KR20230131775A - 차량용 전기 기계 - Google Patents

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KR20230131775A
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다피트 바우어
요제프 두브스키
토비아스 엥겔하르트
Original Assignee
독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 고정자 몸체(102)를 포함하는 고정자(101)를 구비한 차량용 전기 기계(100)에 관한 것으로, 이 고정자 몸체(102)는 서로 교대되는 고정자 톱니(stator teeth)(112) 및 고정자 슬롯(stator slot)(114)을 포함하고, 고정자 슬롯은 도체 요소(116)를 가지며, 고정자 몸체(102)에서 고정자 슬롯(114)의 반경 방향 외부에 반경 방향으로 연장되는 요크 높이(120)를 갖는 요크 섹션(118)이 형성되고, 고정자 몸체(102)는 고정자 외부 반경(122)을 가지며, 이 고정자 외부 반경(122)에 대한 요크 높이(120)의 비(v1)는 0.18 내지 0.26이다.

Description

차량용 전기 기계 {ELECTRICAL MACHINE FOR A VEHICLE}
본 발명은 차량용 전기 기계에 관한 것이다.
US 9,755,463 B2호는, 전자기 요소를 갖는 제1 캐리어 및 전자기 요소를 갖는 제2 캐리어를 구비한 전기 기계를 개시하며, 여기서 제2 캐리어는 제1 캐리어에 대해 상대 운동을 할 수 있다. 이 전기 기계는 전류 밀도는 높지만 구조가 복잡하다.
DE 10 2018 112 347 A1호는 고정자 및 고정자 적층 코어(stator laminated core)를 갖는 전기 기계를 개시하며, 고정자 적층 코어 내에 도체 요소가 배치되고, 이들 도체 요소는 냉각제 채널에 의해 냉각된다. 이는 높은 전류 밀도에 유리하지만, 이 경우에도 최적화의 여지가 있다.
그에 비해 개선된 전기 기계를 제공하는 것이 본 발명의 과제이다. 구조적으로 간단한 수단에 의해 비교적 높은 전류 밀도 및 증대된 효율을 갖는 전기 기계를 제공하는 것이 바람직하다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따른 전기 기계에 의해 해결된다.
전기 기계는 차량용이다. 전기 기계는 고정자 몸체(stator body)(고정자 적층 코어)를 포함하는 고정자를 가지며, 고정자 몸체는 (원주 방향을 따라) 고정자 톱니와 고정자 슬롯을 교대로 가지며, 고정자 슬롯 내에 각각 하나 이상의 도체 요소가 배치된다. 고정자 몸체에는, 고정자 슬롯과 고정자 톱니의 반경 방향 외부에 반경 방향으로 연장되는 요크 높이를 갖는 요크 섹션이 형성된다. 고정자 몸체는 고정자 외부 반경을 갖는다. 고정자 외부 반경에 대한 요크 높이의 비(v1)는 0.18 내지 0.26(0.18 ≤ 비(v1) ≤ 0.26)이다.
비교적 큰 요크 높이는 전기 기계의 높은 효율에 유리하며, 그 높은 효율은 고정자 내 높아진 판금 비율 및 그에 따라 비교적 높은 전류 밀도에 의해 달성된다. 이로써 철 손실이 감소하여 전기 기계의 효율이 증대된다.
특히, 고정자 외부 반경에 대한 요크 높이의 비(v1)는 0.20 내지 0.24(0.20 ≤ 비(v1) ≤ 0.24)이고, 더 바람직하게는 0.21 내지 0.23(0.21 ≤ 비(v1) ≤ 0.23)이다. 특정 예에서, 고정자 외부 반경에 대한 요크 높이의 비(v1)는 0.22일 수 있다(비(v1) = 0.22). 이들 비로 고정자 몸체를 설계함으로써 기계의 효율이 더 최적화될 수 있다.
전기 기계는 특히 차량용 트랙션 모터이다. 전기 기계는 차량을 바람직하게는 단독으로 구동할 수 있게(트랙션 구동) 구성되고 그리고/또는 의도된다. 차량은 특히 부분 전기 구동식 또는 완전 전기 구동식 자동차(전기차), 특히 스포츠카와 같은 승용차이다. 도체 요소는 특히 고정자 권선이다.
