KR20190120336A - 최적화된 구성의 회전 전기 기계 - Google Patents

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발레오 에뀝망 엘렉뜨리끄 모떼르
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Abstract

본 발명은 자동차의 회전 전기 기계에 관한 것으로서, 회전 전기 기계는, 회전축(X)을 가지며 적어도 하나의 영구자석(20)을 포함하는 로터(12), 및 로터를 둘러싸며 복수의 노치(30) 및 전기 권선(25)을 구비한 본체(24)를 포함하는 스테이터(11)를 포함하고, 전기 권선은 노치 내에 배치된 상 권선(26)을 포함하고, 각각의 상 권선은 적어도 하나의 도전체(35)에 의해 형성된다. 로터(12)는 3쌍 또는 4쌍 또는 5쌍의 극을 포함한다. 스테이터는 각각 델타 결합으로 3개의 상 권선(26)에 의해 형성되는 2개의 3상 시스템을 포함한다. 노치(30) 당 도전체(35)의 개수는 엄밀하게 2개 초과이며, 각각의 도전체는 대응하는 노치(30)에 삽입되는 활성 부분(40)을 갖고, 단면이 실질적으로 직사각형인 활성 부분은 반경 방향 길이(L2)가 3.6㎜ 이하이다.

Description

최적화된 구성의 회전 전기 기계
본 발명은 최적화된 구성을 갖는 회전 전기 기계에 관한 것이다. 본 발명은 교류 발전기(alternator) 모드 및 모터 모드로 작동할 수 있고 기어박스 등의 호스트 요소와 결합되는 고 출력 가역 전기 기계에 특히 유리하며 비배타적인 용도를 갖는다.
공지의 방법에서, 회전 전기 기계는 스테이터, 및 샤프트와 일체인 로터를 포함한다. 로터는 구동 샤프트 및/또는 피동 샤프트와 일체일 수 있으며, 교류 발전기, 전기 모터, 또는 양 모드로 작동할 수 있는 가역 기계 형태의 회전 전기 기계에 속할 수 있다. 교류 발전기 모드에서, 로터가 회전하고 있을 때, 로터는 스테이터에 자기장을 유도하고, 스테이터가 자기장을 전류로 변환하여, 차량의 전기 소비자에게 전력을 공급하고 배터리를 충전한다. 모터 모드에서는, 스테이터가 전기 공급을 받아, 열 엔진을 시동하거나 및/또는 자체적으로 또는 열 엔진과 결합하여 차량의 견인에 참여하기 위해 로터를 회전시키는 자기장을 유도한다.
스테이터는 베어링 상의 샤프트를 롤러 베어링에 의해 회전시키도록 구성된 하우징 내에 장착된다. 또한, 스테이터는 크라운(crown)을 형성하는 금속 박판 적층체에 의해 구성되는 본체를 포함하고, 그 내면에는 상 권선(phase winding)에 의해 형성된 전기 권선을 수용하기 위해 내부를 향해 개방된 노치(notch)가 마련되어 있다. 이들 권선은 스테이터의 본체 내의 노치를 통과하며, 스테이터의 본체의 양측에 돌출한 시뇽(chignon)을 형성한다. 상 권선은 예컨대 에나멜로 덮인 연속 와이어, 또는 용접에 의해 서로 접속된 핀 형태의 도전성 요소로부터 얻어진다. 이들 권선은 별 모양 또는 삼각형의 형태로 연결된 다상 권선이며, 그의 출력부는 정류기 브릿지로서도 작동하는 인버터에 접속된다.
