기 스프레이 장치로의 냉각 유체 유동을 조절할 수 있다. 이 경우, 하우징 내의 냉각 유체 레벨을 고정밀도로 조정할 수 있다. 또는, 제어 유닛은 소정 값의 여러 유속을 제공하게 제한되도록, 펌프를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 유닛은 고정자 권선의 온도를 소정의 온도 범위 내에서 유지하기 위해, 하우징에 유속을 펌핑하도록 펌프를 제어하도록 구성된다. 고정자 권선의 온도가 온도 범위 중 최고 온도보다 높은 경우, 펌프는 하우징에 높은 유속을 제공하여 회전자와 접촉하는 냉각 유체 레벨을 생성할 수 있다. 고정자 권선의 온도가 온도 범위 중 최저 온도보다 낮은 경우, 펌프는 낮은 유속을 제공하여 하우징 내에 실질적으로 냉각 유체 레벨을 생성하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 위치에서 고정자 권선의 온도를 감지하도록 구성된 온도 센서를 포함한다. 이 경우, 제어 유닛은 고정자 권선의 적어도 한 부분에서 온도에 관한 신뢰성 있는 정보를 수신한다. 대안적으로, 제어 유닛은 전기 기계의 적어도 하나의 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하고 이 작동 파라미터를 사용하여 고정자 권선의 온도를 결정하도록 구성된다. 제어 유닛은 토크 및 속도와 같은 전기 기계의 작동 파라미터에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이 정보를 통해, 고정자 권선의 온도와 고정자 권선의 냉각 수요를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 스프레이 장치는 고정자의 위쪽 절반부에 배치된 고정자 권선의 일부 위에 냉각 유체를 분사하도록 구성된다. 많은 경우에 고정자 권선의 일부 상부에 냉각 유체를 분사하는 것으로 충분하다. 주입된 냉각 유체가 상부를 냉각시키고, 냉각 유체는 고정자 권선의 하부에 위치된 부분을 따라 하향 유동한다.
실제로, 고정자 권선의 상부를 치는 냉각 유체의 일부는 고정자 권선으로부터 멀리 튄다. 이 냉각 유체는 고정자 권선의 하부에 위치된 부분으로부터 열을 흡수하지 않고 냉각 유체가 하향 유동하는 하우징의 벽에 충돌할 수 있다. 이 경우, 고정자 권선의 가장 낮은 위치에 있는 부분의 냉각이 불충분해질 위험이 있다. 이러한 경우, 하우징 내에 고정자 권선의 하부의 적어도 일부와 접촉하는 냉각 유체 레벨을 생성하는 것이 특히 중요하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 하우징은, 하우징 내에 최대 냉각 유체 레벨을 획정하도록 구성된 적어도 하나의 다른 배출구를 포함한다. 이러한 적어도 하나의 추가의 배출구는 하우징 내의 특정 레벨에 마련된다. 상기 레벨 이상의 잉여의 냉각 유체는 상기 적어도 하나의 배출구를 통해 하우징으로부터 배출된다. 따라서, 이러한 배출구는 간단하고 신뢰성 있는 방식으로 하우징 내의 최대 냉각 유체 레벨을 규정한다. 하우징 내에서 추가의 냉각 유체 레벨을 달성하기 위해 하우징 내에 상이한 높은 레벨의 배출구를 배치하는 것이 가능하다. 펌프가 마르는 것을 방지하기 위해, 적절한 수위에 배출구를 배치할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 유닛은, 전기 기계가 작동하지 않을 때, 펌프가 하우징 내에 실질적으로 냉각 유체 레벨을 생성하지 않는 유속을 펌핑하도록 펌프를 제어하게 구성될 수 있다. 전기 기계가 토크를 제공하지 않는 시간에 전기 기계는 작동하지 않는다. 그러한 시간 동안에는 고정자 권선을 냉각할 필요가 없고, 하우징에 실질적으로 냉각 유체 레벨이 생성되지 않는 최소 유속을 펌핑할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 장치는 차량의 파워 트레인 내 전기 기계에 포함될 수 있다. 이 경우 전기 기계는 제너레이터로서 뿐만 아니라 모터로서도 작동할 수 있다. 전기 기계가 토크를 제공할 때, 전기 기계가 작동 상태에 있다. 차량은 전기 기계 및 연소 엔진에 의해 동력을 공급받는 하이브리드 차량일 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 하나의 예시로서 설명한다.
