KR101104240B1 - 영구자석 전동기의 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 전동기에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 영구자석 전동기의 냉각 장치는 축계, 회전자, 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 및 적어도 하나의 냉각핀을 포함하며, 상기 회전자는 상기 축계와 결합하며 회전력을 상기 축계에 전달하는 구성이며, 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트는 상기 회전자의 전면 및 후면을 감싸며 상기 축계와 결합하는 구성이고, 상기 적어도 하나의 냉각핀은 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나에 배치되어 회전자의 회전에 따라 공기의 흐름을 변화시키는 구성을 개시한다.

Description

영구자석 전동기의 냉각 장치{Cooling System For Motor}

본 발명은 영구자석 전동기에 관한 것으로, 특히 회전자의 커버플레이트를 냉각핀으로 활용하여 추가적인 부품 없이 기존의 회전자 조립부품을 이용하여 전동기의 냉각을 수행하거나 냉각 효과를 개선할 수 있는 영구자석 전동기의 냉각 장치에 대한 것이다.

일반적으로 전동기의 구조는 고정자와 회전자의 구조로 이루어져 있다. 소형의 경우 고정자는 주로 영구자석을 사용하고, 회전자에는 코일을 감아 여기에 전류를 흘려 전자석이 되게 해서 고정자와 회전자 간의 상호작용으로 회전하도록 되어 있다. 이때 회전자가 돌아가는 상태에서도 계속 급전할 수 있도록 해주는 구조로 되어 있는 것이 브러시(brush) 부분이다.

그러나 최근 반도체의 발달로 회전자에는 영구자석을 사용하고 고정자에는 코일을 감아 여기에 전원을 공급하는 방식이 적용되고 있다. 이러한 방식은 고정자들을 순차적으로 자화시킴으로써 마치 고정자가 돌아가는 것처럼 작용하게 되어 고정자에 자기적으로 대응하는 회전자가 회전하게 된다. 이러한 전동기를 브러시리스 전동기(brushless DC motor, BLDC motor)라 한다.

상기 BLDC 전동기는 회전자가 영구자석으로 되어 외부전원에 의하지 않고 자속이 발생하므로 전력소모를 최소화하고 전체 시스템의 효율 향상을 기대할 수 있다. 또한 종래 BLDC 전동기는 내고압 절연물의 개발 및 페라이트 자석의 성능 향상과 고성능 희토류 자석의 개발에 따라 출력이 증대되어 고토크와 소형화를 이루게 되었으며, 구조적인 면에서도 고정자에게만 전원이 공급되기 때문에 케이스를 통한 방열로 다른 전동기에 비해 우수한 냉각 특성을 가지고 있다.

이러한 종래 영구자석 전동기의 구성은 고정자, 회전자, 축계, 센싱 마그넷 및 센싱회로(PCB)로 구성된다. 이중에서 영구자석을 회전자 코어 철심에 매입할 수 있는 구멍을 설치하여 삽입하는 구조는 영구자석의 이탈을 방지하기 위해서, 축계방향으로 회전자 앞뒤 부분에 커버 플레이트를 설치하고 볼트를 이용하여 장착 및 조립하게 된다. 그리고 종래 영구자석 전동기는 전동기의 냉각을 위해서 축계에 별도의 냉각 팬을 장착하거나, 하우징 구조에 수냉 또는 유냉 방식의 별도의 냉각 장치를 구성함으로써 냉각효과를 제공하고 있다. 이와 같이 종래 영구자석 전동기의 경우 전동기의 냉각을 위하여 별도의 장치가 마련되어야 하며, 그러한 구조에서 냉각 효과를 개선하기 위해서는 추가적인 부품이 필요하거나 설치상 다소 까다로운 단점이 있다. 이에 따라 생산비를 절감하면서도 냉각 효과를 개선할 수 있는 다양한 제안이 요구되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 별도의 추가적인 부품 사용 없이 영구자석 전동기의 냉각 효과를 제공할 수 있으며 추가적으로 기존 냉각 장치와 함께 전동기의 냉각 효과를 개선할 수 있는 영구자석 전동기의 냉각 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기의 냉각 장치는 축계, 회전자, 제1 커버 플레이트, 제2 커버 플레이트, 적어도 하나의 냉각핀을 포함한다. 여기서 상기 회전자는 상기 축계와 결합하며 회전력을 상기 축계에 전달하고, 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트는 상기 회전자의 전면 및 후면을 감싸며 상기 축계와 결합하는 구성이다. 그리고 상기 적어도 하나의 냉각핀은 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나에 배치되어 상기 영구자석 전동기의 공기 흐름을 변화시켜 영구자석에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다.

