KR100319141B1 - 냉각수단을 갖는 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기에 있어서, 특히 전동기의 내부를 냉각시켜 주기 위해 고정자 적층부와 코일 사이에 축류팬 및 레이디얼 팬을 혼합 장착하여 회전자와 함께 회전시켜 주어 효과적으로 냉각하고자 한 냉각수단을 갖는 전동기에 관한 것이다.

이와같은 본 발명에 의하면, 회전자 어셈블리(43)에 연결되어 동력을 전달해주는 구동축(shaft)(44)을 중심으로 고정자 코일(42)의 상단과 엔드쉘드(49)의 내측 사이에서 회전하는 축류팬(452)과, 상기 축류팬 하단과 고정자코일 사이에서 회전하는 레이디얼 팬(453)을 일체로 갖는 하이브리드 팬(45)을 장착하고, 상기 축류팬(452)의 끝단으로 쉬링거 링(454)을 장착하여 모든 팬 블레이드를 지지할수 있도록 하며, 상기 하이브리드 팬(45)의 회전에 의한 고압의 유동공기가 회전자 어셈블리(43)를 통해 전동기 하단으로 빠져 나가도록 내부에 다수개의 냉각구멍(43a)을 가공시키고, 전동기의 상하부에서 상기 베어링 하우징(47)을 지지하고 방열하는 엔드쉘드(49)의 표면적을 상대적으로 크게 하기 위해 그 내외부 표면에 딤플(dimple)형상의 홈(49a)을 가공시키므로서, 전동기 내부에 상대적으로 고유량인 축류팬과 레이디얼 팬을 혼합하여 전동기의 냉각효율을 향상시켜 주도록 함에 있다.

Description

냉각수단을 갖는 전동기{Motor having a cooling means}

본 발명은 전동기에 있어서, 특히 고정자 적층부와 코일 사이에 축류팬 및 레이디얼 팬을 일체로 갖는 하이브리드 팬을 장착하여 전동기 내부의 고열발생 부위를 냉각시켜 줄수 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 코일(stator coil)(12)로 구성되는 고정자 어셈블리(stator assembly)와, 고정자 어셈블리 내부에서 회전하는 고정자 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)와 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)을 보호하는 베어링 하우징(17)과, 상기 베어링 하우징(17)의 지지와 전동기 방열을 위한 엔드쉘드(endshields)(18)와, 공기의 유입 및 토출되는 다수의 공기구멍(19)과, 고정자 어셈블리(13)의 외측면으로 엔드쉘드(18)를 고정시켜 주는 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(153)의 반경방향으로 평판형상으로 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)이며, 15e는 허브와 베인을 견고하게 연결하는 칼라(collar)이다.

상기와 같이 구성되는 종래 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 코일(12)를 이용하여 전동기 내부에 위치한 회전자 어셈블리(13)를 회전시켜 준다.

상기 회전자 어셈블리(13)가 회전함에 따라 그 중심에 맞물려 있는 구동축(14)이 회전하여 동력을 전달하게 되어 구동축에 결합된 냉각팬(15)도 함께 회전하게 된다.

여기서, 구동축(14)이 회전할 경우 구동축(14)의 상,하 둘레에 있는 베어링(16)이 구동축 회전시 진동을 억제하고, 상기 베어링(16)을 보호하기 위한 베어링 하우징(17)의 외측으로 가공된 공기구멍(19)으로 공기가 유입된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 냉각팬(15)은 그 중심의 허브(15a)가 구동축(14)에 끼워지고, 그 허브(15a)에서 방상형으로 형성된 'L'자형 베인(15b)이 코일(12)를 에워쌓게 되고, 상기 허브(15a) 중심으로 부터 'L'자형 베인(15b)의 반경방향으로 평판형상의 베인(15c)이 일체로 회전하는 구조이다.

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

그러므로, 냉각팬(15)이 회전하게 되면, 공기구멍을 통해 'L'자형 베인(15b)와 베인(15c) 사이에 유입되는 공기는 회전에 의해 발생하는 원심력으로 전동기 내부에서 외부로 빠져 나가게 되고, 이 공기가 빠져나간 공간으로는 상대적으로 낮은 온도를 가진 공기가 유입되므로서 공기의 순환과 함께 냉각작용을 행한다.

즉, 냉각팬(15)에 의해 토출되는 공기는 온도가 높은 고정자 적층부(11) 표면과 코일(12)을 통과하므로 이를 냉각시켜 주며, 또 고정자 코일(12) 둘레에 있는 'L'자형 베인(15b)은 코일부근에서 발생하는 열을 외부로 토출하여 그 부위를 냉각시켜 준다.

