KR20230160718A

KR20230160718A - 동기식 전기 기계 및 관련된 추진 목적 구동 디바이스, 보트 그리고 이러한 기계를 냉각하는 방법

Info

Publication number: KR20230160718A
Application number: KR1020230057562A
Authority: KR
Inventors: 니콜라 르뵈프; 리오넬 줄리앙; 테오 그랄
Original assignee: 지이 에너지 파워 컨버션 테크놀로지 엘티디
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2023-05-03
Publication date: 2023-11-24
Also published as: US20230412013A1; CN117081284A; JP2023169871A; EP4280426A1

Abstract

동기식 전기 기계(8)는, 스테이터(27) 및 이 스테이터 내에 수용된 로터(28)를 포함하는 기계 하우징(26)을 포함하고, 상기 로터는 에어갭(29)에 의해 스테이터로부터 분리되며, 상기 기계 하우징은, 스테이터에 의해 발생되는 열 손실을 소산시키도록 구성된다.
상기 스테이터는 라미네이트(300)의 스택(30), 및 스테이터의 길이 방향을 따라 연장되어 라미네이트 내에 형성된 적어도 하나의 채널(36)을 포함하고, 라미네이트의 2개의 이웃한 스택들은, 핀 또는 스페이서(31)에 의해 분리되어, 상기 채널에 연결되는 추출 덕트(32)를 형성하고, 상기 기계 하우징은 추출 개구(21)를 더 포함하여, 스테이터의 단부에서 에어갭 내에 주입되는 유체가 추출 덕트 내에서 그리고 채널 내에서 유동하게 되며, 상기 유체는 추출 개구를 통해 동기식 전기 기계로부터 추출되어 스테이터 및 로터를 냉각시키게 된다.

Description

동기식 전기 기계 및 관련된 추진 목적 구동 디바이스, 보트 그리고 이러한 기계를 냉각하는 방법{SYNCHRONOUS ELECTRICAL MACHINE, AND ASSOCIATED PROPULSION ORIENTED DRIVE DEVICE, BOAT, AND METHOD FOR COOLING SUCH A MACHINE}

본 발명은 전기식 회전 기계(electrical rotating machine)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 동기식 전기 기계에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 이러한 동기식 전기 기계를 포함하는 추진 목적 구동 디바이스(propulsion-oriented drive device)(POD) 및 이러한 POD를 포함하는 보트에 관한 것이다.

본원의 설명에 있어서, "보트"는 항해하도록 설계된 임의의 유형의 전동 부유식 선박(motorized floating vessel) 또는 운송수단을 의미한다.

보트는, 보트의 추진 및 조향을 위해 토크를 생성하는 여러 개의 POD를 일반적으로 포함하는 전기 추진 시스템을 포함한다.

각각의 POD는 보트의 선체에 위치한 조향 모듈; 물속에, 예컨대 바다에 잠긴 추진 모듈; 및 조향 모듈을 추진 모듈에 연결하는 스트럿(strut)을 포함한다.

상기 조향 모듈은 보트의 조향을 위해 추진 모듈을 배향시키도록 스트럿을 배향시킨다.

일반적으로, 상기 추진 모듈은 전기 기계를 수용(lodge)하는 하우징 및 상기 전기 기계에 의해 구동되는 프로펠러를 포함한다.

상기 전기 기계는, 예컨대 주울 손실(Joule losses)과 같은 손실을 발생시키기 때문에, 상기 전기 기계는, 이를 안전하게 하고 인증 표준, 예컨대 열 및 단열 등급을 충족하기 위해서 냉각되어야 할 필요가 있다.

종래 기술로부터, 하우징의 벽을 통한 냉각을 보장하고 영구 자석 로터를 구현하기 위해 POD의 하우징에 동기식 영구 자석 모터인 모터를 형상끼워맞춤(form fitting)하는 것이 알려져 있다.

영구 자석 로터에 의해 발생되는 열은 권선이 감긴 로터에 비해 적으며, 이에 따라 상기 전기 기계에 의해 발생되는 손실은 주로 전기 기계의 스테이터의 의해 발생된다.

