KR101238209B1 - 전동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전동기에 관한 것으로서, 프레임과, 이 프레임의 내부에 배치되는 스테이터 및 로터와, 이 프레임의 내부에 냉각유체를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛을 구비하여 구성된다. 이에 의해, 냉각성능을 제고시킬 수 있다. 또한 고출력밀도 및 고효율의 전동기가 제공될 수 있다.

Description

전동기{ELECTRIC MOTOR}
본 발명은, 전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 콤팩트 한 구성이 가능하고 냉각성능, 출력밀도 및 효율을 제고시킬 수 있도록 한 전동기에 관한 것이다.
전동기 또는 모터(전기 모터)(이하 '전동기'라고 표기함)는, 주지된 바와 같이, 전기에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치이다.
전동기는, 그 사용 전원에 따라 직류전동기와 교류전동기로 구별될 수 있다.
또한, 교류 전동기는 3상교류용과 단상교류용으로 구분될 수 있으며 각각에 유도전동기와 동기전동기가 있다.
이 중 유도전동기는 전원에 바로 연결이 가능하고 구조가 간단하며 튼튼한데 비해 염가이고 취급이 쉬워 널리 이용되고 있다.
한편, 최근에는 자동차 등 차량의 연료 연소시 발생하는 유해 가스에 기인한 환경오염을 방지하고자 차량의 구동원으로 전동기가 일부 이용되고 있다.
차량의 구동원으로 이용되는 전동기, 즉 전기 차량용 전동기는 고열이 발생되기 때문에 별도의 냉각수단이 구비될 수 있다.
이러한 전기 차량용 전동기의 냉각수단으로는 전동기에 공기를 강제 송풍하는 공냉식 및 전동기에 물을 공급하여 냉각시키는 수냉식이 이용될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 전기 차량용 전동기에 있어서는, 공냉식 냉각수단을 이용할 경우 팬 및/또는 덕트 등이 구비됨으로써 크기가 증가하게 될 뿐만 아니라 전동기의 발열에 비해 공기의 냉각 성능이 상대적으로 미흡하게 되어 전동기의 출력을 제고시키는데에 한계가 있다.
또한, 수냉식 냉각수단을 이용할 경우, 구성이 복잡하고 크랙(균열)에 의한 누수 발생의 우려가 있고, 누수 발생 시 전동기의 손상이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 냉각 성능을 제고시킬 수 있는 전동기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 부품의 국부 온도 상승을 억제할 수 있는 전동기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 콤팩트한 구성이 가능하고 고출력 및 고효율의 전기 차량용 전동기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 프레임; 상기 프레임의 내부에 배치되는 스테이터; 상기 프레임의 내부에 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 및 상기 프레임의 내부에 냉각유체를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛;을 포함하고, 상기 냉각유체는 압축성 냉매이고, 상기 냉각유닛은, 상기 냉각유체가 상기 프레임의 내부를 경유하여 순환하는 순환유로; 상기 순환유로에 배치되어 상기 냉각유체가 방열을 통해 냉각되어 응축되는 냉각유체냉각기; 및 상기 순환유로 중에 배치되어 액상의 냉각유체가 상기 프레임의 내부로 유입되어 증발되게 상기 냉각유체를 순환시키는 냉각유체이동수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기를 제공한다.
여기서, 상기 프레임의 일 측에는 상기 냉각유체가 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구가 구비되고, 상기 유입구는 상기 프레임의 하부영역에 배치되고 상기 냉각유체냉각기의 유출측에 연결되게 구성될 수 있다.
상기 유입구는 상기 프레임의 내부 바닥면으로부터 소정 높이를 가지고 상기 바닥면의 상측에 배치되게 구성될 수 있다.
상기 냉각유체이동수단은 압축기 또는 펌프로 구성될 수 있다.
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이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임의 내부에 냉각유체를 직접 제공함으로써 전동기의 크기(볼륨)를 증가시키지 아니하면서 냉각 성능을 현저하게 상승시킬 수 있다.
