KR101814144B1 - 전기 모터, 특히 외부 회전자 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열을 생성하는 구조 부재들이 장착된 고정자 부시(1)를 포함하는 전기 모터에 관한 것이다. 또한, 본원의 전기 모터에는 공기 이송 부재(30)가 구비된 회전자 하우징(8)이 제공된다. 고정자 부시(1)로 향해 있는 공기 이송 부재의 상면(32)은 적어도 실질적으로 매끄럽게 형성된다. 이런 상면(32)에 의해 흡입된 공기는 신뢰할 수 있는 정도로 반경 방향에서 안쪽으로 편향되고 안내될 수 있다. 상면(32)을 따라 이루어지는 균일한 공기 흐름은 최적의 냉각을 제공한다. 또한, 전기 모터의 작동 시에는, 적어도 실질적으로 매끄러운 상면(32)으로 인해 전기 모터의 회전 속도가 고속이라고 해도 최소의 소음만이 발생한다.

Description

전기 모터, 특히 외부 회전자 모터{ELECTRIC MOTOR, ESPECIALLY EXTERNAL ROTOR MOTOR}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 전기 모터, 특히 외부 회전자 모터에 관한 것이다.

고정자 부시(stator bush)가, 회전자 하우징 근처의 외측에서, 고정자 부시 자체의 외연부에 걸쳐 균일한 간격으로 분포되어 제공되는 냉각핀(cooling fin)의 형태로 냉각 부재들을 포함하는 그런 전기 모터들은 공지되었다. 이런 냉각핀들의 맞은편에는 공기 이송 부재를 형성하는 회전자 측의 냉각핀들이 위치한다. 전기 모터의 작동 시에 냉각핀들이 상호 간에 상대적으로 회전함으로 인해 외기가 냉각 공기로서 흡입되어 상호 간에 상대적으로 회전하는 냉각핀들 사이로 안내된다. 그로 인해 냉각핀들에 따른 양호한 공기 공급은 불가능해진다. 그 외에도 고정자 및 회전자 측의 냉각핀들의 테두리들이 서로를 향해 마주보고 있음으로 인해 상당한 소음이 발생하며, 이는 전기 모터의 이용 시에 불쾌함을 초래한다.

또한, 회전자가 안쪽에 냉각 휠(cooling wheel)을 지지하는 그런 전기 모터들도 공지되었다. 상기 냉각 휠에 의해서는 외기가 개구부들을 통해 모터 하우징 내로 흡입된다. 공기는 냉각할 전자 모터 장치의 옆을 지나 흐르고 이때 열을 흡수한다. 그런 다음 가열된 공기는 측면에서 모터 하우징으로부터 유출된다.

또 다른 공지된 전기 모터의 경우, 회전자에는 냉각핀들을 포함하는 하우징 내에 장착되는 전자 제어 장치를 냉각할 수 있도록 하기 위해 팬 휠(fan wheel)이 장착된다.

본 발명의 목적은, 일반적인 전기 모터에 있어서, 보다 간단한 구조 설계 시에 소음 발생을 최소로 하면서도 최적의 냉각을 보장할 수 있는 방식으로 상기 전기 모터를 형성하는 것에 있다.

상기 목적은, 일반적인 전기 모터에 있어서, 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징부의 특징들로 달성된다.

본 발명에 따른 전기 모터의 경우, 고정자 부시를 마주보고 위치하는 공기 이송 부재는 적어도 실질적으로 매끄러운 상면을 구비하고 있다. 이와 같은 상면으로 인해, 흡입된 공기는 신뢰할 수 있는 정도로 반경 방향에서 안쪽으로 편향되어 안내된다. 그에 따라 달성된 균일한 공기 흐름을 바탕으로, 최적의 냉각이 제공된다. 공기 이송 부재는 실질적으로 매끄러운 상면을 보유하기 때문에, 본 발명에 따른 전기 모터의 작동 시에, 회전 속도가 고속인 조건에서도, 최소의 소음만이 발생한다. 고정자 부시가 자체 외측면에 예컨대 냉각핀의 형태로 냉각 부재들을 구비하고 있어야 한다면, 적어도 실질적으로 매끄러운 상면을 적용함으로써, 냉각 부재들의 테두리들이 상호 간에 스치듯 통과하면서 특히 회전 속도가 고속인 조건에서 높은 소음 발생을 야기할 수도 있는 점은 방지된다.

