KR101565808B1

KR101565808B1 - 숨 쉬는 전기 모터

Info

Publication number: KR101565808B1
Application number: KR1020147006662A
Authority: KR
Inventors: 토비아스 힐렌브란트
Original assignee: 브로제 파르초이크타일레 게엠베하 운트 코. 카게, 뷔르츠부르크
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2015-11-05
Also published as: KR20140056339A; WO2013037451A2; EP2897261A2; ES2759986T3; EP2897262B1; EP2897262A2; WO2013037451A3; DE102011115455A1; EP2897261B1; CN103797693B; US20140191623A1; BR112014005467A2; EP2897261A3; EP2756585A2; EP2897262A3; CN103797693A; ES2704179T3; US9843240B2

Abstract

본 발명은 효율적인 자체 냉각(self-cooling) 장치를 구비하는 전기 모터(5)에 관한 것이다. 전기 모터(5)는 고정자(6)에 대하여 회전 가능하게 지지가 된 회전자(8)를 포함한다. 이 경우 회전자(8)의 정면(19)의 제 1 부분 세그먼트(23a) 상에는 제 1 공기 가이딩 컨투어(20a)(air guiding contour)가 형성되어 있으며, 제 1 공기 가이딩 컨투어는 회전자(8)가 기준 회전 방향(R)으로 회전할 때에 외부로 향하는 공기 흐름(S)을 발생시킨다. 동일한 회전자(8)의 정면(19)의 제 2 부분 세그먼트(23b) 상에는 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)가 형성되어 있으며, 제 2 공기 가이딩 컨투어는 회전자(8)가 기준 회전 방향(R)으로 회전할 때에 내부로 향하는 공기 흐름(S)을 발생시킨다.

Description

숨 쉬는 전기 모터 {BREATHING ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 전기 모터, 특히 자체 냉각 방식이며 브러시가 없는 전기 모터에 관한 것이다.

전기 모터는 통상적으로 고정된 고정자(또는 스테이터)에 대하여 회전 가능하게 지지가 된 회전자(또는 로터)를 포함한다. 브러시가 없는 전기 모터의 경우에는 자주 고정자에 회전 자계 권선이 장착되어 있으며, 이 회전 자계 권선에 의해서는 - 회전 자계 권선에 교류가 제공됨으로써 - 회전 자기장이 발생 된다. 종종 고정자 내부에 배치된 회전자에는 통상의 구조적인 형상에 따라 영구 자석이 장착되어 있으며, 이 영구 자석은 고정자의 회전 자계와 상호 작용을 하는 여기장(excitation field)을 발생시킨다.

브러시가 없는 전기 모터의 경우에, 고정자 권선에 공급할 목적으로 제공되는 교류는 통상적으로 변환기 전자 장치(이하에서는 또한 변환기로 축약해서 언급되기도 함)에 의해서 발생 된다. 소형 전자 모터의 경우에, 상기 변환기는 해당 제어 전자 장치와 함께, 모터 하우징 내에 통합된 전자 장치 구획 안에 수용되는 경우가 많다.

상기와 같은 전기 모터의 작동 중에는 변환기 내에서의 스위칭 손실(switching loss)로 인해 상당한 양의 열이 발생한다. 추가의 열은 모터 내부에서 전기적인 손실로 인해, 특히 유도된 회로 전류 때문에 그리고 기계적인 마찰에 의해서 생성된다. 이와 같은 열 발생은 전기 모터를 심하게 가열시킨다. 모터의 과열을 피하기 위하여, 소형 전기 모터의 경우에는 자체 냉각 장치가 제공되는 경우가 많으며, 이러한 자체 냉각 장치에서는 전기 모터가 모터 자체에 의해 발생하는 공기 흐름에 의해서 냉각된다. 이와 같은 방식의 전기 모터는, 회전자가 모터 팬(fan)을 구동시키거나 - 상응하는 구조적인 형상으로 인해 - 자체적으로 공기 흐름을 발생하도록 형성되었다.

상기와 같은 자체 냉각 방식의 전기 모터의 단점은, 냉각 효율이 회전자의 회전 방향에 심하게 의존하는 경우가 많다는 것이다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여, 다양한 주(主) 회전 방향을 갖는 적용 예들을 위해 상이한 타입의 모터들이 정기적으로 개발 및 제조되고 있으며, 이와 같은 정기적인 개발 및 제조는 비교적 높은 개발 비용, 제조 비용 및 저장 비용을 야기한다.