여기서 상기 회전자는 회전자 코어, 상기 회전자 코어의 중심부에 마련되며 상기 축계가 관통하는 관통홀, 상기 관통홀 주변에 마련되며 상기 회전자 코어의 전면 및 후면을 관통하는 적어도 하나의 회전자 관통부, 영구자석이 배치되는 자속 장벽을 포함하며, 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나는 상기 회전자의 일면을 덮도록 배치되는 판재, 상기 판재 일측을 제거하여 상기 회전자 관통부를 노출시키는 적어도 하나의 개방부를 포함하며, 상기 냉각핀은 상기 개방부 일측에서 상기 판재의 표면으로부터 상측방향으로 일정 높이와 일정 면적 및 일정 기울기를 가지며 적어도 하나가 신장될 수 있다.

본 발명은 또한 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나에서 상기 자속 장벽의 일부를 외부에 노출시키기 위하여 상기 판재 일측을 제거하여 마련되는 적어도 하나의 냉각홀의 구성을 개시하며, 상기 냉각홀의 일측에서 상기 판재의 표면으로부터 일정 각도를 가지며 신장되는 적어도 하나의 소형 냉각핀이 더 마련될 수 있는 구성을 개시한다. 그리고 본 발명은 상기 냉각핀을 관통하는 적어도 하나의 통공이 더 마련될 수 있다.

본 발명의 영구자석 전동기의 냉각 장치에 따르면, 본 발명은 추가적인 부품 없이 기존의 회전자 조립부품을 이용하여 전동기의 냉각을 수행하거나 냉각 효과를 개선시킬 수 있다.

또한 본 발명은 전동기의 냉각효과를 증가시킴으로 인해서 전동기의 온도 상승을 억제하고, 전동기의 출력 밀도를 높일 수 있으며, 그에 따른 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 영구자석 전동기의 회전자 무게를 줄임으로써, 전동기의 기계손을 저감시키고 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기의 외관을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 회전자의 단면을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 커버 플레이트를 보다 상세히 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 커버 플레이트를 상세히 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 커버 플레이트가 적용된 영구자석 전동기 외관을 개략적으로 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기(10)의 외관을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하 설명에서 전동기로서 영구자석 전동기의 일부 형태에 대하여 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 전동기 냉각 장치는 전동기의 특성에 따라 다르게 적용되는 것이 아니라 회전자와 축계를 포함하되 회전자의 일측면에 커버 플레이트가 마련되는 전동기라면 어떠한 형태의 전동기라도 적용될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 전동기가 브러시리스 이거나 또는 브러시 형태에 관계없이 커버 플레이트가 적용되는 다양한 전동기에 적용될 수 있는 발명으로서 이해되어야 할 것이다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 영구자석 전동기(10)는 축계(100), 제1 커버 플레이트(300), 회전자(200), 제2 커버 플레이트(400)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 영구자석 전동기(10)는 추가적으로 센서 마그넷과 센서 회로, 고정자 등이 더 마련될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 상술한 구성들만을 도시하고 그에 대한 설명을 기준으로 본 발명에 대하여 기술하기로 한다.

이와 같은 구조를 가지는 본 발명의 BLDC 전동기(10)는 회전자(200)를 양측면에서 지지하는 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400) 중 적어도 하나의 표면에 적어도 하나의 냉각핀(340)과 적어도 하나의 냉각홀(350) 중 적어도 하나를 만들어서 영구자석 전동기(10)에서 발생할 수 있는 열을 냉각시킬 수 있다. 이때 상기 냉각핀(340)은 도시된 바와 같이 각 커버 플레이트 표면으로부터 일정 각도 예를 들면 45도로 기울어진 각도를 가지며 형성되어 회전자(200)의 회전에 따라 회전함으로써 공기의 흐름을 발생시킬 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 축계(100)는 영구자석 전동기(10)의 중심부에 위치하는 구성으로서, 원통형으로 구성될 수 있다. 이러한 축계(100)는 상기 제1 커버 플레이트(300), 상기 회전자(200) 및 상기 제2 커버 플레이트(400)를 관통하여 배치된다. 이때 상기 축계(100)는 회전자(200)에 고정되어 회전자(200)가 자력에 의하여 회전하는 동안 함께 회전하게 된다. 그리고 축계(100)는 회전자(200)의 회전 운동을 축계(100)에 연결되는 기타 장치에 전달한다. 이러한 축계(100)는 회전자(200)와 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)가 삽입된 이후 해당 구성들이 고정될 수 있도록 일정 영역에 회전 띠가 마련될 수 있다. 여기서 상기 회전 띠는 환형으로 나타내었지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 제작될 수 있다.