요크 섹션은 원주 방향을 따라 폐쇄된, 고정자 몸체의 링 섹션을 형성한다. 고정자 몸체는 축 방향을 따라 연장된다. 고정자 톱니와 고정자 슬롯도 마찬가지로 축 방향을 따라 또는 축 방향에 평행하게 연장된다.
바람직하게는, 고정자 몸체는 고정자 내부 반경을 가질 수 있고, 여기서 고정자 외부 반경에 대한 고정자 내부 반경의 비(v2)는 0.61 내지 0.69(0.61 ≤ 비(v2) ≤ 0.69)이다. 따라서, 비교적 작은 내부 고정자 반경이 도출된다. 이를 통해 고정자 내 판금 비율이 증가하여 효율이 상승한다. 내부 고정자 반경이 작기 때문에 회전자 외부 반경이 작게 유지될 수 있으며, 이로 인해 마찰 손실이 줄어들어 효율이 상승한다. 고정자 외부 반경도 마찬가지로 비교적 작게 유지될 수 있다.
특히, 고정자 외부 반경에 대한 고정자 내부 반경의 비(v2)는 0.63 내지 0.67(0.63 ≤ 비(v2) ≤ 0.67)이고, 더 바람직하게는 0.64 내지 0.66(0.64 ≤ 비(v2) ≤ 0.66)이다. 특정 예에서, 고정자 외부 반경에 대한 고정자 내부 반경의 비(v2)는 0.65{비(v2) = 0.65}일 수 있다. 이러한 비를 갖는 고정자 몸체의 구성에 의해 효율이 더 최적화될 수 있다.
바람직하게는 고정자 외부 반경이 105mm 내지 142.5mm(밀리미터)일 수 있다. 이는 비교적 적은 마찰 손실 및 증대된 효율에 기여한다. 특히, 고정자 외부 반경은 115mm 내지 132.5mm, 더 바람직하게는 120mm 내지 127.5mm일 수 있다. 한 특정 예에서, 고정자 외부 반경은 122.5mm일 수 있다.
바람직하게는, 고정자 몸체에 극(pole) 당 및 스트랜드(strand)(하나의 고정자 권선) 당 2개의 고정자 슬롯 또는 3개의 고정자 슬롯이 제공될 수 있다. 복수의 도체 요소가 하나의 또는 상기 스트랜드(하나의 고정자 권선)를 형성할 수 있다. 달리 말하면, 구멍 수(극 및 스트랜드 당 고정자 슬롯 수)는 q = 2 또는 q = 3이다. 이로써 효율 이점 및 컴팩트한 장착 공간이 얻어진다.
바람직하게는, 특히 극 당 및 스트랜드 당 2개의 고정자 슬롯이 있는 경우 고정자 슬롯 폭에 대한 고정자 톱니 폭의 비(v3)는 0.50 내지 0.75(0.50 ≤ 비(v3) ≤ 0.75)일 수 있다. 특히, 극 당 및 스트랜드 당 2개의 고정자 슬롯이 있는 경우 비(v3)는 0.55 내지 0.70(0.55 ≤ 비(v3) ≤ 0.70)일 수 있고, 더 바람직하게는 0.60 내지 0.65(0.60 ≤ 비(v3) ≤ 0.65)이다.
대안적으로, 특히 극 당 및 스트랜드 당 3개의 고정자 슬롯이 있는 경우 고정자 슬롯 폭에 대한 고정자 톱니 폭의 비(v3)는 1.05 내지 1.50(1.05 ≤ 비(v3) ≤ 1.50)일 수 있다. 특히, 극 당 및 스트랜드 당 3개의 고정자 슬롯이 있는 경우 비(v3)는 1.15 내지 1.40(1.15 ≤ 비(v3) ≤ 1.40)일 수 있고, 더 바람직하게는 1.20 내지 1.35(1.20 ≤ 비(v3) ≤ 1.35)이고, 더 바람직하게는 1.25 내지 1.30(1.25 ≤ 비(v3) ≤ 1.30)일 수 있다. 특정 예에서, 비(v3)는 1.27일 수 있다. 명시된 비(v3)로, 큰 고정자 톱니 폭이 달성될 수 있는 반면 고정자 슬롯 폭은 비교적 작다. 따라서 철 손실을 줄이는 증대된 판금 비율이 달성될 수 있다. 이는 높은 전류 밀도를 수반한다.