이러한 유형의 기계에서는, 기계의 회전 속도가 공급 전압에 영향을 미치고, 그에 따라 기계의 출력에 영향을 미친다. 따라서, 회전 속도가 높을수록, 출력이 커진다. 동기식 기계의 경우, 특정 회전 속도를 넘으면, 기계의 출력을 최대화하기 위해, 상기 기계를 플럭스 제거(deflux)할 수 있는 것이 중요하다. 도 1은 모터 모드(M_mth)(토크 특성 곡선(C1) 및 출력 특성 곡선(C2) 참조) 및 발전기 모드(M_gen)(토크 특성 곡선(C3) 및 출력 특성 곡선(C4) 참조)로 각각 회전하는 이러한 유형의 전기 기계의 회전 속도에 따른 토크 특성 곡선 및 출력 특성 곡선을 나타낸다. 플럭스 제거 범위(P_def)는 일정한 토크에서의 최대 회전 속도(N1)를 전기 기계의 최대 회전 속도(N2)로 나눈 비율을 참조하여 정의된다. 이 플럭스 제거 비율이 높기 때문에(2.5 초과), 기계는 준 단락(quasi short-circuit) 상태에 있으면서 고속으로 작동할 수 있다.
기계의 작동을 최적화하기 위해, 특히 고 작동 속도 및 그에 따른 고 출력에 도달할 수 있게 하기 위해서는, 기계가 정상 상태에서의 단락 전류에 대한 양호한 저항을 가질 필요가 있다. 기계의 이러한 최적화는 상기 기계를 차량에 통합하기 위한 중요 변수인 기계의 콤팩트성(compactness)이나, 사용자의 안전을 위한 그리고 기계에 손상을 가하지 않기 위한 중요 변수인 기계의 열 성능과 같은 다른 변수도 고려해야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전기 기계의 콤팩트성 및 열적 특성을 최적화하면서도 정상 상태에서의 단락 전류에 대한 저항을 보장하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명의 주제는 자동차의 회전 전기 기계이다. 본 발명에 따르면, 회전 전기 기계는, 회전축을 따라 연장되며 적어도 하나의 영구자석을 포함하는 로터, 및 로터를 둘러싸며, 복수의 노치 및 전기 권선을 구비한 본체를 포함하는 스테이터를 포함하고, 전기 권선은 노치 내에 배치된 상 권선을 포함하고, 각각의 상 권선은 적어도 하나의 도전체에 의해 형성된다. 또한, 본 발명에 따르면, 로터는 3쌍 또는 4쌍 또는 5쌍의 극(pole)을 포함하고, 스테이터는 각각 델타 결합으로 3개의 상 권선에 의해 형성되는 2개의 3상 시스템을 포함한다. 또한, 본 발명에 따르면, 노치 당 도전체의 개수는 엄밀하게 2개 초과이며, 각각의 도전체는 대응하는 노치에 삽입되는 활성 부분을 갖고, 단면이 실질적으로 직사각형인 활성 부분은 반경 방향 길이가 3.6㎜ 이하이다.
2개의 3상 시스템을 갖는다는 사실에 의하면, 파워 모듈의 배치를 단순화하는 것이 가능하며, 그에 따라 보다 콤팩트한 기계를 얻을 수 있다. 또한, 삼각형 형태의 권선의 결합에 의해, 중성점(neutral point)을 갖지 않게 할 수 있으며, 따라서 기계의 콤팩트성이 향상된다. 단면이 실질적으로 직사각형인 와이어를 갖는다는 사실에 의하면, 노치 내의 도전체의 충전 계수를 향상시키는 것이 가능하며, 그에 따라 기계의 출력을 향상시킬 수 있다. 실질적으로 직사각형의 단면이란 도전체의 모서리가 생산상의 이유로 약간 둥글게 될 수 있음을 의미한다. 엄밀하게 2개 초과인 노치 당 도전체의 개수에 의하면, 권선 당 턴(turn) 수의 선택의 관점에서 보다 큰 자유도를 얻을 수 있다. 또한, 로터의 극이 3쌍 내지 5쌍인 것과 관련된, 도전체의 반경 방향 폭이 3.6㎜ 이하라는 사실에 의하면, 도전체의 저항을 최소화하고 그에 따라 도전체의 주울 손실(Joule loss)을 제한하는 것이 가능하다. 그러므로, 함께 고려된 이들 변수 전부가 열 저항의 향상, 정상 상태에서의 단락 전류에 대한 저항의 향상 및 회전 전기 기계의 콤팩트성의 향상을 야기한다. 따라서, 회전 전기 기계는 보다 고속에서 안전하게 작동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2개의 3상 시스템은 서로 독립적이며, 회전 전기 기계는 각각 3상 시스템에 연결되는 2개의 독립 모듈을 구비한 인버터를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 인버터는 30V 내지 60V의 전압을 갖는 직류 버스에 연결된다.