상기 회전자(200)는 영구자석을 포함하며 고정자(도시되지 않음)에 마련된 전자석들에 의해 회전함으로써 회전력을 생성하는 구성이다. 이러한 회전자(200)는 다양한 형태로 구성될 수 있는데 특히 회전자 코어 및 영구자석을 포함할 수 있다. 상기 회전자 코어는 축계(100)가 관통하는 관통홀을 제공하며, 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)가 결합될 수 있는 너트 홀, 영구자석이 삽입될 수 있는 공간 등을 제공할 수 있다. 상기 회전자(200)의 형태에 대하여 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 제1 커버 플레이트(300)는 상기 축계(100)를 관통하여 상기 회전자(200)의 일측면에 대면되어 배치된 후, 결합장치 예를 들면 볼트 및 너트 장치에 의하여 회전자(200)에 고정될 수 있다. 이러한 제1 커버 플레이트(300)는 회전자(200)의 일측면을 덮으면서 회전자(200)가 회전하는 동안 방해되지 않도록 회전자(200)의 일측면의 형태와 유사한 형태로 제작될 수 있으며, 전체 영구자석 전동기(10)의 무게 감량을 위하여 얇은 원판형으로 제작될 수 있다. 그리고 본 발명의 제1 커버 플레이트(300)는 영구자석 전동기(10)의 회전에 따라 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 냉각핀이 마련될 수 있다. 여기서 상기 제1 커버 플레이트(300)에서 형성되는 냉각핀은 상기 회전자(200)와 대면되는 면의 반대방향으로 형성될 수 있다.

상기 제2 커버 플레이트(400)는 상기 제1 커버 플레이트(300)가 배치되는 회전자(200)의 일측면과 대향되는 타 측면에 배치되어 회전자(200)의 타측면을 덮는 구성이다. 이러한 제2 커버 플레이트(400)는 제1 커버 플레이트(300)와 동일한 형태로 형성될 수 있으며, 또한 공기 흐름을 위하여 제1 커버 플레이트(300)에 생성되는 냉각핀이 생략되거나, 제1 커버 플레이트(300)에 배치되는 냉각핀의 방향과 각도에 대향되는 방향으로 냉각핀이 형성될 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400) 중 적어도 하나에 마련되는 냉각핀에 의하여 상기 회전자(200) 및 커버 플레이트들이 회전하면서 발생하는 공기 흐름은 상기 회전자(200)를 관통하면서 회전자(200)에서 발생할 수 있는 열 및 기타 영구자석 전동기(10)에서 발생하는 열을 냉각시키는데 이용될 수 있다. 이때 상기 제1 커버 플레이트(300)를 통하여 회전자(200) 내측으로 유입되는 공기 흐름을 제2 커버 플레이트(400) 방향으로 유출될 수 있도록 공기 흐름이 조절될 수 있다. 이를 위하여 제2 커버 플레이트(400)에 형성되는 냉각핀의 위치나 형태가 제1 커버 플레이트(300)에 형성되는 냉각핀의 위치나 형태와 다르게 형성될 수 도 있다. 그러나 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)가 동일한 형상으로 제작 및 배치되더라도 공기 흐름이 회전자(200) 내측으로 유입과 유출되도록 조절될 수 있다. 그리고 영구자석 전동기(10)에서 회전자(200)에만 열이 발생하는 것이 아니라 회전자(200)를 감싸는 고정자(미도시)에도 열이 발생함으로 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)는 회전자(200)와 고정자 사이에서 각 구성들이 냉각되도록 공기 흐름을 조절하는 용도로 이용될 수 있다. 따라서 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)는 회전자(200) 내측으로 공기 유입이 보다 많이 진행되도록 형성될 수 도 있으나, 고정자와 회전자(200) 사이의 공간, 상기 고정자와 회전자(200)를 감싸는 외부 공간에 존재하는 공간에서 공기 흐름이 보다 많이 발생할 수 있는 구조로 형성될 수 도 있다. 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)의 세부 구조에 대하여 도 3을 참조하여 보다 상세히 후술하되, 제1 커버 플레이트(300)를 기준으로 설명하기로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기(10)는 별도의 부품 추가 없이 회전자(200)를 감싸는 제1 커버 플레이트(300)와 제2 커버 플레이트(400) 중 적어도 하나의 형태를 공기 흐름을 보다 전폭적으로 변화시킬 수 있는 형태로 마련함으로써 영구자석 전동기(10) 내부에 마련되는 다양한 구성들을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 이하 상술한 각 구성들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 회전자(200)의 형태를 설명하기 위한 도면이다. 이러한 상기 도 2는 상기 회전자(200)의 원통 측면을 가로지르며 절단한 단면을 나타낸 도면이 될 수 있다.

상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 회전자(200)는 회전자 코어(210), 관통홀(220), 회전자 관통부(230), 자속 장벽(240), 영구자석(250) 및 너트 홀(260)을 포함할 수 있다.

상기 회전자 코어(210)는 회전자(200)의 몸체 역할을 수행하는 구성으로서 다양한 재질 예를 들면 철, 구리, 알루미늄, 스테인리스 등으로 형성되어 상술한 다양한 회전자(200)의 구성들이 배치될 수 있는 공간을 제공한다. 이러한 회전자 코어(210)는 회전자(200)의 전체 형태를 결정하는 구성으로서 내부가 채워진 원통형으로 제작될 수 있다.

상기 관통홀(220)은 상기 회전자 코어(210)의 중심부에 마련되어 상기 축계(100)가 관통 및 고정되는 홀이다. 이에 따라 상기 관통홀(220)의 직경은 관통하는 축계(100)의 직경 이하로 형성될 수 있다. 그러면 상기 축계(100)는 상기 회전자(200)의 관통홀(220)에 삽입된 이후 고정되도록 상기 관통홀(220)에 억지끼움 형식으로 삽입될 수 있다.