전기 기계는, 예를 들어 비(v3)의 조정을 통해, 최대 전류로 40A/mm2(암페어/밀리미터 제곱)보다 큰, 바람직하게는 45A/mm2보다 큰, 더 바람직하게는 45 내지 60A/mm2, 특히 50 내지 60A/mm2 의 최대 전류 밀도를 얻도록 구성될 수 있다.
바람직하게 전기 기계는 p = 3의 극 쌍 수(p)를 가질 수 있다(3개의 극 쌍, 즉, 총 6개의 극). 따라서, 비교적 컴팩트한 설치 공간에서 충분히 많은 수의 극 쌍을 얻을 수 있다. p = 3의 극 쌍 수의 비교적 낮은 주파수는 특히 위에 명시된 기하학적 비와 관련하여 효율 이점을 제공한다.
바람직하게는, 고정자 톱니의 반경 방향 내측 단부에 고정자 톱니에 대해 (또는 톱니 헤드 외부의 고정자 톱니 단면에 대해) 각각 확대된 단면을 갖는 각각 하나의 톱니 헤드가 형성될 수 있다. 이는 일반적으로 더 높은 효율 및 높은 전류 밀도에 유리하다. 톱니 헤드들은 정의된 톱니 헤드 높이를 따라 각각 반경 방향으로 연장될 수 있다.
바람직하게는, 반경 방향 내측으로 고정자 몸체에 인접하여 캔(can)이 배치될 수 있고, 상기 캔은 반경 방향으로 볼 때 또는 반경 방향 내측을 향해 고정자 슬롯을 덮을 수 있다. 그 결과, 회전자 공간에 대한 고정자 공간의 밀봉이 수행될 수 있다. 고정자 슬롯은 반경 방향 내측으로 개방되도록 형성될 수 있고 캔으로 덮일 수 있다. 캔은 예를 들어 고정자 톱니 또는 톱니 헤드에 접할 수 있다. 캔은 예를 들어, 바람직하게는 섬유 강화 플라스틱 튜브로 제조된다. 캔은 고정자 몸체에 부착되는 탄성 및/또는 가요성 재료로도 제조될 수 있다. 예를 들어, 캔은 고정자의 반경 방향 내측 라이너(liner)로서 구성될 수 있다.
전기 기계는 고정자와 전자기적으로 상호작용하는, 특히 건식으로 작동하는 회전자를 포함한다. 이 회전자는 반경 방향으로 배향된 에어 갭 높이(에어 갭)만큼 고정자 내부 반경보다 작은 회전자 외부 반경을 갖는다. 에어 갭 내에 캔도 배치될 수 있다. 고정자의 반경 방향 내부에서 전자기적으로 구동 가능한 회전자와 캔 사이에 특히 틈새 끼워맞춤(clearance fit)이 형성될 수 있다.
캔은 고정자에 대해 회전자를 밀봉할 수 있고, 그럼으로써 회전자가 고정자에 존재할 수 있는 냉각 매체에 젖지 않을 수 있다. 냉각 매체와의 유체 마찰은 특히 건식으로 작동하는 회전자에 의해 회피될 수 있다. 캔과 회전자 사이에 에어 갭이 형성될 수 있음으로써, 고정자에 대해 상대 회전이 가능한 회전자가 캔과 마찰하지 않는다. 회전자는 특히 자동차의 구동 트레인에 연결될 수 있으며, 그럼으로써 자동차는 전기 기계의 도움으로 순수 전기로 구동될 수 있다.
바람직하게 고정자 몸체는, 복수의 고정자 판금 디스크가 축 방향을 따라 서로 연이어 배치되어 있는 적층 코어로 형성될 수 있고, 상기 고정자 판금 디스크는 각각 0.25mm 이하의 판금 두께를 갖는다. 이는 높은 출력으로 전기 기계를 효율적으로 작동하는 데 기여한다. 특히, 고정자 판금 디스크는 0.10mm 내지 0.25mm의 판금 두께를 가질 수 있다.
구체적으로, 고정자 몸체는, 특히 펀칭에 의해 금속 판금으로 제조된 복수의 고정자 판금 디스크가 축 방향으로 연이어 배치되고, 바람직하게는 유밀 방식으로 서로 압착된 적층 코어로 제조될 수 있다. 특히 고정자 몸체는 펀치 패키징( punch-packaging)으로 저렴하게 제조될 수 있다.
