KR101755470B1 - 전폐형 모터 - Google Patents

Abstract

회전자, 고정자, 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 권선되는 코일, 그리고 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 설치되는 영구자석을 포함하는 전폐형 모터에 있어서, 상기 전폐형 모터는 상기 전폐형 모터의 내부 공간을 분리하고 분리된 내부 공간들이 서로에 대해 차단되도록 된 적어도 하나의 분리격벽;을 더 포함하며, 추가적인 승온 장치를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전폐형 모터가 개시된다.

Description

전폐형 모터{TOTALLY ENCLOSED MOTOR}

본 발명은 전폐형 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 구조 변경을 통해 내부에 결로가 발생하는 것을 방지하는 전폐형 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 발생시키는 전기 모터(이하에서는 "모터" 라고 한다)에 의해 구동력을 발생시킬 수 있다.

예를 들면, 하이브리드 차량은 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다.

그리고 일반적인 전기 자동차는 모터의 회전력을 동력원으로 이용하여 주행한다.

이와 같이 하이브리드 차량의 동력원으로 이용되는 모터는 고정자와 회전자를 구비하며, 고정자는 모터 하우징 내에 장착되고, 회전자는 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 배치되는 것이 일반적이다.

여기서, 고정자는 전기 강판으로 이루어진 고정자 코어와 이 고정자 코어에 권선되어 있는 코일로 구성될 수 있으며, 코일에 인가되는 전류(교류)에 따라 다량의 열이 발생되고, 그 전류와 회전하는 자석에 따라 발생되는 자속의 변화로 인한 역기전압에 의해 고정자 코어에 맴돌이 전류가 생성된다.

따라서, 하이브리드 차량에 탑재되는 모터는 이러한 전류로 인해 고정자 코어에 다량의 열이 발생한다.

또한, 일반적으로 회전자에는 영구자석이 설치된다. 그러나, 모터의 종류에 따라서 영구자석이 고정자에 설치될 수도 있고, 코일이 회전자에 권선될 수도 있다.

일반적으로, 모터의 작동 시 모터 하우징 내부에서의 주요 발열 부위는 코일 및 영구자석이다.

한편, 전폐형 모터는 모터 주위의 공기가 모터 내부로 유입 및 순환되지 않도록 모터 하우징이 모터 전체를 에워싸고 있는 모터이다. 따라서 전폐형 모터는 외부 이물질로 인한 모터 하우징 내부의 오염을 방지할 수 있으나, 외부 공기의 유입 및 순환을 통한 냉각이 불가능하므로 냉각을 위한 별도의 열교환 장치를 구비한다.

종래의 전폐형 모터에서는 내부 부품들 표면 또는 모터 하우징 내면에 내부 공기 중의 수분이 응축되어 결로(condensation)가 발생할 수 있다. 이로 인해, 모터 내부의 고전압 전력선 및 센서 신호선 등이 합선되거나 전선 및 커넥터가 부식되는 등, 고장 발생 및 성능 저하가 유발되는 문제가 있다.

이러한 문제는 차량의 안전성 및 내구성 저하에 큰 영향을 미치므로 반드시 개선되어야 한다.

본 발명의 목적은, 원가의 상승이 크지 않은 간단한 구조 변경을 통해, 결로의 발생으로 인해 고장 및 성능 저하를 일으킬 수 있는 내부 부품 및 그 주위에 결로가 발생되는 것을 방지하는 전폐형 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는, 회전자, 고정자, 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 권선되는 코일, 그리고 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 설치되는 영구자석을 포함하는 전폐형 모터에 있어서, 상기 전폐형 모터는 상기 전폐형 모터의 내부 공간을 분리하고 분리된 내부 공간들이 서로에 대해 차단되도록 된 적어도 하나의 분리격벽을 더 포함하며, 추가적인 승온 장치를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전폐형 모터가 제공될 수 있다.

상기 전폐형 모터의 모터 하우징은 통기용 구멍을 가지지 않을 수 있다.

상기 회전자, 상기 고정자, 그리고 상기 영구자석 중 적어도 하나는 상기 분리된 내부 공간들 중 어느 하나에 배치될 수 있다.

