KR101265131B1 - 전동기 및 이를 구비한 전기차량 - Google Patents

전동기 및 이를 구비한 전기차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전동기는, 스테이터; 스테이터의 외측에 배치되는 제1로터; 스테이터의 내측에 제1로터와 동축적으로 배치되는 제2로터; 및 스테이터를 냉각시키는 냉각유닛을 구비하여 구성된다. 이에 의해, 스테이터의 과도한 온도 상승을 억제할 수 있어 출력을 제고시킬 수 있다.

Description

전동기 및 이를 구비한 전기차량{ELECTRIC MOTOR AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은, 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 스테이터의 과도한 온도 상승을 억제할 수 있도록 한 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전동기는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이다.
이러한 전동기는, 통상 고정자와, 상기 고정자에 대해 상대 운동 가능하게 구비되는 가동자를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 가동자는 상기 고정자에 대해 회전하는 회전자로 구성되거나 직선 왕복 운동하게 구성될 수도 있다.
최근에는 화석연료의 고갈 및/또는 배기가스로 인한 환경오염 등을 억제하기 위해 차량의 동력원으로 전동기를 채택한 전기차량 또는 전동기를 엔진과 함께 채택한 소위 하이브리드 차량의 이용이 늘고 있다.
이러한 전기차량 또는 하이브리드 차량(이하, "전기차량"으로 표기함)에 이용되는 전동기는 상대적으로 높은 출력(또는 성능)이 요구될 수 있다.
한편, 전동기의 출력을 제고시킬 수 있도록 하기 위해, 환형의 고정자와, 상기 고정자의 외측 및 내측에 각각 아우터 로터 및 이너로터를 각각 배치한 "이중 로터형 모터"가 본 출원인 명의로 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0651872호(공고일: 2006.12.01.)로 개시되어 있다.
그런데, 이러한 종래의 전동기에 있어서는, 출력을 증대시키기 위해 전원 입력을 증가시킬 경우 스테이터의 온도가 과도하게 상승하게 되는 등 출력을 제고시키는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은, 스테이터의 과도한 온도 상승을 억제할 수 있어 출력을 제고시킬 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 스테이터; 상기 스테이터의 외측에 배치되는 제1로터; 상기 스테이터의 내측에 상기 제1로터와 동축적으로 배치되는 제2로터; 및 상기 스테이터를 냉각시키는 냉각유닛;을 포함하는 전동기를 제공한다.
여기서, 상기 스테이터는, 스테이터코어; 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일;을 구비하며, 상기 냉각유닛은, 축방향을 따라 상기 스테이터코어의 일 측에 배치되는 바디; 및 상기 바디에 형성되는 냉각유체의 수용공간;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 바디에는 상기 스테이터코일이 수용되는 스테이터코일수용부;가 형성될 수 있다.
상기 스테이터코일과 상기 스테이터코일수용부 사이에는 열전달을 촉진하는 열전달부재가 구비될 수 있다.
상기 스테이터코일수용부는 상기 바디의 일 면에서 축방향으로 함몰되고 원주방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
상기 스테이터와 상기 바디 사이에 형성되는 열전달부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열전달부는 일 단은 상기 스테이터에 연결되고 타 단은 상기 바디에 연결되는 히트파이프;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열전달부는 상기 히트파이프와 상기 스테이터코어의 상호 접촉영역에 개재되는 열전달물질;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터코어의 타 측에 배치되고 내부에 상기 제1로터가 수용되는 외함;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외함과 상기 바디는 상호 결합되어 내부에 상호 협조적으로 수용공간을 형성하게 구성될 수 있다.
상기 전동기는 상기 수용공간의 내부에 수용되는 오일;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 오일은 상기 제1로터, 상기 바디 및 상기 스테이터코어에 동시에 접촉되게 수용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 차량바디; 상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및 상기 차량바디에 구비되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 상기 전동기;를 포함하는 전기차량이 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터의 과도한 온도 상승을 억제할 수 있어 기기의 출력을 제고시킬 수 있다.
