KR20190026013A - 전기 모터 - Google Patents

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KR20190026013A
KR20190026013A KR1020197003823A KR20197003823A KR20190026013A KR 20190026013 A KR20190026013 A KR 20190026013A KR 1020197003823 A KR1020197003823 A KR 1020197003823A KR 20197003823 A KR20197003823 A KR 20197003823A KR 20190026013 A KR20190026013 A KR 20190026013A
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피터 배러스
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세브콘 리미티드
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Abstract

고정자 조립체는, 고정자 권선, 및 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기를 포함하고; 고정자 조립체는, 고정자 조립체가 인클로저 내에 배치될 때, 냉각제의 유동이 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 채널링되도록 배열된다.

Description

전기 모터
본 개시내용은, 전기 모터 고정자(stator) 조립체 및 전기 모터를 준비하기 위한 방법에 관한 것이다.
전기 모터는 전형적으로 모터 외부의 모터 제어기를 사용하여 제어됩니다. 제어기는 전형적으로, 예컨대, 모터의 고정자 조립체 내의 권선(winding)의 전류를 제어함으로써 전기 모터를 구동하도록 동작 가능한 전력 전자기기를 포함한다. 권선 및 연관된 전력 전자기기뿐만 아니라, DC-DC, DC-AC, AC-DC 또는 AC-AC 연결과 같은 다른 전류-운반 컴포넌트는, 정상적인 사용 시에 뜨거워질 수 있다.
전기 모터, 및 전기 모터의 제어기로부터의 열의 소산이 문제이다. 모터가 과열되는 경우, 모터의 효율이 감소될 수 있으며, 궁극적으로는, 모터 및/또는 제어기가 손상이 발생할 수 있다. 이러한 열을 처리하는 하나의 방식은, 제어기의 전력 전자기기를 큰 표면적을 갖는 열 싱크(heat sink)에 커플링시키는 것이다.
작은 공간 내에 많은 열 발생 컴포넌트를 넣는 것은, 이것이 열의 소산을 억제할 것이기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 전력 전자기기를 포함하는 모터 제어기는, 권선 및 전력 전자기기로부터 발생되는 열의 소산을 돕기 위해 모터 외부에 위치된다. 이는 또한, 제어기가 큰 열 싱크에 가능한 한 가깝게 위치될 수 있음을 의미한다.
열 소산 문제를 처리하는 다른 방식(이는 종종 열 싱크의 사용과 함께 사용됨)은, 열 밀도가 감소되고 전력 전자기기가 더 효과적으로 냉각될 수 있도록, 전력 전자기기에 간격을 두는 것이다(즉, 전력 전자기기의 밀도를 감소시킴). 이는, 전력 전자기기의 간격으로 인해 제어기가 비교적 클 것임을 의미한다. 그러나, 전기 모터를 가능한 한 작게 만드는 것이 바람직하다. 제어기가 비교적 크기 때문에, 제어기를 전기 모터에 별개로 제공하는 것은 전기 모터의 사이즈를 감소시키는 데 도움이 된다.
본 발명의 양상은 독립항에 기재된 바와 같으며, 선택적인 특징은 종속항에 기재되어 있다. 본 발명의 양상은 서로 함께 제공될 수 있고, 일 양상의 특징은 다른 양상에 적용될 수 있다.
일 양상에서, 본 개시내용은 고정자 조립체를 제공하며, 고정자 조립체는, 고정자 권선, 및 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기를 포함하고; 고정자 조립체는, 고정자 조립체가 인클로저(enclosure) 내에 배치될 때, 냉각제의 유동이 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 채널링(channel)되도록 배열된다.
고정자 조립체는 전자 모터 고정자 조립체일 수 있다. 이러한 경우, 고정자 권선은 모터의 회전자(rotor)를 구동하기 위한 것이다. 그러한 고정자 조립체는 인클로저를 포함하며; 전력 전자기기의 소자 및 권선은 인클로저에 하우징(house)되고, 인클로저는, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다.
고정자 조립체는, 선형 전기 기계를 위한 고정자 조립체일 수 있다. 이러한 경우, 고정자 권선은 기계의 액추에이터(actuator)를 구동하기 위한 것이고, 고정자 조립체는 인클로저를 포함하며; 전력 전자기기의 소자 및 권선은 인클로저에 하우징되고, 인클로저는, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다.
선형 전기 기계는 선형 유도(induction) 모터를 포함할 수 있다.
예컨대, 전기 모터 고정자 조립체가 본원에 설명되며, 전기 모터 고정자 조립체는, 모터의 회전자를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선; 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기; 및 인클로저를 포함하고, 전력 전자기기의 소자 및 권선은 인클로저에 하우징되고, 인클로저는, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다.
인클로저는, 인클로저 내부에서의 냉각제의 유동이 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자와 직접 접촉하도록 배열될 수 있다.
인클로저는, 냉각제의 유동이 전력 전자기기의 소자 중 적어도 일부의 사이를 지나도록 배열될 수 있다.
인클로저는, 전력 전자기기의 소자가, 인클로저 내의 냉각제의 유동에 배싱(bath)되도록, 예컨대, 적어도 부분적으로 침지(immerse)되도록 배열될 수 있다.
고정자 조립체는, 전력 전자기기의 소자가, 인클로저에서, 적어도 3개의 면 상에서 냉각제와 동일한 열적 접촉을 갖도록 배열될 수 있다.
전력 전자기기의 소자 중 적어도 일부는, 냉각제가 전력 전자기기의 소자의 위 및 아래 둘 다에서 유동할 수 있도록, 인클로저에 서스펜딩된(suspend) 채로 지지될 수 있다.
전력 전자기기의 소자는, 고정자 조립체 내의 유동 경로의 경계를 적어도 부분적으로 정의할 수 있다.
인클로저는 회전자의 반경방향으로 외부에 있을 수 있고, 회전자를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
예컨대, 전기 모터는 회전 축을 가질 수 있다. 인클로저는 회전 축을 가로지르는 방향으로 회전자의 반경방향으로 외부에 있을 수 있고 그리고/또는 인클로저는 회전자를 넘어 축방향으로 연장될 수 있다.
인클로저는 채널에 의해 커플링되는 2개의 캐비티(cavity)를 포함할 수 있으며, 제1 캐비티는 적어도 부분적으로 고정자 조립체에 있고, 제2 캐비티는 제1 캐비티의 축방향으로 위치된다.
권선은 제1 캐비티에 있을 수 있고, 전력 전자기기는 제2 캐비티에 있을 수 있다.
전력 전자기기의 소자는 인클로저에서 권선과 인터리브(interleave)될 수 있다. 예컨대, 이러한 방식으로, 전력 전자기기의 소자는 고정자 조립체에 내장(embed)될 수 있다. 이러한 예에서, 전기 모터는 회전 축을 가지며, 권선은 제1 깊이로부터 제2 깊이까지 회전 축을 향하여 연장될 수 있고, 전력 전자기기의 소자는 제1 깊이와 제2 깊이 사이에 위치된다. 예컨대, 인클로저는 제1 깊이와 제2 깊이 사이에서의 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸친 냉각제의 유동을 허용하도록 배열될 수 있다.
고정자 조립체는 유효 길이(active length)를 포함할 수 있으며, 유효 길이는, 권선이 회전 축에서 연장되는 길이보다 짧다. 전력 전자기기의 소자는 유효 길이 밖에 배치될 수 있다.
전력 전자기기의 소자는, 전력 ICS와 같은, 전력 전자기기의 열 발생 소자를 포함할 수 있다.
