KR100940606B1 - 전동기 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동기 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 프레임(41)의 내부에 회전자와 고정자가 설치되는 결합공(41')이 형성되고, 프레임(41)의 외주면에는 냉각수가 순환되는 냉각유로(43)가 형성된다. 상기 냉각유로(43)의 표면에는 돌기(45)가 돌출되게 구비된다. 상기 냉각유로(43)를 외부로부터 차폐시키기 위하여 상기 프레임(41)은 프레임커버(51)의 내부에 압입된다. 그리고, 상기 프레임커버(51)에는 상기 냉각유로(43)와 연통되는 유로입구(53) 및 유로출구(55)가 형성된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치에 의하면, 냉각유로에 돌기가 돌출형성되어 단위면적당 열교환을 위한 표면적이 증가하고, 냉각수를 열전달이 잘 일어나는 난류상태로 변환시키므로, 전동기의 냉각효율이 향상되는 이점이 있다.
전동기, 모터, 냉각장치, 열교환장치, 냉각유로, 돌기

Description

전동기 냉각장치{Cooling device for electric motor}
본 발명은 전동기 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기가 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 과정에서 발생 되는 열을 냉각시키기 위한 전동기 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 자석이 결합된 회전자와 코일이 권선된 고정자가 구비되어, 고정자의 코일에 인가된 전류에 의해 발생 되는 자속과 회전자의 전자기유도에 의해 회전자가 회전함에 따른 회전축의 동력을 이용하는 장치이다.
이러한 전동기는 전기적 에너지가 기계적 에너지로 변환되는 과정에서 철의 히스테리시스, 와전류, 기계적인 마찰 등에 의해서 에너지의 손실이 발생되는데, 이러한 손실로 인해 전동기에서는 열이 발생하게 된다.
이 열손실은 전동기의 기능을 저하시키는 원인이 되므로, 전동기에는 열을 냉각시키기 위한 냉각수단이 구비되어 있다. 전동기의 냉각수단으로는 통상 강냉식이 사용되는데, 강냉식 구조로는 냉각팬을 이용한 공냉식과 냉각수를 이용한 수냉 식이 있다.
도 1에는 종래 기술에 의한 전동기 냉각장치가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 전동기(1)는 중공체(中空體)의 하우징(3) 내부에 고정자(5)가 압입된다. 상기 하우징(3)은 상기 고정자(5)를 보호하고 고정하는 역할을 한다.
그리고, 상기 고정자(5)에는 전류가 인가되는 코일(7)이 감겨진다. 상기 고정자(5)의 내부에는 자력을 가지는 회전자(9)가 관통하여 설치된다. 상기 회전자(9)는 상기 하우징(3)의 전면과 후면에 결합되는 전면커버(11)와 후면커버(11')에 의해 지지된다.
한편, 상기 하우징(3)의 내부에는 상기 고정자(5)의 주변을 둘러 냉각유로(13)가 형성된다. 보다 자세히 말하면, 상기 냉각유로(3)는 상기 하우징(3)과 전면커버(11) 및 후면커버(11')에 순환 가능하게 형성되고, 상기 전면커버(11)에 형성되는 유로입구(15) 및 유로출구(17)와 연통되게 형성된다.
상기 전동기(1)에 전원이 인가되면 상기 코일(7)에 전류가 흐르고, 상기 고정자(5)에서 발생하는 자력에 의해 회전자(9)가 회전하게 된다.
이에 따라 상기 전동기(1)의 구동시 상기 회전자(9)의 고속 회전과 강한 자력으로 인해 온도가 상승하게 되는데, 이러한 온도 상승은 전동기(1)의 출력밀도를 저하시키는 원인이 된다.
상기 전동기(1)를 냉각시키기 위해 냉각수가 사용되는데, 냉각수는 상기 유로입구(15)를 통해 유입되어 상기 냉각유로(13)를 순환한 후 상기 유로출구(17)를 통해 배출되는 과정이 반복된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 전동기 냉각장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에서 상기 냉각유로(13)는 표면이 매끄럽게 형성되는데, 이로 인해 냉각수의 유동이 규칙적인 흐름으로 이동하게 된다. 그러나, 유동이 규칙적인 경우 순환과정 동안 내부 발열이 냉각수로 충분히 전달되지 않기 때문에 열전달의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉각수가 순환과정 동안 난류유동을 하도록 하는 전동기 냉각장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 회전자와 고정자가 설치되는 결합공이 형성되고, 외면을 둘러 냉각수가 순환되는 냉각유로가 요입되게 형성되며, 상기 냉각유로의 저면과 측면에는 돌기가 돌출되게 구비된 프레임과; 상기 냉각유로를 차폐하도록 상기 프레임이 내부에 압입되고, 상기 냉각유로와 연통되게 유로입구 및 유로출구가 구비되는 프레임커버를 포함하여 구성되고, 상기 돌기는 다수개가 열을 지어 구비되고, 다음 열에 위치한 돌기는 이웃한 열에 형성된 돌기 각각의 사이에 배치되어 반복된다.