바람직하게는 공기 이송 부재는 실질적으로 매끄러운 상면을 구비한 링 디스크를 포함한다. 이런 링 디스크는 회전자 하우징의 반경 방향 평면에 위치하여, 흡입된 공기가 회전자 하우징의 외연부에 걸쳐 균일하게 반경 방향에서 안쪽을 향해 안내되도록 하는 점을 보장한다.

흡입되어 안쪽을 향해 흐르는 공기가 공기 이송 부재의 저면에 도달할 수 있도록 하기 위해, 상기 공기 이송 부재에는 적어도 하나의 통로구가 구비된다. 그로 인해 공기는 전기 모터의 외측으로부터 공기 이송 부재를 따라 안쪽으로 유입되어, 통로구를 통해 공기 이송 부재의 하부 영역에 도달하게 된다. 그렇게 함으로써 전기 모터의 가열된 구조 부재들을 최적의 조건에서 냉각하게 되는 긴 길이의 흐름 경로가 달성된다.

바람직하게는 흐름 방향에서 통로구 후방에 흐름 안내 부재들(flow guide element)이 제공된다. 이런 흐름 안내 부재들로 인해, 공기는 통로구를 통과한 후에 흐름 안내 부재들에 의해 균일하게 다시 외부 방향으로 안내된다. 그로 인해 흡입된 공기는 자체의 흐름 경로에 있는 동안 약 180°만큼 반경 방향에서 안쪽으로 편향된다. 이와 같은 방식으로, 반경 방향 치수가 작다고 하더라도, 공기를 위한 긴 길이의 흐름 경로가 달성되며, 그럼으로써 최적의 열방출이 보장된다.

흐름 안내 부재들은 바람직하게는 링 디스크의 저면에 제공되고 반경 방향으로 연장되는 핀들(fin)이다. 이런 핀들은 바람직하게는 회전자 하우징의 축방향 평면에 위치한다. 공기는 그와 같이 반경 방향으로 연장되는 핀들에 의해 외연부에 걸쳐 균일하게 바깥쪽으로 배출된다. 핀들은 외연부 측에서 편향되는 공기를 위한 흐름 챔버의 범위를 한정한다. 핀들 상호 간의 이격 간경을 조정함으로써, 공기의 흐름 속도는 편향 후에 매우 간단하게 조정될 수 있다.

전기 모터의 외연부에 걸친 균일한 냉각을 보장하기 위해, 흐름 안내 부재들은 바람직하게는 공기 이송 부재의 외연부에 걸쳐 균일하게 분포되는 방식으로 제공된다.

그러나 흐름 안내 부재들은 공기 이송 부재의 외연부에 걸쳐 불균일하게 분포되는 방식으로 제공할 수도 있다.

외부로부터 흡입된 공기가 공기 이송 부재의 외연부를 통해 균일하게 흐름 안내 부재들 사이로 안내되도록 하기 위해, 흐름 안내 부재들은 바람직하게는 링 디스크보다 반경 방향에서 안쪽을 향해 더욱 돌출된다. 그렇게 함으로써, 흡입된 공기가 돌출된 흐름 안내 부재들에 의해 균일하게 개별 흐름 구간들로 분배되며, 그럼으로써 공기 이송 부재의 외연부를 통해 균일한 열방출이 달성된다.

특히 바람직한 경우는, 통로구가 공기 이송 부재의 외연부에 걸쳐 연장되는 환상 개구부일 때이다. 이런 경우 공기 이송 부재의 외연부에 걸쳐 이루어지는 흡입된 공기의 균일한 분배가 신뢰할 수 있는 정도로 달성된다.

