KR101856893B1

KR101856893B1 - 전기 기계

Info

Publication number: KR101856893B1
Application number: KR1020167026985A
Authority: KR
Inventors: 데트레프 루드비히; 세바스티안 로게; 에드문트 셔머
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2018-06-19
Also published as: EP3127223A2; EP3127223B1; WO2015150087A3; WO2015150087A2; US20170018991A1; KR20160129039A; CN106068600B; EP3127223B2; DE102014205930A1; CN106068600A

Abstract

하우징(20), 고정자(30, 32), 및 회전자(40, 42)를 포함하는 전기 기계(10)가 개시된다. 상기 고정자(30, 32)는 상기 회전자(40, 42)를 둘러싼다. 상기 회전자(40, 42)는 샤프트(42)를 포함한다. 상기 전기 기계(10)는 상기 하우징(20) 내에 전력 전자부품(40)을 구비한다. 상기 전기 기계(10)는 길이방향 구획(62, 64)을 따라 그리고 전방 구획(66)을 따라 연장되는 냉각 덕트(62, 64, 66)를 포함한다. 상기 길이방향 구획(62, 64)은 중공 실린더를 따라 연장되고, 이 중공 실린더의 내부를 통해 상기 샤프트(42)의 회전축(50)이 연장된다. 상기 전방 구획(66)은 상기 샤프트(42) 쪽으로 연장된다.

Description

전기 기계{ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 전기 기계에 관한 것이다.

특히 전력 응용의 경우에, 열 손실을 효과적으로 제거하기 위하여 열 매체를 전달하는 것에 의해 전기 기계를 냉각시키는 것이 알려져 있다. 그러나, 전기 모터 내 복수의 부품이 열 손실을 생성할 수 있어서 고정자만이 냉각되어야 하는 것은 아니기 때문에, 열 매체를 전달하는 것은 높은 구조적 비용을 요구한다.

그리하여 본 발명의 목적은 전기 기계로부터 간단한 방식으로 열 손실을 제거할 수 있는 가능성을 제시하는 것이다.

본 목적은 청구항 1의 전기 기계에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항의 특징에 병합되거나, 후술되는 설명에서 나열된 특징과 병합된다.

냉각 덕트가 길이방향 구획과 단부측 구획을 구비하고, 상기 길이방향 구획은 고정자를 따라 연장되고, 상기 길이방향 구획에 연결된 상기 냉각 덕트의 상기 단부측 구획이 상기 전기 기계의 회전축이 연장되는 표면을 따라 가이드되는 경우, 상기 냉각 덕트는 특히 간단한 방식으로 생성될 수 있는 것으로 확인되었다. 상기 길이방향 구획과 그리하여 거기서 열 매체의 흐름은 축 방향으로 이어지는 반면, 상기 단부측 구획과 그리하여 거기서 열 매체의 흐름은 방사방향으로 이어지거나 또는 적어도 축방향과 수직인 방향으로 이어진다. 축방향은 전기 기계의 (샤프트의) 길이방향 범위의 방향에 대응한다. 단부측 구획에서 흐름은 단부측 구획을 통해 가이드되는 시컨트(secant)를 따라 단부측 구획에 의해 전달된다.

상기 단부측 구획은 열 매체가 상기 길이방향 구획으로 전달되는 방향과 실질적으로 수직으로 열 매체를 전달시키는 것에 의해, 상기 고정자의 외주 표면뿐만 아니라, 상기 고정자의 단부측에 있는 부품들(예를 들어 권선 헤드 및/또는 전력 전자부품)이 냉각될 수 있다. 상기 단부측 구획은, 단부측 구획의 양 측을 냉각시킬 수 있는데, 다시 말해, 권선 헤드를 냉각시키는 상기 고정자 측을 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단부측 구획의 (전기 기계의 회전 축 방향에서) 반대측, 즉 전력 전자부품 또는 베어링 실드가 위치될 수 있는 측을 냉각시킬 수 있다.

이것은 동일하게 열 매체를 콤팩트하게 구성하고 간단히 가이드할 수 있게 한다. 냉각 덕트는 길이방향 구획과, 이 길이방향 구획과 각도를 이루는 단부측 구획으로 분할될 수 있고, 이에 이들의 표면(예를 들어, 고정자와 단부측 권선 헤드의 외주 표면 또는 단부측 전력 전자부품의 표면)들은 상이하게 배향되어서, 그리하여 또한 상이한 부품들이 동일한 냉각 덕트로 냉각될 수 있다. 길이방향 구획은 여기서 단부측 구획에 직접 병합되어서 길이방향 구획과 단부측 구획이 (반대쪽 단부측과는 달리) 전기 기계의 외부 기본 형상을 형성할 수 있으므로, 냉각 덕트의 구성이 특히 간단하고 이에 특히 분배기 등과 같은 추가적인 유체 공학적 조치를 요구하지 않는다.

