KR101703595B1 - 냉각구조를 갖는 전동기 - Google Patents

냉각구조를 갖는 전동기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기는 그 중심부에는 길이방향으로 냉각통로가 형성되는 모터샤프트, 상기 모터샤프트와 함께 회전하도록 상기 모터샤프트의 외주면에 배치되는 회전자, 그 내주면에는 상기 회전자와 설정된 간격을 두고 고정되는 고정자가 배치되고, 상기 모터샤프트가 회전가능하게 배치되는 모터하우징을 포함하고, 상기 냉각통로를 흐르는 냉각매체는 상기 회전자 또는 상기 고정자 측으로 분사될 수 있다.

Description

냉각구조를 갖는 전동기{MOTOR HAVING COOLING STRUCTURE}
본 발명은 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 회전력 소스로 사용되도록 배터리 등에서 공급되는 전원을 이용하여 회전자와 고정자의 상대적인 회전력을 이용하여 회전력을 발생시키는 냉각구조를 갖는 전동기에 관한 것이다.
일반적으로, 모터는 고정자와 회전자를 포함하고, 고정자는 공냉식 또는 수냉식으로 냉각되어 전동기의 온도를 제어하고 있다.
그러나, 회전자는 직접적으로 냉각시키는데 어려움이 있고, 고열에 취약한 구조를 가지고 있으며, 밀페형 모터일 경우에 외기를 통한 냉각이 거의 불가능하다.
아울러, 잘 냉각되지 않은 회전자(rotor)는 설계자에게 보다 높은 전압/전류, 및 출력에 대한 제한요소이다.
또한, 회전자와 고정자의 가열 또는 온도차이로 인하여 기계적인 손상을 유발할 수 있고, 고열은 베어링에도 손상을 유발할 수 있다. 관련기술로써는, JP특개2013-38840이 있다.
본 발명의 목적은 회전자, 모터샤프트, 및 베어링의 과열을 방지하여 모터의 내구성을 효과적으로 늘리고, 모터의 작동 안정성을 보다 향상시킬 수 있는 냉각구조를 갖는 전동기를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기는 그 중심부에는 길이방향으로 냉각통로가 형성되는 모터샤프트, 상기 모터샤프트와 함께 회전하도록 상기 모터샤프트의 외주면에 배치되는 회전자, 그 내주면에는 상기 회전자와 설정된 간격을 두고 고정되는 고정자가 배치되고, 상기 모터샤프트가 회전가능하게 배치되는 모터하우징을 포함하고, 상기 냉각통로를 흐르는 냉각매체는 상기 회전자 또는 상기 고정자 측으로 분사될 수 있다.
상기 모터샤프트의 외주면 일측에서 상기 모터하우징의 내주면 측으로 연장된 분기파이프, 상기 분기파이프의 중심부에는 상기 냉각통로와 연결되는 분기통로가 형성되고, 상기 분기통로를 지난 냉각매체가 상기 회전자 또는 상기 고정자 측으로 분사될 수 있다.
상기 분기파이프와 연결되되, 그 단부 중심부에는 상기 분기통로와 연결되어 냉각매체를 분사하는 분사홀이 형성된 분사파이프를 더 포함할 수 있다. .
상기 회전자의 일측에 고정되는 자석을 포함하고, 상기 냉각통로를 지나는 냉각매체는 상기 자석을 냉각시키도록 상기 자석 측으로 분사될 수 있다.
상기 자석은 상기 모터샤프트의 길이방향으로 상기 회전자에 삽입될 수 있다.
상기 분사홀은 상기 모터샤프트를 중심으로 설정된 거리에서 상기 모터샤프트의 회전방향으로 설정된 회전간격을 두고 배열될 수 있다.
상기 분사파이프는 상기 모터샤프트의 길이방향 중심축과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 분사파이프는 상기 모터샤프트의 길이방향 중심축과 설정된 경사를 두고 배치될 수 있다.
상기 냉각매체는 냉각오일을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기는 그 중심부에는 길이방향으로 냉각통로가 형성되는 모터샤프트, 상기 모터샤프트와 함께 회전하도록 상기 모터샤프트의 외주면에 배치되는 회전자, 그 외주면에는 상기 회전자와 설정된 간격을 두고 고정되는 고정자가 배치되고, 상기 모터샤프트가 회전가능하게 배치되는 모터하우징. 상기 모터샤프트의 외주면에 고정되되, 상기 냉각통로와 연결된 분기통로가 형성되는 분기파이프, 및 상기 분기파이프와 연결되고, 상기 분기통로와 연결되는 분사홀이 형성되는 분사파이프를 포함하고, 냉각매체는 상기 냉각통로, 상기 분기통로, 및 상기 분사홀을 지나 상기 회전자 또는 상기 고정자 측으로 분사될 수 있다.
상기 회전자의 일측에 고정되는 자석을 포함하고, 상기 냉각매체는 상기 자석을 냉각시키도록 상기 자석 측으로 분사될 수 있다.
상기 모터하우징에서 상기 모터샤프트가 회전가능하게 지지하는 베어링; 을 더 포함하고, 상기 냉각통로는 상기 모터샤프트에서 상기 베어링과 대응하는 부분을 지나도록 형성될 수 있다.
상기 분기파이프는 상기 회전자의 일측면과 상기 모터하우징의 내측면 사이 공간에 배치될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 모터샤프트의 중심부에 형성된 냉각통로를 통해서 냉각매체를 공급하고, 이를 회전자 또는 고정자가 배치되는 공간으로 분사하여 모터의 회전자 또는 고정자를 효과적으로 신속하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 모터샤프트를 통해서 이동하는 냉각매체는 분기파이프와 분사파이프를 통해서 회전자의 자석으로 분사되어, 고온부를 신속하고 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기의 일부 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기에서 분사홀의 배치를 보여주는 일부 측 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기의 일부 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전동기는 모터하우징(110), 베어링(105), 모터샤프트(100), 분기파이프(135), 분사파이프(140), 냉각통로(130), 회전자(125), 자석(120), 및 고정자(115)를 포함한다.