전력 전자기기는, AC-AC 변환기(converter), DC-AC 인버터, DC-DC 변환기, 및 AC-DC 인버터 중 적어도 하나를 제공하도록 동작 가능할 수 있다. 예컨대, 전기 모터는, 전력 전자기기로의 DC 서플라이(supply) 및 전력 전자기기로부터 권선으로의 AC 서플라이를 포함할 수 있으며, 전력 전자기기의 소자는, 전력 전자기기로의 DC 서플라이 및 권선으로의 AC 서플라이 중 적어도 하나, 예컨대, AC 버스의 적어도 일부 및/또는 AC 버스의 적어도 일부를 포함한다.
전기 모터는 회전 축을 가질 수 있고, 권선은 제1 반경방향 거리로부터 제2 반경반향 거리까지 회전 축으로부터 연장될 수 있고, 전력 전자기기의 소자는 제1 및 제2 반경방향 거리 내에(예컨대, 이들 사이에) 위치될 수 있다.
인클로저는 제1 반경방향 거리와 제2 반경방향 거리 사이에서의 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸친 냉각제의 유동을 허용하도록 구성될 수 있다.
회전자 및 고정자 조립체는 하우징 내에 제공될 수 있으며, 인클로저는 하우징 내부에 있다.
장치는 냉각제 유입구 및 냉각제 배출구를 포함할 수 있으며, 이들은, 냉각제 유입구를 통해 하우징 외부로부터 인클로저로, 권선, 및 인클로저 내부에서 권선에 커플링된 전력 전자기기 양자에 걸쳐, 그리고 냉각제 배출구를 통해 인클로저로부터 다시 하우징 외부로의 냉각제의 유동을 허용하도록 구성된다.
전력 전자기기의 소자는, 인덕터, 커패시터, DC 링크 커패시터, DC 버스 바(bus bar), AC 버스 바, 전압 제어 임피던스, 전력 연결부, 및 인클로저 내로 돌출되어 고정자 조립체에 내장되는 라디에이터(radiator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
냉각제는 공기보다 높은 열 용량을 가질 수 있으며, 예컨대, 냉각제는 유전성 액체일 수 있다.
고정자 조립체는 각각의 권선을 드라이빙(drive)하기 위한 전력 전자기기의 개개의 세트를 포함할 수 있으며, 예컨대, 세트들은 고정자 권선 사이에 인터리브되고, 예컨대, 각각의 세트는 적어도 하나의 인버터 레그(leg)를 포함한다. 예컨대, 장치는 복수의 인클로저를 포함할 수 있으며, 전력 전자기기의 각각의 세트는, 적어도 하나의 고정자 권선을 갖는, 복수의 인클로저의 개개의 인클로저에 하우징되는데, 예컨대, 고정자 권선은 전력 전자기기의 각각의 세트에 의해 구동된다.
전기 모터는 권선의 위상마다 전력 전자기기의 개개의 세트를 포함할 수 있다.
고정자 조립체는 전력 전자기기의 소자 및 권선에 걸친 냉각제의 유동을 원주 방향으로 지향시키도록 배열될 수 있다.
(a) 복수의 권선, 및 (b) 전력 전자기기 중 적어도 하나는, 고정자 조립체의 원주 둘레에 적어도 부분적으로 분포될 수 있다.
장치는 전력 전자기기의 복수의 세트를 포함할 수 있으며, 전력 전자기기의 복수의 세트는 고정자 조립체의 원주 둘레에 적어도 부분적으로 분포된다.
또한, 전기 모터 고정자 조립체가 본원에 설명되며, 고정자 조립체는, 모터의 회전자를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선을 포함하고; 고정자 조립체는, 권선에 커플링되고 권선에 전력을 공급하기 위한 전력 전자기기를 포함하고; 전력 전자기기는 인클로저 내의 열 싱크에 커플링되고; 그리고 고정자 조립체는, 모터 내의 냉각제가 열 싱크 및 권선 양자와 직접 접촉할 수 있도록 배열된다.
회전자 및 고정자 조립체는 공통 하우징에 제공될 수 있으며, 공통 하우징은, 냉각제 유입구를 통해 공통 하우징 외부로부터, 전력 전자기기의 소자에 커플링된 열 싱크 및 권선 양자에 걸쳐, 그리고 냉각제 배출구를 통해 다시 공통 하우징 외부로의 냉각제의 유동을 허용하도록 구성되는 냉각제 유입구 및 냉각제 배출구를 포함한다.
그러한 고정자 조립체는 위에 설명된 장치 중 임의의 장치의 특징을 포함할 수 있다.
또한, 전기 모터 고정자 조립체가 본원에 설명되며, 전기 모터 고정자 조립체는: 모터의 회전자를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선; 고정자 조립체에 내장되는 전력 전자기기; 및 권선 및 전력 전자기기 양자에 걸친 직접적인 냉각제의 유동을 허용하도록 배열되는 냉각제 유동 경로를 포함한다.
그러한 장치는 위에 설명된 장치 중 임의의 장치의 특징을 포함할 수 있다.
또한, 전기 모터가 본원에 설명되며, 전기 모터는, 복수의 고정자 권선, 및 전기 모터를 구동하도록 동작 가능한, 고정자 권선에 커플링되는 전력 전자기기를 포함하고; 전기 모터는, 전력 전자기기의 소자 및 권선이 인클로저를 공유하여 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸친 직접적인 공통 냉각제의 유동을 허용하도록 배열된다.
그러한 장치는, 본원에 설명되거나 청구된 고정자 조립체 중 임의의 고정자 조립체의 특징을 갖는 고정자 조립체를 포함할 수 있다.
또한, 전기 모터를 조립하는 방법 또는 사용을 위해 전기 모터를 준비하는 방법이 본원에 설명되며, 방법은: 고정자 권선, 전력 전자기기, 및 고정자 권선과 전력 전자기기를 냉각시키기 위한 냉각제 유동 경로를 포함하는 고정자 조립체를 제공하는 단계 ― 고정자 권선, 전력 전자기기, 및 냉각제 유동 경로는 고정자 조립체에 통합됨 ―; 및 냉각제 유동 경로 내에 유전성 액체를 제공하여 전력 전자기기의 소자와 고정자 권선 사이의 공간으로부터 공기를 배출시킴으로써 전력 전자기기의 소자와 고정자 조립체 양자를 유전성 액체에 직접 배싱하는 단계를 포함한다.
방법은, 회전자를 고정자 조립체에 조립하는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법은, 적어도 고정자 권선 및 전력 전자기기를 액체 기밀(tight) 인클로저에 인클로징(enclose)하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 고정자 조립체를 모터 하우징에 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
전기 모터 고정자 조립체는 본원에 설명된 것 중 임의의 것의 특징을 포함할 수 있다.
또한, 선형 전기 기계를 위한 고정자 조립체가 본원에 설명되며, 고정자 조립체는, 기계의 액추에이터를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선; 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기; 및 인클로저를 포함하고, 전력 전자기기의 소자 및 권선은 인클로저에 하우징되고, 인클로저는, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다.
이러한 고정자 조립체는 본원에 설명된 고정자 조립체 중 임의의 고정자 조립체의 특징을 가질 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여, 단지 예로서, 본 개시내용의 실시예가 이제 설명될 것이다.
도 1은, 고정자 조립체 및 회전자를 포함하는 본 개시내용의 실시예의 예시적인 전기 모터의 분해 사시도를 도시한다.