도 1은 전기 기계의 냉각을 위한 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 평면 A-A에서의 단면을 도시하는 도면이다.
도 1은 하이브리드 차량(1)으로 지시되어 있으며, 전기 기계(3)를 둘러싸는 하우징(2)을 개략적으로 나타내고 있다. 회전 가능한 샤프트(4)가 하우징(2)의 제1 측벽(2a)과 하우징(2)의 제2 측벽(2b)을 관통하여 연장한다. 둘레 벽(2c)이 하우징(2)의 측벽들(2a, 2b)을 연결한다. 회전 가능한 샤프트(4)는 베어링(2d)에 의해 측부(2a, 2b)에 대해 회전 가능하게 배치된다. 전기 기계(3)는 종래의 방식으로 회 전자(5) 및 고정자(6)를 포함한다. 회전자(5)는 회전자 허브(Sb)에 의해 지지되는 회전자 코어(5a)를 포함한다. 회전자 허브(Sb)는 스플라인 연결에 의해 회전가능 샤프트(4) 상에 고정된다. 또는, 회전자 허브(Sb)는 유성 기어의 링 휠 위에 배치 될 수 있다. 회전자(5)와 회전가능 샤프트(4)는 공통의 회전축선(4a)을 중심으로 회전한다. 고정자(6)는 고정자 코어(6a), 하우징(2)의 둘레 벽(2c)의 내측에 배치되어 있는 고정자 권선(6b) 및 맨틀(6c)을 포함한다. 또한, 회전가능 샤프트(4)에는 개략적으로 도시된 연소 엔진(7)이 연결된다. 적절한 오일로 예시되는 냉각 유체가 하우징(2)에 공급된다. 오일은 하우징(1) 내의 부품을 냉각 및 윤활시킨다. 하우징(2) 내에서 맨틀(6c)과 둘레 벽(2c) 사이의 반경 방향 공간에 오일 채널(8)이 배치되어 있다. 오일은 정압으로 하우징(2)의 입구 구멍(10)을 통해 오일 채널(8)로 공급된다. 오일 채널(8)은 맨틀(6c) 내에 복수의 출구 덕트(9)를 포함한다. 오일은 출구 덕트(9)를 통해 고정자(6)의 상반부에 위치하는 고정자 권선(6b)의 여러 부분을 향해 분사된다.
하우징(2)은 그 하우징(2)의 최저 지점에 위치하는 배출구(11)를 포함한다. 배출구(11)는 배출 라인(12)을 통해 오일 리시버(13)에 연결된다. 펌프(14)는 오일 리시버(13)로부터 오일 라인(15)을 거쳐 하우징(2) 내 오일 채널(8)로 오일을 펌핑한다. 오일 라인(15)은 서모스탯(16)을 포함한다. 오일이 서모스탯(16)의 규제 온도보다 낮은 온도인 경우, 서모스탯(16)은 오일을 냉각하지 않고 하우징(2)을 향하게 한다. 오일 온도가 서모스탯(16)의 규제 온도보다 높은 경우에는, 서모스탯(16)은 오일이 하우징(2)으로 향하기 전에 냉각기(17)로 오일을 냉각한다. 제어 유닛(18)은 펌프(14) 속도와 하우징(2)으로 펌핑되는 오일의 유속을 제어하도록 구성되어 있다.
온도 센서(19)는 고정자 권선(6b)의 적어도 일부의 온도를 감지하도록 구성되어 있다. 제어 유닛(18)은 고정자 권선(6b)의 온도에 대한 정보를 온도 센서(19)로부터 수신한다. 또한, 제어 유닛(18)은 토크에 관한 정보(20)를 수신한다. 이 정보(20)는 전기 기계(3)의 속도와 같은 다른 동작 파라미터를 포함할 수도 있다. 제어 유닛(18)은 이러한 동작 파라미터에 의해 고정자 권선(6b)의 온도를 결정할 수있다. 또한, 제어 유닛은 하우징(2)으로 펌핑되는 오일의 온도에 대한 정보를 제2 온도 센서(21)로부터 수신할 수 있다.