바람직하게는, 전기 기계는 냉각 장치를 포함할 수 있고, 이 냉각 장치는, 각각 입구(냉각 채널 입구)로부터 축 방향으로 또는 축 방향을 따라 고정자 몸체를 통해 출구(냉각 채널 출구)까지 연장되는 복수의 냉각 채널을 포함하며, 이들 냉각 채널은 각각 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체로 채워지거나 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체를 안내한다. 이를 통해, 전기 기계의 작동 시 고정자에서 발생하는 열이 확실하게 소산될 수 있다.
전기 기계는 제1 서브 하우징 및 제2 서브 하우징을 포함할 수 있는 하우징을 선택적으로 포함할 수 있다.
제1 서브 하우징은 고정자의 제1 축 방향 단부에 배치될 수 있고, 캔 및 고정자의 단부면과 함께 제1 단부 체적부를 정의할 수 있으며, 이 단부 체적부는 예를 들어 환형 공간으로 형성될 수 있다. 제1 단부 체적부는 고정자의 냉각 채널(냉각 채널 유입구)과 유동 연결되고, 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체로 채워진다. 제1 단부 체적부에는 도체 요소에 형성될 수 있는 권선 헤드가 배치될 수 있다. 이와 무관하게, 제1 서브 하우징에는 냉각 매체를 공급하기 위한 입구가 형성될 수 있다.
제2 서브 하우징은 제2 단부, 특히 고정자의 다른 축 방향 단부에 배치될 수 있고, 캔 및 고정자의 단부면과 함께 예를 들어 환형 공간으로 형성될 수 있는 제2 단부 체적부를 정의할 수 있다. 제2 단부 체적부는 고정자의 냉각 채널(냉각 채널 출구)에 유동 연결되고, 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체로 채워진다. 제2 단부 체적부 내에는 도체 요소에 형성될 수 있는 권선 헤드가 배치될 수 있다. 이와 무관하게, 제2 서브 하우징에는 냉각 매체의 소산을 위한 출구가 형성될 수 있다.
제2 서브 하우징에 형성된 출구는 제1 서브 하우징에 형성된 입구에 유동 연결될 수 있다. 이 유동 연결부에, 냉각 매체를 이송하기 위한 유체 펌프, 냉각 매체를 냉각하기 위한 하나 이상의 열 교환기 및/또는 냉각 매체 저장부가 통합될 수 있다.
고정자 몸체에 제공된 냉각 채널은 고정자 슬롯과 별도로 형성될 수 있다. 따라서 냉각 채널의 냉각 매체가 "자유롭게 유동"할 수 있고, 도체 요소(유동 방해 요소)를 통과하거나 그 주위로 흐를 필요가 없기 때문에, 유동 저항이 작게 유지될 수 있다. 냉각 채널은 축 방향으로 또는 축 방향을 따라 고정자 몸체를 통해 연장될 수 있다. 냉각 채널의 중심 세로축은 각각 고정자 슬롯의 중심 세로축에 평행하게 배치될 수 있다.
그 대안으로, 냉각 채널은 각각 고정자 슬롯 중의 하나에 배치될 수 있고, 그럼으로써 도체 요소는 고정자 몸체의 전체 축 방향 길이에 걸쳐 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체로 냉각될 수 있고, 특히 (도체 요소(들)의) "외부에서" 주위에 냉각 매체가 흐를 수 있다. 달리 말하면, 냉각 채널은 각각 고정자 슬롯과 일치한다(고정자 슬롯은 동시에 냉각 채널이기도 함). 이를 통해, 고정자 슬롯 내에 배치되고 각각 절연층이 구비된 도체 요소가 냉각 매체에 의해 직접 냉각될 수 있다(냉각 매체 또는 유전체와 도체 요소의 직접 접촉). 따라서 비교적 높은 전류 밀도에서도 충분한 냉각이 가능하다. 냉각 매체의 유동 방향은 특히 도체 요소의 중심 세로축을 따라 또는 그에 평행하게 배향된다.
따라서, 도체 요소 주위로의 냉각 매체, 특히, 오일의 유동은 각각 고정자 슬롯 내부에서, 그리고 제1 서브 하우징(제1 단부 체적부) 및/또는 제2 서브 하우징(제2 단부 체적부)이 존재한다면 권선 헤드(들)(도체 요소 중에서 고정자 몸체로부터 축 방향으로 돌출하는 섹션)에서도 수행된다.