전기 기계(의 외부 측)를 따라, 다시 말해, 전기 기계의 회전축 방향으로 또는 샤프트 방향으로 연장되는 냉각 덕트의 구획은 길이방향 구획이라고 지칭된다. 또한 횡방향 구획(transverse section)이라고 지칭될 수 있는 단부측 구획은, 단부측을 통해 실질적으로 방사방향으로 또는 회전축 또는 샤프트에 대해 시컨트를 따라 연장된다. 그 결과, 단부측 구획과 길이방향 구획은 전기 기계의 부품(고정자, 회전자, 및 또한 권선 헤드)이 위치될 수 있는 공간의 경계를 형성하고, 특히 (회전축 또는 샤프트 방향으로 보았을 때) 단부측 구획의 양 측을 이용하여 거기에 부품을 장착하여, 이 부품의 열 손실(즉, 권선 헤드와 전력 전자부품의 열 손실)을 제거할 수 있다. 전력 전자부품은 권선 헤드가 연장하는 (그리하여 샤프트와 수직인) 평면과 평행하게 연장되기 때문에, 전력 전자부품과 권선 헤드 또는 고정자 권선 사이에 전기적 연결이 간단한 방식으로 생성될 수 있다.

하우징, 고정자, 및 회전자를 구비하는 전기 기계가 설명된다. 고정자는 회전자를 둘러싼다. 전기 기계는 다시 말해 내부 회전자이다. 그러나 외부 회전자로서의 실시예도 가능하고, 설계 시, 회전자는 고정자를 대체하고, 그 역도 그러하다. 상기 회전자는 샤프트를 구비한다. 상기 전기 기계의 회전축은 전기 기계를 통해 연장된다. 회전축은 전기 기계의 길이방향 축에 대응하거나 또는 이 길이방향 축과 평행하다.

상기 전기 기계는 전력 전자부품을 더 구비한다. 상기 전력 전자부품은 상기 하우징 내에 배열된다. 상기 전력 전자부품은 상기 고정자에 그리고 선택적으로 또한 상기 회전자에 전류를 공급하는 특히 적어도 하나의 (단상 또는 다상) 전력 활성화 스테이지를 포함한다. 전력 종단 스테이지는 전력 반도체, 예를 들어, 전력 트랜지스터, 예를 들어, IGBT 또는 MOSFET, 및/또는 전력 다이오드를 포함한다. 상기 전력 종단 스테이지는 추가적인 전력 부품, 예를 들어, 전력 커패시터, 전력 저항기, 및/또는 전력 인덕터를 더 구비할 수 있다. 상기 전력 종단 스테이지는, 후술되는 냉각 덕트(특히 그 단부측 구획)에 인접하거나 또는 열 전달 방식으로 이 냉각 덕트에 적어도 연결된 특히 냉각 표면을 구비하는 히트 싱크를 더 구비한다. 전력 전자부품의 표면 중 적어도 하나의 구획 또는 전력 전자부품의 전체 표면은 단부측 구획에 인접하거나 또는 열 전달 방식으로 이 단부측 구획에 연결된다. 상기 히트 싱크 및/또는 상기 전력 전자부품은, 예를 들어 상기 전력 전자부품의 냉각 표면을 따라 연장되는 절연층에 의해, 및/또는 상기 전력 반도체 상의 절연 소자에 의해 상기 냉각 덕트로부터 전기적으로 절연된다.

상기 전기 기계는 냉각 덕트를 구비한다. 상기 냉각 덕트는 상기 하우징 내에 위치된다. 상기 냉각 덕트는 길이방향 구획을 따라 그리고 단부측 구획을 따라 연장된다. 상기 냉각 덕트의 길이방향 프로파일은 그리하여 적어도 하나의 길이방향 구획과 적어도 하나의 단부측 구획으로 분할된 것을 포함한다. 상기 길이방향 구획은 상기 고정자의 외주 표면을 따라 이어진다. 상기 단부측 구획은 상기 고정자 또는 상기 전기 기계의 단부측을 따라 (그러나 하우징 내에서) 이어진다. 상기 단부측 구획은 특히 베어링 실드를 따라 이어진다. 나아가 상기 단부측 구획은 상기 고정자의 특히 내부 측(즉, 고정자를 향하는 측)을 따라, 예를 들어, 상기 고정자의 권선 헤드를 따라 이어진다.