상기 회전자 관통부(230)는 상기 회전자 코어(210) 및 관통홀(220)에 인접한 영역에서 회전자 코어(210)를 일정 크기만큼 관통하면서 형성되는 홀로서, 회전자 코어(210)에 빈 공간을 만들어 회전자 코어(210)의 무게를 감량시키는 역할을 수행한다. 또한 상기 회전자 관통부(230)는 회전자 코어(210)를 관통하면서 형성되기 때문에 공기가 유입 및 유출될 수 있는 통로 역할을 수행한다. 이러한 회전자 관통부(230)는 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)가 회전자(200)의 측면에 고정된 이후 공기 유입 및 유출이 원활하게 이루어지도록 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400) 마련된 개방부 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 회전자 관통부(230)는 상기 관통홀(220)과 일정 간격으로 이격되데 상기 자속 장벽(240) 내측에 마련될 수 있다. 여기서 상기 회전자 관통부(230)는 관통홀(220)을 중심으로 대칭되도록 다수개가 배치될 수 있는데, 이러한 형태는 회전자 코어(210)의 무게 중심이 관통홀(220)에 형성되도록 하기 위함과 아울러 상기 제1 커버 플레이트(300)에 마련되는 개방부에 대응하기 위해서이다. 즉 회전자 코어(210)의 일부 영역을 빈 공간으로 만든다 하더라도 고정자에 의하여 회전하게 되는 회전자(200)는 관통홀(220)을 무게 중심으로 하여야 안정적인 회전을 수행하게 된다. 따라서 상기 회전자 관통부(230)는 상기 회전자 코어(210)의 무게 중심이 관통홀(220)에 형성되도록 회전자 코어(210)의 특정 영역에 대칭되도록 배치되어야 하며, 안정적인 배치를 위하여 관통홀(220)을 중심으로 다수개의 회전자 관통부(230)가 대칭되며 형성될 수 있다. 또한 상기 회전자 코어(210)가 고정자에 의하여 회전하면서 일정한 관성력을 가져야 하는데, 이를 위하여 상기 회전자 코어(210)는 일정량의 무게를 가지는 것이 바람직하다. 이를 보다 상세히 설명하면 상기 축계(100)가 관통홀(220)에 고정되며, 상기 축계(100)에 기타 장치가 연결되는 경우, 상기 회전자(200)는 상기 축계(100)에 연결되는 기타 장치에 적절한 회전력을 제공할 수 있을 만큼의 동력을 지속적으로 제공해야 한다. 그런데 상기 회전자(200)는 최초 전자기력에 의하여 회전한 이후에 적절한 관성력이 작용되어야 보다 빠른 회전을 수행할 수 있고, 적절한 회전력을 제공할 수 있으며 전동기에 소요되는 전원의 양도 줄일 수 있다. 따라서 상기 회전자(200)는 일정한 관성력을 발휘하기 위하여 일정한 무게를 가져야 하며 이를 위하여 상기 회전자 코어(210)에 마련되는 회전자 관통부(230)는 회전자(200)의 적절한 무게를 위하여 그 수와 크기가 조절될 수 있다. 이러한 상기 회전자 관통부(230)의 크기와 개수는 상기 전동기가 사용되는 위치나 발휘해야하는 동력의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명의 영구자석 전동기(10) 상기 회전자 관통부(230)의 크기와 개수 등으로 한정되어서는 안 되며 다양한 실험과 실제 사용 사례 등을 통하여 상기 회전자 관통부(230)의 크기와 개수 등이 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

상기 자속 장벽(240)은 영구자석(250)이 배치될 수 있는 공간이다. 이러한 자속 장벽(240)은 회전자 코어(210)의 외곽에 마련될 수 있으며 영구자석(250)이 삽입 및 고정될 수 있도록 적어도 일부가 영구자석(250)의 크기 및 형태와 유사하게 형성된다. 이러한 자속 장벽(240)은 도시된 바와 같이 회전자 코어(210)의 전면에서 후면으로 관통하는 면 형태를 가지며 그 중심부에 영구자석(250)이 배치된다. 이에 따라 상기 자속 장벽(240)은 영구자석(250)이 삽입된 이후 양측으로 일정한 잉여 공간이 마련될 수 있다. 이 잉여 공간은 회전자 코어(210)의 전후면을 관통하는 공간으로써 추후 공기 유입과 유출 공간으로 이용될 수 있다. 상술한 자속 장벽(240)은 회전자 코어(210)의 외곽에 일정한 개수만큼 마련될 수 있는데, 실질적으로 상기 영구자석 전동기(10)의 극수에 따라 그 개수가 조절될 수 있다. 즉 본 발명의 영구자석 전동기(10)에서는 회전자 코어(210)의 4개 외곽부에 각각 자속 장벽(240)이 마련되는 것으로 설명하고 있으나, 영구자석 전동기(10)의 극수 등에 따라 상기 자속 장벽(240)의 개수가 더 늘어나거나 줄어들 수 있다.