전기 기계의 스테이터가 하우징 안으로 축소됨에 따라, 스테이터에 의해 발생되는 손실량은 POD의 하우징에서의 전도에 의해 전도되며, 후속하여 하우징을 통해 물로 방출된다.

열 교환면은 기계의 둘레면의 일부로 제한된다.

이러한 경우에 있어서, 전기 기계는, 열 손실을 제한하기 위해 전기 기계의 직경을 증가시킴으로써 전기 기계의 최적 냉각을 보장하도록 설계된다.

전기 기계의 직경을 증가시키면, 파워 모듈의 부피 및 질량이 증가되어 POD의 유체 역학적 효율을 악화시킨다.

POD의 전기 기계의 냉각을 위한 또 다른 알려진 해법은, 추진 모듈 내에 유도 모터를 구현하여 프로펠러를 구동하는 것이다.

상기 유도 모터는 강제 공기 냉각 시스템에 의해 냉각되는데, 상기 강제 공기 냉각 시스템은, 전기 기계의 냉각을 위해 유도 모터의 각 단부에서 스테이터와 로터 사이의 에어갭(air gap)에 냉각 공기를 주입하는 덕트, 그리고 일반적으로 스테이터의 가운데에 있는 개구를 포함하여, 주입되어 스테이터 및 로터의 열 손실에 의해 가온된 냉각 공기는 상기 개구를 통해 전기 기계 밖으로 빠져나가게 된다. 스테이터로부터의 공기 추출을 허용하여 전도에 의한 해수와의 임의의 교환을 방지하기 위해 상기 스테이터는 하우징 내로 축소되지 않는다.

그러나, 유도 모터는 효율이 낮고, 이에 따라 낮은 역률(power factor) 및 큰 냉각 유닛으로 인해 고출력의 전력 변환기를 필요로 한다.

유도 모터를 구동하는 상기 고출력의 전력 변환기는, 동기식 모터를 구동하는 전력 변환기보다 크다.

전력 변환기에 할당되는 공간이 제한적이기 때문에, 상기 전력 변환기를 축소시켜야 할 필요가 있다.

또한, 추진 모듈 내에 권선이 감긴 로터를 포함하는 동기식 기계를 구현하는 것이 종래 기술로부터 알려져 있다.

후자는 앞에서 설명한 바와 같이 유도 모터와 동일한 방식으로 구현될 수 있다.

대안으로서, 앞서 설명한 바와 같이 벽을 통한 냉각을 보장하기 위해 동기식 기계는 하우징 내로 축소될 수 있다.

상기 추진 모듈은 강제 공기식 축방향 냉각 시스템을 더 포함하는데, 강제 공기식 축방향 냉각 시스템은, 스테이터와 스테이터의 일 단부에서 로터 사이의 에어갭에 냉각 공기를 주입하는 제1 덕트, 그리고 스테이터 및 로터의 열 손실에 의해 가온된 냉각 공기를 스테이터의 타 단부에서 수집하는 제2 덕트를 포함한다. 종종 스테이터 슬롯 주변의 냉각을 개선하기 위해 추가적인 냉각 채널이 사용된다.

주입된 냉각 공기가 기계 전체를 통해 유동함에 따라, 기계에 핫 스팟(hot spot)이 나타나며, 이는 일반적으로 스테이터의 타 단부에서 냉각 자체의 효율을 저하시킨다.

따라서, 종래 기술에 따른 전기 기계의 냉각과 관련된 단점을 개선하는 것이 제안된다.

전술한 관점에 있어서, 본 발명은, 스테이터와 이 스테이터에 수용된 로터를 포함하는 기계 하우징을 포함하는 동기식 전기 기계를 제안하는데, 상기 로터는 에어갭에 의해 스테이터로부터 분리되며, 상기 기계 하우징은 스테이터에 의해 생성된 열 손실을 소산시키도록 구성된다.

스테이터는 라미네이션(lamination)의 스택(stack) 및 스테이터의 길이 방향을 따라 연장되어 라미네이션 내에 형성되는 적어도 하나의 채널을 포함하며, 라미네이션의 2개의 이웃한 스택은 상기 채널에 연결되는 추출 덕트를 형성하기 위해 스페이서 또는 핀에 의해 분리되며, 상기 기계 하우징은, 스테이터 단부에서 에어갭에 주입된 유체가 상기 추출 덕트에서 그리고 상기 채널에서 유동하도록 하고 그리고 상기 유체가 스테이터 및 로터의 냉각을 위해 개구를 통해 기계로부터 추출되도록 하기 위해, 추출 개구를 더 포함한다.