또한, 국부적으로 온도 상승이 높은 스테이터의 코일엔드에 냉각유체를 직접 분사함으로서 스테이터의 코일엔드의 국부 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 스테이터와 공극을 두고 이격됨에 기인하여 주변이 공기(층)로 둘러쌓이게 되어 온도 상승이 높은 로터의 단부에 냉각유체를 직접 분사함으로써 로터의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터의 코어 및 코일에 냉각유체가 직접 작용하여 냉각되도록 하고, 스테이터와 이격되어 주변이 공기층으로 둘러쌓이게 되어 상대적으로 냉각이 어려운 로터에 냉각유체를 직접 분사하여 냉각되도록 함으로써, 고온에 기인한 수명 단축을 억제할 수 있고, 고 출력밀도 및 고효율의 전기 차량용 전동기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 2는 도 1의 프레임의 사시도,
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도,
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도,
도 5는 도 1의 요부확대도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 7은 도 6의 전동기의 스테이터그루브를 도시한 사시도,
도 8은 도 6의 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 단면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 10은 도 9의 요부확대도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 구성도,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기는, 프레임(110); 상기 프레임(110)의 내부에 배치되는 스테이터(130); 상기 프레임(110)의 내부에 상기 스테이터(130)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(160); 및 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛(170);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)은 내부에 수용공간이 형성될 수 있다. 상기 프레임(110)은 원형 단면을 가지게 형성될 수 있다.
상기 프레임(110)은 적어도 일 측이 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 프레임(110)의 개구측 단부에는 커버(120)가 구비될 수 있다. 상기 프레임(110)의 단부와 상기 커버(120)의 상호 접촉영역에는 내, 외부를 기밀적으로 차단하는 실링부재(118)가 구비될 수 있다. 이에 의해 내부의 냉각유체(172)가 외부로 누설되는 것이 방지될 수 있다.
상기 프레임(110)의 일 측에는 상기 로터(160)의 반경방향으로 확장된 플랜지부(116)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 프레임(110)의 접촉면적이 증대되어 프레임(110)이 대상물에 용이하게 고정될 수 있다.
상기 프레임(110)의 내부에는 스테이터(130)가 구비될 수 있다. 상기 스테이터(130)는, 복수의 슬롯(133) 및 티스(미도시)를 구비한 스테이터코어(131)와, 상기 스테이터코어(131)의 슬롯(133)에 배치되는 스테이터코일(141)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(131)는 복수의 전기강판을 절연 적층하여 형성될 수 있다. 상기 스테이터코어(131)의 중앙영역에는 상기 로터(160)가 소정의 공극(air gap)을 두고 회전가능하게 수용될 수 있게 로터수용공(132)이 관통형성될 수 있다. 상기 슬롯(133) 및 티스는 상기 로터수용공(132)의 원주방향을 따라 형성될 수 있다. 상기 슬롯(133)에는 상기 스테이터코일(141)이 배치될 수 있다. 여기서, 상기 스테이터코일(141)은 3상 교류 전원을 입력 전원으로 이용할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 스테이터코어(131)의 양 단부에는 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)가 외측으로 각각 돌출될 수 있다.
상기 스테이터코어(131)의 중앙영역에는 로터(160)가 회전가능하게 배치될 수 있다. 상기 로터(160)는, 로터코어(161)와, 상기 로터코어(161)에 구비되는 도체바(165)를 구비하여 인덕션 로터(induction rotor)로 구성될 수 있다. 여기서, 본 실시예는, 구조가 간단하고 튼튼한데 비해 가격이 저렴한 3상 유도 전동기로 구성된 경우를 예시하고 있다. 상기 로터코어(161)의 양 단부에는 상기 각 도체바(165)를 연결하여 폐회로를 구성하는 엔드링(167)이 각각 배치될 수 있다.
상기 로터코어(161)의 중앙에는 회전축(151)이 결합될 수 있다. 상기 로터코어(161)의 중앙에는 상기 회전축(151)이 삽입될 수 있게 축공(163)이 관통 형성될 수 있다. 상기 회전축(151)은 상기 로터코어(161)의 양 측으로 연장되게 형성될 수 있다. 상기 회전축(151)은 상기 프레임(110) 및 커버(120)에 의해 양 측에서 회전가능하게 지지될 수 있다. 상기 프레임(110) 및 상기 커버(120)에는 상기 회전축(151)을 회전지지하는 베어링(117)이 각각 구비될 수 있다.
한편, 상기 프레임(110)의 내부에는 냉각유체(172)를 공급하여 내부를 냉각시키는 냉각유닛(170)이 구비될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체(172)는 오일일 수 있다. 상기 오일은 적절한 점도를 유지할 수 있고 강한 내열성 및 내산화성을 구비한 오일(예를 들면 자동차의 변속기 오일 등)로 구성될 수 있다. 상기 냉각유체(172)는 증기 압축식 냉동사이클에 이용되는 냉매일 수 있다. 이하, 상기 냉각유체(172)는 상기 오일로 구성되는 경우를 예를 들어 설명한다.
