KR100317360B1 - 모터의 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 냉각구조에 관한 것으로, 축 결합공(11a)이 형성된 회전자프레임(11)의 내부에 고정자(12) 및 회전자(13)가 위치하는 모터에 있어서; 상기 축 결합공(11a)을 중심으로 그 동심원상에 통풍구(11b)를 형성하고, 상기 통풍구(11b)의 외측에는 회전자프레임(11) 내부로 유입되는 공기의 동압을 정압으로 변환시키는 동시에 흡입된 공기를 모터의 내부로 안내하도록 수개의 원심형 냉각 블레이드(14)를 설치하며, 상기 냉각 블레이드(14)의 외측에는 유체 속도에 의한 운동에너지를 압력에너지로 바뀌게 하는 확산공간부(S)를 형성함으로써, 냉각 블레이드의 회전에 의한 정압 상승의 효과가 크기 때문에 코일이 매우 촘촘하게 감겨 있고 회전자와 고정자 사이의 간격이 작아 고정자의 유동저항이 크더라도 항상 일정한 유량의 냉기를 공급할 수 있으며, 아울러 냉각 블레이드의 유동방향이 자연대류에 의한 유동방향과 일치하므로 모터의 냉각을 효율적으로 수행하게 된다.

Description

모터의 냉각구조{COOLING STRUCTURE OF MOTOR}

본 발명은 모터의 냉각구조에 관한 것으로, 특히 모터의 냉각 성능을 향상시키기 위한 모터의 냉각구조에 관한 것이다.

일반적인 세탁기는 소정의 형상을 갖는 외곽케이스와, 이 외곽케이스의 내부에 현가봉에 의해 지지되어 설치되는 외조와, 이 외조의 내부에 회전 가능하도록 설치되며 세탁물이 투입되어 세탁이 이루어지는 세탁조와, 상기 외조의 하면에 설치되어 회전력을 발생시키는 모터와, 이 모터의 회전자와 세탁조를 연결시키도록 결합되어 모터의 회전력을 세탁조에 전달하는 회전축을 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 세탁기에 사용되도록 상기 외조의 하면에 설치되어 회전력을 발생시키는 모터는 비엘디씨(BLDC) 모터로, 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 크게 고정자(2)와 회전자(3)로 구성되고, 상기 고정자(2)는 외주면에 복수개의 티스(Teeth)가 형성된 코어(2a)와, 상기 티스에 각각 권선되는 코일(2b)을 포함하여 구성되어 있다. 그리고 상기 고정자(2)는 고정자프레임(2a)에 의하여 외조(T)의 하면에서 일정 거리 이격된 위치에 고정되며, 상기 고정자프레임(2a)의 중심부와 외조(T)의 중심부에는 회전축(4)이 베어링(B,B)에 의하여 회전 가능하게 지지되고, 상기 고정자프레임(2a)는 상기 외조(T)의 하면에 결합 고정되는 베어링하우징(H)에 나사에 의해 체결 고정되어 있다.

또한, 상기 회전자(3)는 원형으로 배열된 복수개의 영구자석으로 이루어지고, 상기 영구자석은 캡 모양으로 형성된 회전자프레임(1)의 내주면에 고정되며, 상기 고정자(2)는 회전자(3)의 내주측에 소정 간격을 두고 배치된다.

이와 같이 상기 모터는 고정자(2)와 회전자(3) 사이에서 발생되는 자장의 흐름에 의해 토오크가 발생되어 회전자(3)가 회전하게 되고, 이 회전력에 의해 회전자(3) 및 이에 압입된 회전축(4)이 회전하여 세탁조를 정방향 및 역방향으로 회전시켜 그 내부에 투입된 세탁물을 세탁 및 탈수시키게 된다.

그런데 상기 비엘디시 모터는 고정자의 코어(2a) 동선에 전류를 가해주기 때문에 코일(2b)에서 많은 양의 열이 발생하게 되며, 아울러 마그네트(3b)의 주위도 코일(2b)의 온도 상승에 의한 열전달에 의해서 온도가 상승하게 된다. 도면에서 미설명 부호 3a는 백요크이다.

따라서, 모터의 온도 상승을 막기 위해서 고정자(3)의 하측에 수 개의 냉각리브(5a)를 회전자프레임(1)에 결합 설치하여 모터의 작동시 상기 고정자(2) 및 회전자(3)를 냉각하게 된다.

즉, 통상 고체와 유체간에는 열전도는 물론, 유체의 운동에 의한 대류열전달이 일어나게 되며, 이에 따라 상기 모터(M)의 주변에서 냉매유동이 활성화되면 그 냉매의 운동에 의한 대류열전달이 발생되어 결국 모터의 냉각이 원활하게 이루어지게 되는 것이다.