상기 영구자석(250)은 상기 자속 장벽(240)의 중심부에 삽입 및 고정되는 구성이며 미도시된 고정자에 대응하여 회전될 수 있도록 극성을 가지며 배치될 수 있다. 이러한 영구자석(250)은 상기 자속 장벽(240)의 각 영역에 배치되며 고정자에 순차적으로 전달되는 전기력에 의하여 회전함으로써 실질적인 회전력을 생성하는 구성이다. 이러한 영구자석(250)의 측면 일부는 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)에 형성되는 개방부에 의하여 외부로 노출될 수 있다.

상기 너트 홀(260)은 상기 회전자 코어(210) 일측에 마련되어 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)를 회전자 코어(210)에 고정하는데 이용된다. 이러한 너트 홀(260)은 회전자 코어(210)의 일측에 다수개가 마련될 수 있는데 회전자 코어(210)의 무게 중심을 고려하여 관통홀(220)을 중심으로 대칭의 구조를 가지며 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 너트 홀(260)은 상술한 자속 장벽(240)들이 4각형을 이루며 배치되는 경우 4각형의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 상기 너트 홀(260)은 상기 제1 커버 플레이트(300)와 제2 커버 플레이트(400)를 회전자 코어(210)에 단단하게 고정시킬 수 있는 개수를 가질 수 있으며 예를 들어 4개의 너트 홀(260)이 회전자 코어(210)에 배치될 수 있다. 그러나 본 발명은 상기 너트 홀(260)의 개수에 한정되는 것은 아니며, 관통홀(220)을 중심으로 대칭되는 개수만큼 회전자 코어(210)에 배치될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 커버 플레이트(300)를 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다. 이하 설명에서 본 발명의 회전자 코어(210)의 측면에 배치되는 커버 플레이트들 중 제1 커버 플레이트(300)를 중심으로 설명하기로 한다. 여기서 상기 제2 커버 플레이트(400)는 상기 제1 커버 플레이트(300)와 동일한 형상을 가지며 형성될 수 있으며, 또한 전술한 바와 같이 제1 커버 플레이트(300)와 동일한 형상을 가지되 냉각핀의 형태나 배치가 다소 상이하게 형성되거나 제거될 수 도 있다.

상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 커버 플레이트(300)는 원통형의 판재(310), 축계 관통부(320), 냉각홀(350), 냉각핀(340), 개방부(330) 및 볼트 홀(360)을 포함할 수 있다.

상기 판재(310)는 상기 회전자 코어(210)의 측면을 감싸도록 회전자 코어(210)의 형태와 유사한 원판으로 마련되며 견고한 지지를 위하여 금속형의 재질을 가질 수 있다. 이러한 판재(310)는 이하에서는 설명하는 다양한 구성들이 배치되는 공간을 제공한다. 상기 판재(310)는 회전자 코어(210)의 무게 저감을 위하여 얇은 두께를 가지며 형성될 수 있다.

상기 축계 관통부(320)는 회전자 코어(210)의 관통홀(220)에 장착되는 축계(100)가 관통하도록 마련된 구성이다. 이에 따라 상기 축계 관통부(320)는 상기 축계(100)의 외관과 유사한 홀 형태로 마련될 수 있다.

상기 냉각홀(350)은 상기 판재(310)의 외곽부 일정 영역을 제거하여 형성되며 일정개수가 마련될 수 있다. 이러한 냉각홀(350)은 상기 회전자 코어(210)에 마련되는 자속 장벽(240)의 잉여 공간에 대응하는 위치에 마련되어 회전자 코어(210)로의 공기 유입 및 유출을 발생시킬 수 있도록 지원한다. 따라서 상기 냉각홀(350)의 개수는 자속 장벽(240)의 개수의 두 배 수가 될 수 있다. 즉 자속 장벽(240)의 중앙부에 영구자석(250)이 마련되면서 자속 장벽(240)의 양 가장자리 영역에서 두개의 잉여 공간이 발생함으로, 상기 냉각홀(350)의 각각의 자속 장벽(240)의 양 가장자리 영역에 형성된 잉여 공간이 노출되도록 형성될 수 있다.

상기 볼트 홀(360)은 상기 회전자 코어(210)에 마련되는 너트 홀(260)에 대응하는 위치에 마련된다. 이에 따라 상기 볼트 홀(360)의 개수는 너트 홀(260)의 개수에 대응하는 개수를 가지며 또한 너트 홀(260)이 배치되는 회전자 코어(210)의 외곽부인 판재(310)의 외곽부에 마련될 수 있다. 본 발명의 영구자석 전동기(10)는 상기 볼트 홀(360)을 관통하여 상기 너트 홀(260)에 삽입되는 볼트가 더 마련될 수 있다.