상기 프레임(110)은 상기 로터(160)의 회전축(151)이 수평으로, 즉 지면과 나란하게 배치되게 설치될 수 있다.
상기 냉각유닛(170)은 상기 프레임(110)과 상기 스테이터(130)의 사이에 상기 냉각유체(172)를 분사하는 냉각유체분사부(171)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체분사부(171)는 상기 프레임(110)의 내부 상부영역에 배치될 수 있다.
상기 냉각유체분사부(171)는 상기 프레임(110)과 상기 스테이터(130) 사이에 배치되는 분사관(175)으로 구성될 수 있다.
상기 프레임(110) 및 상기 스테이터(130)에는 상기 분사관(175)의 일 영역을 각각 수용할 수 있게 함몰된 부분분사관수용부(118a,118b)가 각각 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 프레임(110)에는 상향 함몰된 부분분사관수용부(118a)가 형성되고, 상기 스테이터(130)에는 스테이터코어(131)의 외주면에 하향 함몰되게 부분분사관수용부(118b)가 형성될 수 있다.
상기 냉각유체분사부(171)는 상기 분사관(175)에서 분사된 냉각유체(172)가 유동할 수 있게 상기 프레임(110)의 내면에 소정 깊이로 함몰된 프레임그루브(185)를 포함할 수 있다. 이에 의해 상기 분사관(175)에서 분사된 냉각유체(172)가 원활하게 이동(유동)될 수 있고, 상기 프레임(110)이 신속하게 냉각될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 프레임그루브(185)는, 상기 프레임(110)의 원주방향으로 연장되게 곡선으로 형성되는 복수의 제1그루브(186)와, 상기 프레임(110)의 내면에 축선방향으로 긴 길이를 가지게 직선으로 형성되는 제2그루브(187)를 구비할 수 있다. 상기 프레임그루브(185)는 상기 부분분사관수용부(118a,118b)를 중심으로 상기 부분분사관수용부(118a,118b)의 양 측에 각각 형성될 수 있다.
상기 제1그루브(186)는 상기 프레임(110)의 내부 상부로부터 원호를 이루게 하향 연장되게 형성될 수 있다. 상기 제2그루브(187)는 상기 프레임(110)의 내부 저부(바닥면)에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1그루브(186)는 상기 프레임(110)의 내면에 일부분(상부영역)이 형성되고 다른 일부(하부영역)는 상기 스테이터(130)의 외면에 형성되어 상기 프레임(110) 및 상기 스테이터(130)의 결합 시 상부영역 및 하부영역이 상호 협조적으로 냉각유체(172)의 유로를 형성하게 구성될 수도 있다.
상기 프레임(110)에는 상기 냉각유체(172)의 유입 및 유출을 위한 유입구(112) 및 유출구(114)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유입구(112) 및 유출구(114)는 상기 커버(120)에 각각 관통 형성될 수 있다. 여기서, 상기 유출구(114)는 상기 프레임(110)의 내부 바닥의 냉각 유체가 곧바로 외부로 유출될 수 있게 상기 프레임(110)의 바닥면에 대응되는 높이에 형성될 수 있다. 또한, 상기 유출구(114)는 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)가 일정량 저장될 수 있게 상기 프레임(110)의 바닥면으로부터 소정 높이에 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(130) 및 프레임(110)의 일 영역이 항상 냉각유체(172)와 접촉되게 함으로써 냉각효과를 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 냉각유체분사부(171), 보다 구체적으로 상기 분사관(175)에는 상기 냉각유체(172)가 분사될 수 있게 복수의 분사공(노즐공)(176)이 구비될 수 있다.
상기 분사공(176)은 냉각유체(172)를 상기 프레임그루브(185)에 분사할 수 있게 형성될 수 있다. 상기 분사공(176) 및 상기 프레임그루브(185)는 서로 동일한 간격으로 이격 배치되게 구성될 수 있다. 또한, 상기 분사공(176)은 상기 프레임그루브(185) 하나에 복수 개가 분사할 수 있게 구성될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분사관(175)에는 상기 냉각유체(172)를 양 측으로 분사할 수 있게 분사관(175)의 양 측에 한 쌍의 분사공(176)이 각각 형성될 수 있다.
상기 분사관(175)에는 상기 스테이터(130)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하는 분사공(176)이 더 구비될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분사공(176)은 상기 분사관(175)의 저부에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분사관(175)의 길이 방향을 따라 양 단부영역에는 상기 스테이터(130)의 양 단부, 즉 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)를 향해 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 분사공(176)이 구비될 수 있다.