이와 같은 종래 기술의 냉각구조를 도 2를 참고하여 설명하면, 회전자프레임(1)의 중심에 형성된 축 결합공(1a)을 중심으로 그 방사상에 일정 간격을 두고 원형으로 이루어진 수개의 통풍구(1b)가 설치되어 있고, 상기 각 통풍구(1b)와 통풍구 사이에는 상측으로 향하도록 상측 냉각리브(5a)가 설치되어 있으며, 상기 각각의 통풍구(1b)의 저면에는 하측 냉각리브(5b)가 설치되어 있다.

따라서, 회전자프레임(1)의 통풍구(1b)를 통해 유입된 공기가 회전자프레임(1) 내부로 유입되어 상기 회전자프레임(1)이 회전하게 되면, 회전자프레임(1)에 결합 설치된 냉각리브(5a)의 회전으로 인해 풍량이 발생하게 되고, 이와 같이 발생된 풍량은 대류열전달에 의해 고정자(2) 및 회전자(3)에서 발생하는 발열량을 냉각하게 된다.

부연하면, 상기와 같은 모터에서는 회전자(3)가 회전할 때 회전자프레임(1)에 장착된 냉각리브(5a)의 단면에 따라 회전자프레임(1) 내부로의 공기 유동흡입이 변하게 된다. 즉, 회전자(3)의 회전방향과 일치하는 쪽에 위치한 통풍구(1b)에서는 정지해 있는 유체와의 충돌로 인해 압력이 높아지기 때문에 주변의 유체를 회전자프레임(1) 내부로 유입시키지 못하고, 그 반대편의 통풍구는 주변보다 압력이 낮기 때문에 공기가 유입되어 모터를 냉각시키도록 되어 있다.

그런데, 종래 모터에서는 상기 회전자프레임(1)의 통풍구(1b)들 사이에는 상측으로 향하도록 상측 냉각리브(5a)가 설치되어 있고, 각 통풍구(1b)의 저면에도 하측 냉각리브(5b)가 설치되어 상기 각각의 냉각리브(5a)(5b)가 공기의 유동을 상호 방해하기 때문에 모터의 냉각 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 항상 일정한 유량의 냉기를 모터에 공급할 수 있도록 함으로써 모터의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 모터의 냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 세탁기용 비엘디시 모터를 보인 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 냉각구조를 보인 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 냉각구조가 구비된 세탁기용 비엘디시 모터를 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 냉각구조를 보인 평면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

11 ; 회전자프레임 11a ; 축 결합공

11b ; 통풍구 12 ; 고정자

13 ; 회전자 14 ; 냉각 블레이드

S ; 확산공간부

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 중심부에 축 결합공이 형성된 회전자프레임의 내주면에 고정 결합되는 회전자와, 외조의 하부에 고정자프레임에 의하여 고정되며 상기 회전자의 내주부에 배치되는 고정자와, 상기 회전자프레임의 축 결합공에 고정 결합되어 상기 외조에 회전 가능하게 지지되는 회전축을 구비한 모터에 있어서; 상기 회전자프레임에는, 상기 축 결합공을 중심으로 그 동심원상으로 배치되는 수개의 통풍구와, 상기 통풍구의 외측에 회전자프레임 내부로 유입되는 공기의 동압을 정압으로 변환시키는 동시에 흡입된 공기를 모터의 내부로 안내하도록 배치되는 수개의 원심형 냉각 블레이드 및, 상기 원심형 냉각 블레이드의 외측에 배치되어 유체 속도에 의한 운동에너지를 압력에너지로 바뀌게 하는 확산공간부를 각각 형성한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 모터의 냉각구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다. 단, 외조(T), 고정자프레임(1'), 베어링(B,B), 베어링 하우징(H)은 상술한 종래 기술에서와 동일하므로 동일 부분에 대하여 동일 부호를 부여하여 설명한다.

본 발명에 의한 모터의 냉각구조는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 고정자(12) 및 회전자(13)가 결합되는 회전자프레임(11)의 내부에 회전축(A)이 삽입 결합되도록 축 결합공(11a)을 형성하고, 상기 축 결합공(11a)을 중심으로 동심원상에 소정 간격을 두고 통풍구(11b)를 형성하며, 상기 통풍구(11b)의 외측에는 회전자프레임(11) 내부로 유입되는 공기의 동압을 정압으로 변환시키는 역할을 하는 동시에 흡입된 공기를 모터의 내부로 안내하도록 수개의 원심형 냉각 블레이드(14)를 설치하고, 상기 원심형 냉각 블레이드(14)를 중심으로 소정 간격을 두고 그 외측에 유체 속도에 의한 운동에너지를 압력에너지로 바뀌도록 하여 회전자프레임(11) 내부의 압력을 상승시키는 확산공간부(S)를 형성한다.