환상 개구부는 바람직하게는 공기 이송 부재의 링 디스크의 반경 방향 내부 테두리부에 의해서 반경 방향으로 바깥쪽이 범위 한정된다.

바람직한 실시예에 따라, 공기 이송 부재는 회전자 하우징에 대향하여 고정자 부시를 밀봉하는 실링과 일체형으로 형성된다. 이런 경우에 공기 이송 부재는 실링과 동일한 플라스틱으로 구성된다.

또한, 공기 이송 부재와 실링이 상호 간에 일체형으로 형성되지 않는다면, 두 컴포넌트에 대해 그들 각각의 기능 과제에 가장 바람직한 재질을 이용할 수도 있다. 따라서 예컨대 공기 이송 부재는 최적의 열방출에 기여할 수 있도록 하기 위해 금속 소재로 구성될 수 있다.

본 발명의 추가 특징들은 추가의 특허 청구 범위, 명세서 및 도면들로부터 교시된다.

본 발명은 도면들에 도시된 일 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 모터를 도시한 사시 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 모터의 회전자를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기 모터의 공기 이송 부재의 저면을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 공기 이송 부재를 도시한 사시 상면도이다.
도 5는 도 1의 단면 A 부분을 도시한 확대 단면도이다.

전기 모터는 본원의 실시예의 경우 예컨대 전자 방식으로 정류되는 직류 모터일 수 있는 외부 회전자 모터이다. 전기 모터는 바람직하게는 원통형으로 형성되는 외피부(2)를 구비한 고정자 부시(1)를 포함한다. 고정자 부시(1)는 회전자(3)로 향해 있는 자체 단부에 바닥부(4)를 포함하며, 이 바닥부로부터는 중앙에 부시 형태의 베어링 튜브(5)가 돌출되되, 이 베어링 튜브는 회전자(3) 내로 연장된다. 또한, 베어링 튜브(5)는 바람직하게는 바닥부(4)와 일체형으로 형성된다. 베어링 튜브(5) 내에는 상부 및 하부 단부 근처에 2개의 베어링(7)을 구비한 회전자 샤프트(6)가 회전 가능하게 장착된다. 베어링들(7)은 본원의 실시예에 따라서는 볼 베어링이지만, 각각 또 다른 적합한 베어링일 수도 있다.

회전자(3)는 회전자 하우징(8)을 포함하고, 이 회전자 하우징의 내측에는 영구 자석(9)이 고정된다. 영구 자석은 환상의 공기 갭(10)을 형성하면서 회전자 플레이트(11)를 둘러싸며, 회전자 플레이트는 공지된 방식으로 회전자 권선을 구비하고 있다.

베어링 튜브(5)는 환상의 견부(12)로 계속 이어지되, 상기 견부는 바닥부(4)를 넘어 고정자 외피부(2)에 의해 둘러싸인 내부 챔버(13) 내로 돌출된다. 또한, 견부(12)는 바람직하게는 바닥부(4)와 일체형으로 형성되어, 바닥부(4) 내 통로(14)를 둘러싼다. 견부(12)는 바람직하게는 원통형 형태이며, 바람직하게는 바닥부(4)에 대해 대략 중앙에 위치한다. 견부(12)는 축방향에서 볼 때 견부 자체에 대해 동축으로 위치하는 고정자 외피부(2)보다 그 길이가 짧다. 견부(12)와 고정자 외피부(2) 사이에는 환상의 수용 챔버(15)가 형성되며, 이 수용 챔버 내에는 실링 컴파운드가 삽입될 수 있다.

고정자 외피부(2)의 선단에는, 공지된 방식으로 고정자 외피부(2)와 견고하면서도 기밀하게 결합되는 커버(16)가 안착된다.