상기 분리된 내부 공간들 중 어느 하나에는 결로의 발생 시 고장이 발생하는 적어도 하나의 부품이 배치될 수 있다.

상기 적어도 하나의 부품은 적어도 하나의 전장 부품일 수 있다.

상기 적어도 하나의 전장 부품은 위치센서 및 신호선 커넥터를 포함하는 위치센서유닛일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전폐형 모터 내부의 특정 공간 및 특정 부품에 결로가 발생하는 것이 방지되며, 추가적인 승온 장치 및 추가 전력을 필요로 하지 않고, 원가의 큰 상승 없이 전폐형 모터의 안전성과 내구성이 개선된다.

도1은 종래 전폐형 모터의 작동 전후 내부 공간을 도시한 개략도이다.
도2는 전폐형 모터의 작동 전후의 내부 공기의 상태 변화를 도시한 포화증기압선도이다.
도3은 내부 압력 상승 억제를 통한 결로 방지를 도시한 포화증기압선도이다.
도4는 접촉면의 온도 상승을 통한 결로 방지를 도시한 포화증기압선도이다.
도5는 종래 전폐형 모터의 작동 전 내부 공간을 도시한 개략도이다.
도6은 종래 전폐형 모터의 작동 후 내부 공간을 도시한 개략도이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 전폐형 모터의 작동 전 내부 공간을 도시한 개략도이다.
도8은 본 발명의 실시 예에 따른 전폐형 모터의 작동 후 내부 공간을 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이러한 실시 예는 본 발명에 따른 일 실시 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다 할 것이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 구성요소의 이름이 해당 구성요소의 기능을 한정하지 않는다.

도1은 종래 전폐형 모터의 작동 전후 내부 공간을 도시한 개략도이다.

도1의 좌측 그림은 전폐형 모터의 작동 전 내부 모습이고, 우측 그림은 전폐형 모터의 작동 후 내부 모습이다. 도1을 참조하면, ⓐ 부분에는 모터의 3상 버스바 및 단자대가 배치되고, ⓑ 부분에는 위치센서 및 위치센서의 신호선 커넥터가 배치된다. 모터의 작동 후에는, 우측 그림에서 보이는 바와 같이, ⓑ 영역에 내부 공기 중의 수분이 응축되어 결로(condensation)가 발생한다.

모터의 작동으로 인해, 고정자 및 회전자의 온도가 상승하면 대류 열전달에 의해 모터 하우징 내부 공기의 온도가 상승하며, 전폐형 구조로 인해 내부 공기가 외부와 통기되지 않음으로써 내부 공기의 온도와 압력이 함께 상승한다. 온도와 압력이 상승한 내부 공기는 초기 상태 보다 이슬점 온도가 높아지며, 상대적으로 온도가 낮은 ⓑ 영역의 부품들 표면에 내부 공기가 이슬점 이하로 냉각되면서 결로가 발생한다.

도2는 전폐형 모터의 작동 전후의 내부 공기의 상태 변화를 도시한 포화증기압선도이다.

도2에서 보이는 바와 같이, 도1의 ⓑ 영역의 공기는 모터의 작동 전에 불포화 영역에 위치하다가, 모터의 작동에 의해 온도와 압력이 함께 상승함으로써 b1~b2의 상태로 변화한다. 아울러, 도1의 ⓐ 영역의 공기는 a1~a2의 상태로 변화한다.

한편, ⓐ 영역과 ⓑ 영역의 부품들의 표면 온도는 서로 다르다. 이는 ⓐ 영역에 배치된 3상 버스바는 모터 작동 시 전류가 흐르므로 자체적으로 온도가 상승하게 되는 반면, ⓑ 영역에 배치된 위치센서 및 신호선 커넥터는 온도 변화가 크지 않기 때문이다. 따라서, ⓐ 영역의 모터 하우징 부분 및 3상 버스바의 표면 온도는, 도2에 도시된 바와 같이, ⓑ 영역의 모터 하우징 부분 및 위치센서의 표면 온도 보다 더 높다. 즉, ⓐ 영역의 내부 공기와 부품의 접촉면 온도가 ⓑ 영역의 내부 공기와 부품의 접촉면 온도 보다 더 커지는 것이다.