일 실시예에 따르면, 도전체의 활성 부분의 직교 반경 방향(orthoradial) 길이는 1.4㎜ 이상이다.
일 실시예에 따르면, 스테이터 본체의 외경은 80㎜ 내지 180㎜이다. 예컨대, 스테이터 본체의 외경은 80㎜, 90㎜, 100㎜, 110㎜, 153㎜, 161㎜ 및 180㎜의 값들 중에서 선택된다.
일 실시예에 따르면, 상기 회전 전기 기계의 최대 출력은 8㎾ 내지 30㎾이다.
일 실시예에 따르면, 노치 당 도전체의 개수는 짝수이다.
일 실시예에 따르면, 노치 당 도전체의 개수는 4개이다. 변형예로서, 노치 당 도전체의 개수는 6개, 8개 또는 10개일 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 도전체들은 대응하는 노치의 내부에서 서로에 대해 반경 방향으로 정렬되어 있다.
일 실시예에 따르면, 각 상 권선은 특히 서로 전기적으로 접속된 핀 형태의 복수의 도전체로부터 형성된다. 예컨대, 핀은 각자의 노치 내에서 연장되는 2개의 활성 부분, 및 2개의 활성 부분을 연결하는 연결 부분을 포함하는 "U"자 형태로 연장된다. 바람직하게는, 상 권선은 상이한 핀들의 활성 부분의 자유 단부를 서로 용접함으로써 형성된다. 자유 단부는 연결 부분에 연결되지 않은 활성 부분의 단부를 의미한다.
일 실시예에 따르면, 각 상 권선은 연속적인 도전체로부터 형성된다. 이 연속적인 도전체는 예컨대 와이어이다.
일 실시예에 따르면, 도전체 와이어는 단면이 실질적으로 직사각형인 활성 부분, 및 단면이 둥근, 특히 실질적으로 원형인, 2개의 인접한 활성 부분 사이의 연결 부분을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 도전체는 모서리가 둥근 직사각형 단면을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 회전 전기 기계는 냉각용 액체 회로를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 회전 전기 기계는 동기식 기계이다.
일 실시예에 따르면, 회전 전기 기계는 영구자석을 구비한 기계이다.
일 실시예에 따르면, 상기 회전 전기 기계는 모터, 발전기 또는 가역 전기 기계의 형태이다.
본 발명은 하기의 설명을 숙독하고 첨부 도면을 검토함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 이들 도면은 단지 예시를 위해 제공된 것이며 결코 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 상술한 바와 같이 본 발명의 문맥 내에서 사용되는 회전 전기 기계의 회전 속도에 따른 토크 특성 곡선 및 출력 특성 곡선을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 전기 기계의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 회전 전기 기계의 권취된 스테이터 및 로터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 및 권취된 스테이터의 부분 횡단면도이다.
도 5는 3쌍 및 5쌍의 극을 갖는 로터 각각에 대해, 스테이터 도전체의 활성 부분의 반경 방향 치수에 따른 고 전기 주파수 스테이터 도전체의 저항과 저 전기 주파수 스테이터 도전체의 저항 사이의 비율의 전개를 그래프로 나타낸다.
도 6은 로터의 극 쌍의 개수에 따른 회전 전기 기계의 총 축방향 길이의 전개를 나타낸다.
동일한, 동종의, 또는 유사한 요소들은 도면 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호를 갖는다.