고정자 부시(1)의 바닥부(4)는 전자 장치 챔버를 형성하는 내부 챔버(13)를 모터 챔버(17)로부터 분리한다. 내부 챔버(13) 내에는 실링 컴파운드로 충전되는 환상의 수용 챔버(15)가 위치한다. 그리고 실링 컴파운드 내에는 전기 모터를 작동시키기 위한 전기/전자 구조 부재(40)를 지탱하는 인쇄 회로 기판(18)이 장착된다. 모터 챔버(17) 내에는 실링 컴파운드 내에 매입되는 모터 측 인쇄 회로 기판(19)이 위치한다.

회전자 하우징(8)의 외측에서 고정자 부시(1)로 향해 있는 상부 단부에는 회전자 플랜지(20)가 고정된다. 이 회전자 플랜지는 반경 방향에서 바깥쪽으로 돌출되는 링 디스크 부재(21)를 포함한다.

회전자 하우징(8)으로 향해 있는 단부에서 고정자 부시(1)의 외피부(1)에는 반경 방향에서 바깥쪽으로 향하는 플랜지(22)가 제공된다. 이 플랜지(22)는 바람직하게는 외피부(2)와 일체형으로 형성된다. 회전자 플랜지(20)로 향해 있는 플랜지(22)의 저면에는, 적어도 플랜지(22)의 반경 방향 폭에 걸쳐 연장되는 냉각핀들(23)이 제공된다. 냉각핀들(23)은 소정의 간격으로 연속해서 위치한다.

고정자 부시(1)의 외피부(2)와 회전자 하우징(8) 사이에는 래비린스 갭(24)(labyrinth gap)이 위치한다. 고정자 부시(1)의 바닥부(4)로부터는 회전자 하우징(8)의 방향으로 3개의 환상 돌출부(25)가 돌출된다. 이 돌출부들은 상호 간에 동축으로 위치하며, 그 돌출부들 사이에는 2개의 환상 챔버(26)가 형성된다. 그리고 이 환상 챔버 내로는 상호 간에 동축으로 위치하는 협폭의 환상 웨브(27)가 유격이 존재하는 조건에서 삽입된다. 이 환상 웨브들은 플라스틱으로 구성되고 회전자 하우징(8)의 선단에 고정되는 실링 부재(28)의 부분이다. 냉각핀들(23)은 반경 방향에서 고정자 부시(1)의 외부 환상 돌출부(25)까지 연장된다.

고정자 부시(1)의 플랜지(22) 상에는, 반경 방향에서 플랜지(22)보다 더욱 돌출되고 전기 모터를 고정시키는 원판형 지지 부재(29)가 고정된다. 본원의 실시예에 따라, 지지 부재(29)의 영역 중 반경 방향으로 돌출된 영역의 폭은 그 지지 부재의 영역 중 플랜지(22)에 위치하는 영역의 폭과 거의 같다. 자명한 사실로서 플랜지(22)를 넘어서는 지지 부재(29)의 돌출 길이는 또 다른 방식으로 선택할 수 있다.

회전자(3)는 축방향에서 소정 간격으로 고정자 부시(1)의 냉각핀들을 마주보고 위치하는 적어도 하나의 공기 이송 부재(30)를 구비하고 있다. 공기 이송 부재(30)는 링 디스크(31)를 포함하며, 냉각핀들(23)로 향해 있는 상기 링 디스크의 상면(32)은 평면이다. 링 디스크(31)의 저면에는 반경 방향에서 링 디스크(31)의 폭 전체에 걸쳐 연장되는 핀들(33)이 제공된다(도 3). 핀들(33)은 링 디스크(31)의 외연부에 걸쳐 균일하게 분포되고 바람직하게는 상호 간에 동일하게 형성된다.

