KR100319140B1 - 냉각수단을 갖는 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기(motor)에 관한 것으로, 특히 고정자 적층부와 코일 사이에 상대적으로 고유량인 축류팬을 장착하여 회전자 어셈블리와 동일한 회전수로 회전하도록 한 냉각수단을 갖는 전동기에 관한 것이다.

종래 전동기의 냉각팬은 레이디얼(radial) 계열 특성을 갖는 베인을 사용하기 때문에 고출력에 사용되는 전동기나 고열 발생시 보다 효과적인 냉각효과를 기대할 수 없으며, 또 전동기의 상,하부를 보호 및 내부의 열을 방열하는 엔드실드(endshield)표면이 평탄하여 충분한 방열을 하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 냉각팬보다 상대적으로 고유량인 축류팬을 고정자 적층부와 코일 사이의 공간에 장착하여 고정자와 동일한 회전수로 회전하도록 하는 한편, 상기 축류팬의 블레이드 팁부분으로 쉬링거 링과 그 쉬링거 링의 하부방향인 고정자 코일의 외측으로 레이디얼 팬의 역할을 하는 다수개의 스트립(strip)을 일체로 형성하므로서 전체의 유량을 증가시키며, 또한 회전자의 내부에 축류팬의 허브반경보다 먼 지점에 냉각구멍을 가공하여 하방향으로의 유동을 원활하게 하며, 엔드실드의 내,외부 표면을 딤플(dimple)형상으로 하여 고정자 코일에서 발생되는 열을 충분하게 방열할수 있도록 하므로서, 전동기 전체의 냉각효과를 극대화할 수 있도록 하는 전동기를 제공함에 있다.

Description

냉각수단을 갖는 전동기{Motor having a cooling means}

본 발명은 전동기에 있어서, 특히 고정자 적층부와 코일 사이에 축류팬을 장착하여 고정자 적층부와 코일을 효과적으로 냉각시킬수 있도록 한 냉각수단을 갖는 전동기에 관한 것이다.

종래의 전동기는 도 1 및 도 4에 도시된 바와같이,

얇은 철판을 적층하여 형성된 고정자 적층부(stator core)(11)와 구리선에 코팅을 하여 와인딩(windins)한 고정자 코일(stator coil)(12)로 구성되는 고정자 어셈블리(stator assembly)와, 상기 고정자 어셈블리 내부에서 회전하는 회전자 어셈블리(rotator assembly)(13)와, 상기 회전자 어셈블리(13)의 중심에 연결되어 동력을 전달해주는 구동축(shaft)(14)과, 전동기(10)의 상부에서 고정자 적층부(11) 및 코일(12)을 냉각하기 위해 그 사이에 위치한 냉각팬(15)과, 상기 구동축(15)의 상,하 둘레에서 진동을 억제하기 위한 베어링(16)과, 상기 베어링(16)를 외부로 부터 보호하는 베어링 하우징(17)과, 상기 베어링(16)의 지지와 모터 방열을 위한 엔드실드(endshields)(18)와, 공기가 유입 및 토출되는 다수의 공기구멍(19)과, 상기 고정자 어셈블리의 상,하측으로 엔드실드(18)를 고정하기 위한 볼트(bolt)(20)로 구성된다.

그리고, 상기 냉각팬(15)에는 구동축(14)에 삽입되어 냉각팬 전체를 지지하는 허브(15a)와, 상기 허브(15a)에 방사형으로 형성되어 코일(12)을 에워쌓도록 'L'자 형상을 갖는 'L'자형 베인(vane)(15b)과, 상기 허브(15a)의 중심으로 부터 'L'자형 베인(15b)의 반경방향으로 형성된 베인(15c)과, 상기 'L'자형 베인(15b)의 끝단에 링형상을 하는 림(rim)(15d)으로 구성된다.

미 설명부호 14a는 냉각팬이 더이상 내려가지 않도록 하는 스냅 링(snap ring), 15e는 허브와 베인을 견고하게 연결하는 칼라(collar)이다.