하기의 설명에서, "전방(front)" 요소는 기계의 샤프트에 의해 지지되는 피니언의 측부와 같은 구동부의 측부 상에 안착되는 요소를 의미하며, "후방(rear)" 요소는 기계의 회전축(X)에 대한 반대 측부에 안착되는 요소를 의미한다.
도 2는 기계의 축에 대응하는 축(X)을 따라 연장되는 샤프트(13)에 장착된 로터(12)를 둘러싸는 다상 스테이터(11)를 포함한다. 스테이터(11)는 스테이터(11)의 내주부와 로터(12)의 외주부 사이에 공극이 존재하는 상태로 로터(12)를 둘러싼다. 스테이터(11)는 샤프트(13)를 회전 지지하는 전방 베어링(15) 및 후방 베어링(16)을 구비한 하우징(14) 내에 장착된다.
회전 전기 기계(10)는 자동차 견인 체인에 속하는 기어박스에 결합되도록 설계될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 회전 전기 기계(10)는 자동차의 크랭크샤프트에 결합되거나, 또는 자동차의 휠의 견인 체인에 직접 결합될 수 있다. 예컨대, 회전 전기 기계(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 피니언(17)에 의해 자동차의 일부에 결합될 수 있다. 변형예로서, 회전 전기 기계(10)는 풀리 또는 임의의 다른 결합 수단에 의해 자동차의 일부에 결합될 수 있다.
회전 전기 기계(10)는 특히 자동차의 배터리 및 내장 네트워크에 에너지를 공급하기 위해 교류 발전기 모드로 작동하고, 자동차의 열 엔진의 시동을 보장할 뿐만 아니라, 단독으로 또는 열 엔진과 함께 자동차의 견인에 참여하기 위해 모터 모드로 작동할 수 있다. 변형예로서, 회전 전기 기계(10)는 자동차의 차축, 특히 후방 차축에 박혀 있을 수 있다. 변형예로서, 회전 전기 기계(10)는 전기 모터 또는 비가역 발전기의 형태이다. 회전 전기 기계(10)의 출력은 유리하게는 8㎾ 내지 30㎾이다.
도 2의 예에서, 로터(12)는 금속판 세트의 형태인 본체(19)를 포함한다. 영구자석(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 "V"자 형태의 구성을 따라서 공동(21)의 내부에 박혀 있거나, 또는 이들이 금속판 세트의 내부에 반경 방향으로 박혀 있을 수도 있으며, 2개의 연속하는 영구자석(20)의 서로 대향하는 측면들은 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 극성을 가질 수 있다. 로터(12)는 플럭스 집중형이다. 선택적으로, 영구자석(20)이 본체(19)의 공동(21) 내부에서 직교 반경 방향으로 연장된다. 영구자석(20)은 회전 전기 기계(10)로부터 요구되는 용도 및 출력에 따라 희토류 또는 페라이트로 제조될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 스테이터(11)는 금속판 세트로 구성된 본체(24)뿐만 아니라 전기 권선(25)을 포함한다. 본체(24)는 서로 독립적이며 적절한 고정 시스템에 의해 세트 형태로 유지되는 금속판 시트 적층체에 의해 형성된다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본체(24)에는 스테이터 권선(25)의 장착을 위한 노치(30)를 쌍을 이루어 구획하는 치형부(teeth)(28)가 마련된다. 따라서, 2개의 연속하는 노치(30)는 치형부(28)에 의해 서로 분리된다. 바람직하게는, 스테이터 본체(24)의 외경(L1)은 80㎜ 내지 180㎜이다. 유리하게는, 스테이터 본체(24)의 외경(L1)이 80㎜, 90㎜, 100㎜, 110㎜, 153㎜, 161㎜ 및 180㎜의 값들 중에서 선택된다.
권선(25)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 노치(30)를 통과하며 스테이터 본체(24)의 양측에 돌출하여 연장되는 시뇽(33)을 형성하는 상 권선(26)의 조립체를 포함한다. 상 권선(26)의 출력부는 정류기 브릿지로서도 작동할 수 있는 인버터(34)에 접속된다. 이를 위해, 인버터(34)는 상 출력부에 접속된, MOS형 트랜지스터와 같은, 파워 스위칭 요소를 구비한 파워 모듈을 포함한다.