그 결과, b1 상태에 있는 내부 공기는 이슬점 보다 낮은 온도의 부품들과 접촉하게 되어 과포화 상태가 되고, 이에 따라 접촉면에 결로가 발생되는 것이다. 반면에, 동일한 압력 상태에서 온도가 비교적 높은 b2, a1 및 a2 상태의 내부 공기는 불포화 상태에 있으므로 결로가 발생되지 않는다.

도3은 내부 압력 상승 억제를 통한 결로 방지를 도시한 포화증기압선도이다.

도4는 접촉면의 온도 상승을 통한 결로 방지를 도시한 포화증기압선도이다.

도3과 도4를 참조하면, 전폐형 모터 작동 시 발생하는 결로를 방지하기 위해 결로가 발생되는 부위들의 내부 공기가 불포화 상태에 있도록 하는 방법들이 도시된다.

도3에서와 같이, 내부 압력의 상승을 억제하기 위해서는 모터 내부와 외부 간 통기성이 증가되어야 하며, 이를 위해 모터 하우징에 통기용 구멍들이 가공되거나 통기성 소재가 모터 하우징 일부에 부착될 수 있다.

그러나, 모터 하우징에 공기가 출입할 수 있는 구멍을 가공하는 방법은 전폐형 모터의 방수 성능을 저하시키며, 통기성 소재를 모터 하우징에 부착하는 방법은 결로를 막을 수 있을 정도의 통기성을 확보하기가 어렵다.

도4에서와 같이, 내부 공기와 부품들 간 접촉면의 온도를 높이기 위해서는 추가적인 승온 장치를 필요로 한다. 즉, 모터 하우징 내부 표면 또는 기타 부품들의 표면의 온도를 높여주기 위해서는 추가적인 전력 소모를 요구하므로, 제품 가격이 상승하고 연비가 저하될 수 있다.

도5는 종래 전폐형 모터의 작동 전 내부 공간을 도시한 개략도이다.

도6은 종래 전폐형 모터의 작동 후 내부 공간을 도시한 개략도이다.

도5와 도6은 전폐형 모터(100)의 정면 커버가 분리된 모습을 도시한다.

도5 및 도6에 도시된 전폐형 모터(100)는, 도면에 표시되지는 않았으나, 회전자, 고정자, 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 권선되는 코일, 그리고 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 설치되는 영구자석을 포함하여 구성될 수 있다. 일반적으로, 모터의 종류에 따라, 상기 요소들의 구성이 다양할 수 있다.

모터 하우징(20)의 내부 공간(30)에는 3상 버스바 및 단자대와 위치센서유닛(40)이 각기 위치하며, 상기 3상 버스바가 배치된 공간과 상기 위치센서유닛(40)이 배치된 공간은 서로 연통되어 있다. 코일 및 영구자석 연결 통로의 안쪽에는 회전자 및 고정자가 배치되어 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.

도6을 참조하면, 종래 전폐형 모터의 작동 후에는 점선으로 표시된 영역들에 결로가 발생한다. 3상 버스바는 모터의 작동 시 전류가 흐름으로써 자체적으로 온도가 상승하므로 결로가 거의 발생하지 않고, 단자대 측에 소량의 결로가 발생하므로, 3상 버스바 및 단자대가 배치된 공간은 고장 위험이 작은 공간이다.

그러나, 위치센서유닛(40)이 배치된 공간은 상대적으로 온도 변화가 거의 없어서 비교적 많은 양의 결로가 발생하고, 위치센서 및 신호선 커넥터는 수분에 의해 고장 및 오작동 위험이 있으므로, 상기 위치센서유닛(40)이 배치된 공간은 고장 위험이 큰 공간이다.

도7은 본 발명의 실시 예에 따른 전폐형 모터의 작동 전 내부 공간을 도시한 개략도이다.

도8은 본 발명의 실시 예에 따른 전폐형 모터의 작동 후 내부 공간을 도시한 개략도이다.