상기 개방부(330)는 상기 판재(310)의 일정 영역을 제거하여 형성되며, 이러한 개방부(330)는 회전자 코어(210)의 일부 영역들을 외부로 노출시키는 역할을 수행한다. 이때 상기 개방부(330)는 축계(100)나 관통홀(220)을 중심으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 특히 상기 개방부(330)는 상기 회전자 코어(210)에 공기의 유입과 유출을 제공하는 위치인 회전자 관통부(230)가 마련된 영역을 외부에 노출하도록 배치될 수 있다. 따라서 상기 회전자 코어(210)에 회전자 관통부(230)가 4개가 배치되는 경우 상기 개방부(330)도 그에 대응하여 4개가 마련될 수 있다. 한편 상기 개방부(330)는 상기 회전자 관통부(230)의 크기보다 크게 형성될 수 있으며, 이때 형성되는 개방부(330)의 형태는 상기 원판으로 제작된 판재에서 보다 효율적인 공간 확보를 위하여 적어도 일면이 호의 형태로 형성될 수 있다. 즉 개방부(330)는 관통홀(220)에 인접되는 측과 외곽부 방향에 인접되는 측은 각각 호의 형태로 형성될 수 있다. 상기 호들을 연결하는 면들은 직선의 형태로 형성될 수 있다.

상기 냉각핀(340)은 상기 개방부(330)의 일측에서 일정 방향 및 일정 기울기와 면적을 가지며 신장된다. 이러한 냉각핀(340)은 제1 커버 플레이트(300)에 전달된 열을 공기 중으로 방열할 수 있는 기능을 지원한다. 이때 냉각핀(340)은 회전자(200)의 회전과 함께 회전하기 때문에 공기 흐름을 조절할 수 있다. 즉 상기 냉각핀(340)은 판재(310)의 표면으로부터 일정 기울기 예를 들면 45도를 가지며 일정 면적을 가지고 신장되기 때문에 추후 회전자(200)와 함께 회전하면서 전동기 외부의 공기 흐름을 발생시키게 된다. 상기 냉각핀(340)에 의하여 발생된 공기 흐름은 판재(310)에 마련된 개방부(330) 등을 통하여 회전자 코어(210)에 전달된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 상기 냉각핀(340)에 의하여 발생된 공기 흐름은 개방부(330)를 통하여 회전자 코어(210)의 회전자 관통부(230)로 유입될 수 있다. 또한 상기 냉각핀(340)에 의하여 발생된 공기 흐름은 냉각홀(350)을 통하여 자속 장벽(240)의 잉여 공간으로 유입될 수 있다. 이에 따라 상기 회전자 코어(210)는 냉각핀(340)에 의하여 발생된 공기의 유입에 따른 냉각 효과를 가질 수 있다. 한편 상기 회전자 코어(210)에 유입된 공기는 제2 커버 플레이트(400) 방향으로 유출될 수 있다. 또한 상기 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400)가 동일한 형상으로 마련되는 경우 동일한 통로로 공기의 유입 및 유출이 발생할 수 도 있다. 그러나 공기의 유입과 유출이 보다 원활하게 발생하기 위해서는 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400) 중 어느 하나가 유입구로서의 역할을 수행하고 나머지 하나가 유출구로서의 역할을 수행하는 것이 바람직하다.

한편 상기 냉각핀(340)의 형태는 상기 개방부(330)의 일측면에서 일정 각도를 가지며 신장되는데, 이때 외부로 돌출된 면의 모서리 영역은 라운딩 처리될 수 있다. 이러한 냉각핀(340) 모서리 영역의 라운딩 처리는 판재(310)가 회전하는 동안 냉각핀(340)의 모서리 영역에서 발생하는 공기 흐름을 보다 원활하게 지원할 수 있다. 즉 냉각핀(340)의 라운딩 처리 영역은 모서리 영역에서 발생하는 공기 흐름이 개방부(330)의 내면으로 보다 자연스럽게 유도될 수 있도록 지원할 수 있다.

한편 도시하지는 않았으나, 상기 냉각홀(350)에도 상기 개방부(330)에서와 같은 소형의 냉각핀이 더 마련될 수 있다. 이 경우 상기 냉각홀(350)에 마련되는 소형 냉각핀은 상기 냉각핀(340)과 유사한 형태 및 유사한 각도 방향을 가지며 크기가 소형으로 제작될 수 있을 것이다. 소형 냉각핀이 냉각홀(350)에 마련되는 경우 공기의 흐름은 냉각홀(350) 및 자속 장벽(240)의 잉여 공간을 통하여 보다 전폭적으로 발생하게 된다. 이에 따라 회전자(200)의 냉각 개선 효과가 증대될 수 있다.