각각의 상 권선(26)은 핀(37)으로 구성된 복수의 도전체(35)로부터 형성될 수 있다. 이들 핀(37)은 "U"자 형태를 가질 수 있으며, "U"자 형태의 분지(branch)의 단부들은 예컨대 용접에 의해 서로 연결되어 있다. 변형예로서, 각각의 상 권선(26)은 하나 또는 복수의 턴을 형성하도록 노치(30)에서 스테이터(11)의 내부에 권취된 연속적인 도전성 와이어로 형성된다. 모든 경우에, 노치(30) 내부에 안착된 도전체(35)의 활성 부분(40)과 2개의 인접한 활성 부분(40)을 서로 연결하는 연결 부분(41) 사이에 구별이 이루어진다. 따라서, 활성 부분(40)은 노치(30) 내부에서 축방향으로 연장되는 도전체(35)의 부분에 대응하는 반면에, 연결 부분(41)은 활성 부분(40)을 서로 연결하기 위해 시뇽(33)의 내부에서 둘레 방향으로 연장된다. 도전체(35)는 예컨대 에나멜 구리 기반의 재료로 제조될 수 있다.
각각의 상 권선(26)은, 각각의 노치(30)가 동일한 상의 도전체(35)를 수차례 수용하도록 일련의 노치(30)와 연관되어 있다. 유리하게, 스테이터(11)는 바람직하게는 서로 독립적인 2개의 3상 시스템(A1, B1, C1 및 A2, B2, C2)을 포함하고, 각각의 3상 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 3개의 상 권선(26)으로 형성된다. 이에 의해, 통합된 시스템을 위한 회전 전기 기계의 후방에 있는 실린더 내에(도 2 참조) 또는 회전 전기 기계(10)의 측면에 있는 실질적으로 평행육면체의 체적 내에 인버터(34)의 파워 모듈을 배치할 수 있게 함으로써 인버터(34)의 콤팩트성을 보장할 수 있다.
각 3상 시스템(A1, B1, C1; A2, B2, C2)은 회전 전기 기계(10)의 콤팩트성을 최적화하기 위해 삼각형의 형태로 결합된다. 실제, 이중별 형태의 결합과 비교하면, 이중 삼각형 결합은 비교적 부담스러운 권취된 스테이터(11) 내에의 중성 바아(neutral bar)의 통합을 회피할 수 있다.
각 3상 시스템(A1, B1, C1; A2, B2, C2)은 인버터(34)의 독립 모듈에 전기적으로 접속된다. 각각의 독립 모듈은 파워 요소, 및 대응하는 3상 시스템 전용의 제어 모듈을 포함한다. 2개의 독립 모듈은 후방 베어링을 덮는 인버터(34)의 단일 케이싱 내에 수용된다. 인버터(34)는 바람직하게는 30V 내지 60V의 전압을 갖는 직류 버스에 접속된다.
본 예에서, 하나의 상과 관련된 일련의 2개의 연속하는 노치는 다른 상들 중 하나와 관련된 다른 일련의 노치에 각각 대응하는 인접한 노치(30)들에 의해 분리된다. 따라서, K 상이 있을 때, 단일 상 권선(26)의 도전체들은 모든 K＋1 노치에 전부 삽입된다. 예컨대, 상 A1의 권선이 첫번째 노치에 삽입되면, 그 권선은 2개의 3상 시스템, 즉 K=6인 기계의 경우 7번째 노치에 삽입된다. 도 4에 도시된 구성에서는 2개의 시스템의 상들이 스테이터(11)의 둘레를 따라 교대로 바뀐다. 본 예에서는, 둘레 방향을 고려하면, 제 1 노치는 상 A1을 포함하고, 제 2 노치는 상 A2를 포함하고, 제 3 노치는 상 B1을 포함하고, 제 4 노치는 상 B2를 포함하고, 제 5 노치는 상 C1을 포함하고, 제 6 노치는 상 C2를 포함한다. 변형예에 따르면, 다른 상 구성이 고려될 수 있다.