상기 길이방향 구획은 중공 실린더를 따라 연장되거나 또는 중공 실린더의 형태로 설계되거나 또는 중공 실린더의 형태를 가지는 포락선 표면을 구비한다. 상기 중공 실린더는 특히 원형 실린더이지만, 상이한 단면 형상(달걀형, 타원면, 다각형, 둥근 코너를 갖는 다각형, ...)을 구비할 수도 있다. 상기 샤프트는 상기 중공 실린더의 내부를 통해 가이드된다. 상기 전기 기계의 길이방향 축 또는 회전축은 그리하여 상기 중공 실린더의 내부를 통해 연장될 수 있고, 특히 상기 중공 실린더의 길이방향 축에 대응한다. 상기 원형 실린더와 상기 회전자(또는 고정자)는 서로에 대해 동심으로 배열된다.

상기 단부측 구획은 상기 샤프트 쪽으로 연장된다. 상기 전기 기계의 샤프트 또는 길이방향 축(즉, 회전축)은 상기 단부측 구획이 연장되는 방향을 갖는 평면을 통해 연장된다. 상기 전기 기계의 샤프트 또는 상기 길이방향 축은 특히 상기 평면과 실질적으로 수직이다. 상기 단부측 구획은 링 형태를 구비할 수 있고, 상기 내부 자유 영역을 통해 상기 샤프트 또는 상기 길이방향 축이 연장된다. 상기 링은, 특히 상기 샤프트를 향하는 표면에 실질적으로 원형 또는 원형-원통형일 수 있고, 여기서 상기 원형 형태는 또한 리세스 또는 돌출부에 의해 중단될 수 있다.

상기 단부측 구획의 (전기 기계의 길이방향 축의 방향으로 보았을 때) 높이는 일정할 수 있으나, 바람직하게는, 특히 상기 권선 헤드 및/또는 상기 전력 전자부품이 편평하지 않은 표면을 갖는 단부측 구획에 인접한 경우에는 변할 수 있다. 상기 단부측 구획은 일측에서 상기 고정자 또는 상기 권선 헤드에 의해 그리고 상기 전력 전자부품 또는 상기 베어링 실드에 의해 높이가 한정된다. 상기 단부측 구획은 상기 샤프트에 이르기까지 또는 그 방향으로 연장될 수 있다. 상기 단부측 구획은 통과하여 흐르는 열 매체(즉, 냉각 매체, 예를 들어, 가스 또는 액체, 예를 들어 공기, 오일 또는 물)가 상기 샤프트의 방향으로 전달되는 방식으로 연결된다. 상기 길이방향 구획은 통과하여 흐르는 열 매체가 상기 고정자의 외주 표면을 따라 전달되는 방식으로 연결된다. 상기 길이방향 구획에서 흐름의 방향은 실린더의 측방향 표면을 따라 이어지는 반면, 상기 단부측 구획에서, 상기 흐름의 방향은 상기 실린더의 단부측을 따라 이어진다. 상기 실린더와 상기 중공 실린더는 직선 실린더 또는 비스듬히 절단된 실린더일 수 있다.

상기 길이방향 구획은 일측에서 상기 고정자의 외주 표면에 의해 그리고 상기 타측에서 상기 하우징의 벽에 의해 한정될 수 있다. 상기 하우징의 벽은 단일 벽 또는 이중 벽 또는 다중 벽일 수 있다. 상기 벽의 내부 측은 상기 길이방향 구획의 외부 측을 (외주방향으로) 형성한다. 상기 고정자의 (또는 고정자를 둘러싸는 권선 몸체의) 외부 측은 상기 길이방향 구획의 외부 측을 (외주방향으로) 형성한다. 상기 길이방향 구획의 단부측에서, 상기 길이방향 구획은 상기 단부측 구획에 연결되는데, 특히 상기 샤프트의 방향으로 연장되는 표면인 상기 단부측 구획의 (고정자측) 표면에 연결된다. 상기 표면은 상기 고정자의 상기 단부측(후술됨)에 대응하거나 또는 상기 고정자의 단부측의 외측을 향하는 연속부에 대응할 수 있다.

상기 단부측 구획은 일측에서 고정자의 단부측에 의해 그리고 상기 타측에서 상기 전력 전자부품에 의해 한정된다. 특히, 상기 단부측 구획은 고정자 측에서 상기 고정자의 권선 헤드(또는 상기 권선 헤드에 인접한 전기 절연층)에 의해 한정된다. 나아가, 이미 언급된 바와 같이, 단부측 구획은 상기 전력 전자부품의 냉각 표면(예를 들어, 히트 싱크)에 인접할 수 있고, 상기 냉각 표면은 상기 고정자를 향한다. 상기 전력 전자부품 또는 그 냉각 표면과 상기 고정자 또는 그 권선 헤드는 서로 마주한다. 상기 단부측 구획은 그리하여 고정자와 전력 전자부품 사이에 제공된 갭에 제공된다. 고정자와 전력 전자부품 사이의 갭은 상기 길이방향 축의 방향에 대응하거나 또는 상기 샤프트의 길이방향 범위의 방향에 대응하거나 또는 회전축의 방향에 대응하는 방향으로 연장된다. 상기 단부측 구획은 상기 갭의 방향과 수직으로 열 매체를 전달하도록 연결된다. 이와 달리, 상기 길이방향 구획은 이 방향을 따라 (또는 고정자의 외주 표면 또는 케이싱을 따라) 열 매체를 전달하도록 연결된다.