또한, 주 발열원인 스테이터코일을 직접 냉각할 수 있어 스테이터코일의 열이 주변으로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 스테이터와 냉각유닛 사이에 히트파이프를 개재하여 스테이터의 열이 상기 냉각유닛으로 신속하게 전달되도록 함으로써 스테이터를 보다 신속하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 냉각유닛과 외함에 의해 형성된 내부 공간에 오일이 수용되도록 함으로써 내부의 열교환을 촉진시킬 수 있다. 이에 의해, 스테이터를 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 로터의 냉각을 촉진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 전동기의 단면도,
도 3은 도 2의 스테이터의 확대도,
도 4는 도 3의 정면도,
도 5는 도 2의 제1로터 및 제2로터의 확대도,
도 6은 도 2의 냉각유닛의 확대도,
도 7은 도 2의 스테이터코일수용부의 확대도,
도 8은 도 2의 히트파이프결합부의 요부확대도,
도 9는 도 1의 전기차량의 냉각유체순환유닛의 구성도,
도 10은 도 1의 전기차량의 제어블록도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량은, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되어 상기 차량바디(110)에 구동력을 제공하는 전동기(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 도면에는 도시하지 아니하였으나 탑승공간이 마련될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 주행이 가능하게 복수의 휠(115)이 구비될 수 있다.
상기 휠(115)은 상기 차량바디(110)의 전, 후의 양 측에 각각 마련될 수 있다.
상기 차량바디(110)와 상기 휠(115) 사이에는 현가장치(120)가 각각 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 차량바디(110)의 주행시 발생하는 충격 및/또는 진동이 완화될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 전원을 공급할 수 있게 배터리(125)가 구비될 수 있다.
상기 배터리(125)는 충전이 가능하게 2차 전지로 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 상기 휠(115)에 구동력을 제공할 수 있게 전동기(140)가 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 상기 전동기(140)에 구동 전원을 제공하는 인버터장치(130)가 마련될 수 있다. 상기 인버터장치(130)는 상기 배터리(125) 및 상기 전동기(140)에 각각 연결될 수 있다. 상기 인버터장치(130)는 상기 배터리(125)에서 제공된 직류 전원을 상기 전동기(140)의 구동에 적합한 구동 전원으로 변환하여 상기 전동기(140)에 제공할 수 있다.
상기 전동기(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이터(150)와, 상기 스테이터(150)의 외측에 배치되는 제1로터(180)와, 상기 스테이터(150)의 내측에 상기 제1로터(180)와 동축적으로 배치되는 제2로터(190)와, 상기 스테이터(150)를 냉각시키는 냉각유닛(210)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(150)는, 스테이터코어(151)와, 상기 스테이터코어(151)에 권선되는 스테이터코일(170)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내측에 상기 제2로터(190)가 회전 가능하게 수용되는 로터수용공간(154)이 구비될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)는 내측에 로터수용공간(154)이 형성된 환형의 전기강판(152)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)의 외측에는 상기 제1로터(180)를 향해 돌출된 복수의 제1티스(155)가 형성될 수 있다. 상기 제1티스(155)는 상기 스테이터코어(151)의 원주방향을 따라 소정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 상기 제1티스(155) 사이에는 제1슬롯(156)이 각각 형성될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)의 내측에는 상기 로터수용공간(154)을 따라 복수의 제2티스(157)가 형성될 수 있다. 상기 제2티스(157)는 상기 스테이터코어(151)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 형성될 수 있다. 상기 제2티스(157) 사이에는 제2슬롯(158)이 각각 형성될 수 있다.
상기 스테이터코일(170)은, 예를 들면, 상기 제1슬롯(156)에 권선되는 제1스테이터코일(171)과, 상기 제2슬롯(158)에 권선되는 제2스테이터코일(173)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1스테이터코일(171)은 상기 스테이터코어(151)의 양 측으로부터 축방향으로 각각 돌출된 코일엔드(coil end)(172a)를 구비할 수 있다.
상기 제2스테이터코일(173)은 상기 스테이터코어(151)의 양 측으로부터 축방향으로 각각 돌출된 코일엔드(174a)를 구비할 수 있다.
상기 스테이터(150)의 외측에는 제1로터(180)가 회전가능하게 배치될 수 있다.
