KR101221236B1 - 전동기의 냉각 구조장치 - Google Patents

전동기의 냉각 구조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기의 냉각 구조장치에 관한 것으로, 전동기에 투입되는 냉각유가 직선유로를 따라 흐를 수 있도록 그 외주면에 길이방향을 따라 연장 형성됨과 동시에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 유로용 홈이 다수 형성된 고정자와, 이 고정자를 수용하는 하우징과, 이 하우징의 전면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈을 서로 연통시키도록 원주방향을 따라 일정간격을 두고 전방 연통홈이 다수 형성된 프런트 베어링 하우징과, 상기 하우징의 후면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈을 서로 연통시키되 상기 전방 연통홈과는 교호로 이격되게 연통되도록 위상각을 달리하여 원주방향을 따라 일정간격을 두고 후방 연통홈이 다수 형성된 리어 베어링 하우징과, 상기 프런트 베어링 하우징 또는 리어 베어링 하우징의 내벽에 각각 형성되어 외부와 연통되는 냉각유 유입구와 냉각유 유출구를 포함하여 구성된다.
기존에 냉각유로를 구성하는 쿨링 슬리브를 삭제함으로써 전동기의 제조원가를 절감할 수 있고, 전동기의 조립성이 향상되며, 전동기의 냉각효율을 높여줄 수 있다.
전동기, 고정자, 하우징, 냉각유로

Description

전동기의 냉각 구조장치{A cooling system for an electric motor}
도 1은 종래의 기술에 따른 전동기의 냉각 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 전동기의 구성을 나타낸 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전동기의 냉각 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 전동기의 고정자 구조를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전동기의 하우징 구조를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 전동기의 프런트 베어링 하우징에 형성된 냉각 구조를 나타낸 상태도,
도 7은 본 발명에 따른 전동기의 리어 베어링 하우징에 형성된 냉각 구조를 나타낸 상태도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 전동기 10 : 회전자
20 : 고정자 21 : 유로용 홈
22 : 돌기부 23 : 돌기
30 : 하우징 31 : O-링 홈
40 : 프런트 베어링 하우징 41 : O-링 홈
42 : 전방 연통홈 50 : 리어 베어링 하우징
51 : O-링 홈 52 : 후방 연통홈
53 : 냉각유 유입구 54 : 냉각유 유출구
60 : O-링
본 발명은 전동기를 유체냉각방식으로 냉각하는 구조에 관한 것으로, 특히 유체냉각방식을 이용하여 전동기의 하우징 및 고정자의 냉각을 보다 효과적으로 수행함과 아울러 부품절감에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있도록 한 전동기의 냉각 구조에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 공작기계 및 일반 산업기계에 널리 사용되고 있으며, 상기 전동기의 구조는 고정자와 회전자 및 기타 구조부품으로 구성된다.
상기 고정자는 진동에 견딜 수 있도록 이동이 불가능하게 하우징에 고정되고, 상기 회전자는 축과 베어링에 의해 지지되어 원활하게 회전하도록 되어 있다.
그리고, 상기 고정자는 일반적으로 쿨링 슬리브에 조립되어 열박음 또는 셋트핀 등에 의해 고정되어지며, 이 상태에서 다시 상기 하우징에 조립된다. 상기 고정자의 코일에서 발생되는 열은 전동기 전체로 전도되고, 상기 베어링에도 전도되어 그리스의 증발로 인한 전동기의 수명에 영향을 끼치게 된다.
따라서, 대부분의 전동기는 고정자에서 발생하는 열을 냉각하기 위하여 공랭 식의 팬을 부착하거나 또는 유체냉각방식을 적용한다.
즉, 유체냉각방식을 적용한 상기 전동기의 종래 냉각 구조를 도 1을 참조로 설명하면, 전동기의 하우징(101) 내측에는 유로를 형성하는 어떤 홈도 구성하지 않고 단지 원형으로만 되어 있으며, 상기 하우징(101)의 내측에 조립되는 쿨링 슬리브(102)의 외측에 나선형의 홈(102a)이 가공되어 유로를 형성한다.
상기 홈(102a)을 따라 냉각유가 흐르면서 전동기의 고정자(103)에서 발생되어 전도된 열을 냉각시킨 후 냉각유가 유출구(104)로 빠져나가는 구조이다.
한편, 상기 고정자(103)는 상기 쿨링 슬리브(102) 내측에 조립되어 고정되고, 상기 고정자(103)를 수용하는 상기 쿨링 슬리브(102)는 다시 하우징(101)에 조립된다. 상기 쿨링 슬리브(102)에 상기 고정자(103)를 조립할 때 보통 열박음에 의해 고정하며, 열박음의 죔새로 인하여 상기 쿨링 슬리브(102)의 외측은 커지게 된다.