도7 및 도8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전폐형 모터는 회전자, 고정자, 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 권선되는 코일, 그리고 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 설치되는 영구자석을 포함하여 구성되며, 상기 전폐형 모터(100)는 상기 전폐형 모터(100)의 내부 공간(30)을 분리하고 분리된 내부 공간들이 서로에 대해 차단되도록 된 적어도 하나의 분리격벽(10)을 더 포함할 수 있다.

상기 회전자, 상기 고정자, 그리고 상기 영구자석 중 적어도 하나는 상기 분리된 내부 공간들(30a, 30b) 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 아울러, 상기 분리된 내부 공간(30a, 30b)들 중 어느 하나에는 결로의 발생 시 고장이 발생하는 적어도 하나의 부품이 배치될 수 있다. 이로써, 결로의 발생 시 고장 위험이 있는 부품이 배치되는 공간과 상기 회전자, 상기 고정자, 그리고 상기 영구자석과 같은 모터 발열부가 배치되는 공간이 서로 격리될 수 있다.

상기 적어도 하나의 부품은 적어도 하나의 전장 부품일 수 있다. 전장 부품은 특히 수분에 취약하기 때문에, 상기 분리격벽(10)에 의해 분리 및 차단되는 공간에 배치될 필요가 있다.

상기 적어도 하나의 전장 부품은 위치센서 및 신호선 커넥터를 포함하는 위치센서유닛(40)일 수 있다.

도7 및 도8의 실시 예에서는, 상기 분리격벽(10)은 하나이고, 상기 단일한 분리격벽(10)에 의해 내부 공간(30)이 3상 버스바 측 공간(30a)과 위치센서 및 신호선 커넥터 측 공간(30b)으로 분리된다. 그러나, 실시 예는 이것으로 한정되지 않으며, 상기 분리격벽(10)은 복수 개일 수 있고, 이에 따라 분리되는 공간들도 3개 이상일 수 있다.

모터 작동 결과, 도8의 점선 안에 표시된 바와 같이, 코일/영구자석 연결 통로를 통해 모터 발열부와 연통되는 공간(30a)의 일부에 결로가 발생하지만, 위치센서 및 신호선 커넥터 측 공간(30b)은 상기 분리격벽(10)으로 인해 압력 상승이 차단되어 결로가 발생하지 않는다.

아울러, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전폐형 모터(100)는, 도3 및 도4의 결로 방지 방법을 구현하기 위해, 추가적인 승온 장치나 모터 하우징(20)의 통기용 구멍들을 필요로 하지 않는다. 왜냐하면, 고장 및 오작동 위험이 큰 상기 위치센서 및 신호선 커넥터 측 공간(30b)이 상기 분리격벽(10)에 의해 3상 버스바 측 공간(30a)과 독립적으로 분리되고 공기의 이동이 차단됨으로써, 불포화 상태로 유지되기 때문이다.

상기 전폐형 모터(100)의 내부 공간(30)을 분리 및 차단하는 방법은 상기 전폐형 모터(100)의 기본 구조 및 결로를 방지하려는 부위에 따라 다양하게 적용될 수 있으며, 차단하는 공간의 위치, 분리되는 모터 내부의 공간들의 개수, 그리고 공간의 분리 및 차단을 위한 수단은 한정되지 않는다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 분리격벽 20: 모터 하우징
30: 내부 공간 40: 위치센서유닛
100: 전폐형 모터

Claims (6)

1. 회전자, 고정자, 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 권선되는 코일, 그리고 상기 회전자 및 고정자 중 적어도 하나에 설치되는 영구자석이 모터 하우징 내에 설치되되, 상기 모터 하우징은 외부와의 통기용 구멍을 가지지 않는 전폐형 모터에 있어서,
   상기 전폐형 모터는,
   상기 전폐형 모터에 외부전원을 공급하는 3상 버스바측 공간과, 상기 회전자의 회전위치를 측정하는 위치센서 측 공간을 서로 차단되도록 하는 적어도 하나의 분리격벽;
   을 더 포함하며,
   추가적인 승온 장치를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전폐형 모터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 위치센서 측 공간에는 상기 위치센서의 신호를 외부에 전달하기 위한 신호선 커넥터가 더 배치된 것을 특징으로 하는 전폐형 모터.

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