도 2는 도 1의 평면 A-A에서의 단면을 도시한다. 하우징(2)이 그 하우징(2)의 상부 내의 상이한 위치에 배열된 다수의 출구 덕트(9)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 추가의 다른 배출구(22a, 22b)는 하우징(2) 내의 최대 오일 레벨(Lmax)을 획정한다. 최대 오일 레벨(Lmax)은 회전자(5)의 최저 위치보다 높은 레벨에 위치된다. 따라서, 하우징(2) 내에 최대 오일 레벨(Lmax)에 있을 때, 회전자(5)가 오일과 접촉하게 된다. 오일은 하우징(2) 내에 실질적으로 오일 레벨이 없는 최소 오일 레벨(Lmin)과 최대 오일 레벨(Lmax) 사이로 조절될 수 있다. 도면에서 추가의 오일 레벨(L)은 오일이 고정자 권선(6b)과 접촉하고 있지만 회전자(5)와는 접촉하고 있지 않은 상태를 나타낸다.
전기 기계(3)는 그것이 모터로서 작동하고 하이브리드 자동차(1)에 동력을 공급할 때 작동한다. 전기 기계(3)는 제너레이터로서 작동하고 하이브리드 차량(1) 내 배터리를 충전할 때에도 작동한다. 전기 기계(3)는 작동 중에 가열되므로, 냉각되어야 한다. 하이브리드 자동차(1)가 작동하고 전기 기계(3)가 모터 또는 제너레이터로 작동하지 않는 동안, 전기 기계(3)는 작동하지 않는다. 이 경우, 전기 기계의 냉각 수요는 실질적으로 무시할 만하다. 하이브리드 차량(1)에서, 전기 기계는 배터리가 충전되지 않은 것과 동시에 연소 엔진(7)이 독립적으로 하이브리드 차량(1)에 동력을 공급하는 동안에 비교적 빈번하게 작동하지 않을 수 있다.
하이브리드 차량(1)이 작동하는 중에, 제어 유닛(18)은 온도 센서(19)로부터 고정자 권선(6b)의 온도에 대해 정보를 수신할 수 있다. 제어 유닛(18)은 고정자 권선(6b)의 온도에 따라 하우징(2)을 향하는 소정의 오일 유동을 획정하는 저장된 정보(18a)에 접근할 수 있다. 고정자 권선(6b)의 온도는 고정자 권선(6b)의 냉각 수요와 강하게 관련되어 있다. 고정자 권선(6b)의 적절한 온도는 예를 들어 90도 내지 110도일 수 있는 특정 온도 범위 내에 있다. 제어 유닛(18)은 전기 기계(3)의 토크에 대한 정보(20)를 실질적으로 연속적으로 수신하도록 구성된다. 정보(20)는 또한 전기 기계(3)의 속도와 같은 다른 동작 파라미터를 포함할 수 있다. 제어 유닛(18)은 상기 동작 파라미터에 관한 정보(20)를 사용하여 고정자 권선(6b)의 온도를 결정할 수도 있다. 또한, 제어 유닛(18)은 제2 온도 센서(21)로부터 하우징(2)으로 향하는 오일의 온도에 대한 정보를 실질적으로 연속적으로 수신할 수 있다. 전기 기계(2)의 냉각 용량은 또한 오일 온도와 관련된다. 제어 유닛(18)은 전기 기계(3)의 토크에 대한 정보(20)를 거의 연속적으로 수신한다. 전기 기계(3)의 토크가 0과 다른 경우, 제어 유닛(18)은 전기 기계(3)가 작동 중인 것으로 인식한다. 전기 기계(3)의 토크가 0인 경우, 제어 유닛(18)은 전기 기계가 작동하지 않는 것으로 인식한다.
전기 기계(3)가 작동 중이고, 고정자 권선(6b)의 온도가 상기 예시된 온도 범위 중에서 가장 낮은 온도보다 낮으면, 전기 기계(3)의 냉각 수요가 낮다. 제어 유닛(18)은 펌프(14)가 오일 라인(15)을 통해 하우징(2)으로 비교적 낮은 유속으로 오일을 제공하도록 펌프(14)를 제어한다. 낮은 유속의 오일이 입구 구멍(10)을 통해 오일 채널(8)로 유입된다. 오일은 출구 덕트(9)에 의해 고정자(6)의 상반부에 위치하는 고정자 권선(6b)의 여러 부분으로 분사된다. 오일은 고정자 권선(6b)의 상기 상부 부분들과 충돌하여 이들 부분을 냉각시킨다. 오일의 비교적 많은 부분이 고정자 권선(6b) 상에 남는 것이 바람직하다. 고정자 권선(6b) 상에 남는 오일 부분은 고정자 권선(6b)을 따라 하향 유동하고 고정자 권선(6b)의 하부를 냉각시킨다. 오일은 하우징(2)의 바닥 부분에 모이게 된다. 이 오일은 배출구(11)를 통해 하우징을 빠져나간다. 이 경우, 하우징(2)으로의 오일의 유속은 배출구(11)의 유속 능력보다 작다. 그 결과, 하우징(2) 내에는 실질적으로 오일 레벨(Lmin)이 존재하지 않을 것이다. 오일은 하우징(2)으로부터 드레인 라인(12)을 통해 오일 리시버(13)로 흐른다. 냉각 요구가 낮기 때문에, 하우징(2)으로의 오일 유속이 낮고 펌프 에너지를 절약할 수 있다.