상기 분사공(176)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프레임그루브(185)(제1그루브(186))를 향해 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 양 측에 형성되는 복수의 제1분사공(177a)들과, 상기 스테이터코일(141)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 분사관(175)의 저부에 형성되는 복수의 제2분사공(177b)들을 구비할 수 있다.
상기 제2분사공(177b) 중 일부는, 도 5에 도시된 바와 같이, 도면상 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)의 상부영역으로 냉각유체(172)가 분사될 수 있게 수직선(방향)에 대해 소정 경사각(θ)을 가지게 형성될 수 있다.
상기 제2분사공(177b) 중 다른 일부는 상기 각 코일엔드(143)의 상면으로 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 각 코일엔드(143)의 상측에 각각 배치되게 구성될 수 있다.
상기 코일엔드(143)의 상측에는 상기 각 코일엔드(143)의 상측으로 냉각유체(172)를 분사하는 제2분사공(177b)이 복수 개가 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 스테이터코일(141)에 전원이 인가되어 자기장(회전자계)이 발생되면 상기 로터(160)는 전자기유도작용에 의해 상기 회전축(151)을 중심으로 회전하게 된다. 상기 로터(160)의 회전력은 상기 회전축(151)을 통해 외부로 출력될 수 있다. 상기 스테이터코일(141)의 전원 인가시, 상기 프레임(110)의 내부는 소위 동손(copper loss), 철손(core loss), 부품 마찰 등 기계손(mechanical loss)에 의해 온도가 상승하게 된다.
한편, 상기 로터(160)가 회전을 개시하면 상기 냉각유체분사부(171)를 통해 상기 프레임(110)의 내측으로 냉각유체(172)가 분사될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유닛(170)은 상기 프레임(110)의 내부 온도가 소정 온도에 도달하면 냉각유체(172)를 분사하게 구성될 수도 있다.
상기 분사관(175)의 내부로 유입된 냉각유체(172)는 각 분사공(176)들을 통해 분사되고, 상기 분사공(176) 중 제1분사공(177a)을 통해 분사된 냉각유체(172)는 프레임그루브(185)를 따라 유동하면서 프레임(110) 및 스테이터(130)와 접촉되어 프레임(110) 및 스테이터(130)를 냉각시키게 된다.
또한, 냉각유체(172) 중 일부는 상기 제2분사공(177b)을 통해 스테이터코일(141)의 각 코일엔드(143)로 분사됨으로써 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)의 국부 온도 상승을 억제할 수 있다. 이에 의하면, 상기 프레임(110) 및 상기 스테이터(130)에 냉각유체(172)가 직접 작용하여 상기 프레임(110) 및 스테이터(130)를 신속하게 냉각시킴으로써 고출력밀도 및 고효율의 전동기가 구현될 수 있다.
상기 프레임그루브(185)를 따라 하향 유동된 냉각유체(172)는 상기 유출구(114)를 통해 상기 프레임(110)의 외부로 유출될 수 있다. 여기서, 상기 유출구(114)가 상기 프레임(110)의 바닥으로부터 소정 높이를 가지게 형성될 경우에는 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)가 소정량 일시 저장될 수 있다. 이에 따라, 상기 프레임(110) 및 스테이터(130)의 일부(하부)는 일시 저장된 냉각유체(172)에 잠길 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체(172)와 상기 프레임(110) 및 스테이터(130)의 접촉시간이 연장될 수 있고, 상기 프레임(110) 및 상기 스테이터(130)의 냉각 효과가 증대될 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다. 전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기는, 프레임(110); 상기 프레임(110)의 내부에 배치되는 스테이터(130); 상기 프레임(110)의 내부에 상기 스테이터(130)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(160); 및 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛(190);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(190)은 상기 프레임(110)에 형성되는 냉각유체분사유로(191)를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 냉각유체분사유로(191)는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)가 유입될 수 있게 축선방향으로 긴 길이를 가지게 함몰되게 형성될 수 있다. 상기 냉각유체분사유로(191)는 상기 프레임(110)의 상부 중앙에 형성될 수 있다.