한편 제2 커버 플레이트(400)는 제1 커버 플레이트(300)와 동일한 형태 즉 냉각핀(340)이 개방부(330) 일측에서 45도를 가지며 형성되거나 제1 커버 플레이트(300)에 형성되는 각도와 반대되는 각도를 가지는 형태로 제작될 수 있다. 예를 들면 상기 제1 커버 플레이트(300)의 개방부(330) 일측에서 45도 각도를 가지며 냉각핀(340)이 마련되는 경우, 제2 커버 플레이트(400)의 냉각핀(340)은 대향되는 위치 즉 개방부(330) 타측에서 45도 각도를 가지며 냉각핀(340)이 마련될 수 있다. 다시 말하여 상기 제1 커버 플레이트(300)에 마련되는 냉각핀과 상기 제2 커버 플레이트(400)에 마련되는 냉각핀은 각각 동일한 방향을 가지며 형성되거나, 서로 대향되는 방향으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제2 커버 플레이트(400)는 아래에서 설명하는 냉각핀(340)의 판재(310)로부터의 신장 각도가 90도를 가지며 형성될 수 도 있다. 그리고 상기 제2 커버 플레이트(400)는 보다 원활한 공기 흐름을 위하여 개방부(330)만 마련되고 냉각핀(340)이 제거된 형태로 제작될 수 도 있다. 즉 본 발명의 제2 커버 플레이트(400)의 형태는 상기 전동기의 형태나 사용되는 조건 등에 따라 달라질 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 커버 플레이트(300)의 형태를 나타낸 것이며, 도 5는 상기 도 4의 제1 커버 플레이트(300)가 적용된 전동기의 일부 구성을 나타낸 사시도이다.

상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 커버 플레이트(300)는 냉각핀(340)의 형태가 판재(310)의 표면으로부터 90도 각도를 가지며 신장된다. 이를 보다 상세히 설명하면 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 커버 플레이트(300)는 상기 도 1 내지 도 3에서 설명한 제1 커버 플레이트와 같이, 판재(310), 축계 관통부(320), 냉각홀(350), 볼트 홀(360), 개방부(330) 및 냉각핀(340)의 구성을 포함할 수 있다. 그리고 상기 개방부(330)는 상기 관통홀(220)을 중심으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 여기서 상기 개방부(330)는 전술한 도 1 내지 도 3에서 설명한 개방부(330)에서와 같이 회전자 코어(210)에 마련된 회전자 관통부(230)에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.

특히 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 커버 플레이트(300)는 냉각핀(340)이 개방부(330)의 일면에서 판재(310)의 표면으로부터 90도 각도를 가지며 일정 면적으로 신장된다. 여기서 상기 개방부(330)는 전체적으로 직사각형, 다각형, 부채꼴 등 다양한 형태로 형성될 수 있으나 도시된 바와 같이 축계 관통부(320)에 대응되는 면과 판재(310)의 외곽부에 대응되는 면이 각각 호의 형태를 가지며 형성될 수 있다. 그리고 상기 개방부(330)에서 각 호를 연결하는 측부들은 직선의 형태로 형성될 수 있다. 여기서 상기 직선의 형태로 형성된 측부들 중 하나의 측부에서 전술한 바와 같이 판재(310)의 표면으로부터 90도 각도를 가지며 신장되는 냉각핀(340)이 마련될 수 있다.

상기 냉각핀(340)은 전체적으로 직사각형 형태로 형성되며, 돌출된 모서리들은 공기의 흐름을 및 기타 목적을 위하여 라운딩될 수 있다. 한편 상기 냉각핀(340)의 형태를 직사각형 형상으로 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 냉각핀(340)의 형태는 다양한 조건 예를 들면 전동기의 발열량, 전동기의 크기 제약 조건 등에 따라 달라질 수 있다. 즉 상기 냉각핀(340)은 보다 많은 양의 공기 흐름 생성을 위해서 회전 시 보다 많은 부분이 공기 흐름을 변형시킬 수 있는 형태 예를 들면 보다 넓은 면적을 가지는 다각형이나 타원형으로 형성될 수 있다. 또한 상기 냉각핀(340)은 전동기가 사용되는 조건 예를 들면 소음 등에 관계가 없는 부분에 적용되는 경우 그 형태에 관계없이 공기의 흐름을 보다 풍부히 발생시킬 수 있도록 적어도 하나의 통공을 가지며 형성될 수 도 있다. 여기서 냉각핀(340)에 통공이 마련되는 경우 회전 시에 상기 냉각핀(340)의 통공을 통하여 공기가 급격히 유입 및 유출되면서 일정한 소음을 발생 시킬 수 있기 때문에 이러한 통공은 제한적으로 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 냉각핀(340)의 형태로 한정되는 것이 아니라, 상기 회전자(200)의 일측면에 배치되는 커버 플레이트를 변경하여 회전자(200) 주변의 공기 흐름을 변화시킴으로서, 이를 기반으로 전동기에서 발생할 수 있는 열을 냉각시킬 수 있는 발명으로서 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전동기의 경우 냉각핀(340)의 형태가 90도로 형성되기 때문에 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400) 모두 동일한 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 커버 플레이트(300)에서 공기의 유입이 발생하는 경우 제2 커버 플레이트(400) 방향으로 공기의 유출이 발생하게 되어 회전자(200)에 마련된 다양한 통공 즉 회전자 관통부(230), 자속 장벽(240)에 마련된 잉여 공간 등을 통하여 공기의 흐름이 급격하게 발생하게 된다. 이에 따라 본 발명의 전동기는 전동기 내측에서 공랭의 방식으로 회전자 및 기타 주변 구성들 예를 들면 고정자 등에서 발생하는 열을 급격한 냉각하게 된다. 특히 본 발명의 전동기는 커버 플레이트의 회전에 따라 발생하는 공기의 흐름이 회전자 내측에 마련된 홀들을 통하여 이동함으로써 회전자에서 발생할 수 있는 열을 냉각시킬 수 있다.