상기 전력 전자부품은 환형 표면을 따라 연장되고, 이 환형 표면의 (자유) 중심을 통해 샤프트가 푸시(push)된다. 상기 환형 표면은 원형 링 표면에 대응하거나 또는 상이한 기본 형태, 예를 들어, 달걀형, 타원면, 다각형 또는 둥근 코너를 갖는 다각형을 구비할 수 있다. 특히, 상기 전력 전자부품은 상기 전기 기계의 단부측에서 원의 섹터(sector) 또는 링의 섹터에 걸쳐서만 각각 연장되는 복수의 세그먼트로 분할될 수 있다. 상기 세그먼트는 상기 단부측에서 외주방향으로 분배된다. 상기 전력 전자부품은 바람직하게는 (고정자로부터 먼 쪽을 향하는 방향으로) 상기 단부측 구획을 한정하는 냉각 표면을 구비한다.

상기 길이방향 구획은 상기 단부측 구획에 직접 병합된다. 연결 소자는 이런 방식으로 제공된 전이부에 배열될 수 있고, 상기 연결 소자는 상기 냉각 덕트의 2개의 구획들 사이에 직접 유체 연결을 제공하고, 예를 들어, 2개의 구획을 연결시키는 개구를 갖는 샤프트 쪽으로 (또는 회전축 쪽으로) 벽이 연장된다. 상기 길이방향 구획의 단면은 상기 고정자와 상기 하우징 사이에 연장된다. 이 단면은 그리하여 상기 중공 실린더의 단면에 대응하거나 또는 상기 중공 실린더를 둘러싸는 포락선의 단면에 대응한다. 상기 단부측 구획의 단면은 상기 고정자와 상기 전력 전자부품 사이에 연장되어서 그리하여 상기 샤프트 또는 전술한 갭의 방향으로 연장된다. 특히 (연결부에 연결된 것으로 인해) 상기 냉각 덕트를 미리 결정하는 표면 - 이 표면의 법선은 흐름의 방향에 대응함 - 은 단면인 것으로 고려된다. 상기 2개의 구획의 단면의 법선은 실질적으로 서로 수직이다.

상기 길이방향 구획은 권선 몸체의 외주에 의해 한정된 (전기 기계의 길이방향으로 보았을 때) 제1 서브구획을 구비할 수 있다. 상기 권선 몸체는 상기 고정자를 포함한다. 상기 길이방향 구획은 상기 고정자의 권선 헤드의 외주에 의해 한정된 (전기 기계의 길이방향으로 보았을 때) 제2 서브구획을 더 구비할 수 있다. 상기 권선 몸체의 외주와 권선 헤드의 외주는 상기 제1 서브구획과 상기 제2 서브구획에 대해 전기 기계의 길이방향 축 쪽으로 경계를 형성한다. 상기 2개의 서브구획은 외측이 상기 하우징에 의해, 특히 상기 하우징의 내부측에 의해, 한정된다. 상기 제1 서브구획과 상기 제2 서브구획은 서로 연결되고 바람직하게는 (직접) 서로 병합된다. 상기 제2 서브구획은 상기 단부측 구획에 연결되는데, 바람직하게는 직접 연결된다.

상기 2개의 구획은 바람직하게는 서로 바람직하게는 직접 병합되거나 또는 상기 단부측에서 이어지는 벽의 개구와 같은 연결 소자를 통해 서로 병합된다. 상기 제1 서브구획은 상기 제2 서브구획을 통해 상기 단부측 구획에 병합된다. 열 매체 입구 또는 열 매체 출구는 상기 제2 서브구획에 연결된 상기 제1 서브구획의 단부와 반대쪽 상기 제1 서브구획 단부에 제공될 수 있다. 상기 단부측 구획은 상기 권선 헤드의 단부측에 의해 한정된다. 상기 단부측은, 나아가, 상기 길이방향 구획과 상기 단부측 구획 사이에 전이부 또는 연결부가 배열되는 평면에 놓일 수 있다. 상기 전이부 또는 연결부는 상기 샤프트로부터 먼 쪽을 향하는 연장부에 또는 상기 단부측의 신장부에 놓인다.