상기 냉각유로는 상기 프레임의 외주면에 나선형으로 요입되게 형성된다.
상기 냉각유로는 원형관의 내부에 형성되고, 상기 원형관은 상기 프레임의 내주면에 밀착되게 설치된다.
삭제
상기 돌기는 용접에 의해 형성된다.
본 발명에 의하면 냉각유로에 돌기가 돌출형성되어 단위면적당 열교환을 위한 표면적이 증가하고, 냉각수를 열전달이 잘 일어나는 난류상태로 변환시키므로, 전동기의 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 바람직한 실시예의 구성이 분해사시도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예를 구성하는 냉각유로에서 냉각수의 흐름을 개략적으로 보인 평면도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 프레임(41)에는 전동기의 고정자(도시되지 않음)가 설치되는 결합공(41')이 형성된다. 상기 프레임(41)에 대해 설명하기에 앞서 전동기의 구성에 대해서 간략하게 설명한다.
전동기의 내부 중심에는 회전자축이 회전가능하게 설치된다. 상기 회전자축에는 영구자석 또는 동부스바, 코일등이 결합된 회전자가 상기 회전자축의 외주면을 둘러 일체로 구비된다.
그리고, 상기 회전자의 둘레에는 코일이 권선된 고정자가 상기 전동기의 외관을 구성하는 프레임(41)의 내부에 고정되어 설치된다. 상기 고정자의 코일에 전류가 인가되어 자력이 발생하면 상기 회전자를 회전시키게 된다.
상기 프레임(41)의 외주면에는 냉각유로(43)가 형성된다. 상기 냉각유로(43)에는 냉각수가 유입되어 순환하게 된다. 본 실시예에서 상기 냉각유로(43)는 상기 프레임(41)의 둘레에 나선형으로 요입되게 형성되는데, 설계조건에 따라 상기 프레임(41)의 길이방향을 따라 길게 형성될 수도 있다.
상기 냉각유로(43)가 형성된 상기 프레임(41)에는 다수개의 돌기(45)가 돌출되게 형성된다. 즉, 상기 돌기(45)는 상기 냉각유로(43)의 저면과 측면에 균일하게 형성된다. 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 어느 하나의 열(L1)의 돌기(45)가 일정한 간격을 두고 배치되고, 다음 열(L2)에 위치한 돌기(45)는 앞 열의 돌기(45) 사이에 배치되는 반복구조를 갖는다.
상기 돌기(45)는 냉각수를 대류열전달이 잘 일어나는 난류로 변화시키는 역할을 한다. 상기 돌기(45)는 설계조건에 따라 금형에 의해 형성될 수도 있으나, 일반적으로 용접에 의해 형성될 수 있다.
한편, 프레임커버(51)는 상기 프레임(41)에 형성된 냉각유로(43)를 덮는다. 상기 프레임커버(51)에는 상기 프레임(41)이 삽입되는 관통공(51')이 형성된다. 상기 프레임커버(51)의 내경은 상기 프레임(41)의 외경에 대응되게 형성되어 상기 관통공(51')에 상기 프레임(41)이 압입된다.
따라서, 상기 냉각유로(43)는 상기 프레임커버(51)에 의해 외부와 차폐되고, 상기 냉각유로(43)를 순환하는 냉각수는 외부로 유출되지 않는다. 그리고, 상기 냉각유로(43)에 대응되는 상기 프레임커버(51)의 내면에도 상기 돌기(45)가 형성될 수 있다.
상기 프레임커버(51)에는 냉각수가 유입되는 유로입구(53)와 냉각수가 배출되는 유로출구(55)가 형성된다. 상기 유로입구(53) 및 유로출구(55)는 상기 냉각유로(43)와 연통되게 형성된다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 작용을 상세히 설명한다.
상기 전동기에 전원이 인가되면 상기 고정자의 코일에 전류가 흐르고, 상기 고정자에서 발생하는 자력에 의해 회전자가 회전하게 된다.
상기 회전자가 고속으로 회전하게 되면, 에너지의 변환과정에서 기계적인 마찰 등에 의해 에너지의 손실이 일어나고, 이러한 에너지의 손실은 일반적으로 열로 변환된다.