도 2는, 도 1의 예시적인 전기 모터에 걸친 측단면을 도시한다.
도 3은, 도 1의 예시적인 전기 모터에 걸친 단부 단면을 도시한다.
도 4는, 본 개시내용의 실시예의 예시적인 전기 모터 고정자 조립체에 걸친 단부 단면을 도시한다.
도 5는, 본 개시내용의 실시예의 다른 예시적인 전기 모터 고정자 조립체에 걸친 단부 단면을 도시한다.
도 6은, 고정자 조립체 및 회전자를 포함하는 본 개시내용의 실시예의 다른 예시적인 전기 모터에 걸친 측단면을 도시한다.
본 개시내용의 실시예는, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은, 전기 모터 고정자 조립체에 관한 것이다. 예컨대, 본 개시내용의 실시예는 인버터가 통합되고 인버터 및 고정자 권선을 직접 냉각되는 전기 모터의 고정자 조립체에 관한 것이다.
전기 모터 고정자 조립체는, 공통 냉각제를 사용하여 전력 전자기기의 소자 및 고정자 권선을 냉각시키도록 배열된다. 전기 모터는, 모터를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선 및 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기를 포함하는 고정자 조립체를 갖는다. 전력 전자기기 및 고정자 권선은, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸친 직접적인 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열되는 인클로저 내에 있다.
따라서, 본 개시내용의 실시예는, 전력 전자기기의 소자 및 고정자 권선 양자의 직접 냉각을 허용하며, 이는, 이러한 컴포넌트가 더 효과적으로 냉각될 수 있게 한다. 예컨대, 전력 전자기기의 소자는 모든 면 상에서 냉각될 수 있다. 더 효과적인 냉각은 결국 컴포넌트가 소형화될 수 있게 할 수 있으며, 그에 따라, 전기 모터 및 그와 연관된 전자기기의 전체 풋프린트(footprint)가 감소된다.
본 개시내용의 일 양상은, 모터의 회전자를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선을 포함하는 전기 모터 고정자 조립체에 관한 것이다. 고정자 조립체는 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기, 및 인클로저를 포함한다. 전력 전자기기 및 권선은 인클로저에 하우징되며, 인클로저는, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다.
본 개시내용의 다른 양상은 전기 모터 고정자 조립체에 관한 것이며, 전기 모터 고정자 조립체는 모터의 회전자를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선을 포함하고, 전력 전자기기가 고정자 조립체에 내장되고, 고정자 조립체는, 권선 및 전력 전자기기 양자에 걸친 직접적인 냉각제의 유동을 허용하도록 배열되는 냉각제 유동 경로를 포함한다.
본 개시내용의 다른 양상은 전기 모터에 관한 것이며, 전기 모터는, 복수의 고정자 권선, 및 전기 모터를 구동하도록 동작 가능한, 고정자 권선에 커플링되는 전력 전자기기를 포함한다. 전기 모터는, 전력 전자기기의 소자 및 권선이 인클로저를 전력 전자기기의 소자 및 권선이 인클로저를 공유하여 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸친 직접적인 냉각제의 유동을 허용하도록 배열된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 예시적인 장치는, 회전자(200) 및 고정자 조립체(300)를 포함하는 전기 모터(100)를 포함한다. 도시된 예에서, 회전자(200)는 고정자 조립체(300) 내부에 끼워맞춤(fit)되고, 고정자 조립체(300)는 회전자(200)를 둘러싸서 튜브를 제공한다. 회전자(200)는 고정자 조립체(300) 내부에서 회전 축(350)을 중심으로 회전하도록 배열된다.
고정자 조립체(300)는, "백 아이언(back iron)"을 포함할 수 있는 고정자 코어 또는 적층 스택(lamination stack)과 같은 고정자 몸체(307)를 포함한다. 이는, 자성 강과 같은 고 투자율(permeability) 재료, 또는 철 분말 복합물과 같은 매체 투과성(medium permeability) 재료를 포함할 수 있거나, 또는 플라스틱과 같은 저 투자율 재료에 의해 제공될 수 있다. 고정자 몸체(307)는 권선(301)을 지지하도록 배열되는 임의의 그러한 재료를 포함할 수 있고, 자기 요크(yoke)로서 작용할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 고정자 조립체(300)는 또한, 회전자(200)를 향하여 반경방향 내측으로 연장되는 복수의 고정자 극(pole)(309)을 포함한다. 고정자 몸체(307) 및 고정자 극(309)은 적층형 구조로 형성될 수 있다. 고정자 몸체는 또한 세그먼트로 만들어질 수 있다.
고정자 조립체(300)는, 모터(100)의 회전자(200)를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선(301)을 포함한다. 복수의 고정자 권선은 고정자 극(309) 둘레에 권취(wrap)된다. 권선(301)은 각각, 고정자 극(309) 둘레의 적어도 하나의 턴(turn), 예컨대, 복수의 턴을 포함할 수 있다. 고정자 극(309) 및 그에 의한 복수의 권선(301)은, 회전 축(350)을 중심으로 고정자 조립체(300)의 원주 둘레에 분포된다. 전력 전자기기(303)는 권선(301)에 전력을 공급하기 위해 권선(301)에 커플링된다. 전력 전자기기(303)는 또한, 고정자 조립체(300)의 원주 둘레에 분포될 수 있다. 고정자 조립체(300)는 인클로저(305)를 포함하고, 전력 전자기기(303)의 소자는 고정자 권선(301)과 함께 인클로저(305) 내에 제공된다. 전력 전자기기(303)의 소자는 전력 전자기기(303)의 열 발생 소자이다. 예컨대, 전력 전자기기(303)는 DC-AC 인버터를 제공하도록 동작 가능하다.
권선(301)은 회전 축(350)에서 제1 깊이로부터 제2 깊이까지 연장된다. 전력 전자기기(303)의 소자는 제1 깊이와 제2 깊이 사이에 위치된다. 도 1에 도시 된 예에서, 고정자 권선(301)은 회전 축(350)에서 일정 거리에 걸쳐 연장된다. 고정자 조립체(300)는 회전 축(350)에서 유효 길이에 걸쳐 연장되며, 유효 길이는, 권선(301)이 회전 축(350)에서 연장되는 길이보다 짧다.
축 방향(회전 축(350)의 방향)에서의 권선(301)의 길이는 적어도 고정자 몸체(307)와 거의 동일하다. 권선(301)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 이를테면, 권선(301)이 고정자 몸체(307)의 단부에서 턴을 이룰 때, 고정자 몸체(307)를 넘어 연장될 수 있다. 따라서, 권선(301)은 고정자 조립체(300)의 유효 길이를 넘어 연장될 수 있으며, 유효 길이는 도 1 및 도 2에 도시되어 있고 당업자에게 공지되어 있다. 예컨대, 유효 길이는 고정자 몸체(307)의 길이에 대응한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 예에서, 인클로저(305)는 (회전 축의) 축 방향으로의 유효 길이보다 긴 길이를 갖는다. 인클로저(305)는 또한 축 방향으로 권선(301)의 길이와 동일하거나 더 긴 길이를 가지며, 도 2에 도시 된 바와 같이 고정자 몸체(307) 너머로 그리고/또는 회전자(200) 너머로 축방향으로 연장될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 인클로저(305)는 전기 모터(100)의 회전 축(350)을 가로지르는 방향으로 회전자(200)의 반경방향으로 외부에 있다. 따라서, 인클로저(305)는 회전자(200) 외부에 있고 그리고 회전자(200)를 적어도 부분적으로 둘러싸는데, 인클로저(305)는 회전자(200) 둘레에 튜브를 형성한다(하지만, 물론 다른 예에서는, 인클로저(305)는 임의의 다른 형상, 이를테면, 예컨대 중간에 회전자(200)를 위한 원형 구멍을 갖는 정사각형 단면을 갖는 입방체를 취할 수 있음).