유리하게는, 스테이터는, 라미네이션의 스택을 통과하고 스테이터의 직경을 따라 균일하게 분포되어 라미네이션의 스택을 컴팩트(compact)하게 유지하는 복수 개의 타이 로드(tie rod)를 포함하며, 상기 채널은 상기 직경 상에 배치된다.

바람직하게는, 스테이터는 상기 직경을 따라 균일하게 분포되는 복수의 채널을 포함하는데, 2개의 타이 로드 사이에는 적어도 하나의 채널이 개재된다.

유리하게는, 상기 타이 로드는 비자성 재료로 제조된다.

바람직하게는, 상기 로터는 영구 자석을 포함한다.

유리하게는, 상기 영구 자석은 U자형으로 또는 V자형으로 배치된다.

이러한 배치는 주어진 토크에 대한 영구 자석의 체적을 최소화시킨다.

영구 자석은 자극을 형성하기 위해 그룹화될 수도 있으며, 키바(keybar), 도브테일 또는 스크류를 사용하여 개별적으로 조립/분해될 수 있다.

대안적으로, 로터는, 로터 및 로터 코일 주위에 균일하게 분포된 복수의 자기 로터 폴 코어(magnetic rotor pole core)를 포함하며, 각각의 로터 코일이 서로 다른 자기 로터 폴 코어 주위에 감겨 있으며, 상기 기계는 로터 코일에 대한 공급을 행하는 공급 수단을 포함한다.

상기 자기 로터 폴 코어는, 키바, 도브테일 또는 스크류를 사용하여 별도로 조립/분해할 수 있도록, 로터의 로터 림에 장착될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 또 다른 유체에 잠기도록 의도된 추진 모듈 및 앞에서 정의한 동기식 전기 기계를 포함하는, 보트용의 추진 목적 구동 다비이스에 관한 것이며, 상기 기계 하우징은 추진 모듈의 케이싱 내에 삽입되어, 기계에 의해 발생하는 열 손실이 케이싱으로 전달되어 상기 또 다른 유체에서 배출되도록 하며, 상기 추진 목적 구동 디바이스는 유체로 기계를 냉각시키는 냉각 수단을 더 포함하고, 상기 냉각 수단은, 스테이터의 양단에서 에어갭에 유체를 주입하는 주입 수단, 그리고 기계에 의해 가열된 유체가 기계를 빠져나가게 하도록 하기 위해 추출 개구에 연결되는 배출 수단을 포함한다.

유리하게는, 상기 공급 수단은, 기계의 단부에 연결되고 유체를 공급하도록 구성된 적어도 하나의 공급 파이프를 포함하고, 상기 배출 수단은 배출 개구에 연결된 배출 파이프를 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 선체 및 앞서 정의된 추진 목적 구동 디바이스, 및 배출 수단을 통해 유동하는 유체를 냉각하도록 구성되고 냉각된 유체를 주입 수단에 공급하도록 구성된 냉각 유체 유닛을 포함하는 보트에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 냉각 유체 유닛은 케이싱 내에 위치된다.

본 발명의 또 다른 목적은, 스테이터 및 이 스테이터 내에 수용된 로터를 포함하는 기계 하우징을 포함하는 동기식 전기 기계를 냉각하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 로터는 에어갭에 의해 스테이터로부터 분리되고, 상기 스테이터는, 라미네이션의 스택, 및 스테이터의 길이 방향을 따라 연장되고 라미네이션 내에 형성된 적어도 하나의 채널을 포함하고, 라미네이션의 2개의 이웃한 스택은, 상기 채널에 연결된 추출 덕트를 형성하기 위해 핀 또는 스페이서에 의해 분리되고, 상기 기계 하우징은 추출 개구를 더 포함하며, 상기 방법은,