상기 전기 기계는 베어링 실드를 더 구비한다. 상기 베어링 실드는 상기 전력 전자부품을 지지하는 내부 측을 구비한다. 상기 전력 전자부품이 배열되는 리세스가 상기 베어링 실드에 제공될 수 있다. 상기 리세스는 상기 고정자 또는 상기 권선 헤드를 향하는 상기 베어링 실드 측에 있다. 추가적인 베어링 실드는 상기 전기 기계의 반대쪽 단부에 제공될 수 있는데, 특히 상기 냉각 덕트의 상기 단부측 구획에 연결된 상기 길이방향 구획 단부와 반대쪽 길이방향 구획 단부에 제공될 수 있다. 상기 샤프트는 (전력 전자부품을 지지하는) 상기 베어링 실드의 베어링에 의해 회전가능하게 장착된다. 나아가, 상기 샤프트는 상기 전력 전자부품을 지지하는 상기 베어링 실드를 통해 푸시된다. 상기 전력 전자부품 또는 그 부분들(예를 들어, 전력 트랜지스터)은 상기 베어링 실드의 외주방향으로 분배된 세그먼트에 제공될 수 있다. 특히, 3개, 6개, 9개의 (또는 추가적으로 3의 배수 개의) 세그먼트가 제공될 수 있다. 상기 세그먼트들은 특히 동일한 설계이고, 상기 베어링 실드의 상이한 세그먼트들에 배열된다(서로 각도 있게 오프셋된다).

상기 길이방향 구획은 바람직하게는 적어도 벽에 의해 적어도 2개의 부분으로 분할된다. 그 결과, 상기 길이방향 구획은 상기 단부측 구획까지 외측 덕트를 형성하고 상기 단부측 구획으로부터 리턴 덕트를 형성할 수 있다. 상기 벽은 적어도 부분적으로 직선으로 이어질 수 있으나, 곡선 프로파일(meandering profile)이 제공될 수도 있다. 상기 벽의 길이방향 범위의 방향은 상기 고정자의 외주 표면에 이어지거나 또는 상기 하우징의 상기 내부 측 또는 상기 고정자의 외주 프로파일을 형성하는 케이싱에 이어진다. 상기 벽은 그리하여 상기 샤프트가 이어지는 방향으로 연장된다. 나아가, 상기 벽은 (벽의 횡방향 범위의 방향으로) 상기 고정자로부터 상기 하우징으로 연장된다. 상기 벽은 상기 고정자 또는 상기 권선 몸체를 상기 하우징에 (유체-기밀 방식으로) 연결한다. 상기 벽은 상기 고정자의 (외주 표면의) 상기 외부 측을 상기 하우징의 내부 측에 유체-기밀 방식으로 연결한다. 상기 벽은 상기 길이방향 구획 내에 상기 냉각 덕트를 한정한다. 다시 말해, 상기 벽은 상기 열 매체를 전달하도록 구성된다. 상기 벽은, 상기 하우징의 내부 측과 상기 고정자의 상기 외부 측(외주 표면)과 함께, 상기 냉각 덕트의 길이방향 구획의 외주 경계를 형성한다.

나아가, 상기 전기 기계는 열 매체 입구와 냉각제 출구를 구비한다. 상기 냉각 덕트는 이들 사이에 연장된다. 상기 냉각 덕트는 바람직하게는 상기 열 매체 입구를 상기 냉각제 출구에 연결한다. 상기 열 매체 입구와 상기 냉각제 출구는 상기 하우징의 동일한 단부측에 배열될 수 있는데, 특히 상기 단부측 구획이 제공되는 단부측과 반대쪽 단부측에 배열될 수 있다. 상기 열 매체 입구와 상기 냉각제 출구는 (전기 기계의 길이방향으로 보았을 때) 상기 전기 기계의 반대쪽 단부들 또는 전기 기계의 동일한 단부에 제공될 수 있다. 상기 열 매체 입구와 상기 냉각제 출구는 바람직하게는 상기 전기 기계의 반대쪽 단부측(특히 반대쪽 베어링 실드)에 배열되거나, 또는 대안적으로, 상기 동일한 단부측(특히 동일한 베어링 실드)에 배열된다.

상기 열 매체 입구와 상기 냉각제 출구는, 상기 전기 기계에 대해, 상기 단부측 구획을 한정하고 특히 상기 전력 전자부품을 지지하는 베어링 실드와 반대쪽에 있는 추가적인 베어링 실드를 통해 이어질 수 있다.