상기 스테이터(150)의 내측에는 제2로터(190)가 회전 가능하게 배치될 수 있다.
상기 제1로터(180) 및 제2로터(190)는 동일한 회전축(197)에 각각 결합될 수 있다. 이에 의해, 제1로터(180)의 회전력 및 제2로터(190)의 회전력은 상기 회전축(197)을 통해 외부로 출력될 수 있다. 상기 회전축(197)의 일 측(출력측 단부)에는 상기 회전축(197)의 회전력을 소정의 감속비를 가지고 상기 휠(115)에 전달할 수 있게 감속기(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 제1로터(180)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 로터프레임(181)과, 상기 로터프레임(181)에 구비되는 제1마그넷(185)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터프레임(181)은, 상기 스테이터(150)의 외측에 배치되는 원통부(182)와, 상기 원통부(182)의 일 측에 배치되는 원반부(183)를 구비할 수 있다.
상기 원반부(183)에는 상기 회전축(197)에 결합될 수 있게 축결합부(184)가 마련될 수 있다.
상기 원통부(182) 및 원반부(183)는 상호 일체로 형성될 수 있다.
상기 원통부(182)의 내면에는 상기 제1마그넷(185)이 일체로 결합될 수 있다.
상기 제1마그넷(185)은 원통(실린더)형으로 형성되거나 복수의 세그먼트(segment) 자석으로 구성될 수도 있다. 상기 제1마그넷(185)은 상기 원통부(182)의 원주방향을 따라 서로 다른 자극(N극, S극)이 서로 교호적으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제2로터(190)는, 로터코어(191)와, 상기 로터코어(191)에 구비되는 제2마그넷(195)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터코어(191)의 중앙에는 상기 회전축(197)이 삽입될 수 있게 축공(194)이 구비될 수 있다.
상기 로터코어(191)는 중앙에 상기 축공(194)이 구비된 복수의 전기강판(192)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 제2마그넷(195)은 상기 로터코어(191)의 외주면에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제2마그넷(195)은 원통형으로 형성되거나 복수의 세그먼트 자석으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2마그넷(195)은 상기 로터코어(191)에 축방향으로 삽입되게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 스테이터(150)의 일 측에는 상기 스테이터(150)를 냉각시키는 냉각유닛(210)이 구비될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)은, 축방향을 따라 상기 스테이터코어(151)의 일 측에 배치되는 바디(211)와, 상기 바디(211)에 형성되는 냉각유체의 수용공간(212)을 구비할 수 있다.
상기 바디(211)는, 예를 들면, 대략 원반 형상을 가지게 구성될 수 있다.
상기 바디(211)의 내부에는 상기 냉각유체의 수용공간(212)이 형성될 수 있다.
상기 바디(211)는 상기 제1로터(180)의 외경에 대응되는 크기를 가지게 구성될 수 있다. 상기 바디(211)의 일 측에는 상기 스테이터(150)와 면접촉되는 접촉면(214)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(150)와 상기 냉각유닛(210) 간 열전달이 촉진될 수 있다.
상기 바디(211)의 일 측에는 상기 바디(211)의 내부로 냉각유체가 유입될 수 있게 냉각유체유입부(215)가 마련될 수 있다. 상기 바디(211)의 타 측에는 내부의 냉각유체가 유출될 수 있게 냉각유체유출부(216)가 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 냉각유체유입부(215)가 상기 바디(211)의 하측(도면상 하측)에 구비되고 상기 냉각유체유출부(216)가 상기 바디(211)의 상부영역(도면상 상부영역)에 형성된 경우를 예시하고 있다.
상기 냉각유닛(210)에는 상기 회전축(197)의 일 단부가 수용될 수 있게 축수용부(217)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 바디(211)의 중앙영역에는 상기 축수용부(217)가 함몰 형성될 수 있다.