또한, 자체 냉각 장치를 구비하는 종래의 전기 모터들은 비교적 낮고 불균일한 냉각 효율을 나타내는 경우가 많으며, 이와 같은 상황은 전기 모터의 국부적인 과열 및 그에 상응하게 부하 수용 능력의 저하를 야기할 수 있다.

본 발명의 과제는, 효율적인 자체 냉각 장치를 구비하는 전기 모터를 간단한 수단을 이용해서 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징들에 의해서 해결된다. 바람직하면서도 자체적으로 진보성을 갖는 본 발명의 실시 예들 및 개선 예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

본 발명에 따르면, 전기 모터는 고정자에 대하여 회전 가능하게 지지가 된 회전자를 포함한다. 회전자의 정면들 중에 적어도 한 정면에는 공기 가이딩 컨투어(air guiding contour)가 형성되어 있으며, 이 공기 가이딩 컨투어는 전기 모터를 냉각시키기 위하여 회전자가 회전할 때에 공기 흐름을 발생시킨다. 이 경우 정면으로서는 모터 축(즉, 회전자의 회전 축)에 대하여 가로로 정렬된 회전자의 바로 그 면이 지시된다.

본 발명에 따르면, 공기 가이딩 컨투어를 지지하는 정면은 적어도 두 개의 부분 세그먼트로 나누어져 있으며, 이 경우 정면의 제 1 부분 세그먼트 상에는 제 1 공기 가이딩 컨투어가 그리고 정면의 제 2 부분 세그먼트 상에는 제 2 공기 가이딩 컨투어가 형성되어 있다. 이때 제 1 공기 가이딩 컨투어는 회전자가 기준 회전 방향으로 회전할 때에 제 1 공기 가이딩 컨투어가 외부로 향하는 공기 흐름을 발생하도록 형성된 한편, 제 2 공기 가이딩 컨투어는 회전자가 기준 회전 방향으로 회전할 때에 제 2 공기 가이딩 컨투어가 내부로 향하는 공기 흐름을 발생하도록 형성되었다.

회전자가 회전할 때에는 제 1 부분 세그먼트 및 제 2 부분 세그먼트가 정면의 주변에 있는 각각의 고정 점을 교대로 스쳐가기 때문에, 공기 가이딩 컨투어에 의해 야기되는 공기 흐름도 계속해서 자체 방향을 바꾼다. 따라서, 고정된(더 상세하게 말하자면 회전하지 않는) 관찰자의 시각에서 볼 때 회전자에 의해서는 숨 쉬는 과정과 유사한 진동하는(oscillating) 방사상의 공기 흐름이 발생하게 된다.

공기 흐름의 방향 변경이 지속적으로 이루어지기 때문에, 한편으로는 모터 내부에 포함된 공기가 소용돌이를 특히 우수하게 형성하게 되며, 이와 같은 우수한 소용돌이 형성은 회전자 내부에서 강한 온도 기울기의 형성을 효율적으로 저지해주는데, 특히 국부적인 과열 구역의 형성을 저지해준다. 진동하는 방사상 흐름으로 인해서는 또한 모터 내부로부터의 특히 효율적인 열 방출을 가능하게 하는 짧은 유동 경로도 만들어진다.

회전자의 정면상에서 서로에 대하여 반대 방향으로 작용을 하는 공기 가이딩 컨투어가 교대로 배치됨으로써, 냉각 효율과 관련하여 높은 회전 방향 불변성(invariance)을 갖는 전기 모터가 또한 만들어진다. 다른 말로 설명하자면, 모터는 회전자가 기준 회전 방향으로 회전할 때뿐만 아니라 회전자가 기준 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때에도 동일하게 또는 적어도 유사하게 효율적인 방식으로 냉각되며, 특별히 회전 방향이 반전될 때에는 공기 가이딩 컨투어의 작용도 마찬가지로 반전된다. 따라서, 회전자가 기준 회전 방향으로 회전할 때에 외부로 향하는 공기 흐름을 발생시키는 제 1 부분 세그먼트의 공기 가이딩 컨투어는 회전자가 기준 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때에는 내부로 향하는 공기 흐름을 발생시킨다. 그와 마찬가지로, 회전자가 기준 회전 방향으로 회전할 때에 내부로 향하는 공기 흐름을 발생시키는 정면의 제 2 부분 세그먼트의 공기 가이딩 컨투어도 회전자가 기준 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때에는 외부로 향하는 공기 흐름을 발생시킨다. 따라서, 공기 가이딩 컨투어는 회전자의 회전 방향이 교체될 때마다 단지 자신의 과제 또는 작용만을 교체하게 되며, 그와 달리 진동하는 방사상 흐름의 발생에 기인하는 냉각 원리는 회전자의 회전 방향에 의해서 전혀 영향을 받지 않는다. 그렇기 때문에, 본 발명에 따른 전기 모터에서는 전술된 "기준 회전 방향"이 자유롭게 규정될 수 있다. 이 부분에서 그리고 이하에서 기준 회전 방향은 다만 제 1 공기 가이딩 컨투어의 작용과 제 2 공기 가이딩 컨투어의 작용 간의 상호 관계를 정확하게 설정할 수 있기 위한 기준 값으로서만 사용된다.