상기 모터샤프트(100)의 길이방향 중심축에는 냉각통로(130)가 형성되고, 상기 모터샤프트(100)의 외주면 일측에는 외측으로 연장되는 분기파이프(135)가 배치되고, 상기 분기파이프(135)의 단부에는 분사파이프(140)가 배치되며, 상기 모터샤프트(100), 상기 분기파이프(135), 및 상기 분사파이프(140)는 별도의 부품으로 체결될 수 있다.
상기 모터샤프트(100)의 외주면에는 상기 분기파이프(135)와 인접하여 회전자가 고정되어 배치되고, 상기 자석(120)은 상기 모터샤프트(100)의 길이방향으로 상기 회전자(125)에 삽입되어 고정된다.
상기 모터하우징(110)의 내주면에는 상기 고정자(115)가 고정되고, 상기 고정자(115)의 내주면은 상기 회전자(125)의 외주면과 설정된 간격을 두고 배치된다. 상기 회전자(125)와 상기 모터샤프트(100)는 상기 고정자(115)를 기준으로 회전하도록 배치된다.
상기 모터샤프트(100)는 상기 모터하우징(110)의 일측과 타측을 관통하여 배치되고, 상기 모터샤프트(100)의 외주면과 상기 모터하우징(110) 사이에는 각각 베어링(105)이 개재되어, 상기 모터샤프트(100)가 상기 모터하우징(110)에서 회전가능하게 배치된다.
상기 모터샤프트(100)의 상기 냉각통로(130)를 통해서 공급되는 냉각매체는 상기 분기파이프(135)와 상기 분사파이프(140)를 지나서 상기 회전자(125)의 상기 자석(120)으로 분사되어, 상기 회전자(125), 상기 자석(120), 및 상기 고정자(115)를 냉각시킬 수 있고, 상기 모터샤프트(100)의 상기 냉각통로(130)를 지나면서 상기 베어링(105)도 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 냉각통로(130)를 지나는 냉각매체는 상기 분기파이프(135)와 상기 분사파이프(140) 없이 상기 회전자(125)와 상기 고정자(115)가 배치된 공간으로 직접 분사될 수 있다.
아울러, 상기 냉각통로(130)를 지나는 냉각매체는 상기 분사파이프(140) 없이 상기 분기파이프(135)에서 상기 회전자(125)와 상기 고정자(115)가 배치된 공간으로 직접 분사될 수 있다.
또한, 상기 자석(120)은 배치되지 않고, 상기 회전자(125)에 코일이 감긴 구조를 가질 수 있으며, 이때 냉각매체는 상기 회전자(125)의 일측으로 분사될 수 있으며, 상기 냉각매체는 냉각오일을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기의 일부 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 모터샤프트(100)에 상기 분기파이프(135)가 배치되고, 상기 분기파이프(135)는 상기 모터샤프트(100)와 설정된 각도를 두고 연장되며, 상기 분기파이프(135)의 내부에는 상기 냉각통로(130)와 연결되는 분기통로(210)가 형성된다.
상기 분기파이프(135)의 외측 단부에는 상기 분사파이프(140)가 일체로 형성되고, 상기 분사파이프(140)는 상기 모터샤프트(100)와 나란하게 상기 회전자(125)의 일측면 방향으로 연장되며, 그 단부 중심부에는 냉각매체를 분사하는 분사홀(200)이 형성된다.
상기 분사홀(200)에서 분사된 냉각매체는 상기 회전자(125)에 고정된 상기 자석(120)에 도달하여, 상기 회전자(125)와 상기 자석(120)을 주로 냉각시키도록 설정되며, 고정자(115)와 상기 모터하우징(110) 내부의 온도를 신속하게 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기에서 분사홀의 배치를 보여주는 일부 측 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 모터샤프트(100)가 중심부에 배치되고, 상기 냉각통로(130)는 상기 모터샤프트(100)의 회전중심부에 배치되며, 상기 분사홀(200)은 상기 모터샤프트(100)를 중심으로 설정된 거리에서 상기 모터샤프트(100)의 회전방향으로 설정된 간격을 두고 배열된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 전동기의 일부 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 모터샤프트(100)의 외주면 일측에는 상기 분기파이프(135)가 체결되고, 상기 분기파이프(135)는 상기 모터샤프트(100)와 설정된 각도를 두고, 상기 분기파이프(135)의 내부에는 상기 냉각통로(130)와 연결되는 분기통로(210)가 형성된다.
상기 분기파이프(135)의 외측 단부에는 상기 분사파이프(140)가 일체로 형성되고, 상기 분사파이프(140)는 상기 모터샤프트(100)와 설정된 경사각(A)를 두고 상기 회전자(125) 측으로 연장되며, 그 단부 중심부에는 냉각매체를 분사하는 분사홀(200)이 형성된다.
상기 분사홀(200)에서 분사된 냉각매체는 상기 회전자(125) 또는 상기 자석(120)에 도달하여, 상기 회전자(125)와 상기 자석(120)을 주로 냉각시키며, 상기 회전자(125)의 외측에 배치되는 상기 고정자(115)도 함께 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 분기파이프(135)가 상기 모터샤프트(100)의 중심부에서 멀어지는 방향으로 연장되어, 상기 모터샤프트(100)가 고속으로 회전할 때, 상기 분기파이프(135)의 상기 분기통로(210)를 지나는 냉각매체는 원심력에 의해서 펌핑되어 상기 분사홀(200)에서 분사되는 분사압이 효과적으로 증가될 수 있고, 냉각매체를 공급하는 공급소모에너지를 줄일 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 모터샤프트 105: 베어링
110: 모터하우징 115: 고정자
120: 자석 125: 회전자
130: 냉각통로 135: 분기파이프
140: 분사파이프 200: 분사홀
210: 분기통로