도전체(35)는 적어도 이들의 활성 부분(40)에서 실질적으로 직사각형인 단면을 가지며, 이들은 대응하는 노치(30)의 내부에서 서로에 대해 반경 방향으로 정렬되어 있다. 단면이 실질적으로 직사각형인 도전체(35)를 구비한 유형의 권선 구성에 의하면, 시뇽(33)의 높이를 줄일 수 있고, 원형 와이어로 제조된 불규칙 권선(random winding)에 비해 기계의 콤팩트성에 도움이 된다. 연속 와이어를 구비한 권선의 특정 실시예에 따르면, 도전성 와이어는 오직 활성 부분(40)에서 압착될 수 있으며, 연결 부분(41)에서는 원형 단면을 갖는다. 활성 부분(40)의 실질적으로 직사각형의 단면은 에나멜에 손상을 가하지 않기 위해 모서리가 둥글 수도 있다. 변형예로서, 도전체(35)는 실질적으로 정사각형인 단면을 가질 수 있다.
각 노치(30) 내부의 도전체(35)의 개수는 상 권선(26) 당 턴 수의 선택의 관점에서 자유도를 갖기 위해 엄밀하게는 2개보다 많은 것이 바람직하다. 바람직하게는, 노치 당 도전체(35)의 수는 짝수이다. 본 예에서는 4개이지만, 변형예로서, 상이할 수도 있으며, 구체적으로는 6개, 8개 또는 10개일 수 있다.
높은 전기 주파수에서, 그리고 그에 따른 고 회전 속도에서, 도전체(35)는 도전체(35) 내에서의 전류 밀도를 불균일하게 만드는 표피 효과(pellicular effect) 및 근접 효과를 받는다. 이에 의해 도전체(35)의 피상 저항이 증가한다. 이러한 저항의 증가는 종래에는 고주파수에서의 AC 저항과 동일한 도전체(35)의 몇 헤르츠 정도의 매우 낮은 주파수에서의 DC 저항 간의 비율에 의해 정량화된다.
따라서, 전기 저항은 온도, 스테이터(11)의 치수, 도전체의 치수 및 전기 주파수(fe)에 종속되며, 전기 주파수는 fe = (N×p)/60의 공식에 의해 회전 전기 기계의 분당 회전수 형태의 회전 속도(N)과 관련되며, 여기에서 p는 로터(12)의 극 쌍의 개수이다.
이러한 저항의 증가는 추가적인 주울 손실을 초래하고, 예컨대 아래에서 더 상세히 기술되는 냉각용 액체 챔버의 크기를 증가시키는 것에 의한, 칼로리를 방출할 수 있도록 하기 위한 회전 전기 기계(10)의 크기의 증가를 수반한다.
AC 저항에 영향을 미치는 주요 인자는 노치(30) 내부에 있는 도전체(35)의 반경 방향 길이(L2)뿐만 아니라, 동일 회전 속도에 대한 로터(12)의 극성과 연관되는 전기 주파수(fe)이다.
고정자 직경(L1)이 대략 160㎜이고 회전 속도가 20,000rpm인 회전 전기 기계(10)에 대해서, 도 5는 3쌍의 극을 갖는 로터(곡선 C5 참조) 및 5쌍의 극을 갖는 로터(곡선 C6 참조) 각각에 대해 도전체(35)의 활성 부분(40)의 반경 방향 길이(L2)에 따른, 고주파수에서의 스테이터 도전체의 AC 저항과 저주파수에서의 동일 스테이터 도전체(35)의 DC 저항 간의 비율의 전개를 나타낸다.
