KR101913597B1 - 전기자동차용 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 전기자동차용 모터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터를 포함하는 전기자동차용 모터에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내에 위치되며, 내부가 원통형으로 형성되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 수용되고, 코일이 권취되는 하나 이상의 권취부를 포함하며, 상기 고정자에 인가되는 전기에 반응하여 회전을 하는 회전자; 상기 회전자와 상기 회전의 축방향으로 결합되고 중공되어 축공간이 형성된 회전축; 및 상기 하우징 일측에 형성되어 상기 모터를 냉각하는 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입부;를 포함하는, 전기자동차용 모터를 제공한다.

Description

전기자동차용 모터{MOTOR FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명의 일 실시예들은 전기자동차용 모터, 특히 냉각 효율이 증대된 전기자동차용 모터에 관한 것이다.

전기자동차는 배터리에 충전된 전기를 통해 모터를 구동하여 자동차가 구동되는 자동차를 의미한다. 하이브리드 자동차는 조건에 따라, 엔진과 모터를 선택적 또는 병행적으로 구동하는 자동차를 의미하며 배터리를 이용하는 구동모터를 포함하고 있다는 점에서 하이브리드 자동차 또한 전기자동차라 할 수 있다.

이 때, 일반적인 전기모터는 작동 시 전기에너지의 일부를 열손실로 방출한다. 이러한 열손실은 모터의 기계적 특성을 저하시키고 수명을 단축시키는 원인이 되는데, 모터를 설계함에 있어 이러한 열손실을 줄이고 발생된 열을 효율적으로 냉각시키는 것이 중요한 과제로 되고 있다.

또한, 전기모터를 냉각시키는 방법으로는 냉각수를 이용한 유체식 냉각 혹은 공기 유동을 이용한 공냉식 냉각이 제안되고 있다. 특히, 인버터를 포함하는 일체형 모터의 경우 보통 유체식 냉각법을 이용하는데. 기존 유체식 냉각의 경우 냉각수 유입 과정에서 발생하는 압력강하로 냉각성능이 저하되었고, 유량 확보를 위해 용량이 큰 냉각수 순환펌프를 필요로 하는 문제가 존재하였다.

대한민국 공개특허 제 2003-0056638호 (2003. 07. 04)

본 발명의 일 실시예는 두 개의 유로를 이용하여 냉각효과를 증대시킨 전기자동차용 모터를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 유체유입부의 형상을 변형함으로써 압력강하를 저하시키고 유체 공급을 원활하게 하여 냉각 효율을 증가시킨 전기자동차용 모터를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 유체유입부에 포함되는 유체유입구 일부가 하측으로 오목하게 형성되어 유체 공급을 원활하게 하여 냉각 효율을 증가시킨 전기자동차용 모터를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 회전축 내에 냉각수를 주입함으로써 회전체를 직접 냉각하여 모터 전체의 냉각 효과를 증대시킨 전기자동차용 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터를 포함하는 전기자동차용 모터에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내에 위치되며, 내부가 원통형으로 형성되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 수용되고, 코일이 권취되는 하나 이상의 권취부를 포함하며, 상기 고정자에 인가되는 전기에 반응하여 회전할 수 있는 회전자; 상기 회전자와 상기 회전의 축방향으로 결합되고 중공되어 축공간이 형성된 회전축; 및 상기 하우징 일측에 형성되어 상기 모터를 냉각하는 제1 유체가 유입될 수 있는 제1 유체유입부;를 포함하는, 전기자동차용 모터를 제공한다.

상기 제1 유체유입부는, 하측으로 단면적이 감소하며 형성되고 상기 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입구 및 상기 제1 유체유입구 측면에서 연장형성되어 상기 제1 유체가 수용되는 제1 유체수용부를 포함할 수 있다.

상기 제1 유체유입구는 하측으로 단면적이 감소하며 일부가 직선 또는 곡면으로 형성될 수 있다.

상기 제1 유체유입구는 일측이 오목하게 형성되어 상기 제1 유체의 차압이 감소될 수 있다.

상기 제1 유체유입구는 외주연이 라운드 형상으로 형성될 수 있다.