본 발명의 틀 안에서, 공기 가이딩 컨투어를 지지하는 회전자의 정면은 기본적으로 각각 그 위에 배치된 "제 1" 혹은 "제 2" 공기 가이딩 컨투어를 갖는 임의의 다수의 "제 1" 및 "제 2" 부분 세그먼트로 세분될 수 있으며, 이 경우 "제 1" 및 "제 2" 부분 세그먼트는 정면의 주변 둘레에 교대로 배치되어 있다. 특히 전기 모터가 비교적 소형이고 빠르게 회전하는 경우에 가급적 높은 공기 전환율(conversion rate)에 도달하기 위하여, 정면은 바람직하게 단지 두 개의 부분 세그먼트로만 세분되는데, 다시 말하자면 정확하게 하나의 제 1 부분 세그먼트 및 정확하게 하나의 제 2 부분 세그먼트로 세분된다. 이때 두 개의 부분 세그먼트는 바람직하게 정면의 동일한 크기의 두 개의 (반원 모양의) 절반 세그먼트에 의해서 형성되며, 이 두 개의 절반 세그먼트는 하나의 사선(radial line)을 따라 직접 인접한다.

전기 모터의 완전히 또는 적어도 거의 완벽한 회전 방향 불변성에 도달하기 위하여, 제 1 공기 가이딩 컨투어는 바람직하게 제 2 공기 가이딩 컨투어에 대하여 반사 대칭으로 형성된다. 이 경우 반사면으로서는 특히 제 1 및 제 2 부분 세그먼트를 분리하는 회전자의 사선 및 모터 축의 방향에 의해서 설정되는 축 방향-방사 방향-평면이 이용된다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에서, 제 1 공기 가이딩 컨투어 및 제 2 공기 가이딩 컨투어는 각각 소수의 타원형 랙(rack)에 의해 형성된다. 이 경우 이들 랙은 회전자의 정면으로부터 축 방향으로 돌출하고, (자신의 세로 연장부와 관련해서는) 각각 정면의 국부적인 사선에 대하여 비스듬하게, 즉 개별 랙의 장소에서 정면의 방사 방향에 대하여 비스듬하게 연장된다. 이와 같은 방위로 인해, 랙은 회전자의 회전시에 주변 공기를 내부로 또는 외부로 편향시키는 가이딩 블레이드와 유사한 작용을 한다. 이때 "소수의 랙"이라는 표현은, 제 1 공기 가이딩 컨투어 및/또는 제 2 공기 가이딩 컨투어가 극단적인 경우에는 단지 각각 하나의 랙으로만 이루어질 수도 있다는 의미로, 그러나 일반적인 경우에는 두 개의 공기 가이딩 컨투어 각각이 각각 다수의 랙으로 형성된다는 의미로 이해될 수 있다.

제 1 및/또는 제 2 공기 가이딩 컨투어가 다수의 랙을 포함하는 한, 개별 공기 가이딩 컨투어의 모든 랙은 바람직하게 각각 국부적인 방사 방향에 대하여 동일한 치수로 배치된다(다시 말하자면 비스듬하게 방향 설정된다).

공기 가이딩 컨투어를 형성하는 랙에 추가로, 회전자의 정면에는 바람직하게 방사 방향으로 연장되는 추가의 랙이 제공된다. 이때 이러한 방사 방향 랙은 특히 정면의 제 1 및 제 2 부분 세그먼트를 상호 한정한다. 또한, 바람직하게는 이 부분 세그먼트들 각각도 적어도 하나의 추가 방사 방향 랙(그러나 바람직하게는 각각 세 개의 추가 방사 방향 랙)에 의해 다수의 하위 세그먼트로 세분된다. 이 경우 각각의 하부 세그먼트 내에는 목적에 부합하게 제 1 공기 가이딩 컨투어의 랙 혹은 제 2 공기 가이딩 컨투어의 랙이 각각 하나씩 배치된다. 방사 방향 랙은 회전자에 의해 발생하는 공기 흐름의 접선 방향 성분을 이송하고, 그에 따라 공기 가이딩 컨투어에 의해 야기되는 공기 소용돌이를 강화시킨다. 또한, 이 방사 방향 랙은 회전자의 기계적인 보강 작용도 한다.