상기 냉각유체분사유로(191)는 내부로 냉각유체(172)가 유입될 수 있게 상기 커버(120)측 단부에 형성될 수 있다. 상기 냉각유체분사유로(191)는 내부의 상기 스테이터(130)를 향해 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 복수의 출구(194)를 구비할 수 있다. 상기 출구(194)는 상기 냉각유체분사유로(191)의 저부에 형성될 수 있다. 상기 출구(194)는 길이 방향을 따라 서로 이격된 복수 개로 구성될 수 있다. 상기 출구(194)는 서로 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 상기 출구(194)는 원형 또는 폭에 비해 상대적으로 긴 길이를 가지는 슬릿(slit)으로 구성될 수도 있다.
상기 냉각유닛(190)은 상기 스테이터(130)에 함몰되게 형성되는 스테이터그루브(137)를 더 구비하게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체분사유로(191)에서 분사된 냉각유체(172)가 상기 스테이터코어(131)의 외면을 따라 하향 유동될 수 있다. 또한, 상기 냉각유체(172)가 상기 스테이터코어(131)의 표면에 직접 작용함으로써 상기 스테이터(130)를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 스테이터그루브(137)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터코어(131)의 외면에 소정 깊이로 함몰되고 원주방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다.
상기 각 스테이터그루브(137)는 상기 냉각유체분사유로(191)의 출구(194)들의 간격에 대응되는 간격으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체분사유로(191)의 출구(194)는 상기 스테이터그루브(137)의 양 측으로 분사될 수 있게 하나의 스테이터그루브(137)에 한 쌍 이상의 출구(194)가 형성될 수도 있다.
상기 냉각유체분사유로(191)의 출구(194) 중 일부는 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)로 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 형성될 수 있다. 즉, 상기 출구(194) 중 일부는 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)들의 상측에 배치되어 해당 코일엔드(143)를 향해 냉각유체(172)를 하향 분사할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 스테이터코일(141)에 전원이 인가되어 자기장(회전자계)이 발생되면 상기 로터(160)는 전자기유도작용에 의해 회전축(151)을 중심으로 회전된다.
한편, 상기 로터(160)가 회전을 개시하면 상기 냉각유체분사유로(191)를 통해 상기 프레임(110)의 내측으로 냉각유체(172)가 분사될 수 있다.
상기 냉각유체분사유로(191)의 입구(192)를 통해 냉각유체(172)가 유입되고, 유입된 냉각유체(172)는 각 출구(194)를 통해 분사될 수 있다. 분사된 냉각유체(172)는 상기 스테이터그루브(137)를 따라 유동하면서 상기 스테이터(130)를 냉각시키게 된다.
또한, 냉각유체(172) 중 일부는 상기 스테이터코일(141)의 각 코일엔드(143)로 분사됨으로써 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)를 신속하게 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 코일엔드(143)의 국부 온도 상승이 억제될 수 있다.
상기 스테이터그루브(137)를 따라 하향 유동된 냉각유체(172)는 상기 유출구(114)를 통해 상기 프레임(110)의 외부로 유출되고, 상기 유입구(112)를 통해 상기 프레임(110)의 내부로 다시 유입되는 과정을 반복하면서 냉각작용을 수행할 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기에 대해 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전동기는, 프레임(110); 상기 프레임(110)의 내부에 배치되는 스테이터(130); 상기 프레임(110)의 내부에 상기 스테이터(130)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(160); 및 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛(210);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)은, 상기 프레임(110)과 스테이터(130) 사이에 냉각유체(172)를 분사하는 제1분사부(211)와, 상기 스테이터(130)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하는 제2분사부(221)를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 프레임(110)의 더 넓은 영역으로 냉각유체(172)를 동시에 분사함으로써 프레임(110)의 내부 공간을 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1분사부(211)는, 상기 프레임(110)과 스테이터(130) 사이영역으로 냉각유체(172)를 분사하는 복수의 분사공(212)과, 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)의 상측에 배치되어 해당 코일엔드(143)의 상면으로 냉각유체(172)를 분사하는 저부분사공(214)을 구비할 수 있다. 상기 저부분사공(214)은 복수 개로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 저부분사공(214)은 하나의 코일엔드(143)의 상측에 복수 개가 각각 배치될 수 있다.