그리고 상기 원심형 냉각 블레이드(14)에 의해 발생된 풍량이 코일 끝단으로 치우쳐 흐르는 것을 방지하기 위해 회전자프레임(11)의 내주면에는 유동조절판(15)을 설치한다.

이때, 상기 원심형 냉각 블레이드(14)는 회전자(13)의 접선 방향에 수직으로 설치하는데, 이는 세탁기의 포 꼬임 등을 방지하기 위해 회전자(13)의 회전 방향이 정방향 및 역방향을 주기적으로 수행하도록 설계되기 때문에 외부의 찬 공기가 회전자(13)의 회전 방향에 상관없이 항상 일정하게 유입되도록 하기 위함이다.

따라서, 세탁을 하기 위해 고정자 및 회전자(13)의 작동에 의해 회전자(13)가 회전하게 되면 모터 외부의 공기는 회전자(13)의 회전에 의한 원심력에 의해서 통풍구(11b)를 통해 회전자프레임(11) 내부로 흡입된다.

이와 같이 회전자프레임(11) 내부로 유입된 흡입 공기는 유동조절판(15)을 통과하여 자연대류에 의해 상승하면서 고정자 및 회전자(13)에서 발생하는 발열량을 냉각하게 된다.

이때, 원심형 냉각 블레이드(14)의 회전에 의한 공기는 원심력에 의한 회전에너지가 압력에너지로 바뀌어 정압이 주변보다 높은 상태로 바뀌게 되고, 상기 원심형 냉각 블레이드(14)와 유동조절판(15) 사이에 형성된 확산공간부(S)에서는 유체 속도에 의한 운동에너지가 다시 압력에너지로 바뀌게 되므로 회전자프레임(11)의 내부는 주변보다 상대적으로 압력이 높게 된다.

이와 같이 회전자프레임 내부의 고압으로 인해 모터 내부의 발열량은 회전자프레임 쪽으로 역류되지 않고 외부로부터 유입된 찬 공기와 함께 자연 대류에 의해 상승하여 베어링하우징 쪽으로 빠져나가게 된다.

따라서, 원심형 냉각 블레이드(14)의 회전에 의한 정압 상승의 효과가 크기 때문에 코일이 매우 촘촘하게 감겨 있고 회전자(13)와 고정자(12) 사이의 간격이 작아 고정자(12)의 유동저항이 크더라도 항상 일정한 유량의 냉기를 공급할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각구조는 원심형(遠心刑) 냉각 블레이드의 회전에 의한 정압 상승의 효과가 크기 때문에 코일이 매우 촘촘하게 감겨 있고 회전자와 고정자 사이의 간격이 작아 고정자의 유동저항이 크더라도 항상 일정한 유량의 냉기를 공급할 수 있으며, 아울러 원심형 냉각 블레이드에 의한 유동방향이 자연대류에 의한 유동방향과 일치하므로 모터의 냉각을 효율적으로 수행하게 된다.

Claims (3)

1. 중심부에 축 결합공이 형성된 회전자프레임의 내주면에 고정 결합되는 회전자와, 외조의 하부에 고정자프레임에 의하여 고정되며 상기 회전자의 내주부에 배치되는 고정자와, 상기 회전자프레임의 축 결합공에 고정 결합되어 상기 외조에 회전 가능하게 지지되는 회전축을 구비한 모터에 있어서;

   상기 회전자프레임에는, 상기 축 결합공을 중심으로 그 동심원상으로 배치되는 수개의 통풍구와, 상기 통풍구의 외측에 회전자프레임 내부로 유입되는 공기의 동압을 정압으로 변환시키는 동시에 흡입된 공기를 모터의 내부로 안내하도록 배치되는 수개의 원심형 냉각 블레이드 및, 상기 원심형 냉각 블레이드의 외측에 배치되어 유체 속도에 의한 운동에너지를 압력에너지로 바뀌게 하는 확산공간부를 각각 형성한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 회전자프레임에는 상기 원심형 냉각 블레이드를 중심으로 그 외측에 상기 원심형 냉각 블레이드에 의해 발생된 풍량이 회전자 쪽으로 치우쳐 흐르는 것을 방지하기 위한 유동조절판을 설치한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 원심형 냉각 블레이드는 회전자의 회전 방향에 상관없이 외부의 공기가 일정하게 유입되도록 회전자의 접선 방향에 수직으로 설치한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각구조.