회전자에 의해 발생하는 공기 흐름의 효율적인 수로화(canalization)를 위해, 본 발명의 바람직한 개선 예에서는 (모터-)하우징부의 대응 면상에서 대응-공기 가이딩 컨투어가 형성된다. 이 경우 "대응 면"으로서는, 공기 가이딩 컨투어를 지지하는 회전자의 정면에 직접 마주 놓이는 하우징부의 바로 그 면이 언급된다. 대응-공기 가이딩 컨투어는 특히 소수의 - 주로 적어도 대략 방사 방향으로 진행하는 - 랙에 의해서 형성되며, 소수의 랙 사이에는 홈이 배치되어 있다. 이때 각각의 홈은 바람직하게 환기용 개구 내에 있는 대응 면 둘레에서 종료되며, 이 환기용 개구를 통해서는 모터 내부가 외부 세계와 유동성으로 연결된다.

정면에 접하는 하우징부 내에는 특히 전기 모터에 전력을 공급하기 위한 변환기 전자 장치를 수용하기 위하여 전자 장치 구획이 설치되어 있다.

본 발명에 따른 전기 모터는 바람직하게 내부 회전자 모터(또는 내부 로터 모터)로서 형성되었고, 바람직한 적용 예에서는 특히 자동차 내부의 라디에이터 팬(radiator fan)을 구동시키기 위한 팬 모터로서 사용된다.

본 발명의 실시 예는 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다:
도 1은 변환기 전자 장치가 통합되어 있으며, 자체 냉각 방식이고 브러시가 없는 내부 회전자 모터를 구비하는 자동차용 라디에이터 팬의 분해도이고,
도 2는 도 1에 따른 결합 된 모터를 전면에서 바라보고 도시한 사시도이며,
도 3은 도 1에 따른 결합 된 모터를 후면에서 바라보고 도시한 사시도이고,
도 4는 도 1에 따른 모터의 고정자 및 그 내부에 고정된 회전자를 후면에서 바라보고 도시한 사시도이며,
도 5는 도 1에 따른 모터의 고정자 및 그 내부에 고정된 회전자를 후면에서 바라보고 도시한 평면도이고,
도 6은 도 1에 따른 모터의 모터 지지부(carrier)를 전면에서 바라보고 도시한 사시도이며,
도 7은 도 1에 따른 모터의 회전자를 후면에서 바라보고 도시한 사시도이고,
도 8은 회전자가 기준 회전 방향으로 회전할 때에 모터를 자체 냉각하기 위한 회전자의 작용을 도시한 개략도이며, 그리고
도 9는 회전자가 기준 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때에 모터를 자체 냉각하기 위한 회전자의 작용을 도시한 도 8에 따른 도면이다.

모든 도면에서 서로 상응하는 부분들 및 값에는 항상 동일한 도면 부호가 제공된다.

도 1은 자동차 라디에이터용 팬(1)을 분해한 상태에서 보여준다. 팬(1)은 중앙 캡(3)을 구비하는 팬 휠(2)을 포함하며, 이 중앙 캡의 외부 주변 둘레에는 일곱 개의 (다만 부착물 형태로 도시된) 공기 가이딩 블레이드(4)가 균일하게 분배 배치되어 있다. 팬(1)은 또한 팬 휠(2)을 회전 구동시키는 (팬-)모터(5)도 포함한다.

모터(5)는 - 간략하게 표현해서 중공 실린더 형태의 - 고정자(6)를 포함하며, 이 고정자에는 3상의 회전 자계 권선(7)이 감겨 있다. 모터(5)는 또한 - 간략하게 표현해서 원판 모양의 - 영구적으로 여기되는 회전자(8)도 포함하며, 이 회전자는 고정자(6) 내부에서 모터 축(9)을 중심으로 회전할 수 있도록 지지가 되어 있다. 회전자(8)를 지지하기 위하여, 모터(5)는 두 개의 롤링 베어링(10 및 11)을 포함하며, 이들 베어링은 축 방향으로 반대 방향 측으로부터 회전자(8)에 맞물린다. 이 경우 두 개의 롤링 베어링(10과 11) 사이에서 회전자(8)의 축 방향 간극(axial clearance)은 스프링 링(12)에 의해 탄성적으로 형성되었다.