상기 제2분사부(221)는 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)를 향해 냉각유체(172)를 분사하게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)의 국부 온도 상승을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2분사부(221)는 상기 각 코일엔드(143)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제2분사부(221)는 상기 로터(160)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(130)로부터 이격되어 둘레에 공기층이 형성되어 냉각이 곤란한 상기 로터(160)에 냉각유체(172)가 직접 작용함으로써 로터(160)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 제2분사부(221)는 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)의 단부 및 상기 로터(160)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하게 구성될 수도 있다. 이에 의해, 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)의 국부 온도 상승을 억제시킬 수 있다. 또한, 상기 로터(160)에 냉각유체(172)가 직접 작용함으로써 상기 로터(160)를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 제1분사부(211)는 상기 로터(160)의 축선방향을 따라 배치되게 구성될 수 있다. 상기 제1분사부(211)는 관(管:pipe)형상으로 구성될 수 있다. 상기 제1분사부(211)는 상기 프레임(110)의 내부 상부영역에 배치될 수 있다.
상기 제1분사부(211)에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 양 측으로 냉각유체(172)를 분사할 수 있게 제1분사부(211)의 양 측에 분사공(212)들이 각각 형성될 수 있다. 상기 프레임(110) 및/또는 상기 스테이터(130)에는 냉각유체(172)가 유동할 수 있게 전술한 프레임그루브(185) 및/또는 스테이터그루브(137) 중 적어도 어느 하나가 형성될 수 있다.
상기 분사공(212)들은 축선방향으로 소정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 상기 프레임그루브(185) 및/또는 상기 스테이터그루브(137)는 상기 분사공(212)들의 간격과 동일한 간격으로 형성될 수 있다.
상기 제2분사부(221)는 상기 제1분사부(211)로부터 분기되게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2분사부(221)는 상기 제1분사부(211)로부터 분기되어 상기 제1분사부(211)에 수직하게 배치되게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1분사부(211)가 상기 로터(160)의 축선방향으로 배치되므로 상기 제2분사부(221)는 상기 로터(160)의 반경방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2분사부(221)는 상기 스테이터(130)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(130)의 양 단부 영역으로 냉각유체(172)를 더욱 효과적으로 분사할 수 있다.
상기 제2분사부(221)는 상기 스테이터(130)의 양 측에 각각 배치되어 상기 로터(160)의 양 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하게 구성될 수도 있다.
상기 제2분사부(221)는, 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143)를 향해 냉각유체(172)를 분사하는 상부분사공(222)과, 상기 로터(160)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하는 하부분사공(224)을 구비하게 구성될 수 있다. 상기 각 상부분사공(222)은 해당 코일엔드(143)의 단부를 향해 냉각유체(172)를 분사하게 구성될 수 있다. 상기 하부분사공(224)은 냉각유체(172)가 로터(160)의 단부를 향하여 분사될 수 있게 경사지게 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 유입구(112)를 통해 상기 프레임(110)의 내부로 유입된 냉각유체(172) 중 일부는 상기 제1분사부(211)를 통해 상기 프레임(110) 및 스테이터(130) 사이로 분사되고, 다른 일부는 상기 제2분사부(221)를 통해 상기 스테이터(130)의 단부측으로 분사될 수 있다. 이에 의해, 냉각유체(172)를 더 넓은 영역으로 효과적으로 분사할 수 있어 상기 프레임(110)의 내부 온도를 더욱 신속하게 낮출 수 있다. 또한, 상기 스테이터코일(141)의 코일엔드(143) 및 로터(160)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 전동기는, 프레임(110); 상기 프레임(110)의 내부에 배치되는 스테이터(130); 상기 프레임(110)의 내부에 상기 스테이터(130)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(160); 및 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(172)를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛(230);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(230)은, 상기 프레임(110)과 상기 스테이터(130) 사이에 냉각유체(172)를 분사하는 냉각유체분사부(171)와, 상기 냉각유체(172)가 상기 프레임(110)의 내부를 경유하여 순환하는 순환유로(235)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체(172)는 오일일 수 있다. 상기 냉각유체분사부(171)는 복수의 분사공을 구비한 전술한 분사관(175)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 냉각유체분사부(171)는 상기 로터(160)의 축선방향을 따라 배치되는 제1분사부(211) 및 상기 상기 제1분사부(211)로부터 분기된 제2분사부(221)를 구비하여 구성될 수도 있다.
한편, 상기 순환유로(235)의 양 단부는 상기 프레임(110)의 유입구(112) 및 유출구(114)에 각각 연결될 수 있다. 상기 냉각유닛(230)은 상기 냉각유체(172)의 유동을 촉진하는 펌프(237)를 구비할 수 있다.