상기 회전축은 상기 축공간에 삽입되어 위치되고 상기 회전축을 직접 냉각하는 제2 유체가 유입되는 제2 유체유입로를 포함하는 파이프를 포함하고, 상기 파이프는 상기 축공간 내주면과 일정 간격으로 이격되어, 상기 파이프 외측면과 상기 축공간 내주면 사이에는 상기 제2 유체가 유동되는 제2 유체배출로가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 두 개의 유로를 이용하여 냉각효과를 증대시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예는 유체유입부의 형상을 변형함으로써 압력강하를 저하시키고 유체 공급을 원활하게 하여 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 유체유입부에 포함되는 유체유입구 일부가 하측으로 오목하게 형성되어 유체 공급을 원활하게 하여 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 회전축 내에 냉각수를 주입함으로써 회전체를 직접 냉각하여 모터 전체의 냉각 효과를 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 모터의 분해사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 모터의 단면도
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 상측에서 바라본 제1 유체유입부를 나타낸 도면, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유체유입부의 단면을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 회전축 및 제2 유체가 유동되는 모습을 나타낸 도면

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

또한, 이하에서의 제1 유체 및 제2 유체는 전기자동차용 모터(1) 전체 혹은 일부 구성을 냉각시킬 수 있는 냉매이며, 이 때 제1 유체 및 제2 유체는 필요에 따라 동일할 수도 있고 상이할 수도 있음은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 모터의 분해사시도이다.

도1을 참조하면, 전기자동차용 모터(1)는 인버터를 포함하는 전기자동차용 모터(1)에 있어서, 하우징(도 2에 도시됨), 하우징(500) 내에 위치되며 내부가 원통형으로 형성되는 고정자(100), 고정자(100)의 내부에 수용되고 코일이 권취되는 하나 이상의 권취부(도 2에 도시됨)를 포함하며 고정자(100)에 인가되는 전기에 반응하여 회전을 하는 회전자(200), 회전자(200)와 회전의 축방향으로 결합되고 중공되어 축공간(도 4에 도시됨)이 형성된 회전축(300) 및 하우징(500) 일측에 형성되어 상기 모터를 냉각하는 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입부(도 2에 도시됨)를 포함할 수 있다. 또한, 회전자(200) 및 회전축(300)은 회전의 축방향으로 결합된 후 제1 커버(110), 제2 커버(120) 및 제1 케이싱(510), 제2 케이싱(520)에 의해 상기 회전축(300) 및 회전자(200)의 양단이 고정되어 흔들림을 최소화하며 고정자(100) 내에 안정적으로 수용될 수 있다.

구체적으로, 고정자(100)에 전기가 인가되면 상기 회전자(200)는 고정자(100)에 인가된 전기에 반응하여 회전축(300)을 중심으로 회전하게 된다. 또한, 회전자 코어(도 2에 도시됨)를 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 권취부는 상기 회전자 코어(220)에서 고정자(100) 내주면 방향으로 연장형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 모터(1)의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 유체유입부(400)는 하측으로 단면적이 감소하며 형성되고 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입구(410) 및 제1 유체유입구(410) 측면에서 연장형성되어 제1 유체가 수용되는 제1 유체수용부(420)를 포함할 수 있고, 회전축(300)의 일 측면에 길이방향을 따라 돌출된 축나사가 형성될 수 있고, 위 축나사는 회전자(200) 내주면에 길이방향으로 형성된 홈에 결합되어 회전자(200)가 회전됨에 따라 회전축(300) 역시 함께 회전될 수 있다.

구체적으로, 제1 유체는 제1 유체공급부(430)를 통해 제1 유체유입부(400)에 공급될 수 있고, 이 때의 제1 유체공급부(430)는 일단에서 펌프 등의 유체 공급장치(미도시됨)와 연결되어 제1 유체를 공급할 수 있다, 한편, 제1 유체수용부(420)는 상측으로 연장되어 상기 제1 유체가 외부로 유출되지 않도록 일정 높이의 제1 유체수용벽을 포함할 수 있고, 제1 유체공급부(430)에 의해 공급되고 제1 유체수용부(420)에 의해 수용된 유체는 제1 유체유입구(410)로 유입되어 고정자(100)의 일 측면에 형성된 제1 유로(450)를 따라 유동된 후 제1 유체배출구(440)로 배출될 수 있다. 위 제1 유체의 순환과정에서 상기 회전자(200)가 회전됨으로써 회전자(200)의 외주면은 전체적으로 제1 유체와 열전달이 이루어질 수 있다.