또한 상술한 설명에서는 제1 커버 플레이트(300) 방향에서 공기가 유입이 되고 제2 커버 플레이트(400) 방향으로 공기가 유출되는 것을 기준으로 설명하였지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 제2 커버 플레이트(400) 방향에서 공기 유입이 발생하고 제1 커버 플레이트(300) 방향으로 공기 유출이 발생하도록 상기 냉각핀들의 배치가 달라질 수 있다. 예를 들어 본 발명의 영구자석 전동기는 제2 커버 플레이트(400)의 개방부에는 냉각핀이 마련되고 제1 커버 플레이트(300)의 개방부에는 냉각핀이 형성되지 않는 구조를 가질 수 도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기(10)는 회전자(200)를 감싸는 제1 커버 플레이트(300) 및 제2 커버 플레이트(400) 중 적어도 하나에 개방부(330)와 냉각핀(340)을 마련하고, 이를 기반으로 공기의 흐름을 회전자(200) 내측으로 유도함으로써 회전자(200)에서 발생할 수 있는 열을 냉각시킬 수 있다. 또한 본 발명의 영구자석 전동기(10)는 냉각핀(340)으로 인해 발생한 공기의 흐름을 기반으로 전동기의 기타 구성들 예를 들면 고정자 등에서 발생할 수 있는 열을 공랭의 방식으로 냉각시킬 수 있다. 한편 본 발명의 실시 예에 따른 냉각핀(340) 구조물은 기존에 사용되던 전동기에 추가적인 부품의 사용 없이 냉각 효과를 제공함으로 생산비의 절감을 달성할 수 있으며 필요한 경우 기존 냉각 장치와 더불어 냉각 효과를 극대화하는데 활용될 수 도 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10 : BLDC 전동기 100 : 축계
200 : 회전자 210 : 회전자 코어
220 : 관통홀 230 : 회전자 관통부
240 : 자속 장벽 250 : 영구자석
260 : 너트 홀 300 : 제1 커버 플레이트
310 : 판재 320 : 축계 관통부
330 : 개방부 340 : 냉각핀
350 : 냉각홀 360 : 볼트 홀
400 : 제2 커버 플레이트

Claims (9)

1. 축계;
   상기 축계와 결합하고 영구자석이 배치되는 자속 장벽을 포함하며 회전력을 상기 축계에 전달하는 회전자;
   상기 회전자의 전면 및 후면을 감싸며 상기 축계와 결합하고 적어도 하나는 상기 회전자의 일면을 덮도록 배치되는 판재를 포함하는 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트;
   상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나에 배치되는 적어도 하나의 냉각핀;
   상기 자속 장벽의 일부를 외부에 노출시키기 위하여 상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나의 상기 판재 일측을 제거하여 마련되는 적어도 하나의 냉각홀;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전자는
   회전자 코어;
   상기 회전자 코어의 중심부에 마련되며 상기 축계가 관통하는 관통홀;
   상기 관통홀 주변에 마련되며 상기 회전자 코어의 전면 및 후면을 관통하는 적어도 하나의 회전자 관통부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 커버 플레이트 및 제2 커버 플레이트 중 적어도 하나는
   상기 판재 일측을 제거하여 상기 회전자 관통부를 노출시키는 적어도 하나의 개방부;를 더 포함하며,
   상기 냉각핀은
   상기 개방부 일측에서 상기 판재의 표면으로부터 상측방향으로 일정 높이와 일정 면적 및 일정 기울기를 가지며 적어도 하나가 신장되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각홀의 일측에서 상기 판재의 표면으로부터 일정 각도를 가지며 신장되는 적어도 하나의 소형 냉각핀;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 커버 플레이트에 형성되는 냉각핀의 기울기는
   상기 제2 커버 플레이트에 형성되는 냉각핀의 기울기와 동일한 기울기 및 방향을 가지거나, 상기 제2 커버 플레이트에 형성되는 냉각핀의 기울기와 대향되는 기울기 및 방향을 기지는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 회전자 관통부 및 상기 적어도 하나의 개방부는
   상기 관통홀을 중심으로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 냉각핀은
   상기 제1 커버 플레이트에 형성되지 않고 상기 제2 커버 플레이트에만 형성되거나,
   상기 제2 커버 플레이트에 형성되지 않고 상기 제1 커버 플레이트에만 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.
9. 제1항에 있어서,
   공기의 흐름을 보다 풍부히 발생시킬 수 있도록 상기 냉각핀을 관통하게 형성되는 적어도 하나의 통공;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 냉각 장치.

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