상기와 같이 구성되는 종래 냉각수단을 갖는 전동기에 대하여 도 1 내지 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전동기(10)에 전원이 들어가면 고정자 어셈블리는 얇은 철판으로 적층된 고정자 적층부(11)와 구리선이 코딩되어 감겨진 고정자 코일(12)로 구성되어 내부에 위치한 회전자 어셈블리(13)를 회전시켜 준다.

상기 회전자 어셈블리(13)가 회전하게 되면, 회전자 어셈블리(13)의 중심에 걸려있는 구동축(14)이 축을 중심으로 회전하게 되고, 상기의 구동축(14)에 억지끼움으로 결합된 냉각팬(15)도 함께 회전하게 된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 냉각팬(15)은 중심의 허브(hub)(15a)가 구동축(14)에 끼워지는 허브(15a)를 중심으로 방사형으로 고정자 코일(12)를 에워싸고 있는 'L'자형 베인(15b)과 'L'자형 베인(15b)의 하단 반경방향으로 형성된 베인(15c)이 일체로 회전하는 구조이다.

그리고, 'L'자형 베인(15b)의 끝단에는 링(ring)형상의 림(rim)(15d)이 일체로 형성되어 있는 구조이다.

그러므로, 전동기의 상,하부에 가공된 공기구멍(19)을 유입되는 공기는 냉각팬(15)의 'L'자형 베인(15b)과 베인(15c)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 전동기 내부에서 외부로 빠져 나가게 되고, 이 공기가 빠져나간 공간으로는 공기구멍(19)을 통해 상대적으로 낮은 온도를 가진 공기가 유입되므로서, 열이 발생되는 부위를 냉각시켜 준다.

즉, 냉각팬(15)은 회전에 의한 냉각작용으로 온도가 높은 고정자 적층부(11) 표면과 코일(12)에서 발생되는 열을 토출시켜 냉각시키며, 또 코일(12) 둘레에 있는 'L'자형 베인(15b)는 코일부근에서 발생하는 열을 외부로 토출하는 역할을 하므로서 냉각작용을 수행하게 된다.

그리고, 전동기의 상,하부에 위치한 베어링 하우징(17)의 내측에는 베어링(16)이 구동축(14)의 상,하 둘레에서 그 진동을 억제하며, 상기 베어링 하우징(17)의 외측을 지지하는 엔드실드(18)는 전동기의 상,하부에서 고정자 어셈블리로 부터 발생되는 열을 방열시켜 준다.

여기서, 상기의 냉각팬(15)은 레이디얼 계열 특성을 갖는 팬으로 고압과 저유량의 경우에 주로 적용되는데, 유도모터 특성상 고정자 어셈블리에서 발생되는 고열을 충분히 냉각시켜 주지 못하면 베어링(16) 내부에 있는 윤활유가 마르게 된다.

이와같이 레이디얼 계열 특성을 갖는 베인이 장착된 냉각 팬(15)은 고정자 적층부(11) 및 코일(12)의 냉각에는 효과가 있지만, 냉각하고자 하는 부위에서는 보다 더 안정적인 냉각작용과 방열을 위해 보다 많은 풍량을 발생시켜 지나가게 하는 것이 효과적이다.

그러나, 동일크기와 동일 회전수를 갖는 팬의 경우 종래의 냉각팬 타입이 축류팬 타입보다 저유량인 단점이 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와같이 냉각팬(15)의 허브(15a)가 구동축(14)과 접한 부분을 베어링 하우징(17)까지 지지하여 냉각팬 자체의 무게가 무거워지는 문제가 있으며, 또 전동기 냉각을 위해 상,하부에 결합되는 엔드실드(18) 표면이 평탄하기 때문에 열전달 성능이 상대적으로 작아 방열 능력이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 전동기의 상,하부에 위치한 공기구멍 부분이 각이 져있어 측면에서 들어오는 유동이 박리가 발생하고, 이로 인해 냉각팬의 성능이 떨어지게 되므로서, 전체적으로 전동기의 냉각성능을 떨어뜨리는 문제가 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 고정자 적층부와 코일을 냉각시켜 주기 위해 그 사이에 냉각팬 보다 고유량인 축류팬을 설치하되,상기 축류팬을 회전축과 강제 끼워 맞춤으로 하여 회전자 어셈블리와 동일 회전수로 회전시켜 주는 한편, 상기 회전자 어셈블리의 내부 둘레에 다수개의 냉각구멍을 가공시켜 축류팬에서 발생되는 유동공기의 일부가 냉각구멍을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 축류팬의 허브부분과 블레이드의 일부를 수평선상으로 커팅하여 베어링 하우징에 허브가 직접 접촉하지 않고 고정자 적층부와 코일 사이에 축류팬이 용이하게 삽입되게 하고, 엔드실드의 내,외부 표면을 딤플 형태로 하여 그 방열 표면적을 늘려 주어 방열효과를 높게 한 것이다.