상기 축수용부(217)에는 상기 회전축(197)을 회전 가능하게 지지할 수 있게 베어링(218)이 구비될 수 있다. 상기 베어링(218)은 상기 회전축(197)의 축방향을 따라 서로 이격되게 복수 개로 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)에는 상기 스테이터코일(170)의 일 영역이 수용될 수 있게 스테이터코일수용부(220)가 형성될 수 있다. 상기 스테이터코일수용부(220)는 상기 바디(211)의 일 측 판면에 축방향을 따라 함몰되게 형성될 수 있다. 상기 스테이터코일수용부(220)는 상기 바디(211)의 일 측 판면에 축방향을 따라 함몰되고 원주방향을 따라 연장된 원형 홈(그루브(groove))로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 스테이터코일수용부(220)는 상기 제1스테이터코일(171)의 코일엔드(172a)가 수용되는 제1스테이터코일수용부(221)와, 상기 제2스테이터코일(173)의 코일엔드(174a)가 수용되는 제2스테이터코일수용부(222)를 구비할 수 있다. 상기 제1스테이터코일수용부(221) 및 제2스테이터코일수용부(222)는 상기 바디(211)의 일 측 판면에서 축방향으로 함몰되고 원주방향으로 연장된 원형 홈으로 각각 구성될 수 있다.
상기 각 스테이터코일수용부(221,222) 및 해당 코일엔드(172a,174a) 사이에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 열 전달이 촉진될 수 있게 열전달부재(224)가 구비될 수 있다. 상기 열전달부재(224)는 예를 들면 써멀 패드(thermal pad) 또는 써멀 그리스(thermal grease)로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 써멀 패드는 열전달이 용이하고 신축성을 구비한 스펀지 형상으로 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터코일수용부(220)와 상기 코일엔드(172a,174a) 사이에 존재하는 공기(공기량)가 감소되도록 함으로써 상기 코일엔드(172a,174a)의 열이 상기 스테이터코일수용부(220)로 더욱 신속하게 전달될 수 있다.
한편, 상기 냉각유닛(210)의 일 측에는 상기 스테이터(150)를 향해 돌출된 돌기(231)가 형성될 수 있다.
상기 돌기(231)는 복수 개로 구성될 수 있다.
이에 대응하여, 상기 스테이터(150)에는 상기 각 돌기(231)가 삽입 또는 수용될 수 있게 돌기수용부(159)가 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(150)의 열이 상기 바디(211)로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
상기 각 돌기수용부(159)는 상기 각 돌기(231)가 축방향으로 삽입될 수 있게 상기 스테이터코어(151)의 축방향(또는 적층 두께방향)으로 함몰되게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 각 돌기(231) 및 상기 돌기수용부(159)는 상호 소정의 죔새를 가지고 끼워맞춤되게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 스테이터(150)와 상기 냉각유닛(210) 사이에는 열전달부재가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(150)의 열이 상기 냉각유닛(210)으로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
상기 열전달부재는, 예를 들면, 히트 파이프(heat pipe)(241)로 구성될 수 있다.
상기 히트파이프(241)는, 주지된 바와 같이, 밀폐용기의 내부에 상변화가 가능한 작동유체를 주입하여 구성될 수 있다. 상기 밀폐용기의 내부에는 상기 작동유체가 이동할 수 있게 모세관이 구비될 수 있다.
상기 히트파이프(241)는 복수 개로 구성될 수 있다.
상기 히트파이프(241)의 일 단부는 상기 스테이터(150)에 연결되고 타 단부는 상기 냉각유닛(210)에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 히트파이프(241)의 일 단부는 상기 스테이터코어(151)에 삽입될 수 있다. 상기 스테이터코어(151)에는 상기 히트파이프(241)의 일 단부가 삽입될 수 있게 히트파이프삽입부(162)가 형성될 수 있다. 상기 히트파이프삽입부(162)는 상기 스테이터코어(151)를 축방향으로 관통하여 형성될 수 있다.