Claims (13)

  1. 그 중심부에는 길이방향으로 냉각통로가 형성되는 모터샤프트;
    상기 모터샤프트와 함께 회전하도록 상기 모터샤프트의 외주면에 배치되는 회전자;
    그 내주면에는 상기 회전자와 설정된 간격을 두고 고정되는 고정자가 배치되고, 상기 모터샤프트가 회전가능하게 배치되는 모터하우징; 및
    상기 모터샤프트의 외주면 일측에서 상기 모터하우징의 내주면 측으로 배치된 분기파이프; 를 포함하고,
    상기 분기파이프의 중심부에는 상기 냉각통로와 연결되는 분기통로가 형성되고, 상기 분기통로를 지난 냉각매체가 상기 회전자 또는 상기 고정자 측으로 분사되는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 분기파이프와 연결되되, 그 단부 중심부에는 상기 분기통로와 연결되어 냉각매체를 분사하는 분사홀이 형성된 분사파이프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  4. 제1항에서,
    상기 회전자의 일측에 고정되는 자석; 을 포함하고,
    상기 냉각통로를 지나는 냉각매체는 상기 자석을 냉각시키도록 상기 자석 측으로 분사되는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  5. 제4항에서,
    상기 자석은 상기 모터샤프트의 길이방향으로 상기 회전자에 삽입된 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  6. 제3항에서,
    상기 분사홀은 상기 모터샤프트를 중심으로 설정된 거리에서 상기 모터샤프트의 회전방향으로 설정된 회전간격을 두고 배열된 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  7. 제3항에서,
    상기 분사파이프는 상기 모터샤프트의 길이방향 중심축과 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  8. 제3항에서,
    상기 분사파이프는 상기 모터샤프트의 길이방향 중심축과 설정된 경사를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  9. 제1항에서,
    상기 냉각매체는 냉각오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  10. 그 중심부에는 길이방향으로 냉각통로가 형성되는 모터샤프트;
    상기 모터샤프트와 함께 회전하도록 상기 모터샤프트의 외주면에 배치되는 회전자;
    그 내주면에는 상기 회전자와 설정된 간격을 두고 고정되는 고정자가 배치되고, 상기 모터샤프트가 회전가능하게 배치되는 모터하우징;
    상기 모터샤프트의 외주면에 고정되되, 상기 냉각통로와 연결된 분기통로가 형성되는 분기파이프; 및
    상기 분기파이프와 연결되고, 상기 분기통로와 연결되는 분사홀이 형성되는 분사파이프; 를 포함하고,
    냉각매체는 상기 냉각통로, 상기 분기통로, 및 상기 분사홀을 지나 상기 회전자 또는 상기 고정자 측으로 분사되는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  11. 제10항에서,
    상기 회전자의 일측에 고정되는 자석; 을 포함하고,
    상기 냉각매체는 상기 자석을 냉각시키도록 상기 자석 측으로 분사되는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  12. 제10항에서,
    상기 모터하우징에서 상기 모터샤프트가 회전가능하게 지지하는 베어링; 을 더 포함하고, 상기 냉각통로는 상기 모터샤프트에서 상기 베어링과 대응하는 부분을 지나도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
  13. 제10항에서,
    상기 분기파이프는 상기 회전자의 일측면과 상기 모터하우징의 내측면 사이 공간에 배치된 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 전동기.
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