링 디스크(31)는 반경 방향에서 회전자 플랜지(20)의 링 디스크 부재(21)보다 극미하게 더욱 돌출된다. 핀들(33)의 반경 방향 외부 선단(34)은 하부 방향으로 경사져 있다(도 5). 링 디스크(31)의 반경 방향 내부 테두리부(35)는 반경 방향에서 고정자 부시(1)의 반경 방향 외부 환상 돌출부(25)로부터, 또는 실링 부재(28)의 반경 방향 외부 환상 웨브(27)로부터 이격된다. 그렇게 함으로써 링 디스크(31)의 외연부에 걸쳐서 환상의 개구부(36)가 형성되며, 이 개구부를 통해 이후 설명되는 방식으로 공기가 링 디스크(31)의 하부에 도달할 수 있다.

공기 이송 부재(30)는 바람직하게는 탈착 가능하게 회전자 하우징(8)에 고정된다. 이를 위해 링 디스크(31)의 외연부에 걸쳐 균일하게 분포되는 방식으로 고정 부재들(37)이 제공되며, 이 고정 부재들에 의해 공기 이송 부재(30)가 회전자(3)에 고정된다.

바람직하게는 실링 부재(28) 및 공기 이송 부재(30)는 상호 간에 일체형으로 형성되며, 그럼으로써 이 부재들은 유닛으로서 회전자(3)에 장착될 수 있다.

전기/전자 구조 부재(40)뿐 아니라 고정자 부시(1) 내 추가 부재들은 전기 모터의 작동 중에 가열된다. 그렇게 함으로써 고정자 부시(1)도 바닥부(4) 및 지지 부재(29)와 함께 가열된다. 고정자 부시(1)의 냉각핀들(23)은 열방출을 제공하며, 그로 인해 고정자 부시(1)를 냉각시킨다. 공기 이송 부재(30)는 최적의 냉각을 위한 최대 공기량을 생성하며, 그로 인해 높은 소음 발생이 야기되지 않게 된다. 회전자 하우징(8)과 회전 불가능하게 결합되는 공기 이송 부재(30)는 전기 모터의 작동 시에 고정자 부시(1)에 상대적으로 회전한다. 이런 회전으로 인해, 주변 공기가 고정자 부시(1)의 냉각핀들(23) 사이로 흡입된다. 도 5에는 흡입된 공기의 대응하는 흐름 화살표가 도시되어 있다. 지지 부재(29)에 의해서는 상기 공기가 방향성을 갖는 방식으로 냉각핀들(23)의 영역으로 공급된다. 지지 부재(29)의 평면성 저면(38)은 원주 방향으로 소정의 간격으로 연속해서 위치하는 냉각핀들(23) 사이로 흐르는 냉각 공기의 완벽한 공급을 제공한다. 반경 방향에서 안쪽에서는 공기가 환상 돌출부들(25)을 구비한 바닥부(4) 및 냉각핀들(23)에 의해서 환상 개구부(36)를 통과할 수 있도록 하부 방향으로 편향된다. 그렇게 함으로써 흡입된 공기는 공기 이송 부재(30)의 링 디스크(31)의 하부 영역에 도달하게 된다. 여기서 공기는 링 디스크(31)의 저면의 핀들(33) 사이에서 반경 방향에서 바깥쪽으로 편향된다. 핀들(33)은 환상 개구부(36) 내에까지 연장되어 있으므로, 흡입된 공기는 균일하게 핀들(33) 사이의 모든 중간 챔버 내에 도달한다. 그렇게 함으로써 흡입된 공기가 고정자 부시(1)의 외연부에 걸쳐 균일하게 분배되는 방식으로 흡입 및 배출된다. 핀들(33)을 구비한 링 디스크(31)는 냉각 공기를 위한 소정의 흐름 방향을 생성하며, 그로 인해 최적의 냉각이 달성된다.

흐름 세기는 이용 사례에 부합하게 간단하게 적응될 수 있다. 따라서 고정자 부시(1)의 냉각핀들(23)과 링 디스크(31) 사이의 이격 간격은 가변될 수 있다. 추가로 환상 개구부(36)의 반경 방향 폭도 가변될 수 있다. 냉각핀들(23)로부터 이격된 링 디스크(31)의 축방향 간격과 환상 개구부(36)의 반경 방향 폭의 상호 작용을 통해, 흡입된 냉각 공기의 흐름 속도와 그에 따른 냉각 작용은 최적의 조건으로 조정된다. 또한, 핀들(33) 사이의 이격 간격의 조정을 통해서도 흐름 속도와 그에 따른 냉각 작용에 영향을 미칠 수 있다.