회전 전기 기계(10)에 의해 방출될 수 있는 소정의 손실 한계(Lim)에 대해, 도전체(35)의 최대 반경 방향 길이(L2)는 5쌍의 극을 갖는 기계의 경우 3.6㎜이다. 이러한 유형의 값은 3쌍의 극을 갖는 기계에 대한 적절한 성능을 보장하고, 이 기계의 AC/DC 비율은 5쌍의 극을 갖는 기계의 비율보다 전체적으로 낮다.
또한, 활성 부분의 직교 반경 방향 길이(L3)는 1.4㎜ 이상이다. 이 길이(L3)는 도전체(35)의 AC 저항에 거의 영향을 미치지 않는다. 실제, 상이한 점들(C7)에 의해 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 소정의 반경 방향 길이(L2)에 대해, 그리고 도전체(35)의 직교 반경 방향 길이(L3)를 변경하는 것에 의해서는, AC/DC 비율의 값이 아주 약간만 바뀐다.
도 6은 로터(12)의 극 쌍의 개수(p)에 따른 회전 전기 기계의 스테이터(11)의 총 축방향 높이(L4)(도 2 참조)의 전개를 나타낸다. 축방향 높이는 전방 시뇽(33)과 후방 시뇽(33)의 2개의 단부 사이의 간격을 의미한다. 이 도면은 3쌍의 극보다 더 적은 극 쌍을 갖는 로터(12)는 회전 전기 기계의 총 높이(L4)에 있어서의 증가를 초래하는데, 이는 시뇽(33)의 높이가 실질적으로 극성에 비례하기 때문이다. 실제, 회전 전기 기계의 극이 적을수록, 극 사이의 간격은 더 증가한다. 따라서, 하나의 상 권선이 통과하는 노치들은 서로 더 멀어지게 되며, 따라서 시뇽을 형성하는 도전체의 부분들이 더 커져야만 한다. 다른 한편으로, 5쌍 초과의 극을 갖는 극성은 너무 많은 손실을 초래한다. 이러한 상황에서, 최적의 극성은 3쌍 내지 5쌍의 극이다. 즉, 로터(12)는 3쌍, 4쌍 또는 5쌍의 극을 포함할 수 있다.
회전 전기 기계(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 스테이터(11)의 외주부에 제공된 챔버(44) 내에서 액체가 순환할 수 있게 하기 위해 냉각용 액체 입력부 및 출력부를 구비하는 냉각용 액체 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 회전 전기 기계(10)는 물 또는 오일에 의해 냉각될 수 있다. 변형예에 따르면, 회전 전기 기계는 예컨대 팬(fan)을 사용하여 공기에 의해 냉각될 수 있다.
상기의 설명은 단지 예로서 제공되었을 뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 상이한 요소들을 임의의 다른 균등물로 치환하는 것에 의해서는 본 발명으로부터의 일탈이 구성되지 않을 수도 있음을 이해해야 할 것이다.
또한, 본 발명의 다른 특성, 변형예 및/또는 실시예는, 이들이 양립 불가능하거나 또는 서로 모순되지 않는 한, 다양한 조합에 따라 서로 연관될 수 있다.