이로 인하여 상기 고정자(103)가 조립된 상기 쿨링 슬리브(102)를 다시 상기 하우징(101)에 조립시 쿨링 슬리브(102)의 외측에 형성된 나선형의 홈(102a)에 의해서 턱에 걸리는 현상이 발생되고, 상기 나선형의 홈(102a)을 만들기 위해서는 기계가공에 의한 방법을 이용하여야 하며, 이에 따른 가공비 상승, 상기 쿨링 슬리브(102) 및 하우징(101) 가공시 발생되는 소재 손실 등에 의해 제품의 제조원가가 상승되는 문제가 있다.
또한, 유체냉각방식의 모터에서 가능한 유로구성의 일 실시예로서 파눅(Fanuc)사 특개평 2-55551"액냉매모터의 냉각유로 구조"의 경우, 고정자에 축 방향으로 복수개의 냉각유로를 매설하고 각각의 유로는 고정자에 조립되는 엔드벨에 가공된 축 방향 구멍들과 연결되며, 각각의 축 방향 구멍들은 엔드벨 직각방향으로 축 방향 구멍들까지 관통되는 구멍에 의해 직렬의 냉각유로를 형성한다.
한편, 상기 발명은 엔드벨에 간단한 구멍가공으로 원하는 직선유로를 형성할 수 있는 장점에도 불구하고 모터의 회전자를 지지하는 베어링이 조립되는 엔드벨에 직접 구멍을 가공 함으로서, 구조물의 강도 및 강성을 약화시키고 진동특성을 저하할 우려가 있으며, 냉각유로 수가 코어의 원주방향으로 증대되는 경우는 유로구성이 어려운 단점이 있다.
그리고, 시멘스(Siemens)사 EP0924839 "전기 모터의 냉각수단(Electric Motor with Cooling Means)"의 경우, 고정자에 복수개의 축 방향 냉각유로를 매설하고, 각 냉각유로의 직각방향으로 고정자의 전,후 양면에서 구멍을 가공한 후, 각 구멍과 연통되도록 가공된 유로가이드 플레이트를 고정자 전후 옆면에 수직으로 설치하여 직렬의 냉각유로를 형성하는 방법이다.
이 방법 역시 추가되는 가공이 많지 않고 복잡한 부품의 추가 없이 직렬유로를 형성할 수 있는 장점은 있으나, 모터의 옆면에 조립되는 가이드 플레이트는 모터의 단면치수를 키워서 조립공간이 제한된 곳에는 적용하지 못하는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 전동기 냉각 구조가 갖는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 유체냉각방식이 적용되는 전동기의 조립성을 개선함과 아울러 전동기의 하우징 및 고정자의 냉각을 보다 효과적으로 수행할 수 있도록 된 전동기 의 냉각 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전동기의 냉각 구조가 갖는 또 다른 목적은, 전동기의 부품절감에 따른 원가절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고정자와 회전자 및 기타 구조부품으로 구성되어 유체냉각방식이 적용되는 전동기의 냉각 구조에 있어서, 상기 전동기에 투입되는 냉각유가 직선유로를 따라 흐를 수 있도록 그 외주면에 길이방향을 따라 연장 형성됨과 동시에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 유로용 홈이 다수 형성된 고정자와, 상기 고정자를 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 전면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈을 서로 연통시키도록 원주방향을 따라 일정간격을 두고 전방 연통홈이 다수 형성된 프런트 베어링 하우징과, 상기 하우징의 후면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈을 서로 연통시키되 상기 전방 연통홈과는 교호로 이격되게 연통되도록 위상각을 달리하여 원주방향을 따라 일정간격을 두고 후방 연통홈이 다수 형성된 리어 베어링 하우징과, 상기 프런트 베어링 하우징 또는 리어 베어링 하우징의 내벽에 각각 형성되어 외부와 연통되는 냉각유 유입구와 냉각유 유출구를 포함하여 구성된 다.
그리고, 상기 고정자는 그 외주면에 형성된 상기 유로용 홈의 저면에 단면적 확보를 위한 돌기가 형성되고, 상기 고정자 또는 상기 고정자와 결합되는 프런트 베어링 하우징과 리어 베어링 하우징의 어느 일측에는 상기 전,후방 연통홈의 안쪽 과 바깥쪽 원주방향으로 O-링과 O-링홈이 구비된다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
유체냉각방식이 적용되는 본 발명의 전동기 냉각 구조를 도 2와 도 3을 참조로 설명하면, 상기 전동기(1)는 회전자(10)와, 상기 회전자가 삽입되는 고정자(20)와, 상기 고정자(20)를 수용하는 하우징(30)과, 상기 하우징(30)의 전면에 고정되는 프런트 베어링 하우징(40)과, 상기 하우징(30)의 후면에 고정되는 리어 베어링 하우징(50) 및, 상기 프런트 베어링 하우징(40) 또는 상기 리어 베어링 하우징(50)의 내벽에 형성된 냉각유 유입구(53)와 냉각유 유출구(54)로 구성된다.