회전자(200), 고정자 조립체(300), 및 인클로저(305)는 선택적 하우징(500)에 제공된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 예에서, 인클로저(305)는 하우징(500) 내부에 있고, 하우징(500)은 인클로저(305)를 에워싸고 캡슐화(encapsulate)한다. 하우징(500), 고정자 몸체(307), 및 인클로저(305)는 내포된(nested) 구조를 형성하는데; 하우징(500), 고정자 몸체(307), 및 인클로저(305) 각각은 서로 내의 동심 링 또는 튜브를 형성할 수 있다(하지만, 물론 다른 예에서는, 이들이 임의의 다른 다양한 형상을 형성할 수 있음). 3개의 구조 내부에는, 전력 전자기기(303)에 의해 권선(301)에 생성되는 전류에 의해 구동되는 회전자(200)가 있다.
인클로저(305)는 냉각 회로에 커플링되기 위한 냉각제 유입구(310) 및 냉각제 배출구(312)를 포함하며, 인클로저(305)는 고정자 조립체(300) 내의 유동 경로를 적어도 부분적으로 정의한다. 인클로저(305)는, 권선(301), 냉각제, 및 전력 전자기기(303)의 소자를 하우징하기 위한 캐비티를 제공한다. 인클로저(305)는, 냉각제의 누출을 방지하기 위해, 냉각제 유입구(310) 및 냉각제 배출구(312)의 제공과는 별개로 밀폐 식으로 밀봉될 수 있다. 인클로저(305)는 유입구(310)로부터 배출구(312)로의 냉각제의 유동을 위한 선택된 배압을 제공하도록 배열될 수 있다. 하우징(500)은 또한, 냉각 회로에 커플링되고 하우징(500) 및 인클로저(305) 안팎으로의 냉각제의 유동을 허용하기 위한 유입구 및 배출구를 갖는다. 예컨대, 인클로저(305)의 유입구(310) 및 배출구(312)는 하우징(500)을 통해 연장될 수 있다. 하우징(500)은 또한, 예컨대, 도 6에 도시되고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 냉각제에 의해 직접 냉각되지 않는, 전기 모터(100)의 다른 소자를 포함할 수 있다.
도 1의 전기 모터(100) 고정자 조립체(300)에 걸친 단부 단면이 도 3에 도시된다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 복수의 고정자 권선(301)은 고정자 조립체(300)의 원주 둘레에, 그리고 이에 의해, 전기 모터(100)의 회전 축(350)의 원주 둘레에 분포된다. 고정자 극(309)은 제1 반경방향 거리로부터 제2 반경방향 거리까지 회전 축(350)으로부터 연장된다. 따라서, 권선(301)은 고정자 극(309) 둘레에 감길 때 제1 반경방향 거리로부터 제2 반경방향 거리까지 회전 축(350)으로부터 연장될 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는 제1 및 제2 반경방향 거리 내에 (즉, 고정자 극(309)의 단부 사이에) 위치되고, 고정자 몸체(307)로부터 연장되는 고정자 극(309) 상의 권선(301)과 인터리브되고 그에 인접하게 있다. 따라서, 전력 전자기기(303)의 소자는 고정자 조립체(300)에 내장될 수 있다. 고정자 조립체(300)는 전기 모터(100)의 회전 축(350)의 원주 둘레에 적어도 부분적으로 분포되는 전력 전자기기(303)의 복수의 세트를 포함할 수 있다. 예컨대, 고정자 조립체(300)는 각각의 권선(301)마다, 한 쌍의 권선(301)마다(아래에서 더 상세히 설명되는 도 4에 도시됨), 또는 권선(301)의 위상마다 전력 전자기기(303)의 소자의 개개의 세트를 포함할 수 있다. 일부 예(미도시)에서, 각각의 전력 전자기기/권선 쌍은 개개의 인클로저(305)에 하우징된다. 이러한 세트는 각각 적어도 하나의 인버터 레그를 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 맥락에서, 이들은 또한 (DC 버스에 대한 연결과 같은) 인버터에 대한 DC 전력 서플라이의 일부 및 그 인버터 레그와 고정자 권선 사이의 AC 연결의 일부를 포함한다는 것이 인식될 것이다.
인클로저(305)는, 냉각제 유체를 수용하고 전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301) 양자에 걸친 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다. 인클로저(305)는, 인클로저(305) 내부의 냉각제가 전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301) 양자와 직접 접촉하도록 배열된다. 인클로저(305)는, 예컨대, 전력 전자기기(303)의 소자가 인클로저(305) 내의 냉각제에 배싱되도록, 전력 전자기기(303)의 소자 사이로 냉각제를 유동시키게 배열된다. 전력 전자기기(303)의 소자는 그 자체로 냉각제 유동 경로 경계의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 고정자 조립체(300)는, 전력 전자기기(303)의 소자가, 인클로저(305)에서, 적어도 3개의 면 상에서 냉각제와 동일한 열적 접촉을 이루도록 배열되는데, 예컨대, 이러한 방식으로 냉각될 전력 전자기기의 소자는, 적어도 5개의 면이 냉각제 유동과 동일한 열적 접촉을 이루도록 하나의 면에서 표면에 고정될 수 있다.
냉각제 유입구(310) 및 냉각제 배출구(312)는, 냉각제 유입구(310)를 통해 하우징(500) 외부로부터 인클로저(305)로, 권선(301), 및 인클로저(305) 내부에서 권선(301)에 커플링된 전력 전자기기(303) 양자에 걸쳐 직접적으로, 그리고 냉각제 배출구(312)를 통해 다시 인클로저(305) 외부로의 냉각제의 유동을 허용하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 전기 모터(100)는, 전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301)을 공통 냉각제로 직접 냉각시키도록 구성된다.
위에 언급된 바와 같이, 권선(301)은 회전 축(350)에서 제1 깊이로부터 제2 깊이까지 연장되며, 이는 도 2에 가장 잘 나타나 있다. 인클로저(305)는 (예컨대, 유입구(310) 및 배출구(312)를 냉각 회로에 커플링시킴으로써) 냉각 회로의 일부를 형성하고 제1 깊이와 제2 깊이 사이에서 전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301) 양자에 걸친 직접적인 냉각제의 유동을 허용하도록 배열된다.
사용을 위해 전기 모터를 준비하기 위해, 인클로저(305)는 냉각제로 채워질 수 있다. 냉각제가 전력 전자기기(303)의 소자 및 고정자 권선(301) 양자와 접촉하도록, 냉각제, 예컨대 유전성 유체, 예컨대, 변압기 오일 또는 탈이온수와 같은 액체 또는 SF6과 같은 가스가 냉각제 유입구(310) 내로 공급되어 인클로저(305)를 채운다. 인클로저(305)가 회전자(200)를 둘러쌀 수 있기 때문에, 냉각제가 또한 회전자(200)를 둘러쌀 수 있다. 따라서, 회전자는 건조할 수 있다는 것, 예컨대, 회전자는 인클로저(305)의 벽에 의해 고정자로부터 분리될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 일부 실시예에서, 회전자는 습윤상태일 수 있는데, 예컨대, 인클로저는, 냉각제의 유동이 회전자 및 고정자 양자를 배싱하도록 배열될 수 있다.