그리고, 고정자 어셈블리의 냉각을 위해 축류팬의 블레이드 개수와 냉각구멍의 블레이드 개수를 일치시키고 두개의 블레이드 끝단면이 그리는 평면의 중심이 상기의 냉각구멍의 중심을 지나도록 하므로서, 축류팬의 회전에 의한 공기가 냉각구멍을 통해 하부로 빠져 나가도록 하여 보다 효과적으로 전동기를 냉각시켜 주고자 한 것이다.

도 1은 종래 전동기의 사시도.

도 2는 종래 전동기의 평면도.

도 3은 종래 도 2의 A-A'단면도.

도 4은 종래 전동기의 냉각팬을 보인 평면도.

도 5는 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기의 평면도.

도 6은 본 발명 도 5의 B-B' 단면도.

도 7은 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기에 있어서, 축류팬의 평면도.

도 8a는 본 발명 축류팬의 허브 및 블레이드를 보이기 위한 측면도.

도 8b는 본 발명 두개의 블레이드를 끝단을 연결할 경우 평면의 중심을 보이기 위한 도면.

도 9는 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기에 있어서, 구동축이 결합된 회전자를 보인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10,40... 전동기 11,41... 고정자 적층부

12,42... 고정자 코일, 13,43... 회전자 어셈블리

14,44... 구동축 15 ..... 냉각팬

16,46... 베어링 17,47... 베어링 하우징

18,49.. 엔드실드 19,50... 공기구멍

45..... 축류팬 15a,451..허브

15b... 'L'자형 베인 15c.... 베인

452... 블레이드 453.... 단면부

454... 쉬링거 링 455.... 연결부

456... 스트립 43a.... 냉각구멍

48.... 지지부재 49a.... 딤플형상의 홈

본 발명 냉각수단을 갖는 전동기는 도 5 내지 도 9에 도시된 바와같이,

고정자 적층부(41)와 고정자 코일(42)로 구성되는 고정자 어셈블리와, 고정자 어셈블리 내부에서 회전하는 회전자 어셈블리(43)와, 상기 회전자 어셈블리(43) 중심에 연결되어 동력을 전달해주는 구동축(shaft)(44)과, 상기 고정자 적층부(41)와 코일(42)을 냉각하기 위해 그 사이의 구동축(44)에 결합되어 상기 회전자 어셈블리와 동일 회전수로 회전하는 축류팬(45)과, 상기 구동축(44)의 상,하부에서 진동을 억제하는 베어링(46)과, 상기 베어링(46)을 보호하기 위한 베어링 하우징(47)과, 상기 축류팬(45)과 베어링 하우징(47) 사이에 끼워져 축류팬(45)을 지지해주는 지지부재(48)와, 전동기(40)의 상하부에서 베어링 하우징(47)을 지지하고 보다 많은 표면적을 갖도록 그 내외부 표면에 딤플(dimple)형상의 홈(49a)을 갖는 엔드실드(49)와, 공기가 유입 및 토출되는 다수개의 공기구멍(50)과, 전동기의 하부에서 회전하는 원심팬(radial fan)(51)으로 구성된 것이다.