링 디스크(31)의 상면(32)은 매끄럽기 때문에, 냉각 공기의 흡입 시에 상당한 소음 발생을 초래할 수도 있는 구조 부재 테두리는 발생하지 않는다. 공기는 링 디스크(31)의 매끄러운 상면(32)을 따라 반경 방향에서 안쪽으로 안내된다. 링 디스크(31)의 매끄러운 상면(32)은 냉각핀들(23)의 하부 테두리부들(39)을 마주보고 위치하기 때문에, 냉각 공기는 고속의 흐름 속도에서도 거의 소음 없이 흡입된다.

링 디스크(31)는 바람직하게는 일체형으로 형성된다. 그러나 링 디스크는 또한 링 디스크로 조립되는 개별 링 세그먼트들로 구성될 수 있다. 공기 이송 부재(30)는 바람직하게는 플라스틱으로 구성되며, 그럼으로써 공기 이송 부재는 간단하면서도 경제적으로 제조될 수 있다. 공기 이송 부재가 바람직하게는 실링 부재(28)와 일체형으로 형성된다면, 간단하면서도 경제적인 제조뿐 아니라 완벽한 조립이 달성된다.

공기 이송 부재(30)로 달성되는 높은 공기 흐름은 높은 냉각 작용을 제공하며, 그럼으로써 냉각핀들(23), 플랜지(22) 및 지지 부재(29)는 탁월하게 냉각된다. 이와 같은 방식으로 고정자 부시(1)의 내부에서 발생하는 열은 완벽하게 방출된다.

Claims (11)

1. 열을 생성하는 구조 부재들이 장착되어 있는 고정자 부시와 적어도 하나의 공기 이송 부재를 구비한 회전자 하우징을 포함하는 전기 모터에 있어서, 상기 공기 이송 부재(30)는 상기 고정자 부시(1)로 향해 있으면서 적어도 실질적으로 매끄러운 상면(32)을 구비하고,
   상기 공기 이송 부재(30)는 실질적으로 매끄러운 상면(32)이 구비된 링 디스크(31)를 포함하고, 상기 공기 이송 부재(30)는 흐름 안내 부재들(33)을 포함하고, 상기 흐름 안내 부재들(33)은 상기 링 디스크(31)의 저면에 제공되고 반경 방향으로 연장되는 핀들이고, 냉각 공기의 흐름 방향에서 상기 공기 이송 부재(30)의 적어도 하나의 통로구(36) 후방에 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 흐름 안내 부재들(33)은 상기 공기 이송 부재(30)의 외연부에 걸쳐 균일하게 분포되는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
3. 제1항에 있어서, 상기 흐름 안내 부재들(33)은 상기 공기 이송 부재(30)의 외연부에 걸쳐 불균일하게 분포되는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 흐름 안내 부재들(33)은 상기 링 디스크(31)보다 반경 방향에서 안쪽을 향해 더욱 돌출된 것을 특징으로 하는 전기 모터.
5. 제1항에 있어서, 상기 통로구(36)는 상기 공기 이송 부재(30)의 외연부에 걸쳐 연장되는 환상 개구부인 것을 특징으로 하는 전기 모터.
6. 제5항에 있어서, 상기 환상 개구부(36)는 상기 공기 이송 부재(30)의 링 디스크(31)의 반경 방향 내부 테두리부(35)에 의해서 반경 방향으로 바깥쪽이 범위 한정되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
7. 제1항에 있어서, 상기 공기 이송 부재(30)는 회전자 하우징(8)에 대향하여 고정자 부시(1)를 밀봉하는 실링(28)과 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
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