상기 히트파이프(241)와 상기 히트파이프삽입부(162) 사이에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 써멀 그리스가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 히트파이프(241)와 상기 히트파이프삽입부(162) 사이의 공기(공기량)이 감소되어 상기 스테이터코어(151)의 열이 상기 히트파이프(241)로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
상기 히트파이프(241)의 타 단부는 상기 냉각유닛(210)의 내부로 소정 깊이 삽입되게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 히트파이프(241)는 상기 스테이터(150)에 결합되는 단부에서 주위의 잠열을 흡수하여 증발하고 상기 냉각유닛(210)에 결합되는 단부에서 방열되어 응축되게 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)의 바디(211)에는 상기 히트파이프(241)의 타 단부가 삽입결합될 수 있게 히트파이프결합부(233)가 마련될 수 있다. 여기서, 상기 히트파이프결합부(233)에는 상기 냉각유체의 누설을 방지하는 냉각유체누설방지수단(미도시)이 구비될 수 있다.
상기 히트파이프(241)의 타 단부는 상기 바디(211)의 내부의 냉각유체와 접촉가능하게 구성될 수 있다. 상기 히트파이프(241)의 타 단부는 상기 바디(211)의 내부의 수용공간에 배치될 수 있다.
예를 들면, 상기 히트파이프(241)는 상기 돌기(231) 및 돌기수용부(159)에 각각 결합되게 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예의 전기차량은 냉각유체가 상기 전동기(140)를 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛(250)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체순환유닛(250)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각유체의 유로를 형성하는 유체관(252)과, 상기 냉각유체를 펌핑하는 펌프(254)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 펌프(254)의 일 측에는 냉각유체가 일시 저장(또는 수용)되는 탱크(255)가 구비될 수 있다.
상기 냉각유체순환유닛(250)은 냉각유체가 공기와 열교환되어 냉각되는 라디에이터(256)를 구비할 수 있다.
상기 라디에이터(256)의 일 측에는 상기 라디에이터(256)와 열교환되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬(257)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(257)은, 회전날개(258)와, 상기 회전날개(258)에 구동력을 제공하는 전기모터(259)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 전기차량은 스테이터(150) 또는 냉각유체의 온도를 감지하여 냉각유체의 유동속도를 조절하는 제어부(260)를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(260)는 제어프로그램을 구비한 마이크로프로세서(microprocessor)로 구현될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(260)에는 스테이터(150) 또는 냉각유체의 온도를 감지하는 온도감지부(265)가 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 상기 온도감지부(265)는 예를 들면, 상기 스테이터코일(170)의 온도를 감지하게 구성될 수 있다. 또한, 상기 온도감지부(265)는 상기 냉각유닛(210)의 바디(211)의 내부의 냉각유체의 온도를 감지하게 구성될 수도 있다.
상기 제어부(260)에는 냉각유체의 유동속도를 조절할 수 있게 펌프(254)가 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(260)에는 상기 냉각유체의 냉각속도를 촉진할 수 있게 냉각팬(257)이 제어 가능하게 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 전동기(140)에 구동신호가 입력되면 상기 스테이터코일(170)에 구동전원이 인가될 수 있다.
상기 제1스테이터코일(171) 및 제2스테이터코일(173)에 구동전원이 인가되면 상기 제1스테이터코일(171) 및 제2스테이터코일(173)은 회전자계를 각각 형성할 수 있다. 이에 의해, 상기 제1로터(180) 및 제2로터(190)가 상기 회전축(197)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 제1스테이터코일(171) 및 제2스테이터코일(173)에 구동전원이 인가되면 발열에 의해 상기 스테이터코일(170) 및 상기 스테이터코어(151)의 온도가 각각 상승할 수 있다.
한편, 상기 스테이터코일(170)에 구동전원이 인가되면 상기 냉각유닛(210)에는 냉각유체가 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 펌프(254)에 의해 펌핑된 냉각유체는 유체관(252)을 따라 이동될 수 있다.
상기 유체관(252)을 따라 이동된 냉각유체는 상기 냉각유체유입부(215)를 통해 상기 냉각유닛(210)의 바디(211)의 내부로 유입될 수 있다. 상기 바디(211)의 내부로 유입된 냉각유체는 상기 바디(211)의 벽면 및 상기 히트파이프(241)와 각각 접촉되어 열교환되고, 상기 냉각유체유출부(216)를 통해 유출될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)은 상기 스테이터(150)와 각각 접촉된 상기 바디(211)의 접촉면(214), 상기 제1스테이터코일수용부(221) 및 제2스테이터코일수용부(222)를 통해 상기 스테이터(150)의 열을 흡수함으로써 상기 스테이터(150)의 냉각을 촉진시킬 수 있다.