- 상기 스테이터 단부에서 에어갭에 유체를 주입하여, 유체가 추출 덕트 및 채널에서 유동하게 하고, 스테이터의 냉각을 위해 상기 유체가 추출 개구를 통해 기계로부터 추출되게 하는 것인 단계; 및

- 기계에 의해 전도되는 열 손실을 다른 유체로 전달하는 단계

를 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은, 오직 비제한적인 예로서 그리고 도면을 참조하여 제공되는, 본 발명의 실시예에 관한 이하의 설명을 읽을 때 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 보트의 예를 제시하고,
도 2는 본 발명에 따른 냉각 유체 유닛의 예를 제시하며,
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 동기식 전기 기계의 예를 제시하고,
도 6은 본 발명에 따른 동기식 전기 기계의 로터의 또 다른 예를 제시하며,
도 7은 POD의 예를 제시한다.

도 1은 선체(2) 및 추진 목적 구동 디바이스(POD)(3)를 포함하는 보트(1)의 예를 제시한다.

POD(3)는 추진 모듈(4), 스트럿(5) 또는 POD 레그(leg) 및 조향 모듈(6)을 포함한다.

추진 모듈(4) 및 스트럿(5)은 제1 유체에, 예를 들어 해수(M)에 잠겨 있으며, 조향 모듈(6)은 선체(2) 내에 수용된다.

스트럿(5)의 제1 단부는 추진 모듈(4)에 연결되며, 스트럿(5)의 제2 단부는 조향 모듈(6)에 연결된다.

추진 모듈(4)은 케이싱(7), 동기식 전기 기계(8) 및 동기식 전기 기계(8)의 로터 샤프트(40)에 연결된 프로펠러(9)를 포함한다.

동기식 전기 기계(8)는 프로펠러(9)를 구동한다.

조향 모듈(6)은 스트럿(5)에 연결된 피봇 링크(10) 및 스트럿(5)을 배향시켜 프로펠러(9)의 추진 방향을 변경시키는 구동 디바이스(11)를 포함한다.

동기식 전기 기계(8)는, 예를 들어, 동기식 전기 기계(8)의 기계 하우징이 케이싱과 접촉하게 되도록 축소시킴으로써 케이싱(7) 내에 삽입된다.

동기식 전기 기계(8)에 의해 발생된 열은 케이싱(7)의 벽을 통한 냉각을 보장하기 위해 열 전도에 의해 케이싱(7)에 전달된다.

동기식 전기 기계(8)에 의해 발생된 열량은 케이싱(7)에 전도되며, 후속하여 케이싱(7)을 통해 물로 방출된다.

동기식 전기 기계에 의해 발생되는 열 손실은, 동기식 전기 기계(8)의 스테이터 및 동기식 전기 기계(8)의 로터에 의해 발생되는 열 손실을 포함한다(스테이터 및 로터는 도 3, 도 4 및 도 5에 제시되어 있음).

POD(3)는 제2 유체로 동기식 전기 기계(8)를 냉각시키는 냉각 수단을 더 포함한다.

상기 제2 유체는, 예를 들어 공기, 물, 오일 또는 가스, 예컨대 메탄 또는 질소를 포함한다.

보트(1)는, 보트(1)의 전기 네트워크(13)로부터 기계(8)에 대한 공급을 행하는 전력 변환기(12) 및 제2 유체를 냉각시키기 위한 냉각 유체 유닛(14)을 더 포함한다.

냉각 유체 유닛(14)은 제1 입력부(15), 제2 입력부(16), 제1 출력부(17) 및 제2 출력부(18)를 포함한다.

제1 입력부(15)와 제1 출력부(17)는 조향 모듈(6)에 연결되고, 제2 입력부(16)와 제2 출력부(18)는 물에 잠겨 있다.

상기 냉각 수단은, 스테이터의 양 단부에서 기계(8)의 스테이터와 로터 사이의 에어갭 내에 제2 유체를 주입하는 주입 수단, 그리고 기계(8)의 추출 개구(21)에 연결되어, 기계(8)에 의해 가열된 제2 유체가 추출 개구(21)를 통해 기계(8)를 빠져나가게 하는 배출 수단을 포함한다.