그리고, 베어링 하우징(17)을 지지하는 엔드쉘드(18)는 전동기의 상,하단에 외측면에 위치하여 고정자 어셈블리에서 발생되는 열을 방열시켜 준다.

이와같이 종래 전동기(10)에서 사용되는 냉각팬(15)은 레이디얼(radial) 계열 특성을 갖는 고압과 저유량의 팬으로서, 유도전동기 특성상 고정자 어셈블리 및 구동축(14)에서 발생되는 고열을 충분히 냉각시켜 주지 못할 경우 베어링 내부에 있는 윤활유가 마르게 된다.

그리고, 레이디얼 계열 특성을 갖는 베인이 장착된 냉각 팬(15)은 고열 발생에 따른 냉각과 방열에 있어서, 냉각하고자 하는 부위에 상대적으로 많은 풍량을 발생시키지 못하기 때문에 고압의 전동기에 대한 냉각성능에는 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

즉, 동일크기와 동일 회전수를 갖는 팬의 경우 냉각팬 타입이 축류팬 타입보다 유량이 작아 상대적으로 냉각효과가 떨어진다는 것이다.

그리고, 도 3에 도시된 바와같이, 구동축(14)과 접하는 냉각팬(15)의 허브(15a)를 베어링 하우징(17)까지 길게 연장하여 형성시키므로서, 냉각팬 자체의 무게가 무거워져 회전력이 떨어지며, 전동기 냉각을 위해 상,하부에 결합되는 엔드쉘드(18) 표면이 평탄하기 때문에 열전달 성능이 상대적으로 작아 방열 능력이 떨어지게 된다.

또한, 상측의 공기구멍(19) 부분이 각이 져있어 측면에서 들어오는 유동이 박리가 발생하고, 이로 인해 냉각팬(15)의 성능이 떨어져 전체적으로 전동기(10)의 냉각효과를 떨어뜨리는 문제가 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 회전자 어셈블리에 연결되어 동력을 전달해주는 구동축을 중심으로 고정자 코일의 상부 및 엔드쉘드의 내측 사이에서 회전하는 축류팬과 그 하부의 고정자 코일 사이에서 회전하는레이디얼 팬을 일체로 갖는 하이브리드 팬을 장착하여 전동기 내부에서 상대적으로 많은 풍량을 발생시킬수 있도록 하며,

축류팬의 블레이드 팁 부분에 쉬링거 링으로 형성하여 모든 블레이드를 지지하며, 상기 쉬링거 링의 하부 방향으로 다수개의 스트립을 형성시키므로서, 이중의 팬에 의한 고압의 토출공기가 고열이 발생하는 고정자 적층부 및 코일의 내,외부를 효과적으로 냉각시켜 줄수 있도록 함에 있다.

또한, 본 발명은 회전자 어셈블리의 중심에서 허브반경 보다 먼 거리에 다수개의 냉각구멍을 가공하여 하이브리드 팬의 회전에 의한 유동공기의 일부분이 냉각구멍을 통해 하단의 원심팬에 의해 외부로 빠져 나가도록 함에 있다.

그리고, 본 발명은 엔드쉘드의 내,외부 표면을 딤플 형상의 홈으로 가공하여 그 표면적으로 극대화시켜 방열효율을 향상시켜 주므로서, 전동기의 내부에서 발생되는 고열을 효과적으로 냉각시켜 줄수 있도록 한 것이다.

도 1은 종래 전동기의 사시도.

도 2는 종래 전동기의 평면도.

도 3은 종래 도 2의 A-A'단면도.

도 4는 종래 전동기의 냉각을 위한 냉각팬의 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, 하이브리드 팬의 제 1실시예를 보인 평면도.

도 8은 본 발명 하이브리드 팬의 측 단면도.

도 9는 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기에 있어서, 회전자 어셈블리의 구조를 보인 도면.

도 10은 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기에 있어서, 하이브리드 팬의 제 2실시예를 보인 평면도.

도 11은 본 발명 도 10의 C-C'단면도.

도 12는 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기에 있어서, 하이브리드 팬의 제 3실시예를 보인 평면도.

도 13은 본 발명 도 12의 D-D' 단면도.

< 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.. 엔드쉘드 19,50... 공기구멍

45..... 하이브리드 팬 15a,451..허브

15b... 'L'자형 베인 15c.... 베인

48.... 지지부재 49a... 딤플형상의 홈

452... 축류팬 블레이드 453.... 레이디얼 팬

454... 쉬링거링 43a... 냉각구멍

456,456'...링

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, 고정자 적층부(41)와 코일(42) 사이의 구동축(44)을 중심으로 회전하는 이중의 팬을 갖는 하이브리드 팬(45)과, 상기 구동축(44)의 상,하부에서 진동을 억제하는 베어링(46)과, 상기 베어링(46)를 보호하기 위한 베어링 하우징(47)과, 상기 하이브리드 팬(45)의 허브(451)와 베어링 하우징(47) 사이에 끼워져 하이브리드 팬(45)을 지지해주는 지지부재(48)와, 전동기의 상하부에서 상기 베어링 하우징(47)을 지지하고 내외부 표면에 딤플(dimple)형상의 홈(491)을 갖는 엔드쉘드(49)로 구성된 것이다.