사용 시, 전력 전자기기(303)의 소자는 전기 모터(100)를 구동하기 위해 권선(301)에 대한 전류를 제어하고 그리고/또는 전류를 제공한다. 많은 상이한 타입의 전기 모터, 이를테면, 유도 모터, SRM(switched reluctance motor), SR(synchronous reluctance) 모터, DC 직렬 모터, 및 PMAC(permanent magnet AC motor), 및 본 개시내용의 맥락에서 명백할 다른 타입의 모터가 사용될 수 있다. 일반적으로, 동작 원리는 유사한데, 전력 전자기기(303)에 의해 권선(301)에 생성되는 전류가 자기장을 생성하며, 자기장은, 회전자(200)로 하여금 회전 축(350)을 중심으로 회전하게 한다. 전력 전자기기(303)에 의해 권선(301)에 생성되는 전류로 인해, 권선(301) 및 전력 전자기기(303) 양자는 정상 사용 동안 뜨거워질 수 있다. 냉각제가 전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301) 양자와 직접 접촉하기 때문에, 냉각제는 전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301) 양자를 직접 냉각시킬 수 있다.
전력 전자기기(303)의 소자 및 권선(301)의 냉각에 효과적으로 작용하기 위해, 냉각제는, 예컨대 펌프(미도시)에 의해 인클로저(305)를 통해 펌핑될 수 있다. 냉각제는, 인클로저(305)의 냉각제 유입구(310) 및 배출구(312)를 통해, 고정자 조립체(300)에 그리고/또는 인클로저(305) 및/또는 하우징(500)에 커플링되는 냉각 회로를 통해 펌핑될 수 있다. 냉각 회로는 라디에이터(또한 미도시)와 같은 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각제가 (예컨대, 도 2에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이) 인클로저(305)를 통해 펌핑됨에 따라, 이는 전력 전자기기(303)의 소자를 냉각제에 배싱할 수 있으며, 그에 따라, 전력 전자기기(303)의 소자가 적어도 3개의 면 상에서, 바람직하게는 모든 면 상에서 냉각제와 동일한 열적 접촉을 이룬다.
따라서, 냉각제는, 냉각제가 인클로저(305)를 통해 유동함에 따라 전력 전자기기(303)의 소자 사이, 아래, 및 위로 유동할 수 있다. 따라서, 전력 전자기기(303)의 소자는 냉각제 유동 경로 경계를 정의할 수 있다. 유사하게, 냉각제는 권선(301)을 배싱할 수 있고 권선(301) 사이로 유동할 수 있으며, 권선(301)은 또한 냉각제 유동 경로 경계를 정의할 수 있다. 냉각제가 인클로저(305)를 통해 펌핑될 때, 냉각제는 회전 축(350)과 평행한 축 방향으로 이동할 수 있지만, 부가적으로 또는 대안적으로, 회전 축(350)을 중심으로 원주 방향으로 이동할 수 있다. 인클로저(305)는, 인클로저(305)를 통한 냉각제 유동 경로를 따라 특정 방향으로 냉각제의 유동을 지향시키기 위해 베인(vane) 또는 채널을 포함할 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 다른 양상은, 사용을 위해 전기 모터(100)를 준비하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 회전자(200) 및 고정자 조립체(300)를 포함하는 전기 모터(100)를 획득하는 단계를 포함하며, 고정자 조립체(300)는, 냉각제 유동 경로를 정의하는 인클로저(305)를 포함한다. 방법은, 고정자 조립체(300)의 전력 전자기기(303) 및 고정자 권선(301) 양자와 직접 접촉하도록 유전성 유체와 같은 냉각제로 인클로저(305)를 채우는 단계를 포함한다.
위에 언급된 바와 같이, 직접 냉각의 사용은, 전력 전자기기(303)의 소자가 모든 면 상에서 냉각되는 것을 허용한다. 예컨대, 전력 전자기기(303)의 소자는, 냉각제가 전력 전자기기(303)의 소자의 위 및 아래 둘 다에서 유동하고 전력 전자기기(303)의 소자를 배싱할 수 있도록, 인클로저(305)에 서스펜딩된 채로 지지될 수 있다. 일부 예에서, 냉각제는 전력 전자기기(303)의 소자 사이에서 유동할 수 있다. 냉각제는 또한, 전력 전자기기(303)와 권선(301) 사이의 전력 상호연결부를 냉각시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3의 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는, 인클로저(305) 내부에서 권선(301)에 인접하게 권선(301)에 커플링된다. 일부 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는 인버터의 소자를 포함하는데, 이는 예컨대, DC 링크 커패시터 및 신호 제어 임피던스, 예컨대, 전류 또는 전압 제어 임피던스, 이를테면 트랜지스터를 포함한다. 따라서, 고정자 조립체(300)는 집적된 인버터를 포함할 수 있으며, 인클로저(305) 내의 냉각제에 의해 인버터 및 권선(301)의 직접 냉각이 제공된다.
일부 예에서, 전력 전자기기(303)는 권선(301)에 직접 커플링될 수 있다. 예컨대, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 전력 전자기기(303)의 소자의 레그(350)(예컨대, 신호 제어 임피던스와 같은 반도체 칩의 레그)가 각각의 권선(301)에 직접 커플링된다. 이러한 방식으로 전력 전자기기(303)를 권선(301)에 직접 커플링시키는 것은 연결부의 수 및 손실을 최소화하며, 또한, 연결부(전력 상호연결부)가 인클로저(305) 내의 냉각제에 의해 직접 냉각되는 것을 허용한다.
일부 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는, 도 5에 도시된 바와 같이, 권선(301)의 반경방향으로 외부에 위치될 수 있다. 예컨대, 전력 전자기기(303)의 소자는, 고정자 몸체(307)의 반경방향으로 외부에, 그러나 인클로저(305)의 반경방향으로 내부에 위치될 수 있다. 사용 시, 냉각제는, 냉각제 유입구(도 5에 점선으로 도시됨)를 통해 인클로저(305) 내로, 전력 전자기기(303)의 소자 주위로, 고정자 몸체(307)를 통해 그리고 권선(301)과 접촉하게, 그리고 배출구(312)를 통해 밖으로 유동할 수 있다. 예컨대, 고정자 몸체(307)는, 자신을 통한 냉각제의 통과를 허용하는 애퍼쳐(aperture) 또는 통기구(vent)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 전력 전자기기(303)는 (원주방향으로 분포되는 것과 대조적으로) 단일 위치에 배치될 수 있고, 여전히 전력 전자기기(303) 및 그에 이어서 권선에 걸친 냉각제 유동이 이루어질 수 있다. 예컨대, 모터는, 모터의 일 측 상에, 전형적으로는 직사각형인, 전선이 들어가는 단자 박스를 포함할 수 있다. 전력 전자기기는 그러한 단자 박스에 제공될 수 있고, 인클로저는, 냉각제 유동을, 냉각제가 권선을 통해 유동하기 전 또는 후에 권선을 통해 그리고 그 단자 박스를 통해 채널링할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는 고정자 조립체(300)의 유효 길이 내에 있다. 그러나, 도 6에 도시된 바와 같은 일부 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는 유효 길이 밖에 있다. 예컨대, 인클로저(305)는, 유효 길이를 넘어 (회전 축(350)의) 축 방향으로 연장된다. 전력 전자기기(303)의 소자는, 유효 길이의 축방향으로 외부에서 인클로저(305) 내에 있을 수 있다. 예컨대, 전력 전자기기(303)의 소자는, 유효 길이의 외부, 예컨대, 고정자 몸체(307) 외부에서 권선(301)의 턴에 인접하게 있을 수 있고 그리고/또는 그에 내포(미도시)될 수 있다.