상기 냉각유닛(230)은 상기 냉각유체(172)를 냉각시키는 냉각유체냉각기(238)를 구비할 수 있다. 상기 냉각유체냉각기(238)는 내부로 냉각유체(172)가 유동하면서 공기와 열교환하는 방열기로 구성될 수 있다. 상기 냉각유체냉각기(238)는 냉각유체(172)가 유동하는 전열관(미도시)과, 열교환면적이 증가되게 상기 전열관에 구비되는 방열핀(미도시)을 구비한 열교환기로 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터코일(141)에 전원이 인가되면 전자기유도작용에 의해 상기 로터(160)는 상기 회전축(151)을 중심으로 회전된다.
한편, 상기 스테이터코일(141)에 전원이 공급되면 상기 프레임(110)의 내부는 온도가 상승하게 되고, 상기 프레임(110)의 내부에는 상기 냉각유닛(230)에 의해 냉각유체(172)가 공급될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 펌프(237)가 구동되면 상기 냉각유체냉각기(238)의 내부의 냉각유체(172)는 상기 프레임(110)측으로 유동되어 상기 유입구(112)를 통해 상기 프레임(110)의 내부 상기 냉각유체분사부(171)로 유입된다.
상기 냉각유체분사부(171)로 유입된 냉각유체(172)는 각 분사공(176)을 통해 분사된다. 분사된 냉각유체(172)는 상기 프레임(110), 상기 스테이터(130) 및/또는 상기 스테이터코일(141) 및/또는 상기 로터(160)에 직접 접촉되어 상기 프레임(110), 상기 스테이터(130) 및/또는 상기 스테이터코일(141) 및/또는 상기 로터(160)를 냉각시키게 된다.
상기 프레임(110)의 내부 하부로 이동된 냉각유체(172)는 상기 유출구(114)를 통해 상기 프레임(110)의 외부로 인출되고, 상기 순환유로(235)를 따라 상기 냉각유체냉각기(238)로 이동될 수 있다.
상기 냉각유체냉각기(238)에서는 상기 냉각유체(172)가 공기 등과 열교환되어 냉각될 수 있다. 냉각된 냉각유체(172)는 다시 순환유로(235)를 따라 이동되어 상기 프레임(110)의 내부로 분사되는 과정을 반복하면서 냉각작용을 수행하게 된다.
이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 전동기는, 프레임(110); 상기 프레임(110)의 내부에 배치되는 스테이터(130); 상기 프레임(110)의 내부에 상기 스테이터(130)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(160); 및 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(173)를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛(250);을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체(173)는 증기 압축식 냉동사이클에 이용되는 압축성 냉매일 수 있다.
상기 냉각유닛(250)은, 상기 프레임(110)의 내부에 냉각유체(173)가 공급될 수 있게 상기 냉각유체(173)가 상기 프레임(110)의 내부를 경유하여 순환되게 구성되는 순환유로(255)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)의 일측에는 냉각유체(173)가 유입 및 유출될 수 있게 유입구(116) 및 유출구(118)가 형성될 수 있다. 상기 유입구(116) 및 유출구(118)는 상기 커버(120)에 각각 형성될 수 있다.
상기 유입구(116) 및 유출구(118)에는 상기 순환유로(255)의 각 일 단부가 각각 연결될 수 있다. 여기서, 상기 유입구(116)는 상기 프레임(110)의 내부 바닥면으로부터 소정 높이를 가지고 바닥면의 상측에 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 프레임(110)의 내부에 소정량의 냉각유체(173)(액상냉매)가 일시 저장될 수 있다.
상기 냉각유닛(250)은 상기 순환유로(255)에 배치되어 상기 냉각유체(173)(냉매)가 방열을 통해 냉각되어 응축되는 냉각유체냉각기(258)를 구비할 수 있다.
상기 냉각유체냉각기(258)는 냉각유체(173)가 그 내부로 유동되는 도시 않은 전열관과, 냉각유체(173)의 전열 면적이 증가되게 상기 전열관에 구비되는 도시 않은 전열핀(fin) 또는 전열플레이트(plate)를 구비한 열교환기(heat exchanger)로 구성될 수 있다. 상기 냉각유체냉각기(258)의 일 측에는 냉각유체(173)의 방열이 촉진될 수 있게 송풍하는 송풍기(259)가 구비될 수도 있다.
한편, 상기 냉각유닛(250)은 상기 냉각유체(173)의 유동을 촉진하는 냉각유체이동수단을 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체이동수단은 액상의 냉각유체(173)를 상기 프레임(110)의 내부로 공급하는 펌프(257)로 구성될 수 있다. 상기 펌프(257)는 액상의 냉각유체(173)를 상기 유입구(116)를 통해 상기 프레임(110)의 내부로 제공할 수 있게 상기 유입구(116)에 근접되게 배치될 수 있다.