바람직하게 유전체는 15℃에서 0.75kg/l의 최대 밀도 및/또는 40℃에서 6mm2/s의 최대 점도 및/또는 80℃에서 2.3kJ/(kg*K)의 최소 열 용량 및/또는 80℃에서 0.12W/(m/K)의 최소 열전도율 및/또는 25℃에서 1000nS/m의 최대 전기 전도율을 가질 수 있다. 이로써 유리한 냉각 특성을 얻을 수 있다.
바람직하게, 전기 기계는 영구 여자형 동기 기계 또는 외부 여자형 동기 기계로서 구성될 수 있다.
그 외 바람직한 구성들은 하기의 설명 및 도면을 참조한다.
도 1은 전기 기계의 개략적 종단면도이다.
도 2는 도 1에 표시된 단면 축(A-A)을 따른 도 1의 전기 기계의 부분 단면도(세그먼트)이다.
도 1에는 전기 기계(100)의 종단면이 개략적으로 도시되어 있다.
전기 기계(100)는 고정자 몸체(102)를 구비한 고정자(101) 및 영구 자석(104')을 구비한 회전자(104)를 포함한다. 축 방향은 참조 번호 "105"를 갖는다. 고정자 몸체(102)는 회전자(104)를 반경 방향 외측에서 둘러싸고, 고정자 몸체(102)와 회전자(104)는 에어 갭(106)에 의해 서로 분리된다. 에어 갭(106) 내에 캔(107)이 배치되고, 이 캔은 회전자(104)가 배치된 공간(회전자 공간)과 고정자(101)가 배치된 공간(고정자 공간)을 서로 분리한다. 본 예시에서, 회전자(104) 내에는 복수의 자석(108)이 배치되어 있으며, 이들 자석에는 선택적으로 에어 포켓(110)이 구비되어 있다(도 2 참조).
고정자 몸체(102)(이의 구조는 아래에서 더 상세히 설명됨)는 원주 방향을 따라 고정자 톱니(112)와 고정자 슬롯(114)을 교대로 가지며, 고정자 슬롯 내에는 도체 요소(116)가 배치된다(도 2 참조). 도체 요소(116) 각각은 고정자 몸체(102)로부터 축 방향으로 돌출하는 섹션을 가지며, 이 섹션은 권선 헤드(117)를 형성한다(도 1 참조).
전기 기계(100)는 복수의 냉각 채널(115)을 갖는 냉각 장치를 포함하며, 상기 냉각 채널들은 각각 입구(119)로부터 고정자 몸체(102)를 통해 출구(121)까지 연장된다. 냉각 채널(115)은 각각 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체(131)로 채워진다(도 2 참조). 본 예시에서, 냉각 채널(115)은 각각 고정자 슬롯(114)과 일치한다. 따라서 냉각 매체 또는 유전체는 도체 요소(116)를 따라 직접 안내되며, 본 예시에서는 상기 도체 요소 "외부에서" 그 주위를 흐른다. 유전체(131)는 위에서 설명된 특성을 가질 수 있다.
전기 기계(100)는 하우징(123)을 포함하고, 이 하우징은 제1 서브 하우징(123') 및 제2 서브 하우징(123")을 포함한다(도 1 참조). 제1 서브 하우징(123')은 고정자 몸체(102)의 제1 축 방향 단부에 배치되고, 캔(107) 및 고정자 몸체(102)의 단부면(103')과 함께, 본 예시에서 환형 공간으로서 형성된 제1 단부 체적부(125')를 정의한다. 제1 단부 체적부(125')는 고정자 몸체(102)의 냉각 채널(115)(냉각 채널 입구)과 유동 연결되고, 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체(131)로 채워진다. 제1 단부 체적부(125') 내에는, 도체 요소(116)에 형성된 권선 헤드(117)가 배치된다. 제1 서브 하우징(123')에는 냉각 매체를 공급하기 위한 입구(127)가 형성되어 있다.
제2 서브 하우징(123")은 고정자 몸체(102)의 다른 축 방향 단부에 배치되고, 캔(107) 및 고정자 몸체(102)의 단부면(103")과 함께, 본 예시에서 환형 공간으로 형성된 제2 단부 체적부(125")를 정의한다. 제2 단부 체적부(125")는 고정자 몸체(102)의 냉각 채널(115)(냉각 채널 출구)에 유동 연결되고, 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체(131)로 채워진다. 제2 단부 체적부(125")에는 전도체 요소(116)에 형성된 권선 헤드(117)가 배치된다. 제2 서브 하우징(123")에는 냉각 매체를 소산시키기 위한 출구(129)가 형성된다. 이 출구(129)는 위에 설명한 바와 같이 입구(127)에 유동 연결될 수 있다.