일부 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는 권선(301)의 반경방향으로 내부에 있을 수 있다. 예컨대, 전력 전자기기(303)가 유효 길이 밖에 있는 경우(즉, 유효 길이로부터 축방향으로 변위됨), 전력 전자기기(303)는 권선(301)의 반경방향으로 내부에 있을 수 있다. 예컨대, 전력 전자기기(303)는, 전력 전자기기(303)가 축(회전 축(350)) 방향으로 회전자의 단부에 오버행(overhang)하는 경우, 회전자(200)의 직경의 반경방향으로 내부에 있을 수 있다.
전력 전자기기(303)는, 전기 모터(100)를 구동하도록 동작 가능한 제어 로직 또는 제어기의 일부일 수 있다. 제어기의 부품은 인클로저(305) 외부에, 그러나 예컨대, 전기 모터(100)의 하우징(500)에 위치될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 전력 전자기기(303)의 다른 부품은, 인클로저(305) 외부에 그러나 하우징(500) 내부에 위치될 수 있다. 인클로저(305) 외부에 위치된 전력 전자기기(303)의 부품은, 도 6에 도시된 바와 같이, 인클로저(305) 내부의 전력 전자기기의 소자에 커플링될 수 있다. 제어기는, 권선(301)에 전류를 드라이빙하고 그에 의해 회전자(200)를 구동함으로써 전기 모터(100)를 구동하는 알고리즘을 사용하여 변환되는, 토크 요구와 같은 입력 신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 인클로저(305) 외부의 전력 전자기기(303)의 부품은 신호를 수신할 수 있고, 그에 의해, 인클로저 내부의 전력 전자기기(303)의 소자를 동작시켜 권선(301)에 전류를 드라이빙함으로써 회전자(200)를 구동할 수 있다.
일부 예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전자(200)는 또한, 냉각제가 권선(301), 전력 전자기기(305)의 소자, 및 회전자(200)와 직접 접촉할 수 있도록 인클로저(305) 내부에 있을 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 일부 예에서, 전기 모터(100)는 AC 전기 모터 또는 DC 전기 모터일 수 있다. 전기 모터(100)는, 예컨대 배터리로부터의 전력 전자기기(303)로의 DC 서플라이, 및 전력 전자기기(303)로부터 권선(301)으로의 AC 서플라이를 포함할 수 있다. 전력 전자기기(303)의 소자는 전력 전자기기(303)로의 DC 서플라이 및 권선(301)으로의 AC 서플라이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 전기 모터(100)는 AC 서플라이로부터 작동할 수 있으며, AC 서플라이는, DC로 정류된 후 다시 모터 권선(301)을 드라이빙하도록 변환된다. 이러한 경우, 전력 전자기기(303)의 소자가 냉각제에 의해 직접 냉각될 뿐만 아니라 AC-DC 전자기기가 또한 인클로저 내의 냉각제에 의해 직접 냉각될 수 있다. 일부 예에서, 전력 전자기기는, 일 타입의 AC로부터 다른 타입의 AC로 직접 변환하는 "매트릭스 변환기"를 제공할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 전력 전자기기(303)의 소자는 전력 전자기기(303)의 열 발생 소자일 수 있다. 전력 전자기기(303)의 소자는, 인덕터, 커패시터, DC 링크 커패시터, DC 버스 바, AC 버스 바, 및 전력 연결부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력 전자기기(303)의 소자는, 전력 반도체와 같은 반도체, 예컨대, 전압 또는 전류 제어 임피던스와 같은 신호 제어 임피던스, 예컨대, IGBT(insulated gate bipolar transistor), FET(field effect transistor), 이를테면, JFET(junction field effect transistor), IGFET(insulated gate field effect transistor), MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor), 및 임의의 다른 타입의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 신호 제어 임피던스는 스위치로서 동작될 수 있다.
전력 전자기기(303)의 소자는, 도 3에 도시된 바와 같이 권선(301)에 대한 자신의 연결에 의해 그리고/또는 기판, 이를테면, FR4, IMS 또는 DBC 기판, 또는 본 개시내용의 맥락에서 명백할 다른 기판에 의해, 인클로저(305)에 서스펜딩된 채로 지지될 수 있다. 전력 전자기기(303)의 소자는 또한 이러한 기판 중 하나를 갖거나 갖지 않을 수 있는 어떤 형태의 패키지일 수 있는데, 예컨대, 전력 전자기기(303)는, 수지(resin)/플라스틱으로 오버-몰딩(over-mould)될 수 있는 구리 탭 상에 장착된 반도체 칩을 포함할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 인클로저(305)에 서스펜딩된 전력 전자기기(303)의 소자는, 예컨대, 전력 전자기기(303)의 소자의 모든 면이 냉각제와 동일한 열적 접촉을 이루도록, 냉각제가 전력 전자기기(303)의 소자의 위 및 아래 둘 다에서 유동하는 것을 허용할 수 있다.
일부 예에서, 냉각제는 공기보다 더 높은 열 용량을 갖는다. 예컨대, 냉각제는, 유전성 유체, 이를테면, 변압기 오일 또는 탈이온수와 같은 액체, 또는 육불화황(SF6) 또는 공기와 같은 가스일 수 있다.
일부 예에서, 인클로저(305)는 채널에 의해 커플링되는 2개의 캐비티를 포함하며, 제1 캐비티는 적어도 부분적으로 고정자 조립체(300)에, 이를테면, 고정자 몸체(307)에 있고, 제2 캐비티는 고정자 조립체(300) 외부에서 제1 캐비티의 축방향으로 위치된다. 대안적으로, 제1 캐비티는 고정자 몸체(307)에 있을 수 있고, 제2 캐비티는 고정자 몸체(307) 외부에, 그러나 여전히 고정자 조립체(300) 내에 있을 수 있다. 권선(301)은 제1 캐비티에 있을 수 있고, 전력 전자기기(303)는 제2 캐비티에 있을 수 있다. 일부 예에서, 하우징(500)은 복수의 인클로저(305)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 전력 전자기기(303)는, 고정자 몸체(307) 및/또는 고정자 극(309)이 열 싱크로서 작용하도록 고정자 몸체(307) 또는 고정자 극(309)에 커플링(예컨대, 열적으로 커플링)될 수 있다. 예컨대, 전력 전자기기(303)의 소자는 고정자 조립체(300)에 내장될 수 있는데, 예컨대, 고정자 몸체(307)에 내장될 수 있다. 일부 예에서, 전력 전자기기(303)의 소자는 고정자 조립체(300)에 통합될 수 있는데, 예컨대, 고정자 몸체(307)에 통합될 수 있다. 일부 예에서, 별개의 열 싱크가 제공될 수 있고, 전력 전자기기(303)의 소자는 열 싱크에 커플링될 수 있다. 열 싱크는, 열을 냉각제로 소산시키도록 구성되는 핀(fin) 또는 돌출부(protrusion)를 포함할 수 있다. 핀 또는 돌출부는 인클로저(305) 내로 연장 또는 돌출될 수 있다. 전력 전자기기(303)의 소자는 이러한 핀 또는 돌출부를 포함할 수 있다. 전력 전자기기(303)의 다른 소자와 마찬가지로, 열 싱크의 핀 또는 돌출부는 권선(301)을 배싱하는 데 사용되는 것과 동일한 냉각제에 배싱될 수 있다. 핀 또는 돌출부는, 핀 또는 돌출부의 적어도 2개의 표면 또는 적어도 3개의 표면이 냉각제와 직접 접촉하고 그리고/또는 열 평형을 이루도록 배열될 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 다른 양상은 전기 모터 고정자 조립체(300)에 관한 것으로, 고정자 조립체(300)는, 전기 모터(100)의 회전자(200)를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선(301)을 포함한다. 고정자 조립체(300)는 권선(301)에 커플링되고 권선(301)에 전력을 공급하기 위한 전력 전자기기(303), 및 인클로저(305)를 포함한다. 전력 전자기기(303)는 인클로저(305) 내의 열 싱크에 커플링되며, 고정자 조립체(300)는, 인클로저(305) 내의 냉각제가 열 싱크 및 권선(301) 양자와 직접 접촉할 수 있도록 배열된다.