여기서, 도면에 도시하지 아니하였으나, 상기 냉각유체이동수단은 상기 프레임(110)의 내부에서 증발된 기체 상태의 냉매를 흡입하여 압축하여 토출하는 압축기로 구성될 수 있다. 이때, 상기 압축기는 상기 냉각유체(173)의 유동을 촉진할 수 있는 정도의 비교적 작은 압력차를 발생시키는 소용량으로 구성될 수 있다. 상기 압축기는 기상의 냉각유체(173)를 흡입할 수 있게 상기 유출구(118) 측에 근접되게 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터코일(141)에 전원이 인가되면 전자기유도(상호유도)에 의해 상기 로터(160)가 회전축(151)을 중심으로 회전된다.
한편, 상기 프레임(110)의 저부에 일시 저장된 액상의 냉각유체(173)는 주위의 잠열을 흡수하여 증발된다. 상기 프레임(110)의 내부 온도가 상승되면 상기 냉각유체(173)의 증발량이 증가하면서 주변을 신속하게 냉각하게 된다.
상기 프레임(110)의 내부에서 증발된 기상의 냉각유체(173)는 상기 유출구(118)를 통해 상기 프레임(110)의 외부로 유출되고, 상기 순환유로(255)를 따라 상기 냉각유체냉각기(258)로 유동된다.
상기 냉각유체(173)는 상기 냉각유체냉각기(258)에서 방열을 통해 응축되고 상기 순환유로(255)를 따라 유동되어 상기 유입구(116)를 통해 상기 프레임(110)의 내부로 유입되어 증발되는 과정을 반복하면서 냉각작용을 수행하게 된다. 여기서, 상기 순환유로(255)를 따라 유동하는 냉매는 냉각유체이동수단, 보다 구체적으로 예를 들면, 펌프 또는 압축기에 의해 유동이 촉진될 수 있다.
도 1 내지 도 5와 관련하여 전술한 실시예에서는 프레임의 내면에 프레임그루브를 형성한 경우를 예를 들고, 도 6 내지 도 8과 관련하여 전술한 실시예에서는 스테이터코어의 외면에 스테이터그루브를 형성한 경우를 예를 들어 각각 설명하고 있지만, 도 1 내지 도 5와 관련하여 전술한 실시예에 상기 스테이터그루브가 형성되게 구성할 수도 있다. 또한, 도 6 내지 도 8과 관련하여 전술한 실시예에 상기 프레임그루브가 형성되게 구성할 수도 있다.
또한, 도 1 내지 도 5와 관련한 실시예 및 도 6 내지 도 8과 관련한 실시예 모두 프레임그루브 및 스테이터그루브가 동시에 형성되게 구성할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 프레임 120 : 커버
130 : 스테이터 131 : 스테이터코어
141 : 스테이터코일 143 : 코일엔드
151 : 회전축 160 : 로터
161 : 로터코어 165 : 도체바
170 : 냉각유닛 171 : 냉각유체분사부
175 : 분사관 176 : 분사공
185 : 프레임그루브 186 : 제1그루브
187 : 제2그루브

Claims (19)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 내부에 배치되는 스테이터;
    상기 프레임의 내부에 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 및
    상기 프레임의 내부에 냉각유체를 공급하여 냉각시키는 냉각유닛;을 포함하고,
    상기 냉각유체는 증기 압축식 냉동사이클에 이용되는 압축성 냉매이고,
    상기 냉각유닛은, 상기 냉각유체가 상기 프레임의 내부를 경유하여 순환되게 구성되는 순환유로;
    상기 순환유로에 배치되어 상기 프레임의 내부에서 잠열을 흡수하여 증발된 냉각유체가 방열을 통해 냉각되어 응축되는 냉각유체냉각기; 및
    상기 순환유로 중에 배치되어 액상의 냉각유체가 상기 프레임의 내부로 유입되어 증발되고, 증발된 기체 상태의 냉각유체가 상기 냉각유체냉각기에서 응축되게 상기 냉각유체를 순환시키는 냉각유체이동수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 일 측에는 상기 냉각유체가 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구가 구비되고,
    상기 유입구는 상기 프레임의 하부영역에 배치되고 상기 냉각유체냉각기의 유출측에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입구는 상기 프레임의 내부 바닥면으로부터 소정 높이를 가지고 상기 바닥면의 상측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각유체이동수단은 압축기 또는 펌프인 것을 특징으로 하는 전동기.
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