이렇게 발생한 열은 전동기의 기능을 저하시키는 원인이 되므로, 상기 전동기에서 발생하는 열을 냉각시키기 위해 상기 유로입구(53)로 냉각수가 유입된다. 상기 냉각유로(43)로 유입된 냉각수는 상기 냉각유로(43)에 형성된 돌기(45)에 부딪혀서 방향이 바뀌는 과정이 반복된다.
냉각수는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉각유로(43)의 표면 및 돌기(45)와 열교환을 하며 순환하게 되는데, 상기 돌기(45)로 인해 상기 냉각유로(43)의 단위면적당 열교환이 일어나는 표면적이 증가하기 때문에 냉각효율이 향상된다.
그리고, 이 과정에서 냉각수가 불규칙하게 움직이면서 서로 섞이는 난류상태로 변화하게 된다. 냉각유로(43) 내에서 형성되는 난류는 상대적으로 열전달율이 높기 때문에, 고체와 유체간의 열전도는 물론 유체의 운동에 의한 대류열전달이 활 발하게 일어나 상기 전동기를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 냉각유로(43)를 이동하며 난류 상태로 변환된 냉각수는 상기 전동기에서 발생한 열을 흡수한 후 상기 유로출구(55)로 배출된다.
다음으로 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 다른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4에는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 다른 실시예의 구성이 사시도로 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예는 냉각유로를 형성하는 구조가 상이한 것으로 도 2에 도시되어 있는 실시예와 동일한 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 본 실시예에서는 위에서 설명된 실시예의 대응되는 구성요소에 100단위의 도면부호를 부여해서 설명한다.
이 도면에 도시된 바에 따르면, 프레임(141)의 결합공(141')에는 냉각유로(143')가 내부에 형성된 원형관(143)이 상기 프레임(141)의 내주면에 밀착되도록 설치된다. 상기 원형관(143)은 나선형으로 형성되어 냉각수의 이동을 안내한다.
상기 냉각유로(143'), 즉, 상기 원형관(143)의 내주면에는 다수개의 돌기(145)가 돌출되게 형성된다. 상기 돌기(145)는 냉각수를 대류열전달이 잘 일어나는 난류로 변화시키는 역할을 한다.
한편, 상기 프레임(141)에는 유로입구(153) 및 유로출구(155)가 상기 냉각유로(143')와 연통되게 형성된다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전동기 냉각장치의 작용을 상세히 설명한다.
상기 유로입구(153)로 유입된 냉각수는 상기 원형관(143)의 내부를 순환하게 된다. 상기 원형관(143)의 냉각유로(143')로 유입된 냉각수는 상기 돌기(145)에 부딪혀서 방향이 바뀌는 과정이 반복된다.
이 과정에서 냉각수가 불규칙하게 움직이면서 서로 섞이는 난류상태로 변화하는데, 이러한 난류는 고체와 유체간의 열전도는 물론 유체의 운동에 의한 대류열전달이 활발하게 일어나 열전달율이 높아지게 된다.
이와 같이, 상기 냉각유로(143')를 이동하며 난류 상태로 변환된 냉각수는 상기 전동기에서 발생한 열을 흡수한 후 상기 유로출구(155)로 배출된다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 종래 기술에 의한 전동기 냉각장치의 구성을 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해사시도.
도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 냉각유로에서 냉각수의 흐름을 개략적으로 보인 평면도.
도 4는 본 발명 다른 실시예의 구성을 보인 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
41: 프레임 41': 결합공
43: 냉각유로 45: 돌기
51: 프레임커버 51': 관통공
53: 유로입구 55: 유로출구
141: 프레임 141': 결합공
143: 원형관 143': 냉각유로
145: 돌기 153: 유로입구
155: 유로출구

Claims (5)

  1. 내부에 회전자와 고정자가 설치되는 결합공이 형성되고, 외면을 둘러 냉각수가 순환되는 냉각유로가 요입되게 형성되며, 상기 냉각유로의 저면과 측면에는 돌기가 돌출되게 구비된 프레임과;
    상기 냉각유로를 차폐하도록 상기 프레임이 내부에 압입되고, 상기 냉각유로와 연통되게 유로입구 및 유로출구가 구비되는 프레임커버를 포함하여 구성되고,
    상기 돌기는 다수개가 열을 지어 구비되고, 다음 열에 위치한 돌기는 이웃한 열에 형성된 돌기 각각의 사이에 배치되어 반복됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각유로는 상기 프레임의 외주면에 나선형으로 요입되게 형성됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각유로는 원형관의 내부에 형성되고, 상기 원형관은 상기 프레임의 내주면에 밀착되게 설치됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기는 용접에 의해 형성됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
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