한편, 상기 스테이터(150)의 온도가 상승되면 상기 히트파이프(241)의 상기 스테이터(150)측 단부의 내부의 작동유체의 증발작용이 촉진될 수 있다. 이에 의해 상기 스테이터(150)가 신속하게 냉각될 수 있다. 상기 히트파이프(241)의 일 단부의 내부에서 증발된 작동유체는 타 단부로 이동되고 상기 냉각유체와 접촉되어 방열됨으로써 응축될 수 있다. 응축된 작동유체는 상기 히트파이프(241)의 스테이터(150)측 단부로 이동되어 다시 주위(스테이터코어(151))의 잠열을 흡수하여 증발하는 과정을 반복함으로써 상기 스테이터(150)의 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
상기 냉각유닛(210)을 경유한 냉각유체는 상기 라디에이터(256)에서 냉각되어 온도가 저하될 수 있다. 상기 라디에이터(256)를 경유한 냉각유체는 상기 탱크(255)를 경유하여 상기 펌프(254)에 의해 펌핑되는 과정을 반복하면서 상기 전동기(140)의 냉각작용을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제어부(260)는 상기 온도감지부(265)에 의해 감지된 결과에 기초하여 상기 냉각유체의 유동속도를 조절할 수 있다. 즉, 상기 제어부(260)는 상기 온도감지부(265)에 의해 감지된 감지온도가 설정온도를 초과할 경우 상기 펌프(254)의 회전속도를 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체의 온도 상승속도보다 온도 하강속도가 커지게 되어 상기 냉각유체의 온도가 일정 온도 이하로 관리될 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 도시를 생략하고 동일한 참조부호를 인용하여 설명하기로 한다. 또, 일부 구성의 중복되는 상세한 설명은 생략될 수 있다.
본 실시예의 전동기를 구비한 전기차량은, 전술한 바와 같이, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 전동기(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전동기(140)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 스테이터(150)와, 상기 스테이터(150)의 외측에 배치되는 제1로터(180)와, 상기 스테이터(150)의 내측에 상기 제1로터(180)와 동축적으로 배치되는 제2로터(190)와, 상기 스테이터(150)를 냉각시키는 냉각유닛(210)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(150)는, 스테이터코어(151)와, 상기 스테이터코어(151)에 권선되는 스테이터코일(170)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(151)는 상기 제2로터(190)가 회전 가능하게 수용되는 로터수용공간(154)이 마련될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)의 외측에는 복수의 제1티스(155) 및 제1슬롯(156)이 구비되고, 내측에는 복수의 제2티스(157) 및 제2슬롯(158)이 각각 형성될 수 있다.
상기 스테이터코일(170)은, 상기 제1슬롯(156)에 권선되는 제1스테이터코일(171) 및 상기 제2슬롯(158)에 권선되는 제2스테이터코일(173)을 구비할 수 있다.
상기 제1로터(180)는, 로터프레임(181)과, 상기 로터프레임(181)에 구비되는 제1마그넷(185)을 구비할 수 있다.
상기 제2로터(190)는, 로터코어(191)와, 상기 로터코어(191)에 구비되는 제2마그넷(195)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(150)의 일 측에는 상기 스테이터(150)를 냉각시키는 냉각유닛(210)이 구비될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)은, 상기 스테이터(150)의 일 측에 배치되는 바디(211)와, 상기 바디(211)의 내부에 형성되는 냉각유체의 수용공간(212)을 구비할 수 있다.
상기 냉각유닛(210)의 바디(211)의 일 측에는 냉각유체가 유입 및 유출될 수 있게 냉각유체유입부(215) 및 냉각유체유출부(216)가 마련될 수 있다.
상기 바디(211)의 일 측에는 상기 스테이터코어(151)와 면접촉되는 접촉면(214)이 형성될 수 있다.