상기 고정자(20)는, 상기 전동기(1)에 투입되는 냉각유가 직선유로를 따라 흐를 수 있도록 그 외주면에 길이방향을 따라 연장 형성됨과 동시에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 유로용 홈(21)이 다수 형성된다.
상기 하우징(30)은, 그 전후측에 각각 O-링(60)이 설치되는 O-링 홈(31)이 구비된다.
상기 프런트 베어링 하우징(40)은, 상기 하우징(30)의 전면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈(21)을 서로 연통시키도록 원주방향을 따라 일정간격을 두고 전방 연통홈(42)이 다수 형성된다.
상기 리어 베어링 하우징(50)은, 상기 하우징(30)의 후면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈(21)을 서로 연통시키되 상기 전방 연통홈(42)과는 교호로 이격되게 연통되도록 위상각을 달리하여 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 후방 연통홈(52)이 다수 형성된다.
상기 냉각유 유입구(53)와 냉각유 유출구(54)는, 상기 프런트 베어링 하우징(40) 또는 리어 베어링 하우징(50)의 내벽에 각각 형성되어 외부와 연통된다.
즉, 본 발명에 따른 전동기(1)의 냉각 구조는 상기 고정자(20)의 외측에 직선유로를 복수개 형성하고 상기 하우징(30) 내측에 결합되는 것에 특징이 있다.
한편, 상기 고정자(20)의 외측에 형성된 직선유로는 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 고정자(20)의 외측에는 돌기부(22)와 유로용 홈(21)이 번갈아 교차되면서 형성되고, 상기 돌기부(22)는 규소강판을 금형으로 타발시 형성되는 모양을 나타내고 있다.
그리고, 상기 고정자(20)는 그 외주면에 형성된 상기 유로용 홈(21)의 저면에 단면적 확보를 위한 돌기(23)가 용접에 의해 형성된다.
상기 전동기(1)의 하우징(30)은 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 하우징(30)의 양 단면에는 각각 O-링 홈(31)이 형성되어 이 하우징(30)의 양 결합면과 상기 프런트 베어링 하우징(40) 및 상기 리어 베어링 하우징(50)의 단면이 서로 맞닿아 냉각유로 형성시 누유가 되지 않도록 O-링(60)을 삽입고정한다.
여기서, 도 6과 도 7을 참조로 냉각유로를 설명하면, 상기 프런트 베어링 하우징(40) 및 상기 리어 베어링 하우징(50)의 내측에 냉각유로를 형성할 수 있도록 전,후방 연통홈(42, 52)이 형성되고, 또한 상기 리어 베어링 하우징(50)은 그 내벽에 외부와 연통되는 냉각유 유입구(53)와 냉각유 유출구(54)가 각각 형성된다.
즉, 상기 전동기(1)의 냉각 구조는 상기 고정자(20)를 하우징(30)에 열박음 하되 이 열박음시에는 틈새는 없고 죔새를 가지게 되어 냉각유로 형성시 인접 유로간의 누유를 방지하게 된다. 또한 상기 고정자(20)의 외측에 형성된 유로용 홈(21)은 상기 하우징(30)과의 조립방향과 동일하게 형성되기 때문에 고정자(20)를 하우징(30)에 조립할 때 걸리는 현상 없이 매끄럽게 조립된다.
상기와 같이 상기 고정자(20)를 하우징(30)에 조립하고, 상기 하우징(30)의 전면과 후면에 각각 형성된 O-링 홈(31)에 O-링(60)을 삽입한 후, 상기 프런트 베어링 하우징(40)과 상기 리어 베어링 하우징(50)을 각각 조립하게 된다.
즉, 상기 고정자(20) 또는 상기 고정자(20)와 결합되는 프런트 베어링 하우징(40)과 리어 베어링 하우징(50)의 어느 일측에는 상기 전,후방 연통홈(42, 52)의 안쪽과 바깥쪽 원주방향으로 O-링과 O-링홈이 구비된다.
여기서, 상기 리어 베어링 하우징(50)에 형성된 상기 냉각유 유입구(53)에 냉각유를 주입하게 되면, 상기 고정자(20)에 형성된 직선유로를 따라 냉각유가 상기 프런트 베어링 하우징(40)으로 흐르게 되고, 상기 프런트 베어링 하우징(40)에 형성된 상기 전방 연통홈(42)으로 냉각유가 나와 측방향으로 이동하여 다시 상기 고정자(20)의 직선유로를 따라 상기 리어 베어링 하우징(50)으로 흐른다.