그리고, 회전자 어셈블리(43)의 내부 반경으로 다수개의 냉각구멍(43a)을 가공시켜 하이브리드 팬(45)의 원심력에 의한 유동공기가 냉각구멍(43a)을 통해 전동기 하단의 원심팬(51)을 통해서 외부로 빠져나가도록 함에 있다.

도 6내지 도 8에 도시된 바와같이, 하이브리드 팬(45)은 구동축(44)에 강제로 끼워져 팬 전체를 지지하는 허브(451)를 중심으로 상,하측에 축류팬 블레이드(452)와 레이디얼 팬(453)을 일체로 갖는 것을 특징으로 하며,

상기 축류팬 블레이드(452)는 허브(451)의 상측 외주변으로 고정자 코일(42)의 상단 및 엔드쉘드(49)의 사이에 방사형으로 형성시키고, 레이디얼 팬(453)은 허브(451)의 하측 외주변으로 고정자 코일(42)의 내부에 방상형으로 형성시킨 구조이다.

상기 축류팬 블레이드(452)에는 블레이드 모두를 지지하도록 그 팁(tip)부분에 쉬링거 링(454)을 일체로 성형시킨 구성이다.

미 설명부호 50 공기구멍, 52는 볼트이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기에 대하여 첨부된 도 5내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명 냉각수단을 갖는 전동기의 평면도이고, 도 6은 본 발명 도 5의 B-B' 단면도이고, 도 7은 본 발명의 요부인 하이브리드 팬의 평면도이고, 도 8은 본 발명 도 7의 측 단면도이고, 도 9는 본 발명에 있어 회전자 어셈블리의 단면도, 평면도 및 저면도를 보인 도면이다.

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

상기 회전자 어셈블리(43)가 회전함에 따라 그 중심에 걸려있는 구동축(44)이 연동하여 회전하고, 상기 구동축(44)의 회전으로 이에 억지 끼움으로 결합된 하이브리드 팬(hybrid fan)(45)이 고정자 어셈블리 내부에서 회전자 어셈블리(43)와 동일 회전수로 회전한다.

이를 위해, 하이브리드 팬(45) 전체를 지지하는 허브(451)가 구동축(44)에 강제로 끼워지고, 상기 허브(451)의 상,하측으로 축류팬 블레이드(452)와 레이디얼 팬(453)이 일체로 형성된 구조이다.

그리고, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와같이, 허브(451)의 상측부분(45a)의반경을 상대적으로 구동축(44)의 반경보다 크게 하여 그 외주변으로 형성된 축류팬 블레이드(452)가 고정자 적층부(41)와 엔드쉘드(49) 사이의 공간에서 회전하게 된다.

또한, 허브(451)의 하측부분(45b)의 반경을 구동축(44)에 강제로 끼워지는 반경으로 하고 그 외주변으로 형성된 레이디얼 팬(453)이 고정자 코일(42) 사이에 서 회전하게 된다.

그리고, 도 6에 도시된 바와같이, 상대적으로 큰 반경을 가진 허브(451)의 상측 내주변으로는 지지부재(48)를 삽입하여 허브 상측부분(45a)과 베어링 하우징(47) 사이를 지지해 주도록 하고, 축류팬 블레이드(452)의 블레이드 팁(blade tip) 부분에는 모든 블레이드를 지지할수 있는 쉬링거 링(453)을 일체로 형성시켜 준다.

이와같이, 이중의 팬(452)(453)을 일체로 가진 하이브리드 팬(45)이 구동축(44)과 같은 회전수로 회전하게 되면, 축류팬 블레이드(452)는 고정자 코일(42)의 상부 및 엔드쉘드(49)의 내부 공간에서 회전하여 토출공기의 일부분을 고정자 코일(42)의 외측으로 토출하므로 이를 냉각하게 된다.

상기 고정자 코일(42) 사이로 유입되는 공기는 일단 축류팬 블레이드(452)에서 한번 압력이 상승하게 되고, 이 유동공기는 레이디얼 팬(453)에 의해 다시 한번 압력이 상승하게 되므로, 상대적으로 고압 상태에 도달한 유동은 고정자 적층부(41) 및 고정자 코일(42) 사이로 원활하게 빠져 나가게 된다.