이 때, 인버터(미도시됨)는 도면에 도시되지 않았으나, 제1 유체유입부(400)의 제1 유체수용부(420)상에 안착되어 위치될 수 있고, 냉각수 역할을 하는 제1 유체가 제1 유체공급부(430)를 통해 유입되고 제1 유체유입구(410)로 유동되는 과정에서 상기 인버터는 제1 유체에 의해 직접적으로 냉각될 수 있다.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 상측에서 바라본 제1 유체유입부(400)를 나타낸 도면이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유체유입부(400)의 단면을 나타낸 도면이다.

도 3(a) 및 (b)를 참조하면, 제1 유체유입구(410)는 하측으로 단면적이 감소하며 일부가 직선 또는 곡면으로 형성될 수 있고, 상기 제1 유체유입구(410)는 일측이 오목하게 형성됨으로써 제1 유체의 차압이 감소될 수 있으며, 제1 유체유입구(410)는 외주연이 라운드 형상으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 유체유입부(400)를 상측에서 바라보면, 좌측의 제1 유체공급부(430)와 우측의 제1 유체유입구(410)의 외주연은 라운드형상으로 형성되어 제1 유체가 원활히 유입될 수 있고. 측면에서 바라보면, 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입구(410)의 입구 부분은 단면적이 감소하며 형성되어 일부가 직선 또는 곡선으로 이루어 질 수 있다. 위와 같은 제1 유체유입구(410)의 단면 형상으로 인해 제1 유체 유동이 원활해지고, 냉각 효율이 증가될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유체유입구(410)는 종래의 유체공급구와 달리 유체가 공급되는 제1 유체공급부(430) 방향으로 측면이 확장되고 제1 유체가 유입되는 입구 부분 유로면이 오목하게 형성될 수 있다, 위와 같은 제1 유체유입구(410)의 형상 변형에 따라, 종래에 사용하던 유체유입구에 비해 큰 폭의 압력손실이 개선됨을 아래 표 1을 통해 알 수 있다.

유동 해석 결과	종래 유체유입구	제1 유체유입구 (410)	비교
압력강하 (kPa)	18.2	12.9	28.9%의 압력손실 감소

위 표 1은 종래의 유체유입구에 냉각수가 유입되어 유동되는 경우와 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유체유입구(410)에 제1 유체가 유입되어 전기자동차용 모터(1)를 냉각하는 경우의 유체 유동에 대한 유로 입구 및 출구에서의 압력강하 결과값을 나타내는 것으로, 표 1에서 알 수 있듯이 제1 유체유입구(410)에 의해 압력강하는 18.2kPa에서 12.9kPa로 크게 감소되어 대략 30%가 개선될 수 있다.

위 압력강하 감소로 유동압력 손실에 따른 유체의 에너지 손실이 감소되며 제1 유체 유동에 따른 냉각 효율이 크게 증가될 수 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이 제1 유체수용부(420)는 제1 유체공급부(430) 및 제1 유체유입구(410) 측면에서 연장되어 형성되며, 인버터는 위 제1 유체수용부(420)에 안착되어 제1 유체의 유동에 의해 냉각될 수 있다. 나아가, 제1 유체수용부(420)는 도면상 상측에서 바라보았을 때 직사각형 형상으로 형성되었으나, 이에 제한되지 않고 원형, 다각형 등 제1 유체를 수용할 수 있는 형상이고 인버터가 안착될 수 있는 크기라면 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 회전축(300) 및 제2 유체가 유동되는 모습을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 회전축(300)은 중공되어 축공간(350)이 형성될 수 있고, 상기 축공간(350)에 삽입되어 위치될 수 있는 파이프(310)를 포함할 수 있다. 이 때, 파이프(310)에는 중심부가 중공된 원통형으로 형성될 수 있고, 상기 중공되어 형성된 제2 유체유입로(360)에 회전축(300)을 직접 냉각할 수 있는 제2 유체가 유입되어 유동될 수 있다.

또한, 상기 파이프(310)는 축공간(350)의 내주면과 일정 간격으로 이격되어 설치될 수 있고, 이에 따라 상기 파이프(310) 외측면과 축공간(350) 내주면 사이에는 상기 제2 유체가 유동될 수 있는 제2 유체배출로(370)가 형성될 수 있다.