모터(5)는 또한 - 대충 간략하게 표현해서 - 디스크 모양의 모터 지지부(13)를 포함한다. 팬 휠(2)을 등지는 일 정면에서 모터 지지부(13) 내에는 전자 장치 구획(14)이 형성되어 있으며, 이 구획 내부에는 변환기 전자 장치(15)가 삽입되어 있다. 전자 장치 구획(14)을 밀폐하기 위하여 모터(5)는 마지막으로 전자 장치 구획 커버(16)를 포함한다.

팬 휠(2)이 배치되어 있는 팬(1)의 측은 공간 내에서의 팬(1)의 방위를 고려하지 않고 "전방" 또는 "전면"으로 표기되어 있다. 그와 달리 이 측을 등지고 전자 장치 구획 커버(16)에 의해 폐쇄된 팬(1)의 측은 "후방" 또는 "후면"으로 표기되어 있다. 그에 상응하게 "후방" 및 "전방 그리고 "후면" 및 "전면"이라는 용어들은 또한 팬(1)의 개별 부분들을 위해서도 사용되며, 이와 관련된 내용은 조립된 팬(1) 내에서의 상기 부분들의 방위로부터 출발한다.

회전자(8)는 (상세하게 도시되지 않은 방식으로) 연철판에 의해 형성되었고, 이 연철판 내부에는 여기장을 발생하기 위한 영구 자석이 삽입되어 있으며, 이 경우 상기 연철판은 삽입된 영구 자석과 함께 플라스틱 케이싱으로 압출 성형되어 있다. 유사한 방식으로 고정자(6)도 플라스틱 케이싱으로 압출 성형된 연철판으로 이루어진다. 모터 지지부(13)는 도시된 예에서 알루미늄으로 이루어진 일체형의 다이캐스팅 부분에 의해 형성되었다. 전자 장치 구획 커버(16)로서는 바람직하게 플라스틱으로 이루어진 사출 성형 부품이 이용된다.

도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 모터(5)의 조립된 상태에서 고정자(6)는 모터 지지부(13)의 전면에 단단히 설치되어 있다. 회전자(8)는 고정자(6) 내부에 삽입되어 있다. 따라서, 모터 지지부(13)는 고정자(6)와 함께 모터 하우징을 형성하고, 이 모터 하우징 내에는 회전자(8)가 수용되어 있다. 내장된 상태에서 회전자(8)는 두 개의 축 방향 측으로부터 두 개의 롤러 베어링(10 및 11) 중 각각 하나의 롤러 베어링에 의해 측면이 접하고 있다. 이 경우 롤러 베어링(10 및 11)은 양축 볼트(17)(axle bolt)에 지지 되어 있으며, 이 양축 볼트는 자신의 측에서 모터 지지부(13)에 고정되어 있다(도 6 참조). 모터 지지부의 전면에서 회전자(8)에는 네 개의 나사 돔(18)이 제공되어 있으며, 이 나사 돔에 의해서는 회전자(8)가 조립 상태에서 팬 휠(2)과 나사 결합 되어 있다. 모터(5) 및 그와 더불어 전체 팬(1)을 차량에 고정시키는 작업은 모터 지지부(13)를 통해서 이루어지며, 이와 같은 고정 작업을 위해 모터 지지부는 자신의 외부 주변으로부터 돌출하는 세 개의 나사 러그(lug)를 구비하고 있다.

모터(5)로서는 자체 냉각 방식의 전기 모터가 사용된다. 이와 같은 방식의 모터(5)의 경우에는 특히 모터 지지부(13)의 전면에서, 특별히 이 전면을 통해서 변환기 전자 장치(15)에 의해 발생하는 손실 열의 상당한 비율이 전자 장치 구획(14)으로부터 외부로 배출되어야만 한다는 특수한 냉각 요구 조건이 제기된다.

이 시점에서 효율적인 냉각 효과에 도달하기 위하여, 회전자(8)의 인접하는 후방 정면(19)에는 두 개의 공기 가이딩 컨투어(20a 및 20b)가 제공되어 있으며, 이들 공기 가이딩 컨투어는 특히 도 4 내지 도 9에서 볼 수 있다. 이 두 개의 공기 가이딩 컨투어(20a 및 20b)는 각각 네 개의 타원형 직선 랙(21)으로 이루어지며, 이들 랙은 회전자(8)의 플라스틱 케이싱으로부터 형성되어 회전자(8)의 정면(19)으로부터 축 방향으로 모터 지지부(13) 쪽으로 돌출한다.