상기 바디(211)에는 상기 제1스테이터코일(171)의 일 영역 및 제2스테이터코일(173)의 일 영역을 각각 수용할 수 있게 제1스테이터코일수용부(221) 및 제2스테이터코일수용부(222)가 각각 마련될 수 있다.
상기 냉각유닛(210)과 상기 스테이터(150) 사이에는 상기 스테이터(150)의 열이 상기 냉각유닛(210)으로 신속하게 전달될 수 있게 히트파이프(241)가 구비될 수 있다.
한편, 본 실시예의 전동기(140)는, 상기 냉각유닛(210)과 상호 협조적으로 내부에 수용공간을 형성하는 외함(271)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 외함(271)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 일 측이 개방되게 형성될 수 있다.
상기 외함(271)은 내부에 상기 제1로터(180), 스테이터(150) 및 제2로터(190)가 수용되게 형성될 수 있다.
상기 외함(271)에는 상기 회전축(197)의 일 단부가 삽입될 수 있게 축공(275)이 마련될 수 있다. 상기 축공(275)에는 상기 회전축(197)을 회전 가능하게 지지할 수 있게 베어링(277)이 구비될 수 있다.
상기 외함(271)의 개방측에는 상기 냉각유닛(210)이 결합되는 냉각유닛결합부(273)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 냉각유닛결합부(273)는 상기 냉각유닛(210)의 외면에 접촉되게 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛결합부(273)와 상기 냉각유닛(210)의 상호 접촉영역에는 실링부재(274)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(271) 및 상기 냉각유닛(210)에 의해 형성된 내부 수용 공간이 외부와 공기의 유입 또는 유출이 억제되게 차단될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 냉각유닛결합부(273) 또는 상기 냉각유닛(210)에는 상기 실링부재(274)가 삽입 결합될 수 있게 실링부재결합부(278)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 외함(271) 및 냉각유닛(210)에 의해 형성된 내부 수용공간에는 오일(281)이 수용될 수 있다. 이에 의해 내부의 열 교환이 촉진될 수 있다. 여기서, 상기 오일(281)은, 저온에서 유동성이 우수하고, 내열성 및 내산화성이 우수한 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 상기 오일(281)은 자동차의 변속기 오일이 이용될 수 있다.
상기 오일(281)은 상기 제1로터(180), 상기 스테이터(150) 및 상기 냉각유닛(210)이 동시에 접촉될 수 있는 정도로 충전될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1로터(180), 상기 스테이터(150) 및 상기 냉각유닛(210) 간의 열전달이 촉진되어 상기 제1로터(180) 및 상기 스테이터(150)의 냉각이 각각 촉진될 수 있다. 여기서, 상기 외함(271)의 내부에 충전되는 오일(281)의 양은 적절히 조절될 수 있다. 예를 들면 상기 오일(281)이 상기 히트파이프(241)와 접촉되게 하여 오일(281)의 냉각이 촉진되게 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 전동기(140)에 구동신호가 입력되면 상기 스테이터코일(170)에 구동전원이 인가될 수 있다.
상기 제1스테이터코일(171) 및 제2스테이터코일(173)에 구동전원이 인가되면 상기 제1로터(180) 및 제2로터(190)가 상기 회전축(197)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 제1스테이터코일(171) 및 제2스테이터코일(173)에 구동전원이 인가되면 상기 스테이터(150)의 온도가 상승될 수 있다.
상기 스테이터(150)의 열은 상기 스테이터(150)와 면접촉된 상기 바디(211)의 접촉면(214), 상기 제1스테이터코일수용부(221), 상기 제2스테이터코일수용부(222), 상기 돌기(231) 및 상기 히트파이프(241)에 의해 상기 냉각유닛(210)으로 각각 전달될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(150)의 열이 상기 냉각유닛(210)으로 전달되어 상기 스테이터(150)의 온도가 과도하게 상승하는 것이 억제될 수 있다.
한편, 상기 외함(271)의 내부의 오일(281)은 상기 제1로터(180), 상기 스테이터(150) 및 상기 냉각유닛(210)과 동시에 접촉됨으로써 상기 스테이터(150)의 열 및 상기 제1로터(180)의 열이 상기 냉각유닛(210)으로 신속하게 전달되게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(150) 및 제1로터(180)의 냉각이 촉진될 수 있다.