도 2에는, 도 1의 단면 축(A-A)을 따라 잘라낸 전기 기계(100)의 세그먼트(S) 또는 부분 단면(횡단면)이 개략적으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 고정자 몸체(102)는 원주 방향을 따라 고정자 톱니(112) 및 고정자 슬롯(114)을 교대로 가지며, 고정자 슬롯에는 도체 요소(116)가 배치된다. 고정자 몸체(102)에는, 고정자 슬롯(114)과 고정자 톱니(112)의 반경 방향 외부에, 반경 방향으로 연장되는 요크 높이(120)를 갖는 요크 섹션(118)이 형성되고, 고정자 몸체(102)는 고정자 외부 반경(122)을 갖는다. 본 예시에서, 고정자 외부 반경(122)에 대한 요크 높이(120)의 비(v1)는 0.18 내지 0.26(0.18 ≤ v1 ≤ 0.26 )이다.
고정자 몸체(102)는 고정자 내부 반경(124)을 갖는다. 본 예시에서 고정자 외부 반경(122)에 대한 고정자 내부 반경(124)의 비(v2)는 0.61 내지 0.69(0.61 ≤ v2 ≤ 0.69)이다. 본 예시에서 고정자 외부 반경(122)은 105mm 내지 142.5mm이다.
본 예시에서 전기 기계(100)는 p = 3의 극 쌍 수(p)를 갖는다(총 6개의 극). 본 예시에서, 고정자 몸체(102)에 극 당 및 하나의 스트랜드 또는 하나의 도체 권선을 형성하는 도체 요소(116)당 본 예시에서는 3개의 고정자 슬롯(114)이 제공된다{도 2에는 이에 상응하게 하나의 스트랜드에 동일하게 형성된 3개의 고정자 슬롯(114)이 제공되어 있음}. 달리 말하면, 구멍 수(극 및 스트랜드 당 고정자 슬롯(114)의 수) q = 3이다.
고정자 톱니(112)는 각각 하나의 고정자 톱니 폭(126)을 갖는다. 고정자 슬롯(114)은 각각 하나의 고정자 슬롯 폭(128)을 갖는다. 본 예에서, 고정자 슬롯 폭(128)에 대한 고정자 톱니 폭(126)의 비(v3)는 1.05 내지 1.50(1.05 ≤ v3 ≤ 1.50 )이다.
고정자 톱니(112)의 반경 방향 내측 단부에는, 고정자 톱니(112)에 대해 각각 확대된 단면을 갖는 각각 하나의 톱니 헤드(130)가 형성된다. 톱니 헤드(130) 각각은 정의된 톱니 헤드 높이(132)를 따라 연장된다.
회전자(104)는 회전자 외부 반경(134)을 가지며, 회전자 외부 반경(134)은 에어 갭(106)의 반경 방향 높이(136)(에어 갭 높이(136))만큼 고정자 내부 반경(124)보다 작다. 에어 갭(106) 내에 캔(107)도 배치된다.
위에서 이미 언급한 바와 같이, 도체 요소(116)는 직접 냉각된다. 이를 위해, 본 예시에서 각각의 고정자 슬롯(114) 내에 냉각 채널(115)이 제공되며(고정자 슬롯(114)과 냉각 채널(115)이 일치함), 도체 요소(116)는 고정자 몸체(102)의 전체 축 방향 길이에 걸쳐 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체(131)로 냉각되며, 도체 요소 외부에서 그 주위를 냉각 매체가 흐른다(도 2의 확대된 부분 섹션 참조).
고정자 슬롯(114)은 반경 방향 안쪽으로 개방되고 캔(107)에 의해 덮이거나 폐쇄된다. 캔(107)은 고정자 톱니(112)의 톱니 헤드(130)에 인접한다.
위에서 이미 설명된 바와 같이, 고정자 몸체(102)는, 복수의 고정자 판금 디스크가 축 방향(105)을 따라 서로 연이어 배치되어 있는 적층 코어로 형성되며, 고정자 판금 디스크 각각은 0.25mm 이하의 판금 두께를 갖는다(도 1 참조).