공기 가이딩 컨투어(20a 및 20b)의 총 여덟 개의 랙(21)은 정면(19)의 주변 둘레에 대략 균일하게 분배 배치되어 있다. 따라서, 각각의 랙(21)은 원판 모양 정면(19)의 하위 세그먼트(22) 내부에 배치되어 있으며, 이 하위 세그먼트는 1/8- 또는 45°-원형 면에 상응한다. 이 경우에는 공기 가이딩 컨투어(20a)의 네 개의 랙(21)이 네 개의 직접 이웃하는 하위 세그먼트(22) 내에 배치됨으로써, 결과적으로 전체 공기 가이딩 컨투어(20a)는 정면(19)의 절반 세그먼트(또는 180°-세그먼트)에 걸쳐서 연장하게 된다. 그와 마찬가지로 공기 가이딩 컨투어(20b)의 네 개의 랙(21)도 네 개의 직접 인접하는 하위 세그먼트(22) 내에 배치됨으로써, 결과적으로 전체 공기 가이딩 컨투어(20b)는 정면(19)의 남아 있는 제 2 절반 세그먼트(23b)를 차지하게 된다. 이 경우 정면(19)의 두 개의 절반 세그먼트(23a 및 23b)는 두 개의 방사 방향 랙(24)에 의해 상호 한정되어 있으며, 이들 방사 방향 랙은 축 방향 돌출부로서 회전자(8)의 플라스틱 케이싱으로부터 형성되었고, 중앙의 원형 랙(25)으로부터 출발하여 서로에 대해 직경으로 외부로 연장된다. 동일한 형태의 각각 세 개의 추가 방사 방향 랙(26)에 의해서는 또한 개별 절반 세그먼트(23a, 23b)의 하위 세그먼트(22)도 상호 분리되어 있다. 따라서, 방사 방향 랙(24 및 26)은 원형 랙(25)과 함께 하나의 별 모양의 또는 태양 모양의 구조물을 형성하게 된다. 각각의 랙(21)은 또한 세 개의 측에서 두 개의 방사 방향 랙(26 혹은 24 및 26) 및 원형 랙(25)에 의해 둘러싸여 있다.

공기 가이딩 컨투어(20a)의 네 개의 랙(21)은 항상 사선(27)(도 8 참조)에 대하여 비스듬하게(다시 말하자면 예각의 입사각(

_a)(angle of incidence)으로) 배치되어 있으며, 이때 상기 사선은 각각의 관련 하위 세그먼트(22)의 각 이등분 선(bisecting line of an angle)을 형성하고, 그에 따라 개별 랙(21)을 거의 중앙에서 절단한다. 그와 마찬가지로 공기 가이딩 컨투어(20b)의 네 개의 랙(21)도 항상 비스듬하게, 다시 말하자면 각각의 관련 하위 세그먼트(22)의 각 이등분 선을 형성하는 사선(27)에 대하여 예각의 입사각(

_b)으로 배치되어 있다.

본원에서 입사각(

_a혹은

_b)은 절대값이 같다. 하지만, 공기 가이딩 컨투어(20a)의 랙(21)은 입사 방향과 관련해서 공기 가이딩 컨투어(20b)의 랙(21)과 상이하다. 다시 말하자면, 공기 가이딩 컨투어(20a)의 랙(21)은 각각 관련 사선(27)에 대하여 시계 바늘 방향으로 편향되어 있는 한편, 공기 가이딩 컨투어(20b)의 랙(21)은 각각 관련 사선(27)에 대해서 반대-시계 바늘 방향으로 정렬되어 있다. 그에 상응하게 입사각(

_a)은 음(-)의 값을 갖는 한편, 입사각(

_b)은 양(+)의 값을 갖는다. 개별 웹(21)의 반대 방향으로 동일한 입사 상태로 인해, 공기 가이딩 컨투어(20a 및 20b)는 함께 하나의 패턴을 형성하게 되며, 이 패턴은 방사 방향 랙(24)에 의해서 그리고 그와 더불어 절반 세그먼트(23a 및 23b)의 분리선에 의해서 규정된 축 방향-방사 방향-면에 대하여 반사 대칭이다.