또한, 상기 오일(281)은 상기 제1로터(180)의 회전에 의해 상기 외함(271)의 내부 상부영역으로 이동되어 하측으로 낙하될 수 있다. 상부영역으로 이동된 오일(281)은 하측으로 낙하(이동)하면서 상기 제1로터(180), 스테이터(150), 제2로터(190) 및 상기 냉각유닛(210)과 각각 접촉됨으로써 열교환을 촉진시킬 수 있다.
한편, 제어부(260)는 상기 온도감지부(265)에 의해 감지된 온도에 기초하여 상기 펌프(254)를 제어하여 상기 냉각유체의 유동 속도를 적절히 조절할 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체의 온도가 일정 온도 이하로 유지(또는 관리)될 수 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 : 차량바디 115 : 휠
125 : 배터리 130 : 인버터장치
140 : 전동기 150 : 스테이터
151 : 스테이터코어 170 : 스테이터코일
171 : 제1스테이터코일 172 : 제2스테이터코일
180 : 제1로터 190 : 제2로터
197 : 회전축 210 : 냉각유닛
211 : 바디 212 : 수용공간
214 : 접촉면 217 : 축수용부
220 : 스테이터코일수용부 221 : 제1스테이터코일수용부
222 : 제2스테이터코일수용부 241 : 히트파이프
250 : 냉각유체순환유닛 252 : 유체관
254 : 펌프 256 : 라디에이터
257 : 냉각팬 260 : 제어부
265 : 온도감지부

Claims (13)

  1. 스테이터;
    상기 스테이터의 외측에 배치되는 제1로터;
    상기 스테이터의 내측에 상기 제1로터와 동축적으로 배치되는 제2로터; 및
    상기 스테이터를 냉각시키는 냉각유닛;을 포함하고,
    상기 스테이터는, 스테이터코어; 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일;을 구비하며,
    상기 냉각유닛은, 축방향을 따라 상기 스테이터코어의 일 측에 면접촉되게 배치되는 바디; 및 상기 바디에 형성되는 냉각유체의 수용공간;을 구비하고,
    상기 바디에는 상기 스테이터코어를 향해 돌출된 돌기가 구비되고,
    상기 스테이터코어에는 상기 돌기가 수용되는 돌기수용부가 형성되고,
    상기 바디에는 상기 스테이터코일이 수용되는 스테이터코일수용부;가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스테이터코일은,
    상기 스테이터코어의 외측에 구비되는 제1스테이터코일; 및
    상기 스테이터코어의 내측에 구비되는 제2스테이터코일;을 구비하고,
    상기 스테이터코일수용부는,
    상기 제1스테이터코일의 코일엔드가 수용되는 제1스테이터코일수용부; 및
    상기 제2스테이터코일의 코일엔드가 수용되는 제2스테이터코일수용부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1로터 및 제2로터는 동일한 회전축에 결합되고,
    상기 바디에는 상기 회전축을 회전 가능하게 수용하는 축수용부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터코일과 상기 스테이터코일수용부 사이에는 열전달을 촉진하는 열전달부재;가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터코일수용부는 상기 바디의 일 면에서 축방향으로 함몰되고 원주방향으로 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스테이터와 상기 바디 사이에 형성되는 열전달부;를 더 포함하는 전동기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전달부는 일 단은 상기 스테이터에 연결되고 타 단은 상기 바디에 연결되는 히트파이프;를 포함하는 전동기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전달부는 상기 스테이터코일수용부와 상기 히트파이프의 상호 접촉영역에 개재되는 열전달물질;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터코어의 타 측에 배치되고 내부에 상기 제1로터가 수용되는 외함;을 더 포함하는 전동기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외함과 상기 바디는 상호 결합되어 내부에 상호 협조적으로 수용공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수용공간의 내부에 수용되는 오일;을 더 포함하는 전동기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오일은 상기 제1로터, 상기 바디 및 상기 스테이터코어에 동시에 접촉되게 수용되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  13. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 차량바디에 구비되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 제1항의 전동기;
    를 포함하는 전기차량.
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