구체적으로, 파이프(310)와 축공간(350)의 내주면 사이의 폭은 상기 파이프(310)의 반경보다 작게 형성되어 벤츄리 효과(Venturi Effect)에 의해 상대적으로 좁은 통로인 제2 유체배출로(370)에서의 제2 유체 이동속도는 제2 유체유입로(360)에서 보다 빨라지게 되고, 제2 유체유입로(370)로 유입된 제2 유체가 제2 유체배출로(370)로 빨려 들어가게 되어 제2 유체의 유동이 원활해질 수 있다. 이 때, 제2 유체배출로(370)가 지나치게 좁을 경우 제2 유체가 역류할 수 있으므로 약 1 내지 2mm로 형성됨이 바람직할 것이다.

더 구체적으로 제2 유체가 유동되는 모습을 설명하자면, 도면상 우측의 제2 유체유입구(320)로 제2 유체가 유입되면 파이프(310)의 제2 유체유입로(360)를 따라 왼쪽으로 유동될 수 있다. 그 후 회전축(300) 내주면의 좌측 벽에 막혀 박리된 제2 유체는 상기한 파이프(310) 외주면과 축공간(350) 내주면의 사이 공간인 제2 유체배출로(370)를 통해 유동될 수 있고, 다시 우측으로 유동된 제2 유체는 제2 유체배출구(330)를 통해 모터 외부로 배출됨으로써 축냉각이 이루어질 수 있다.

이 때, 도면의 제2 유로(340)를 따라 유동된 제2 유체의 순환에 의해 회전축(300)은 직접적으로 냉각될 수 있고, 회전축(300)이 냉각됨에 따라 회전축(300)에 결합된 회전자(200) 역시 냉각될 수 있다. 따라서, 앞서 설명한 제1 유체 및 제2 유체에 의해 이중냉각이 이루어짐으로써, 전기자동차용 모터(1)의 냉각효과가 증대될 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1 : 전기자동차용 모터
100 : 고정자
110 : 제1 커버
120 : 제2 커버
200 : 회전자
210 : 코일
220 : 회전자 코어
230 : 권취부
300 : 회전축
310 : 파이프
320 : 제2 유체유입구
330 : 제2 유체배출구
340 : 제2 유로
350 : 축공간
360 : 제2 유체유입로
370 : 제2 유체배출로
400 : 제1 유체유입부
410 : 제1 유체유입구
420 : 제1 유체수용부
430 : 제1 유체공급부
440 : 제1 유체배출구
450 : 제1 유로
500 : 하우징
510 : 제1 케이싱
520 : 제2 케이싱

Claims (6)

1. 인버터를 포함하는 전기자동차용 모터에 있어서,
   하우징;
   상기 하우징 내에 위치되며, 내부가 원통형으로 형성되는 고정자;
   상기 고정자의 내부에 수용되고, 코일이 권취되는 하나 이상의 권취부를 포함하며, 상기 고정자에 인가되는 전기에 반응하여 회전을 하는 회전자;
   상기 회전자와 상기 회전의 축방향으로 결합되고 중공되어 축공간이 형성된 회전축; 및
   상기 하우징의 상측에 형성되어 상기 모터를 냉각하는 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입부;를 포함하고,
   상기 제1 유체유입부는,
   외부에서 상기 제1 유체가 공급되는 제1 유체공급부;
   상기 하우징 내측으로 상기 제1 유체가 유입되도록 하측으로 갈수록 단면적이 감소하게 형성된 제1 유체유입구; 및
   상기 제1 유체유입구 측면에서 연장형성되어 상기 제1 유체가 수용되는 제1 유체수용부;를 포함하고,
   상기 제1 유체유입구에 있어서 상기 제1 유체공급부 측에 형성되어 상기 제1 유체가 유입되는 입구 부분 유로면은 오목하게 형성된, 전기자동차용 모터.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 유체유입구는 하측으로 단면적이 감소하며 일부가 직선 또는 곡면으로 형성되는, 전기자동차용 모터.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 유체유입구는 외주연이 라운드 형상으로 형성된, 전기자동차용 모터.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전축은 상기 축공간에 삽입되어 위치되고 상기 회전축을 직접 냉각하는 제2 유체가 유입되는 제2 유체유입로를 포함하는 파이프를 포함하고,
   상기 파이프는 상기 축공간 내주면과 일정 간격으로 이격되어, 상기 파이프 외측면과 상기 축공간 내주면 사이에는 상기 제2 유체가 유동되는 제2 유체배출로가 형성된, 전기자동차용 모터.

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