입사각(

_a혹은

_b)의 절대값은 적합한 방식으로 대략 40° 내지 80°의 범위 안에서 선택될 수 있다. 도면에 도시된 팬 모터(5)를 위해서는, 치수 설계

_a= -60° 및

_b= +60°가 효율적인 냉각을 위해 특히 바람직한 것으로 입증되었다.

모터(5)가 조립된 상태에서 모터 지지부(13)의 전면은 회전자(8)의 정면(19)에 직접 마주 놓여 있고, 그에 따라 상기 정면(19)에 대하여 대응 면(28)을 형성한다(도 6 참조). 공기 가이딩 컨투어(20a, 20b)에 부합하게, 상기 대응 면(28)에는 대응-공기 가이딩 컨투어(29)가 형성되어 있으며, 이 대응-공기 가이딩 컨투어는 다수의 - 적어도 거의 방사 방향으로 진행하는 - 랙(30) 및 그 사이에 형성된 홈(31)으로부터 형성된다. 이 경우 적어도 이 홈(31)의 주요 비율은 모터 지지부(13)의 주변에서 각각 적어도 하나의 환기용 개구(32) 내부와 연통되며, 이 환기용 개구를 통해서는 모터(5)의 조립 상태에서 고정자(6)에 의해 둘러싸인 내부 공간이 주변 환경과 유동성으로 연결된다. 이로써 홈(31)은 모터 내부 공간과 주변 환경 사이에서 의도한 바대로의 공기 교체를 가능하게 하는 공기 채널로서의 작용을 한다.

회전자(8)의 공기 가이딩 컨투어(20a, 20b)는, 이들 공기 가이딩 컨투어가 자신의 비스듬한 입사 상태로 인해 회전자(8)의 회전시에 방사 방향의, 하지만 두 개의 공기 가이딩 컨투어(20a, 20b)에 대해 항상 반대로 지향하는 공기 흐름(S)(도 8 참조)을 발생시킴으로써, 모터(5)의 작동 중에 상기와 같은 공기 교체를 효율적으로 촉진시킨다. 따라서, 회전자(8)가 기준 회전 방향(R)으로 회전하는 경우(본원에서는 후방으로부터 관찰된 회전자(8)가 반대-시계 바늘 방향으로 회전하는 경우로 규정됨)에 공기 가이딩 컨투어(20a)의 랙(21)에 의해서는 공기 흐름(S)이 방사 방향 외부 방향으로 발생하는 한편, 공기 가이딩 컨투어(20b)의 랙(21)에 의해서는 공기 흐름(S)이 방사 방향 내부 방향으로 발생하게 된다.

따라서, 모터 지지부(13)의 각각의 환기용 개구(32)에서는, 회전자(8)가 첫 번째로 절반 회전할 때마다 공기가 개별 환기용 개구(32)를 통해 배출되는 한편, 회전자(8)가 두 번째로 절반 회전할 때마다 동일한 환기용 개구(32)를 통해 공기가 흡입됨으로써, 회전하는 회전자(8)에 의해 진동하는 공기 흐름이 발생하게 된다. 따라서, 전용된 의미에서 볼 때 모터(5)는 모터 내부 공간으로부터의 효율적인 열 방출 및 그로 인한 모터 지지부(13)의 효율적인 냉각을 야기하는 "숨 쉬는 프로세스"를 수행하게 된다.

기준 회전 방향(R)에 대하여 반대인 반대 회전 방향(G)으로의 회전자(8)의 회전은 도 9에 따라 유동 상황을 반전시킨다. 그러나 회전자(8)의 완전 회전을 통해서 관찰할 때, 진동하는 공기 흐름은 공기 가이딩 컨투어(20a, 20b)의 반사 대칭 형상으로 인해 회전 방향 반전에 의해서 전혀 영향을 받지 않는다. 그럼으로써, 모터(5)는 두 가지 회전 방향으로 동일하게 효율적인 냉각 효과를 발휘하게 된다.