상기 주입 수단은 2개의 공급 파이프(19, 20)를 포함하며, 각각의 파이프(19, 20)는 기계(8)의 서로 다른 단부에서, 조향 모듈(6)을 통과하는 제1 출력부(17)에 연결된다.

공급 파이프(19, 20)는 냉각된 제2 유체를 기계(8)의 에어갭에 주입하고, 냉각된 제2 유체는 냉각 유체 유닛(14)에 의해 이송된다.

다른 실시예에 있어서, 상기 공급 수단은, 기계의 두 단부에 대해 공급을 행하는 2개가 넘는 공급 파이프 또는 1개의 공급 파이프를 포함한다.

상기 배출 수단은, 조향 모듈(6)을 통과하는 냉각 유체 유닛(14)의 제1 입력부(15)에 배출 개구(21)를 연결하는 배출 파이프(22)를 포함한다.

냉각 유체 유닛(14)은 배출 수단을 통해 유동하는 제2 유체를 냉각시키며, 냉각된 제2 유체를 주입 수단에 공급한다.

도 2는 냉각 유체 유닛(14)의 예를 제시한다.

냉각 유체 유닛(14)은, 제1 회로 및 제2 회로를 포함하는 열교환기(23)를 포함한다.

상기 제1 회로는 제1 입력부(15), 제1 출력부(17) 및 제1 펌프(24)를 포함한다.

상기 제2 회로는 제2 입력부(16), 제2 출력부(18) 및 제2 펌프(25)를 포함한다.

제1 펌프(24)는 제1 입력부(15)에서 제2 유체를 흡입하고 제2 펌프(25)는 제2 입력부(16)를 통해 바다(M)로부터 물을 흡입하여, 열교환기(23)의 제1 회로에서 유동하는 제2 유체가 열교환기(23)의 제2 회로에서 유동하는 물에 의해 냉각되도록 한다.

냉각된 제2 유체는 제1 출력부(17)에서 제1 펌프(24)에 의해 이송된다.

가열된 물은 제2 출력부(18)에서 제2 펌프(25)에 의해 이송된다.

도 3, 도 4 및 도 5는 동기식 전기 기계(8)의 예의 반경방향 단면 및 2개의 축방향 단면을 제시한 것이다.

기계(8)는, 스테이터(27) 및 이 스테이터(27)에 수용된 로터(28)를 포함하며 “26”으로 표시된 기계 하우징을 포함한다.

기계 하우징(26)은, 각도 θ만큼 둘레 방향으로 형성되며 길이 방향(A)으로 길이(L1)를 갖는 배출 개구(21)를 포함한다. 각도 θ 및 길이 L1은, 스트럿(5) 내에 공급 파이프(19, 20) 및 배출 파이프(22)를 수용하기 위한 공간 제약 조건 및 기계적 응력 제약 조건을 충족시키도록 규정된다.

기계 하우징(26)은, 예를 들어 50 W/m/K 초과의 높은 열전도 계수를 갖는 재료로 제조된다.

배출 개구(21)는, 배출 개구(21)가 스테이터(27)의 중앙에 위치하도록 기계 하우징(26) 내에 배치될 수도 있다.

로터(28)는 “29”로 표시된 에어갭에 의해 스테이터(27)로부터 분리된다.

스테이터(27)는, 추출 덕트(32)를 형성하는 스페이서 또는 핀(31)에 의해 분리되는 라미네이션(300)의 스택(30)을 포함한다.

라미네이션(300)은 자성 강철로 제조될 수 있으며, 2개의 이웃하게 접촉된 라미네이션(300)은 전기 절연체에 의해 분리된다.

각각의 라미네이션(300)은 복수의 치형부(33)를 포함한다.

스테이터(27)는 복수의 코일(34)을 더 포함한다.

각각의 코일(34)은, 2개의 이웃한 치형부(33)에 의해 형성되고 스테이터(27)의 길이 방향(A)을 따라 연장되는 스테이터(27)의 슬롯(35) 내에 삽입된다.

코일(34)은, 전력 변환기(12)에 의해 제공되는 복수 개의 위상을 형성하도록 스테이터(27) 내에서 연결되며, 각각의 위상은 동일한 수의 코일(34)을 포함한다.