그리고, 회전자 어셈블리(43)의 내부 반경으로 다수개의 냉각구멍(43a)을 가공시켜 축류팬(45)에 의한 유동공기가 회전자 어셈블리(43)의 냉각구멍(43a)를 통한 후 하부의 원심팬(51)에 의해 외부로 빠져 나가도록 한 것을 특징으로 하며,

상기 축류팬(25)은 구동축(44)에 강제로 끼워져 팬 전체를 지지하는 허브(451)와, 상기 허브(451)에 일정간격의 방사형으로 다수개 형성된 블레이드(blade)(452)와, 허브(451)의 수평선상으로 각 블레이드(452)의 일부분을 커팅시킨 단면부(453)와, 상기 블레이드(452)의 팁(tip)부분에 일체로 형성된 쉬링거 링(454)과, 상기 블레이드(452)의 팁부분과 쉬링거 링(454)을 연결시켜 주는 연결부(455)와, 고정자 코일(42)의 외측면을 따라 상기 쉬링거 링(454)에 일정간격으로 형성된 다수개의 스트립(strip)(456)으로 구성된다.

미 설명부호 52는 볼트이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 모터의 냉각구조에 대하여 도 4내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전동기(40)에 전원이 들어가면 얇은 철판으로 적층된 고정자적층부(41)와 구리선이 코딩되어 감긴 코일(42)로 이루어진 고정자 어셈블리는 그 내부에 위치한 회전자 어셈블리(43)를 회전시켜 준다.

상기 회전자 어셈블리(43)가 회전함에 따라 그 중심에 걸려있는 구동축(44)이 회전하게 되므로 구동축(44)에 억지 끼움으로 결합된 축류팬(45)이 회전하게 된다.

여기서, 도 7 및 도 8a에 도시된 바와같이 축류팬(45)의 외형 특성상, 고정자 적층부(41)와 코일(42) 사이에 축류팬(45)을 장착하기에는 그 공간이 충분하지 않기 때문에 축류팬(45)의 허브 상단부분과 이에 수평선상으로 연장되는 각 블레이드(452)의 단면부(453)를 베어링 하우징(47)의 외측 반경만큼 커팅해 준다.

그리고, 도 6에 도시된 바와같이, 상기 축류팬(45)의 커팅부분과 베어링 하우징(47)의 사이에 지지부재(48)를 끼워 넣어 축류팬(45)의 상,하 유동을 방지하는 한편, 허브(451)를 베어링 하우징(47)까지 연장하지 않아도 되므로 축류팬(45)의 무게도 줄일수 있다.

또한, 축류팬(45)의 허브 반경은 구동축(44)에 강제로 끼워지도록 하는 반경을 갖고 그 두께는 축류팬 회전시 허브 외주변에 일체로 형성된 블레이드(452)가 파손되지 않는 두께를 갖으며 그 나머지 부분은 일정간격의 블레이드(452)가 방사형으로 형성된다.

그러면, 외부의 찬 공기가 축류팬(45)의 블레이드(452) 사이로 유입되며, 상기 블레이드 사이에 있는 공기는 축류팬(45)의 회전에 의해 발생하는 원심력으로 고정자 적층부(41) 및 코일(42)을 통해 외부로 빠져 나가게 된다.

그리고, 유동 공기의 일부분은 회전자 어셈블리(43)의 내부에 가공된 다수개의 냉각구멍(43a)을 통해서 전동기 하부에 장착된 원심팬(51)에 의해 외부로 빠져 나가게 되므로 회전자 어셈블리(43)를 냉각시켜 준다.

여기서, 회전자 어셈블리(43)의 냉각구멍(43a)은 구동축 중심으로 부터 일정하게 이격되어 허브(451)의 반경보다 먼 거리에 위치하므로 허브(451)의 방해없이 냉각구멍(43a)으로 공기가 원활하게 빠져 나가도록 한 것이다.