도 1 및 도 2에 도시된 전기 기계(100)는 자동차의 순수 전기 구동에 사용될 수 있다. 이를 위해, 전기 기계(100)는 모터 모드에서, 특히 건식으로 작동되는 회전자(104)의 영구 자석(104')과 상호작용할 수 있는 고정자(101)에서 전기적으로 생성되는 자기장을 생성하기 위해, 도체 요소(116)에 연결된 자동차 배터리로부터 급전될 수 있다.

Claims (13)

  1. 고정자 몸체(102)를 포함하는 고정자(101)를 구비한 차량용 전기 기계(100)이며, 고정자 몸체(102)는 서로 교대되는 고정자 톱니(stator teeth)(112) 및 고정자 슬롯(stator slot)(114)을 포함하고, 고정자 슬롯은 도체 요소(116)를 가지며, 고정자 몸체(102)에서 고정자 슬롯(114)의 반경 방향 외부에 반경 방향으로 연장되는 요크 높이(120)를 갖는 요크 섹션(118)이 형성되고, 고정자 몸체(102)는 고정자 외부 반경(122)을 갖는, 전기 기계에 있어서,
    고정자 외부 반경(122)에 대한 요크 높이(120)의 비(v1)는 0.18 내지 0.26인, 전기 기계(100).
  2. 고정자 몸체(102)가 고정자 내부 반경(124)을 갖는, 제1항에 따른 전기 기계에 있어서, 고정자 외부 반경(122)에 대한 고정자 내부 반경(124)의 비(v2)는 0.61 내지 0.69인 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고정자 외부 반경(122)은 105mm 내지 142.5mm인 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 몸체(102)에 극(pole) 당 및 스트랜드(strand) 당 2개 또는 3개의 고정자 슬롯(114)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 극 당 및 스트랜드 당 2개의 고정자 슬롯(114)이 있는 경우 고정자 슬롯 폭(128)에 대한 고정자 톱니 폭(126)의 비(v3)가 0.50 내지 0.75이거나, 특히 극 당 및 스트랜드 당 3개의 고정자 슬롯(114)이 있는 경우 고정자 슬롯 폭(128)에 대한 고정자 톱니 폭(126)의 비(v3)가 1.05 내지 1.50인 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계(100)는 p = 3의 극 쌍 수(p)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 톱니(112)의 반경 방향 내측 단부에, 고정자 톱니(112)에 대해 각각 확대된 단면을 갖는 각각 하나의 톱니 헤드(130)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 반경 방향 내측으로 고정자 몸체(102)에 인접하여 캔(can)(107)이 배치되고, 상기 캔(107)은 반경 방향으로 볼 때 고정자 슬롯(114)을 덮는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 몸체(102)는, 복수의 고정자 판금 디스크가 축 방향을 따라 서로 연이어 배치되어 있는 적층 코어로 형성되고, 상기 고정자 판금 디스크들은 각각 0.25mm 이하의 판금 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 장치가 제공되고, 이 냉각 장치는, 각각 입구(119)로부터 축 방향(105)을 따라 고정자 몸체(102)를 통과하여 출구(121)까지 연장되는 복수의 냉각 채널(115)을 포함하며, 이들 냉각 채널(115)은 각각 냉각 매체로서 역할을 하는 유전체(131)로 채워지는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  11. 제10항에 있어서, 냉각 채널(115)은 각각 고정자 슬롯(114) 중의 하나에 배치되고, 그럼으로써 도체 요소(116)는 고정자 몸체(102)의 전체 축 방향 길이에 걸쳐 냉각 매체로서 역할을 하는, 특히 도체 요소 외부 주위에 흐르는 유전체(131)로 냉각되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계(100).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 유전체(131)는 15℃에서 0.75kg/l의 최대 밀도 및/또는 40℃에서 6mm2/s의 최대 점도 및/또는 80℃에서 2.3kJ/(kg*K)의 최소 열 용량 및/또는 80℃에서 0.12W/(m/K)의 최소 열전도율 및/또는 25℃에서 1000nS/m의 최대 전기 전도율을 갖는, 전기 기계(100).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계(100)는 영구 여자형 동기 기계 또는 외부 여자형 동기 기계로서 구성되는, 전기 기계(100).
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