스테이터(27)는 라미네이션(300)에 형성된 복수의 채널(36)을 더 포함하며, 상기 채널은 스테이터(27)의 길이 방향(A)을 따라 연장되고 스테이터(27)의 제1 직경을 따라 고르게 분포된다.

각각의 채널(36)은 추출 덕트(32)와 연결되어, 제2 유체가 추출 덕트(32)로부터 채널(36)로 유동하게 한다.

공급 파이프(19, 20)는 에어갭(29)에 냉각된 제2 유체를 주입한다(화살표 F1).

제2 유체는 추출 덕트(32)에서 유동(화살표 F2)한 다음, 채널(36)에서 유동한다(화살표 F3).

제2 유체는 배출 개구(21)를 통해 기계(8)로부터 추출된다(화살표 F4).

제2 유체는, 에어갭(29)에서, 추출 덕트(32)에서 유동하며, 채널(36)이 열 손실의 제1 부분에 의해 가열되어 스테이터(27)를 냉각시킨다.

2개의 파이프(19, 20), 추출 덕트(32), 채널(36) 및 개구(21)는 양방향 냉각 시스템을 형성한다.

상기 양방향 냉각 시스템은 기계(8)에서의 핫스팟을 방지할 수 있도록 하여, 강제 공기 축방향 냉각 시스템에 비해 스테이터(27)의 냉각을 향상시킨다. 따라서, 기계의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 기계 하우징(26)이 열을 전도함에 따라, 열 손실의 제2 부분은 전도에 의해 해수에서 배출된다(화살표 F5).

상기 제1 부분이 열 손실의 60%일 수 있고 상기 제2 부분이 열 손실의 40%일 수 있다.

양방향 냉각 시스템 및 전도에 의한 스테이터(27)의 냉각의 조합은, 기계(8)의 냉각을 향상시킴으로써 그 결과로서 기계(8)의 토크 밀도를 증가시킬 수 있게 한다.

따라서, 기계(8)의 체적 및 이에 따른 추진 모듈(4)의 체적이 현저하게 감소된다.

결과적으로, POD의 유체역학적 효율은, 동일한 토크를 전달하는 종래 기술의 공지된 POD에 비해 개선된다.

심지어 종래 기술로부터 알려진 기존의 일부 해법에 비해 기계의 효율이 저하될 수 있다고 하더라도, 유체역학적 효율의 이득이 전기 기계 효율 손실을 보상하기 때문에 추진 시스템의 전체적인 효율은 유지된다.

기계(8)의 효율은, 기계에 공급되는 활성 전력(active electrical power)에 의해 로터의 샤프트에서 발생되는 기계적 동력과 동일하다.

대안적으로, 기계(8)의 냉각이 향상됨에 따라, 기계의 주어진 효율에 대해, 종래 기술로부터 알려진 추진 시스템에 비해 냉각 유체 유닛의 크기가 감소된다.

스테이터(27)는, 컴팩트한 라미네이션(300)을 유지하기 위해 스테이터(27)의 단부에 위치하는 2개의 컴팩션 플레이트(compaction plate)(도시되어 있지 않음)를 함께 연결하는 타이 로드(38)를 수용하게 스테이터(27)의 제2 직경을 따라 균일하게 분포된 라미네이션(300)의 구멍(37)을 더 포함한다.

타이 로드(38)는 와전류 손실을 제한하기 위해 비자성 재료로 제조될 수도 있다.

스테이터(27)의 제1 직경을 따라 채널(36) 및 구멍(37)이 균일하게 분포되도록 하여 스테이터(27)의 스테이터 요크(stator yoke)에서 자기저항 효과(reluctance effect)를 최소화하기 위해 상기 제1 직경과 상기 제2 직경은 동일할 수도 있다.

스테이터(27)의 냉각을 최적화하고 압축력이 라미네이션(30)에 균일하게 분포되도록 하기 위해 라미네이션(300)에 채널(36) 및 구멍(37)이 배치된다.

도 3에 제시된 바와 같이, 스테이터(27)는 제1 직경에 따라 분포된 48개의 채널(36) 및 16개의 구멍(37)을 포함하여, 2개의 구멍(37)이 3개의 채널(36)에 의해 떨어져 있게 되도록 한다.