또한, 레이디얼 팬(453)에 의해서 다시 한번 압력이 상승된 공기의 일부분은회전자 어셈블리(43) 내부에 다수 가공된 냉각구멍(43a)을 통해서 하부의 원심팬(51)에 의해 외부로 빠져 나가게 되므로 회전자 어셈블리(43)도 냉각시켜 준다.

한편, 하이브리드 팬(45)의 축류팬 블레이드(452)는 블레이드 팁부분에 쉬링거 링(454)을 형성시켜 모든 블레이드를 지지할수 있게 된다.

그리고, 엔드쉘드(49)의 내,외부면으로 다수개의 딤플(dimple)형상의 홈(49a)으로 가공하여 그 방열 표면적을 늘려 주므로서, 고정자 어셈블리에서 발생되는 열을 효과적으로 방열시켜 줄 뿐만 아니라 베어링(46) 부위도 냉각시켜 준다.

한편, 도 10 및 도 11은 본 발명의 제 2 실시예로서, 하이브리드 팬(45)의 축류팬 블레이드(452)에 형성된 쉬링거링(454)의 하단방향으로 다수개의 링 스트립(ring strip)(455)을 일정간격으로 형성시키고, 상기 링 스트립(455)의 하단을 링(456)으로 연결하여 모든 링 스트립(455)를 지지하는 것을 특징으로 한다.

이와같이, 축류팬 블레이드(452)의 링 스트립(455)은 쉬링거링(454)의 하단방향으로 다수개가 일정간격으로 형성되어 축류팬 블레이드(452)와 동일하게 회전하여 고정자 코일(42)의 외부를 냉각시켜 주는 한편, 고정자 코일(42)의 외측면에서 더 많은 유량을 발생시켜 전동기(40)의 냉각을 효과적으로 할수 있다.

여기서, 링 스트립(455)의 위치는 고정자 코일(42)의 외측과 엔드쉘드(49)의 내부면 사이이고 그 길이는 고정자 적층부(41)에 닿지 않을 정도로 한다.

그리고, 도 12 및 도 13은 본 발명의 제 3실시예로서, 하이브리드 팬(45)의 축류팬 블레이드(452)의 블레이드 팁부분은 쉬링거링(454)으로 모든 블레이드를 지지하며, 상기 쉬링거링(454)의 하단방향으로 형성된 링 스트립(455)의 외측 하단으로 링(456')을 형성시켜 지지하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 링 스트립(455)의 외측 하단으로 링(456')을 일체로 형성시켜 주므로서 링(456')이 슬라이딩 금형을 사용하지 않아도 된다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 전동기의 내부를 냉각시켜 주기 위해상대적으로 유량이 많은 축류팬과 레이디얼 팬을 혼합한 하이브리드 팬을 사용하여 고온부인 고정자 적층부와 코일를 효과적으로 냉각시켜 주어 전동기의 신뢰성을 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 진동을 억제하는 베어링과, 전동기 내부를 냉각시켜 주는 냉각수단과, 상기 베어링의 지지 및 방열을 위해 전동기 상,하단 외측으로 결합된 엔드쉘드로 이루어진 전동기에 있어서,

   상기 냉각수단으로서, 상기 회전자 어셈블리와 같이 회전하면서 전동기 내부를 냉각시켜 주도록, 상기 구동축에 억지로 끼워지는 허브를 중심으로 고정자 코일의 상부 및 엔드쉘드 사이에서 회전하는 축류팬 블레이드와 상기 허브를 중심으로 고정자 코일 사이에서 회전하는 레이디얼 팬을 일체로 갖는 하이브리드 팬과, 상기 블레이드 팁 부분에 장착되며 모든 블레이드를 지지시키는 쉬링거 링과, 상기 쉬링거 링 하부에 장착되어 냉각을 위한 바람을 발생시키는 링 스트립을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정자 코일 상부에 장착되는 축류팬 블레이드의 블레이드 팁 부분으로 쉬링거 링을 형성하여 모든 블레이드를 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 쉬링거링 하부에 링 스트립을 장착하고 링 스트립 하단으로 링을 형성하여 모든 링 스트립을 고정하는 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 축류팬 블레이드의 블레이드 팁 부분에 쉬링거 링을 형성하여 모든 블레이드를 지지하도록 하되, 상기 쉬링거 링의 하부에 장착된 링 스트립의 외측 하단으로 링을 장착시킨 것을 특징으로 냉각수단을 갖는 전동기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 회전자 어셈블리의 내부에 다수개의 냉각구멍을 가공하여 하이브리드 팬에 의한 유동공기의 일부분이 냉각구멍을 통해 외부로 빠져 나가도록 한 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 엔드쉘드의 내부 및 외부 표면에 딤플형상의 홈을 가공하여 방열 표면적을 넓힌 것을 특징으로 하는 냉각수단을 갖는 전동기.