전기 기계(3)가 작동하고 있고, 고정자 권선(6b)의 온도가 상기 특정 온도 범위 내에 있는 경우, 전기 기계(3)의 중간 냉각 수요가 있다. 제어 유닛(18)은 펌프(14)가 오일 라인(15)을 통해 중간 유속으로 오일을 하우징(2)을 향해 펌핑하도록 펌프(14)를 제어한다. 이 경우, 고정자 권선(6b) 상에 스프레이 되는 오일의 더 높은 유속으로 인해 고정자 권선(6b)이 더 높은 냉각을 수용하게 된다. 또한, 이 온도 범위 내에서, 냉각 요구량 및 하우징으로의 유속은 고정자 권선(6b)의 온도에 따라 변할 수 있다. 어떠한 경우에도, 하우징(2)으로의 오일의 중간 유속은 배출구(11)를 통한 오일의 유속보다 다소 높을 것이다. 그러나 배출구(11)를 통한 오일의 배출 유속은 하우징(2) 내 오일 레벨(L)에 따라 약간 증가한다. 이 사실 때문에, 하우징(2)을 향하는 오일 유속과 하우징(2) 내의 오일 레벨(L) 사이의 관계를 결정할 수 있다. 이 경우, 오일이 고정자 권선(6b)의 가장 낮은 위치에 있는 부분의 적어도 일부를 커버하는 오일 레벨(L)을 생성하는 중간 오일 레벨(L)이 하우징(2)으로 공급된다. 고정자(6)의 상반부에 위치하는 고정자 권선(6b) 부분에 오일이 분사되면, 고정자 권선의 하반부, 특히 고정자의 가장 낮은 위치에 있는 고정자 권선(6b) 부분은 냉각이 열악해질 위험이 있다. 이 경우, 고정자 권선(6b)의 가장 낮은 위치의 냉각은 오일에 의해 어느 정도 피복되기 때문에 상당히 증가 될 것이다. 높은 정밀도로 고정자 권선(6b)의 원하는 냉각을 제공하기 위해, 하우징(2) 내의 오일 레벨(L)과 오일 유속을 실질적으로 연속적으로 조절하는 것이 가능하다.
전기 기계(3)가 작동하고 있고, 고정자 권선(6b)의 온도가 상기 예시된 온도 범위 중 가장 높은 온도보다 높은 경우, 전기 기계(3)의 높은 냉각 요구가 있다. 제어 유닛(18)은 오일 라인(15)을 통해 하우징(2)으로 높은 유속의 오일을 펌프하도록 펌프(14)를 제어한다. 높은 유속의 오일은 고정자 권선(6b)의 효과적인 냉각을 제공한다. 하우징(2)으로의 오일의 높은 유속은 배출구(11)를 통한 오일의 유속보다 상당히 높다. 그 결과, 하우징(2) 내에 최대 오일 레벨(Lmax)이 생성된다. 최대 오일 레벨(Lmax)은 2개의 추가의 배출구(22a, 22b)에 의해 획정된다. 추가의 배출구(22a, 22b)와 통상의 배출구(11)의 합계 유속은 하우징(2)에 송출되는 고 유속보다 크다. 그 결과, 하우징(2) 내 오일 레벨이 최대 오일 레벨(Lmax)보다 크지 않게 된다. 최대 오일 레벨(Lmax)은 회전자(5)의 최하부보다 높은 레벨에 위치한다. 따라서, 회전자(5)는 오일을 하우징 내에서 주변으로 비산시켜, 고정자 권선(6b)의 냉각을 더욱 증가시킨다.