스테이터(27)는 대략 48개의 채널(36) 및 16개의 구멍(37)을 포함할 수도 있다.

채널(36)과 구멍(37)은 다른 방식으로 배치될 수도 있다.

로터(28)는 영구 자석(39)을 포함한다.

영구 자석(39)은 주어진 토크에 대한 자석(39)의 부피를 최소화하기 위해 V자형으로 또는 U자형으로 배치될 수도 있다.

변형예에 있어서, 영구 자석(39)은 또 다른 형상을 나타낼 수도 있다.

로터(28) 내에 영구 자석을 구현하면, 로터(28)의 열 손실을 제한할 수 있고, 로터(28)가 전원에 의해 공급을 받지 않기 때문에 기계(8)의 설계를 단순화할 수 있다.

도 6은 로터(28)의 또 다른 예의 도면을 제시한다.

로터(28)는 로터 샤프트(40)와 자성체(41)를 포함한다.

자성체(41)는 자기 라미네이션(magnetic lamination)으로 제조되며, 로터 및 로터 코일(43) 주위에 균일하게 분포된 복수의 자기 로터 폴 코어(42)를 포함한다.

각각의 로터 코일(43)은 서로 다른 자기 로터 폴 코어(42) 주위에 감겨 있으며, 로터 폴 코어(42) 및 관련된 코일(43)은 로터 폴을 형성한다.

변환기(12)는 로터 코일(43)에 연속적인 전압을 공급하는 공급 수단을 포함한다.

상기 공급 수단은, 로터 샤프트(40) 상의 제1 슬립 링(44) 및 제2 슬립 링(45)을 포함할 수도 있으며, 스테이터(26)는 제1 슬립 링(44)과 접촉하는 제1 브러시(46) 및 제2 슬립 링(45)과 접촉하는 제2 브러시(47)를 포함하고, 제1 브러시(46) 및 제2 브러시(47)는 각각 변환기(12)에 의해 공급을 받는다. 대안적으로, 로터 코일은 여자기(exciter)에 의해 공급을 받을 수도 있다.

기계(8)는, 예를 들어 선내 추진 시스템, 대형 펌프 또는 대형 발전기와 같이, POD가 아닌 다른 용례에서 구현될 수도 있다.

도 7에 주어진 또 다른 실시예에 있어서, 냉각 유체 유닛(14)은 POD의 케이싱(7) 내에 위치한다.