도 8b 및 도 9에 도시된 바와같이, 축류팬(45)의 블레이드(452)의 개수와 회전자 어셈블리(43)의 냉각구멍(421)의 개수를 일치시키고, 두개의 블레이드 끝단이 그리는 단면의 중심(P)이 회전자 어셈블리(43)의 냉각구멍 중심(P')을 지나도록 하므로서, 냉각구멍(43a)으로 공기유동이 원활하게 흐른다.

이때, 축류팬(45)의 회전수는 중심의 허브(451)가 구동축(44)에 강제로 끼워져 구동축(44)과 함께 회전하므로 회전자 어셈블리(43)와 동일한 회전수를 갖게 된다.

한편, 축류팬(45) 회전시 블레이드 팁(tip) 부분에 형성된 연결부(455)를 이용하여 쉬링거 링(454)을 일체로 형성시켜 주어 블레이드 모두를 지지하고, 상기 쉬링거 링(454)의 하단방향으로 일정하게 형성된 다수개의 스트립(strip)(456)이 고정자 코일(42)의 외측면에서 레이디얼 팬(radial fan)의 역할을 하여 측면의 공기유량을 증가시켜 준다.

여기서, 쉬링거 링(454)에 일정간격으로 형성된 스트립(456)의 위치는 고정자 코일(42)의 외측과 엔드실드(49)의 내부면 사이이고, 그 길이는 고정자 적층부(41)에 닿지 않을 정도로 쉬링거 링(454)에 일체로 형성된다.

또한, 전동기(40)의 상,하부에 위치하여 베어링 하우징(47)을 지지하는 엔드실드(49)의 내부 및 외부 표면을 딤플형상의 홈(49a)으로 하여 방열 표면적을 늘려 주므로서, 전동기 내부의 고정자 어셈블리에서 발생되는 열을 효과적으로 방열시켜 준다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 전동기의 내부를 냉각시켜 주기 위해상대적으로 유량이 많은 축류팬을 장착하여 고정자 적층부 및 코일을 효과적으로 냉각시켜 줄수 있도록 하는 한편, 회전자 어셈블리의 내부에 다수개의 냉각구멍에 의해 하부방향으로의 공기유동이 원활하게 되도록 하고, 엔드실드의 내,외부 표면을 딤플형태로 만들어 방열면적을 넓혀 주므로서, 전동기 전체의 냉각효과를 향상시켜 주는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 고정자 적층부와 고정자 코일로 이루어진 고정자 어셈블리와, 상기 고정자 어셈블리의 내부에서 회전하는 회전자 어셈블리와, 상기 회전자 어셈블리에 연결되어 동력을 전달하는 구동축과, 상기 구동축의 상,하 둘레에서 회전시 진동을 방지하기 위한 베어링과, 전동기 내부를 냉각시켜 주는 냉각수단과, 상기 베어링의 지지 및 방열을 위한 엔드실드로 이루어진 전동기에 있어서,

   상기 냉각수단으로서, 고정자 어셈블리와 엔드실드 사이의 구동축에 억지로 끼워지고 그 구동축을 중심으로 회전자 어셈블리와 같이 회전하며, 중심의 허브 상단부분과 허브에 일체로 형성된 블레이드의 단면부가 베어링 하우징의 외측반경 만큼 수평으로 커팅된 축류팬을 장착시킨 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
2. 청구항2는 삭제 되었습니다.
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전자 어셈블리의 내부에 유동공기가 빠져나가도록 다수개의 냉각구멍을 가공시키되, 상기의 냉각구멍의 개수를 상기 축류팬의 블레이드 개수와 일치시키고, 두개의 블레이드 끝단면이 그리는 라인의 중심과 상기 냉각구멍의 중심을 일치시켜 준 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
4. 청구항4는 삭제 되었습니다.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전동기의 상,하부에 위치한 엔드실드의 내,외부 표면에 딤플형상의 홈을 가공하여 방열 표면적을 넓힌 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 고정자 코일을 외측면으로부터 냉각시키기 위하여 상기 축류팬의 블래이드 팁부분에 쉬링거 링를 형성시키고, 상기 쉬링거 링에 수직방향으로 고정자 코일의 외측면을 따라 일정간격으로 스트립을 형성시킨 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.