도면에 도시된 실시예는 단지 예시적이고, 본원에 설명되고 청구항에 기재된 바와 같이 일반화, 제거, 또는 대체될 수 있는 특징을 포함한다는 것이 위의 논의로부터 인식될 것이다. 일반적으로 도면을 참조하면, 개략적인 기능 블록도가 본원에 설명된 시스템 및 장치의 기능성을 나타내는 데 사용된다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 기능성이 이러한 방식으로 분할될 필요는 없으며, 아래에서 설명되고 청구된 것 이외의 임의의 특정 하드웨어 구조를 함의하도록 취해져서는 안 된다는 것이 인식될 것이다. 도면에 도시된 요소 중 하나 이상의 기능, 이를테면, 전력 전자기기(303)의 기능은 본 개시내용의 장치 전체에 걸쳐 분포되고 그리고/또는 추가로 세분화될 수 있다. 일부 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 요소의 기능, 이를테면, 전력 전자기기(303)의 기능은 단일 기능 유닛으로 통합될 수 있다.
위의 실시예는 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 추가적인 실시예가 고려된다. 임의의 일 실시예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 단독으로 또는 설명된 다른 특징과 조합되어 사용될 수 있고, 실시예 중의 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 조합되어 또는 실시예 중의 임의의 다른 실시예의 임의의 조합으로 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 위에 설명되지 않은 등가물 및 수정이 또한 이용될 수 있다.
실시예에서, 사용을 위해 전기 모터를 준비하기 위한 방법이 제공되며, 방법은, 회전자 및 고정자 조립체를 포함하는 전기 모터를 획득하는 단계 ― 고정자 조립체는, 냉각제 유동 경로를 정의하는 인클로저를 포함함 ―; 및 고정자 조립체의 전력 전자기기 및 고정자 권선 양자와 직접 접촉하도록 유전성 유체로 인클로저를 채우는 단계를 포함한다. 전기 모터 고정자 조립체는 본원에 설명 및/또는 청구된 고정자 조립체 중 임의의 고정자 조립체의 특징 중 임의의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
본원에 설명된 방법 및 장치는 또한 선형 전기 기계에 사용될 수 있다는 것이 본 개시내용의 맥락에서 인식될 것이다. 이를테면, 선형 모터에 사용될 수 있다. 또한, 그러한 기계에서, 고정자 및 회전자는 토크(회전)를 생성하는 대신 그들이 자신의 길이를 따라 선형 힘을 생성하도록 "언롤링(unroll)" 된다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 선형 모터가 반드시 직선을 이룰 필요는 없다. 특징적으로, 선형 모터의 액티브 섹션(active section)은 종단을 갖는 반면, 더 일반적인 모터는 연속적인 루프로서 배열된다. 선형 모터의 예는, 로렌츠 힘을 사용하여 (모터가 회전자를 회전시킴에 따라) 액추에이터 및 가속기를 이동시키는 선형 구동기를 포함한다. 일 양상에서, 고정자 조립체가 제공되며, 고정자 조립체는, 기계의 액추에이터를 구동하기 위한 복수의 고정자 권선; 권선에 전력을 공급하기 위해 권선에 커플링되는 전력 전자기기; 및 인클로저를 포함하고, 전력 전자기기의 소자 및 권선은 인클로저에 하우징되고, 인클로저는, 전력 전자기기의 소자 및 권선 양자에 걸쳐 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열된다. 이러한 고정자 조립체 및 그의 다른 컴포넌트의 인클로저는 본원에 설명 및/또는 청구된 고정자 조립체 중 임의의 고정자 조립체의 방식으로 배열될 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 메모리 소자는 본원에 설명된 동작을 구현하는 데 사용되는 데이터 및/또는 프로그램 명령을 저장할 수 있다. 본 개시내용의 실시예는, 본원에 설명 및/또는 청구된 방법 중 임의의 하나 이상의 방법을 수행하고 그리고/또는 본원에 설명 및/또는 청구된 바와 같은 데이터 프로세싱 장치를 제공하게 프로세서를 프로그래밍하도록 동작 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 유형의(tangible) 비-일시적 저장 매체를 제공한다.

Claims (44)

  1. 고정자(stator) 조립체로서,
    고정자 권선(winding), 및 상기 권선에 전력을 공급하기 위해 상기 권선에 커플링되는 전력 전자기기를 포함하며,
    상기 고정자 조립체는, 상기 고정자 조립체가 인클로저(enclosure) 내에 배치될 때, 냉각제의 유동이 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선 양자에 걸쳐 채널링(channel)되도록 배열되는, 고정자 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자 조립체는 전기 모터 고정자 조립체이고,
    상기 고정자 권선은 모터의 회전자(rotor)를 구동하기 위한 것이고,
    상기 고정자 조립체는 인클로저를 포함하고,
    상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선은 상기 인클로저에 하우징되고,
    상기 인클로저는, 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선 양자에 걸쳐 상기 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열되는, 고정자 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인클로저는, 상기 인클로저 내부에서의 상기 냉각제의 유동이 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선 양자와 직접 접촉하도록 배열되는, 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 인클로저는, 상기 냉각제의 유동이 상기 전력 전자기기의 소자 중 적어도 일부의 사이를 지나도록 배열되는, 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는, 상기 전력 전자기기의 소자가, 상기 인클로저 내의 상기 냉각제의 유동에 배싱(bath)되고 적어도 부분적으로 침지(immerse)되도록 배열되는, 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 조립체는, 상기 전력 전자기기의 소자가, 상기 인클로저에서, 적어도 3개의 면 상에서 상기 냉각제와 동일한 열적 접촉을 갖도록 배열되는, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기의 소자 중 적어도 일부는, 상기 냉각제가 상기 전력 전자기기의 소자의 위 및 아래 둘 다에서 유동할 수 있도록, 상기 인클로저에 서스펜딩된(suspend) 채로 지지되는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기의 소자는, 상기 고정자 조립체 내의 유동 경로의 경계를 적어도 부분적으로 정의하는, 장치.
  9. 제2항에 종속되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 회전자의 반경방향으로 외부에 있고 상기 회전자를 적어도 부분적으로 둘러싸는, 장치.
  10. 제2항에 종속되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 회전 축을 갖고, 상기 인클로저는, 상기 회전 축을 가로지르는 방향으로 상기 회전자의 반경방향으로 외부에 있는, 장치.
  11. 제2항에 종속되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 회전 축을 갖고, 상기 인클로저는 상기 회전자를 넘어 축방향으로 연장되는, 장치.