Claims

기계 하우징(26)을 포함하는 동기식 전기 기계(8)로서, 상기 기계 하우징(26)은 스테이터(27) 및 이 스테이터에 수용된 로터(28)를 포함하며, 상기 로터는 에어갭(airgap)(29)에 의해 스테이터로부터 분리되고, 상기 기계 하우징은 스테이터에 의해 발생된 열 손실을 소산시키도록 구성되며,
상기 스테이터는 라미네이션(lamination)(300)의 스택(30), 및 스테이터의 길이 방향을 따라 연장되며 라미네이션 내에 형성되는 적어도 하나의 채널(36)을 포함하며,
상기 라미네이션의 2개의 이웃한 스택은 상기 채널에 연결된 추출 덕트(32)를 형성하도록 핀 또는 스페이서(31)에 의해 분리되며,
상기 기계 하우징은 추출 개구(21)를 추가로 포함하여, 스테이터의 단부에서 에어갭에 주입된 유체가 상기 추출 덕트에서 그리고 상기 채널에서 유동하게 하고 상기 유체가 상기 개구를 통해 기계로부터 추출되게 하여 스테이터 및 로터를 냉각시키도록 하는 것인 동기식 전기 기계.
제1항에 있어서, 상기 스테이터(27)는 복수의 타이 로드(tie rod)(38)를 포함하며, 상기 복수의 타이 로드는 라미네이션(300)의 스택(30)을 통과하고, 라미네이션의 스택을 컴팩트(compact)하게 유지하기 위해 스테이터의 직경을 따라 균일하게 분포되며, 상기 채널(36)은 상기 직경 상에 배치되는 것인 동기식 전기 기계.
제2항에 있어서, 상기 스테이터는 상기 직경을 따라 균일하게 분포된 복수의 채널(36)을 포함하고, 2개의 타이 로드(38) 사이에 적어도 하나의 채널이 개재되는 것인 동기식 전기 기계.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 타이 로드(38)는 비자성 재료로 제조되는 것인 동기식 전기 기계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터(28)는 영구 자석(39)을 포함하는 것인 동기식 전기 기계.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 로터(28)는 영구 자석(39)을 포함하는 것인 동기식 전기 기계.
제6항에 있어서, 상기 영구 자석(39)은 U자형으로 또는 V자형으로 배치되는 것인 동기식 전기 기계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터(28)는, 로터 및 로터 코일(43) 주위에 균일하게 분포된 복수의 자기 로터 폴 코어(magnetic rotor pole core)(42)를 포함하고, 각각의 로터 코일은 상이한 자기 로터 폴 코어 주위에 감겨 있으며, 상기 동기식 전기 기계는 로터 코일에 대한 공급을 행하는 공급 수단(44, 45, 46, 47)을 포함하는 것인 동기식 전기 기계.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 동기식 전기 기계(8) 및 또 다른 유체에 잠기도록 의도된 추진 모듈(4)을 포함하는, 보트(1)용 추진 목적 구동 디바이스(3)로서,
상기 기계 하우징(26)은 추진 모듈의 케이싱(7) 내에 삽입되어, 상기 동기식 전기 기계에 의해 발생되는 열 손실의 일부가 케이싱으로 전달되어 상기 또 다른 유체로 배출되도록 하며,
상기 추진 목적 구동 디바이스는,
유체로 동기식 전기 기계를 냉각시키는 냉각 수단
을 더 포함하고,
상기 냉각 수단은 스테이터(27)의 각각의 단부에서 에어갭(29)에 상기 유체를 주입하는 주입 수단(19, 20) 및 추출 개구(21)에 연결되는 배출 수단(22)을 포함하여, 상기 동기식 전기 기계에 의해 가열된 상기 유체가 상기 동기식 전기 기계를 빠져나가게 하는 것인, 추진 목적 구동 디바이스.
제8항에 있어서, 상기 공급 수단은, 상기 기계의 단부에 연결되어 상기 유체를 공급하도록 구성된 적어도 하나의 공급 파이프(19, 20)를 포함하고, 상기 배출 수단은 상기 배출 개구에 연결되는 배출 파이프(22)를 포함하는 것인 추진 목적 구동 디바이스.
선체 및 제8항 또는 제9항에 따른 추진 목적 구동 디바이스(3), 그리고 배출 수단(22)을 통해 유동하는 유체를 냉각하도록 구성되고 주입 수단(19, 20)에 냉각된 유체를 공급하도록 구성된 냉각 유체 유닛(14)을 포함하는 보트.
제10항에 있어서, 상기 냉각 유체 유닛(14)은 상기 케이싱(7) 내에 위치하는 것인 보트.
기계 하우징(26)을 포함하는 동기식 전기 기계(8)를 냉각하는 방법으로서, 상기 기계 하우징(26)은 스테이터(27) 및 이 스테이터 내에 수용된 로터(28)를 포함하며, 상기 로터는 에어갭(29)에 의해 스테이터로부터 분리되며, 상기 스테이터는 라미네이션(300)의 스택(30), 및 스테이터의 길이 방향을 따라 연장되며 상기 라미네이션 내에 형성되는 적어도 하나의 채널(36)을 포함하며,
라미네이션의 2개의 이웃한 스택은 핀 또는 스페이서(31)에 의해 분리되어, 상기 채널에 연결된 추출 덕트(32)를 형성하게 하고, 상기 기계 하우징은 추출 개구를 추가로 포함하며, 상기 방법은,
- 유체가 추출 덕트(32) 내에서 그리고 채널(36) 내에서 유동하게 하고 상기 유체가 개구를 통해 기계로부터 추출되게 하여 스테이터(27)를 냉각시키기 위해, 스테이터 단부에서 에어갭 (29) 내에 상기 유체를 주입하는 단계, 및
- 기계 하우징에 의해 전도된 열 손실을 또 다른 유체에 전달하는 단계
를 포함하는 것인 방법.