전술한 냉각 장치는 시간이 지남에 따라 고정자 권선(6b)에 더욱 균일한 온도를 초래하고, 전기 기계(3)를 보다 잘 최적화하고 더 나은 차량 특성을 제공할 수 있는 주행 모드를 제공한다. 높은 냉각 요구시 냉각 성능이 향상된다. 제어 유닛(18)이 펌프(14)의 속도를 제어하기 때문에, 냉각 성능은 차량(1)의 속도에 의해 영향을 받지 않는다. 고정자 권선(6b)의 최저 위치의 매우 효과적인 냉각이 얻어진다. 냉각 요구가 낮거나 중간인 경우, 오일에 드래그 손실이 없다.
본 발명은 도면이 참조하는 실시형태로 결코 제한되지 않으며 청구범위의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 고정자 권선(6b)의 효과적인 냉각을 달성하기 위해 고정자 권선의 온도와 관련하여 실질적으로 임의의 방식으로 하우징에 대한 오일의 유속을 변화시키는 것이 가능하다. 전기 기계는 순전히 전동식으로 구동되는 차량의 전기식 파워 트레인에 연결될 수 있다.

Claims (12)

  1. 회전축선(4a) 주위에 회전 가능하게 배치되어 있는 회전자(5), 상기 회전자(5)의 외측에 반경 방향으로 배치되어 있는 고정자 권선(6b)을 포함하는 고정자(6), 회전자(5)와 고정자(6)를 둘러싸는 하우징(2), 상기 하우징(2)으로부터 냉각 유체를 배출하도록 구성된 적어도 하나의 배출구(11), 상기 고정자 권선(6b) 위로 냉각 유체를 분사하도록 구성된 적어도 하나의 스프레이 장치(8-10) 및 하우징(2)으로 냉각 유체를 펌핑하도록 구성된 펌프(14)를 포함하는 전기 기계(3)를 냉각하기 위한 장치에 있어서,
    전기 기계 냉각 장치는 제어 유닛(18)을 포함하되, 상기 제어 유닛(18)은 전기 기계(3)가 작동하고 있을 때, 고정자 권선(6b)의 적어도 하나의 위치의 온도 정보를 수신하고, 펌프(14)가 고정자 권선(6b)의 온도에 따라 하우징(2)으로의 냉각 유체 유속을 제공하되, 그 유속은 하우징(2) 내에 상기 고정자 권선(6b) 온도와 관련된 냉각 유체 레벨(L)을 생성시키도록 펌프(14)를 제어하게 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    펌프(14)는, 고정자 권선(6b)의 제1 온도에서, 냉각 유체가 고정자 권선(6b)의 최저 부분 중 적어도 일부분을 커버하는 냉각 유체 레벨(L)을 하우징(2) 내에 생성하는 유속을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    펌프(14)는, 상기 고정자 권선(6b)의 제1 온도보다 높은 고정자 권선(6b)의 제2 온도에서, 냉각 유체가 회전자(5)와 접촉하는 냉각 유체 레벨(L)을 하우징(2) 내에 생성하는 유속을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    펌프(14)는, 고정자 권선(6b)의 제1 온도보다 낮은 고정자 권선(6b)의 제3 온도에서, 하우징(2) 내에 실질적으로 냉각 유체 레벨(L)을 생성하지 않는 유속을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프(14)는 실질적으로 무단 방식으로 유속을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    고정자 권선(6b) 온도가 소정의 온도 범위 내에서 유지될 수 있도록, 펌프(14)가 하우징(2)에 유속을 펌핑하게 제어 유닛(18)이 펌프(14)를 제어하게 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    고정자 권선(6b)의 온도를 검출하게 구성된 온도 센서(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 유닛(18)은, 전기 기계(3)의 적어도 하나의 동작 파라미터에 관한 정보(20)를 수신하고, 그 동작 파라미터를 사용하여 고정자 권선(6b)의 온도를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    스프레이 장치(8-10)는 고정자(6)의 상반부에 배치되어 있는 고정자 권선(6b) 중 일부분 위로 냉각 유체를 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징(2)은 상기 하우징(2) 내에 최대 냉각 유체 레벨(Lmax)을 획정하도록 구성된 적어도 하나의 추가의 배출구(19a, 19b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 유닛(18)은, 전기 기계(3)가 작동하지 않을 때, 펌프(14)가 하우징(2) 내에 실질적으로 냉각 유체 레벨(L)을 생성하지 않는 유속으로 냉각 유체를 하우징(2)으로 펌핑하도록 펌프(14)를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계 냉각 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 차량.
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