상기 길이방향 구획은 상기 샤프트의 길이방향 범위의 방향으로 섹터들로 분할된 복수의 절단된 중공 실린더를 따라 연장될 수 있다. 상기 절단된 중공 실린더 및 상이한 절단된 중공 실린더의 단부측은 상기 단부측 구획을 통해 서로 연결된다. 그 결과, 상이한 절단된 중공 실린더들은 외측 덕트와 리턴 덕트를 형성한다. 상기 절단된 중공 실린더들은 특히 상기 고정자의 외부 측으로부터 상기 하우징의 내부 측으로 연장하는 벽에 의해 생성된다. 이 벽은 상기 전기 기계의 샤프트 또는 상기 길이방향 축이 놓이는 하나의 평면 또는 복수의 평면에서 연장될 수 있다.

도 1은 여기에 설명된 전기 기계의 예시적인 실시예의 단면도;
도 2는 여기에 설명된 전기 기계의 예시적인 실시예의 상면도.

도 1은, 하우징(20)을 포함하고, 고정자(30, 32)와 회전자(40, 42)를 포함하는, 여기에 설명된 전기 기계(10)의 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다.

도 1에 도시된 단면은, 전기 기계를 통해, 특히 전기 기계의 샤프트 또는 회전축(50)을 통해 길이방향으로 이어진다. 도 1은 전기 기계의 단부측 또는 베어링 실드를 포함하는 전기 기계의 일부분만을 도시한다.

회전자는 회전축(50)을 구비하는 샤프트(42)를 구비한다. 나아가, 전력 전자부품(70)이 전기 기계(10)에 제공된다. 상기 전력 전자부품은 도 1에서 수직으로 이어지는 단부측을 따라 연장된다. 전력 전자부품은 전력 커패시터(최상부 직사각형(70)과 최하부 직사각형(70)에 의해 도시됨)를 포함하고, 또한 최상부 직사각형과 최하부 직사각형 사이에 놓여 있는 2개의 직사각형(70)으로 도시된 전력 활성화 스테이지를 포함한다.

전력 종단 스테이지는 표면을 증가시키는 냉각 핑거 또는 유사한 구조물을 갖는 냉각 표면을 구비하고, 이 냉각 핑거 또는 유사한 구조물은 냉각 덕트의 단부측 구획(66)으로 돌출하거나 또는 냉각 덕트가 인접한다. 베어링 실드(72)는 도 1에 도시된 단부측에서 하우징(20)을 밀봉하고 또한 롤링 베어링에 의해 샤프트(42)를 회전가능하게 장착하는 기능을 한다.

고정자는 권선 몸체(30)와 이에 인접한 권선 헤드(32)를 포함한다. 길이방향 구획(62, 64)은, 고정자의 (축(50)에 대해) 길이방향 범위를 따라 그리고 그리하여 권선 몸체(30)를 따라 연장되는 제1 서브구획(62)과, 권선 헤드(32)의 외부 표면을 따라 연장되는 제2 서브구획(64)으로 분할될 수 있다. 제2 서브구획(64)은 길이방향 구획의 제1 서브구획(62)에 인접한다.

제2 서브구획(64)(및 그리하여 길이방향 구획)은, 권선 몸체(30)로부터 먼 쪽을 향하는, 권선 헤드(32)의 단부의 단부측 구획(66)에 병합된다.

도 1은, 도 1에서 상부에 도시된 제1 서브구획(62)의 부분으로부터, 열 매체가 상기 제1 서브구획(62)(의 부분)으로부터 제2 서브구획(64)의 부분으로 병합되는 것을 도시한다. 길이방향 구획의 단부에서 또는 제2 서브구획의 단부에서, 흐름 방향은 (실질적으로 90°의 각도만큼) 변한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 길이방향 구획 후에, 냉각 매체는 더 이상 샤프트(42)가 연장하는 방향을 따라 흐르지 않고, 오히려 샤프트 쪽으로 흐르고, 또는 샤프트에 이르기 전에/샤프트에 도달할 때 상기 샤프트 주위로 흘러서, 도 1의 하부 절반에 도시된 바와 같이, 도 1의 하부 절반에 도시되고 참조 부호 64를 가지는 길이방향 구획의 제2 부분에 도달한다. 길이방향 구획의 하부 부분에 의해, 열 매체는, 냉각 덕트의 단부측 구획(66)으로부터 멀어지는 방향으로, 제일 먼저 제2 구획(64)(의 부분)을 통해 그리고 나서 제1 구획(62)(의 부분)을 통해 운반되고 나서, 열 매체 출구로 이어진다. 단부측 구획(66)에서 흐름의 방향은 그리하여 첫째 샤프트 쪽으로 이어지고, 또한 샤프트로부터 먼 방향으로 이어지고, 특히 샤프트 부근으로 이어지고, 다시 말해, 샤프트를 지지하는 베어링 실드(72) 구획에 도달하기 직전에, 샤프트 주위로 또는 샤프트를 지지하는 구획 주위로 이어진다. 단부측 구획(66)에서 흐름의 방향은 그리하여 길이방향 구획(62, 64)에서의 흐름의 방향과 실질적으로 수직이다.