1: 팬 2: 팬 휠
3: 캡 4: 공기 가이딩 블레이드
5: (팬-)모터 6: 고정자
7: 회전 자계 권선 8: 회전자
9: 모터 축 10: 롤러 베어링
11: 롤러 베어링 12: 스프링 링
13: 모터 지지부 14: 전자 장치 구획
15: 변환기 전자 장치 16: 전자 장치 구획 커버
17: 양축 볼트 18: 나사 돔
19: 정면 20a, 20b: 공기 가이딩 컨투어
21: 랙 22: 하위 세그먼트
23a, 23b: 절반 세그먼트 24: 방사 방향 랙
25: 원형 랙 26: 방사 방향 랙
27: 사선 28: 대응 면
29: 대응-공기 가이딩 컨투어 30: 랙
31: 홈 32: 환기용 개구

_a,

_b: 입사각 G: 반대 회전 방향
R: 기준 회전 방향 S: 공기 흐름

Claims

전기 모터(5)로서,
고정자(6)에 대하여 회전 가능하게 지지가 된 회전자(8)를 구비하며,
회전자(8)의 정면(19)의 제 1 부분 세그먼트(23a) 상에는 제 1 공기 가이딩 컨투어(20a)(air guiding contour)가 형성되어 있고, 상기 제 1 공기 가이딩 컨투어는 회전자(8)가 기준 회전 방향(R)으로 회전할 때에 외부로 향하는 공기 흐름(S)을 발생시키며,
동일한 정면(19)의 제 2 부분 세그먼트(23b) 상에는 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)가 형성되어 있고, 상기 제 2 공기 가이딩 컨투어는 회전자(8)가 기준 회전 방향(R)으로 회전할 때에 내부로 향하는 공기 흐름(S)을 발생시키고,
회전자(8)가 회전할 때에는 상기 제 1 부분 세그먼트(23a) 및 상기 제 2 부분 세그먼트(23b)가 상기 회전자(8)의 정면(19)에 마주 놓이는 모터 하우징의 하우징부(13)에서 형성되는 환기용 개구(32)를 교대로 스쳐감으로써, 상기 공기 가이딩 컨투어(20a, 20b)에 의해 야기되는 공기 흐름(S)이 계속해서 자체 방향을 바꾸는 것을 특징으로 하는,
전기 모터.
제 1 항에 있어서,
제 1 부분 세그먼트(23a) 및 제 2 부분 세그먼트(23b)는 각각 정면(19)의 절반 세그먼트에 의해 형성되는,
전기 모터.
제 1 항에 있어서,
제 1 공기 가이딩 컨투어(20a)는 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)에 대하여 반사 대칭으로 형성되는,
전기 모터.
제 1 항에 있어서,
제 1 공기 가이딩 컨투어(20a) 및 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)는 각각 소수의 타원형 랙(21)(rack)에 의해서 형성되며, 이들 랙은 정면(19)으로부터 축 방향으로 돌출하고 각각 정면(8)의 국부적인 사선(27)(radial line)에 대하여 비스듬하게 연장되는,
전기 모터.
제 4 항에 있어서,
제 1 공기 가이딩 컨투어(20a) 및/또는 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)는 다수의 랙(21)으로부터 형성되며, 상기 제 1 공기 가이딩 컨투어(20a)의 모든 랙(21) 또는 상기 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)의 모든 랙(21)은 국부적인 사선(27)에 대하여 동일한 치수로 배치되는,
전기 모터.
제 1 항에 있어서,
제 1 부분 세그먼트(23a) 및 제 2 부분 세그먼트(23b)는 정면(19)으로부터 축 방향으로 돌출하는 방사 방향 랙(24, 26)에 의해서 분리되는,
전기 모터.
제 6 항에 있어서,
제 1 부분 세그먼트(23a) 및 제 2 부분 세그먼트(23b)는 각각 적어도 하나의 추가 방사 방향 랙(26)에 의해서 하위 세그먼트(22)로 분할되는,
전기 모터.
제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
제 1 부분 세그먼트(23a) 및 제 2 부분 세그먼트(23b)의 각각의 하위 세그먼트(22) 내에는 제 1 공기 가이딩 컨투어(20a)의 랙(21) 혹은 제 2 공기 가이딩 컨투어(20b)의 랙(21)이 각각 하나씩 배치되는,
전기 모터.
제 1 항에 있어서,
회전자(8)의 정면(19)에 마주 놓이는 모터 하우징의 하우징부(13)를 구비하며, 상기 정면(19)에 접하는 상기 하우징부(13)의 대응 면(28)에는 랙(30) 및 그 사이에 놓인 홈(31)으로 이루어진 대응-공기 가이딩 컨투어(29)가 형성되어 있으며, 각각의 홈(31)은 상기 대응 면(28)의 주변에서 환기용 개구(32) 내부와 연통되는,
전기 모터.
제 9 항에 있어서,
정면(19)에 접하는 하우징부(13) 내부에 변환기 전자 장치(15)를 수용하기 위한 전자 장치 구획(14)이 형성되는,
전기 모터.