Claims (13)

  1. 자동차의 회전 전기 기계(10)로서,
    - 회전축(X)을 따라 연장되며 적어도 하나의 영구자석(20)을 포함하는 로터(12); 및
    - 상기 로터를 둘러싸며, 복수의 노치(30) 및 전기 권선(25)을 구비한 본체(24)를 포함하는 스테이터(11)를 포함하고,
    상기 전기 권선(25)은 상기 노치(30) 내에 배치된 상 권선(26)을 포함하고, 각각의 상 권선(26)은 적어도 하나의 도전체(35)에 의해 형성되는, 회전 전기 기계(10)에 있어서,
    - 상기 로터(12)는 3쌍 또는 4쌍 또는 5쌍의 극(pole)을 포함하고,
    - 상기 스테이터(11)는 각각 델타 결합으로 3개의 상 권선(26)에 의해 형성되는 2개의 3상 시스템(A1, B1, C1; A2, B2, C2)을 포함하고,
    - 노치(30) 당 도전체(35)의 개수는 엄밀하게 2개 초과이며, 각각의 도전체(35)는 대응하는 노치(30)에 삽입되는 활성 부분(40)을 갖고, 단면이 실질적으로 직사각형인 상기 활성 부분(40)은 반경 방향 길이(L2)가 3.6㎜ 이하인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 3상 시스템은 서로 독립적이며, 상기 회전 전기 기계는 각각 3상 시스템(A1, B1, C1; A2, B2, C2)에 연결되는 2개의 독립 모듈을 구비한 인버터(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인버터(34)는 30V 내지 60V의 전압을 갖는 직류 버스에 접속되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전체의 활성 부분(40)의 직교 반경 방향(orthoradial) 길이(L3)는 1.4㎜ 이상인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터의 본체(24)의 외경(L1)은 80㎜ 내지 180㎜인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스테이터의 본체(24)의 외경(L1)은 80㎜, 90㎜, 100㎜, 110㎜, 153㎜, 161㎜ 및 180㎜의 값들 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 전기 기계(10)의 최대 출력은 8㎾ 내지 30㎾인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    노치(30) 당 도전체(35)의 개수는 짝수인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    노치(30) 당 도전체(35)의 개수는 4개인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전체(35)들은 대응하는 노치(30)의 내부에서 서로에 대해 반경 방향으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상 권선(26)은 특히 서로 전기적으로 접속된 핀(37) 형태의 복수의 도전체로부터 형성되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상 권선(26)은 연속적인 도전체로부터 형성되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 전기 기계는 모터, 발전기 또는 가역 전기 기계의 형태인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3098040A1 (fr) * 2019-06-26 2021-01-01 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante à refroidissement par eau
FR3098038B1 (fr) * 2019-06-26 2021-11-05 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante à configuration co-axiale
FR3098041B1 (fr) * 2019-06-26 2021-11-05 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante à refroidissement par huile
CN112467913A (zh) * 2019-09-06 2021-03-09 中车时代电动汽车股份有限公司 一种双绕组永磁电机
US11476733B2 (en) * 2019-11-01 2022-10-18 GM Global Technology Operations LLC Electric machine with forced convection-based rotor cooling of rotor magnets
KR102618055B1 (ko) * 2021-05-20 2023-12-27 현대모비스 주식회사 로터 조립체 및 이를 포함하는 모터

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0544672A (ja) 1991-08-13 1993-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型圧縮機
JPH09331694A (ja) * 1996-06-10 1997-12-22 Toshiba Corp インバータモータ
JP2001178054A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Mitsubishi Electric Corp 交流発電機
JP2014096857A (ja) * 2012-11-07 2014-05-22 Denso Corp 固定子および回転電機
WO2016067695A1 (ja) * 2014-10-30 2016-05-06 三菱電機株式会社 回転電機および当該回転電機を用いた電動パワーステアリング装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1109292B1 (en) * 1999-12-14 2005-03-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Stator windings of an alternator
JP5812476B2 (ja) * 2011-08-02 2015-11-11 学校法人 東洋大学 永久磁石回転電機及びその運転方法
JP5488625B2 (ja) * 2012-02-13 2014-05-14 株式会社デンソー ダブルステータ型同期モータ
CN103434415A (zh) * 2013-08-09 2013-12-11 浙江吉利汽车研究院有限公司 机动车驱动***
US9925889B2 (en) * 2015-08-24 2018-03-27 GM Global Technology Operations LLC Electric machine for hybrid powertrain with dual voltage power system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0544672A (ja) 1991-08-13 1993-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型圧縮機
JPH09331694A (ja) * 1996-06-10 1997-12-22 Toshiba Corp インバータモータ
JP2001178054A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Mitsubishi Electric Corp 交流発電機
JP2014096857A (ja) * 2012-11-07 2014-05-22 Denso Corp 固定子および回転電機
WO2016067695A1 (ja) * 2014-10-30 2016-05-06 三菱電機株式会社 回転電機および当該回転電機を用いた電動パワーステアリング装置

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