길이방향 구획(62, 64)의 하부 부분에서 흐름의 방향은 길이방향 구획(62, 64)의 상부 부분에서의 흐름의 방향과 반대이고, 여기서 (도 2에 도시된) 벽(80)은 길이방향 구획을 2개의 부분으로 분할한다. 길이방향 구획 중 상기 부분들 중 하나의 부분은 (열 매체 입구로부터) 단부측 구획(66) 쪽으로 매체를 전달하며, 여기서 도 1의 하부에 도시된, 길이방향 구획의 다른 부분은 열 매체를 단부측 구획(66)으로부터 먼 방향으로 안내한다(그리고 이 열 매체를 열 매체 출구로 전달한다).

도 1에서 전력 전자부품(70)은 도 1의 상부 절반에 도시되고 이 전력 전자부품은 도 1의 하부 절반에도 도시된다. 그러나, 이것은 간략화된 도시이고, 여기서 전력 전자부품은, 2개의 세그먼트가 길이방향 축(50)에 대해 서로 정확히 정반대에 있는 (즉, 서로 180°만큼 오프셋되어 있는) 세그먼트들로 반드시 분배되어야 하는 것은 아니다. 대신, 전력 전자부품들은, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 다른 방식으로 분배될 수도 있다.

도 2는 여기에 설명된 전기 기계의 예시적인 실시예의 상면도를 도시한다. 전력 전자부품(70)은 여기서 (고정자의 외주 방향으로) 서로에 대해 120°만큼 분배된 3개의 구획(이 구획은 또한 세그먼트라고도 지칭됨)으로 분배된다.

전력 전자부품(70)이 도 1에 도시된 단부측 또는 베어링 실드(72)와 반대쪽 전기 기계의 단부측에 또는 베어링 실드에 위치되는 경우, 열 매체 입구(90)와 열 매체 출구(92)는 이와 반대쪽 단부측에 위치된다. 열 매체 입구(90)와 열 매체 출구(92)는 도 1에 도시된 베어링 실드와 반대쪽에 위치된 베어링 실드 내에 제공된다.

벽(80, 82)은 2개의 구획에 걸쳐 연장되는 것에 의해, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 고정자와 하우징 사이의 중공-원통형 공간을 분할하여, 2개의 (일반적으로 복수의) 절단된 중공 실린더들을 생성한다. 하나의 절단된 중공 실린더는 열 매체 입구에 제공되는 반면, 다른 절단된 중공 실린더는 열 매체 출구에 연결된다. 그 결과, 도 1에서와 같이, 도 2에서 도면의 상부 절반에서, 제1 냉각제 방향은 고정자의 외주 표면을 따라 생성되는데, 이 냉각제 방향은 이 도 2의 하부 절반에서의 냉각제 방향과는 반대이다.

도 2에서는 벽(80, 82)이 제1 길이방향 구획(80)과 제2 길이방향 구획(82)으로 분할될 수 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 길이방향 구획(80, 82)들은 샤프트(42)가 또한 연장되는 평면에서 실질적으로 이어진다. 그러나, 이것은 절대적으로 그러해야 하는 것은 아니고, 그리하여 길이방향 구획(80, 82)들은 단면이 서로 반대쪽에 있는 전기 기계 측들에 제공될 수 있으나, 고정자의 외주 방향으로 반드시 180°만큼 서로에 대해 오프셋될 필요는 없다.

도 2에 도시된 바와 같이 2개의 (또는 2개를 초과하는) 동일한 사이즈의 절단된 중공 실린더들로 분할되는 경우, 단부 표면 구획 쪽으로 이어지는 냉각 덕트의 구획은 단부측 구획으로부터 멀어지는 방향으로 이어지는 냉각 덕트의 구획과 동일한 단면적을 구비하는 장점이 제공된다.

도 2에 도시된 실시예의 대안으로서, 복수의 열 매체 입구 및/또는 복수의 열 매체 출구가 또한 제공될 수 있고, 여기서 입구들 또는 출구들은 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같은 벽으로 각각 분리된다.