이렇게 냉각유로가 형성되는 것은 상기 고정자(20)에는 상기 프런트 베어링 하우징(40) 및 상기 리어 베어링 하우징(50)에 형성된 상기 전,후방 연통홈(42, 52) 보다 2배 정도가 많은 직선유로가 형성되기 때문이다.
그러므로, 상기 프런트 베어링 하우징(40) 및 리어 베어링 하우징(50)에서는 상기 전,후방 연통홈(42, 52)을 통해 상기 고정자(20)에서 흘러온 냉각유의 방향을 바꾸어 고정자(20)의 직선유로로 흐르게 한다.
즉, 상기 전동기(1)의 냉각 구조는, 상기 리어 베어링 하우징(50)의 냉각유 유입구(53)로 냉각유가 유입되면, 우선 상기 고정자(20)의 직선유로를 거쳐 상기 프런트 베어링 하우징(40)으로 냉각유가 흘러들어 오게 되고, 이 냉각유는 상기 프런트 베어링 하우징(40)의 전방 연통홈(42)에 의하여 상기 고정자(20)에서 흘러온 직선유로의 바로 옆 칸으로 이동하여 다시 고정자(20)를 거쳐 상기 리어 베어링 하우징(50)으로 흘러간다.
다시, 상기 리어 베어링 하우징(50)으로 유입된 냉각유는 후방 연통홈(52)을 통해 그 진행방향을 바꾸어 상기 고정자(20)의 직선유로를 지나 상기 프런트 베어링 하우징(40)으로 흐르게 된다.
그러므로, 상기 냉각유는 상기 고정자(20)에 형성된 유로용 홈(21)을 따라 상기 리어 베어링 하우징(50)의 후방 연통홈(52)과 상기 프런트 베어링 하우징(40)의 전방 연통홈(42)을 번갈아 지나면서 전동기(1)를 냉각시킨 후, 상기 리어 베어링 하우징(50)에 형성된 상기 냉각유 유출구(54)를 통하여 배출된다.
따라서, 상기와 같이 상기 고정자(20)의 유로용 홈(21)과 상기 프런트 베어링 하우징(40) 및 리어 베어링 하우징(50)에 형성된 전,후방 연통홈(42, 52)을 통해 냉각유로가 형성되어 이 냉각유로를 지나는 냉각유를 통해 고정자(20)를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전동기의 냉각 구조에 의하면, 기존에 냉각유로를 구성하는 쿨링 슬리브를 삭제함으로써 전동기의 제조원가를 절감할 수 있고, 전동기의 조립성이 향상됨으로써 전동기 제조시 작업성 및 생산성이 향상되며, 고정자에 형성된 유로용 홈의 단면적이 넓고 하우징과 고정자에 직접 냉각유를 전달하기 때문에 고정자 및 하우징에서 발생되는 열을 모두 감소시켜 전동기의 냉각효율을 높여줄 수 있다.

Claims (3)

  1. 고정자(20)와 회전자(10) 및 기타 구조부품으로 구성되어 유체냉각방식이 적용되는 전동기의 냉각 구조장치에 있어서,
    상기 전동기(1)에 투입되는 냉각유가 직선유로를 따라 흐를 수 있도록 그 외주면에 길이방향을 따라 연장 형성됨과 동시에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 유로용 홈(21)이 다수 형성된 고정자(20)와; 상기 고정자(20)를 수용하는 하우징(30)과; 상기 하우징(30)의 전면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈(21)을 서로 연통시키도록 원주방향을 따라 일정간격을 두고 전방 연통홈(42)이 다수 형성된 프런트 베어링 하우징(40)과; 상기 하우징(30)의 후면에 긴밀하게 결합되면서 그 결합면에는 상기 인접한 유로용 홈(21)을 서로 연통시기되 상기 전방 연통홈(42)과는 교호로 이격되게 연통되도록 위상각을 달리하여 원주방향을 따라 일정간격을 두고 후방 연통홈(52)이 다수 형성된 리어 베어링 하우징(50)과; 상기 프런트 베어링 하우징(40) 또는 리어 베어링 하우징(50)의 내벽에 각각 형성되어 외부와 연통되는 냉각유 유입구(53)와 냉각유 유출구(54);를 포함하며,
    상기 고정자(20)는 그 외주면에 형성된 상기 유로용 홈(21)의 저면에 단면적 확보를 위한 돌기(23)가 형성된 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 구조장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고정자(20) 또는 상기 고정자(20)와 결합되는 프런트 베어링 하우징(40)과 리어 베어링 하우징(50)의 어느 일측에는 상기 전,후방 연통홈(42, 52)의 안쪽과 바깥쪽 원주방향으로 O-링과 O-링홈이 구비된 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 구조장치.
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