  12. 제2항에 종속되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 회전 축을 갖고, 상기 인클로저는 채널에 의해 커플링되는 2개의 캐비티(cavity)를 포함하며,
    제1 캐비티는 적어도 부분적으로 상기 고정자 조립체에 있고, 제2 캐비티는 상기 제1 캐비티의 축방향으로 위치되는, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 권선은 상기 제1 캐비티에 있고, 상기 전력 전자기기는 상기 제2 캐비티에 있는, 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기의 소자는 상기 인클로저에서 상기 권선과 인터리브(interleave)되는, 장치.
  15. 제2항, 제3항 내지 제11항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기의 소자는 상기 고정자 조립체에 내장(embed)되는, 장치.
  16. 제2항 내지 제11항 및 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 회전 축을 갖고, 상기 권선은 제1 깊이로부터 제2 깊이까지 상기 회전 축에서 연장되고,
    상기 전력 전자기기의 소자는 상기 제1 깊이와 상기 제2 깊이 사이에 위치되는, 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 인클로저는, 상기 제1 깊이와 상기 제2 깊이 사이에서의 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선 양자에 걸친 상기 냉각제의 유동을 허용하도록 배열되는, 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 고정자 조립체는 유효 길이(active length)를 포함하며,
    상기 유효 길이는, 상기 권선이 상기 회전 축에서 연장되는 길이보다 짧고, 상기 전력 전자기기의 소자는 상기 유효 길이 밖에 있는, 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기의 소자는 상기 전력 전자기기의 열 발생 소자인, 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기는, AC-AC 변환기(converter), DC-AC 인버터, DC-DC 변환기, 및 AC-DC 변환기 중 적어도 하나를 제공하도록 동작 가능한, 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전기 모터는, 상기 전력 전자기기로의 DC 서플라이(supply) 및 상기 전력 전자기기로부터 권선으로의 AC 서플라이를 포함하며,
    상기 전력 전자기기의 소자는, 상기 전력 전자기기로의 DC 서플라이, 상기 권선으로의 AC 서플라이, DC 버스의 적어도 일부 및/또는 AC 버스의 적어도 일부 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  22. 제12항, 제13항, 제16항 내지 제20항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선은 상기 제1 반경방향 거리로부터 상기 제2 반경방향 거리까지 상기 회전 축으로부터 연장되거나, 또는
    제3항 내지 제11항 및 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 모터는 회전 축을 갖고, 상기 권선은 상기 제1 반경방향 거리로부터 상기 제2 반경방향 거리까지 상기 회전 축으로부터 연장되고, 그리고
    상기 전력 전자기기의 소자는 상기 제1 반경방향 거리 및 상기 제2 반경방향 거리 내에 위치되는, 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 인클로저는, 상기 제1 반경방향 거리와 상기 제2 반경방향 거리 사이에서의 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선 양자에 걸친 상기 냉각제의 유동을 허용하도록 구성되는, 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자 및 상기 고정자 조립체는 하우징에 제공되며,
    상기 인클로저는 상기 하우징 내부에 있는, 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    냉각제 유입구 및 냉각제 배출구를 포함하며,
    상기 냉각제 유입구 및 상기 냉각제 배출구는, 상기 냉각제 유입구를 통해 상기 하우징 외부로부터 상기 인클로저로, 상기 권선, 및 상기 인클로저 내부에서 상기 권선에 커플링된 상기 전력 전자기기 양자에 걸쳐, 그리고 상기 냉각제 배출구를 통해 상기 인클로저로부터 다시 상기 하우징 외부로의 상기 냉각제의 유동을 허용하도록 구성되는, 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기의 소자는, 인덕터, 커패시터, DC 링크 커패시터, DC 버스 바(bus bar), AC 버스 바, 전압 제어 임피던스, 전력 연결부, 및 상기 인클로저 내로 돌출되어 상기 고정자 조립체에 내장되는 라디에이터(radiator) 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각제는 공기보다 더 높은 열 용량을 갖는, 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 냉각제는 유전성 액체인, 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 조립체는 각각의 권선을 드라이빙(drive)하기 위한 전력 전자기기의 각각의 세트를 포함하며,
    상기 세트들은 상기 고정자 권선 사이에 인터리브되고, 각각의 세트는 적어도 하나의 인버터 레그(leg)를 포함하는, 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    복수의 인클로저를 포함하며,
    상기 전력 전자기기의 각각의 세트는, 적어도 하나의 고정자 권선을 갖는, 상기 복수의 인클로저의 개개의 인클로저에 하우징되고, 상기 고정자 권선은 상기 전력 전자기기의 각각의 세트에 의해 구동되는 고정자 권선인, 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 상기 권선의 위상마다 상기 전력 전자기기의 각각의 세트를 포함하는, 장치.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 조립체는, 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선에 걸친 상기 냉각제의 유동을 원주 방향으로 지향시키도록 배열되는, 장치.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기 및 복수의 권선 중 적어도 하나는 상기 고정자 조립체의 원주 둘레에 적어도 부분적으로 분포되는, 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력 전자기기의 복수의 세트를 포함하며,
    상기 전력 전자기기의 복수의 세트는 상기 고정자 조립체의 원주 둘레에 적어도 부분적으로 분포되는, 장치.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기는 상기 고정자 조립체에 내장되고,
    상기 고정자 조립체는, 상기 전력 전자기기 및 상기 권선 양자에 걸친 직접적인 상기 냉각제의 유동을 허용하도록 배열되는 냉각제 유동 경로를 포함하는, 고정자 조립체.
  36. 전기 모터를 조립하거나 사용을 위해 전기 모터를 준비하는 방법으로서,
    고정자 권선, 전력 전자기기, 및 상기 고정자 권선과 상기 전력 전자기기를 냉각시키기 위한 냉각제 유동 경로를 포함하는 고정자 조립체를 제공하는 단계 ― 상기 고정자 권선, 상기 전력 전자기기, 및 상기 냉각제 유동 경로는 상기 고정자 조립체에 통합됨 ―; 및
    상기 냉각제 유동 경로 내에 유전성 액체를 제공하여 상기 전력 전자기기의 소자와 상기 고정자 권선 사이의 공간으로부터 공기를 배출시킴으로써 상기 전력 전자기기의 소자와 상기 고정자 조립체 양자를 상기 유전성 액체에 직접 배싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    회전자를 상기 고정자 조립체에 조립하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제36항 또는 제37항에 있어서,
    적어도 상기 고정자 권선 및 상기 전력 전자기기를 액체 기밀(tight) 인클로저에 인클로징(enclose)하는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 고정자 조립체를 모터 하우징에 고정시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제36항에 있어서,
    전기 모터 고정자 조립체는 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 고정자 조립체의 특징을 포함하는, 방법.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 고정자 조립체는 선형 전기 기계를 위한 고정자 조립체이고,
    상기 고정자 권선은 상기 기계의 액추에이터(actuator)를 구동하기 위한 것이고,
    상기 고정자 조립체는 인클로저를 포함하고,
    상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선은 상기 인클로저에 하우징되고,
    상기 인클로저는, 상기 전력 전자기기의 소자 및 상기 권선 양자에 걸쳐 상기 냉각제의 유동을 채널링하도록 배열되는, 고정자 조립체.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 선형 전기 기계는 선형 유도 모터를 포함하는, 고정자 조립체.
  43. 장치로서,
    도면을 참조하여 실질적으로 본원에 설명된 바와 같은, 장치.
  44. 사용을 위해 전기 모터를 준비하는 방법으로서,
    도면을 참조하여 실질적으로 본원에 설명된 바와 같은, 방법.
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