10: 전기 기계
20: 하우징
30: 고정자의 권선 몸체
32: 고정자의 권선 헤드
30 + 32: 고정자
40: 회전자
42: 회전자의 샤프트
50: 회전자의 회전축 또는 전기 기계(10)의 길이방향 범위의 방향
60: 냉각 덕트
62, 64: 길이방향 구획의 제1 서브구획(62)과 제2 서브구획(64)으로 분할된 냉각 덕트의 길이방향 구획
70: 전력 전자부품(전력 반도체와 선택적으로 추가적인 전력 부품, 예를 들어, 전력 커패시터를 갖는 전력 활성화 스테이지)
80, 82: 고정자로부터 하우징의 내부 측에까지 연장되는 벽의 벽 구획
90: 열 매체 입구
92: 열 매체 출구

Claims

하우징(20), 고정자(30, 32), 및 회전자(40, 42)를 포함하는 전기 기계(10)로서, 상기 고정자(30, 32)는 상기 회전자(40, 42)를 둘러싸고, 상기 회전자(40, 42)는 샤프트(42)를 구비하며, 상기 전기 기계(10)는 상기 하우징(20) 내에 전력 전자부품(70)을 구비하고, 상기 전기 기계(10)는 길이방향 구획(62, 64)을 따라 그리고 단부측 구획(66)을 따라 연장되는 냉각 덕트(62, 64, 66)를 구비하며, 상기 길이방향 구획(62, 64)은 중공 실린더를 따라 연장되고, 상기 중공 실린더의 내부를 통해 상기 샤프트(42)의 회전축(50)이 이어지며, 상기 단부측 구획(66)은 상기 샤프트(42) 쪽으로 연장되고,
상기 길이방향 구획(62, 64)은 일측에서 상기 고정자(30, 32)의 외주 표면에 의해 그리고 타측에서 상기 하우징(20)의 벽에 의해 한정되고, 상기 단부측 구획(66)은 일측에서 상기 고정자의 단부측에 의해 그리고 타측에서 상기 전력 전자부품(70)의 단부측에 의해 한정된, 전기 기계(10).
삭제
제1항에 있어서, 상기 전력 전자부품(70)은 환형 표면을 따라 연장되고, 상기 환형 표면의 중심을 통해 상기 샤프트(42)가 푸시되고, 상기 전력 전자부품(70)은 상기 단부측 구획(66)을 한정하는 냉각 표면을 구비하는, 전기 기계(10).
제1항에 있어서, 상기 길이방향 구획(62, 64)은 상기 단부측 구획(66)에 직접 병합되고, 상기 길이방향 구획(62, 64)의 단면은 상기 고정자(30, 32)와 상기 하우징(20) 사이에 연장되고, 상기 단부측 구획(66)의 단면은 상기 고정자(30, 32)와 상기 전력 전자부품(70) 사이에 연장되는, 전기 기계(10).
제1항에 있어서, 상기 길이방향 구획은, 권선 몸체(30)의 외주에 의해 한정된 제1 서브구획(62), 및 상기 고정자의 권선 헤드(32)의 외주에 의해 한정된 제2 서브구획(64)을 포함하고, 상기 제1 서브구획(62)은 상기 제2 서브구획(64)을 통해 상기 단부측 구획(66)에 연결되고, 상기 단부측 구획(66)은 상기 권선 헤드(32)의 단부측에 의해 한정된, 전기 기계(10).
제1항에 있어서, 상기 전력 전자부품(70)을 지지하는 내부 측을 구비하는 베어링 실드(72)를 더 포함하고, 상기 샤프트(42)는 상기 베어링 실드(72)의 베어링에 의해 회전가능하게 장착되고, 상기 샤프트(42)는 상기 베어링 실드(72)를 통해 푸시되는, 전기 기계(10).
제1항에 있어서, 상기 길이방향 구획(62, 64)은 적어도 하나의 벽(80, 82)에 의해 적어도 2개의 부분으로 분할되고, 상기 벽(80, 82)은 첫째 상기 고정자(30, 32)로부터 상기 하우징(20)으로 연장되고 나서, 둘째 상기 샤프트(42)가 이어지는 방향으로 연장되는, 전기 기계(10).
제1항에 있어서, 열 매체 입구(90)와 열 매체 출구(92)를 더 포함하고, 상기 열 매체 입구와 상기 열 매체 출구 사이에는 상기 냉각 덕트(60)가 연장되고, 상기 열 매체 입구(90)와 상기 열 매체 출구(92)는 상기 하우징(20)의 동일한 단부측에 배열되는, 전기 기계(10).
제8항에 있어서, 상기 열 매체 입구(90)와 상기 열 매체 출구(92)는, 상기 전기 기계(10)에 대하여 상기 단부측 구획(66)을 한정하는 베어링 실드와 반대쪽에 있는 추가적인 베어링 실드(72)를 통해 이어지는, 전기 기계(10).
제1항에 있어서, 상기 길이방향 구획(62, 64)은 상기 샤프트(42)의 길이방향 범위의 방향으로 섹터들로 분할된 복수의 절단된 중공 실린더를 따라 연장되고, 상기 절단된 중공 실린더 및 상이한 중공 실린더들의 단부측은 상기 단부측 구획(66)을 통해 서로 연결된, 전기 기계(10).