KR102046891B1 - 전동기 - Google Patents

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KR102046891B1
KR102046891B1 KR1020180089404A KR20180089404A KR102046891B1 KR 102046891 B1 KR102046891 B1 KR 102046891B1 KR 1020180089404 A KR1020180089404 A KR 1020180089404A KR 20180089404 A KR20180089404 A KR 20180089404A KR 102046891 B1 KR102046891 B1 KR 102046891B1
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outer housing
housing
motor housing
cooling
oil
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KR1020180089404A
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김종수
곽태희
문정욱
조창흠
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징; 오일이 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 원주방향을 따라 서로 반대방향으로 연장되는 복수의 오일유로; 상기 복수의 오일유로 각각과 연통되어, 상기 복수의 오일유로 각각의 일측에서 타측으로 오일을 이동시키는 복수의 오일펌프; 상기 모터 하우징의 하부에서 형성되어, 상기 오일을 상기 복수의 오일유로 각각의 일측으로 유입시키는 복수의 오일유입구; 및 상기 모터 하우징의 상부에 형성되어, 상기 복수의 오일유로 각각의 타측에서 모터 하우징의 상부 내측공간으로 상기 오일을 분사하는 복수의 분사노즐을 포함하고, 전동기의 냉각효율 및 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

Description

전동기{ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 유냉(OIL COOLING) 및 수냉(WATER COOLING) 복합 냉각유로 구조를 구비한 전동기에 관한 것이다.
최근 차량의 주행용 구동원으로 전동기를 구비하는 전기자동차(하이브리드 차량 포함)는 연비가 우수하여 미래형 자동차로 출시되고 있다.
일반적으로 전동기는 로터와 스테이터를 구비하고, 스테이터의 내부에 로터가 회전 가능하게 구비될 수 있다.
스테이터는 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일을 구비하고, 로터를 회전시키기 위해 스테이터 코일에 전류를 흘려보내면, 스테이터 코일에서 열이 발생하고, 전동기에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 기술들이 개발되고 있다.
전기자동차의 전동기에 있어서, 전동기에서 발생하는 열을 냉각하는 것이 전동기의 소형화 및 효율 향상 측면에서 중요한 역할을 한다.
종래의 전동기 냉각방식에는, 냉각수를 하우징 내부에 순환시켜 모터를 간접 냉각하는 간접 냉각 방식과, 오일을 스테이터나 로터 등에 분사하여 모터를 직접적으로 냉각하는 직접 냉각 방식이 채용되고 있다.
직접 냉각 방식은 간접 냉각 방식에 비해 냉각효율이 높고 냉각성능이 좋은 장점이 있어서, 최근 직접 냉각 방식에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
한편, US 2004/0163409 A1(이하, 특허문헌 1; Pub. Date: Aug. 26, 2004)에는 유냉식(oil cooling type) 또는 수냉식(water cooling type)을 모터 냉각에 개별적으로 이용하는 모터 냉각구조가 개시되어 있다.
특허문헌 1에서 유냉식의 경우에는 오일 냉각통로가 스테이터 코어에서 축방향으로 돌출된 스테이터 코일의 외측과 내측을 감싸도록 모터의 슬롯에 설치되어, 오일펌프에 의해 순환되는 오일은 오일 냉각통로를 따라 흐르면서 스테이터 코일에서 발생한 열을 흡수함으로, 모터를 직접 냉각한다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 발명은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 오일 냉각통로가 스테이터 코일을 감싸도록 오일 냉각통로를 스테이터 코어의 단부에 부착하기가 어려운 문제점이 있다.
둘째, 오일과 냉각수를 함께 운전하여 모터를 냉각하는 구성이 없어서 차량의 고출력이 필요할 경우에 냉각성능을 만족시키는데 한계가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 유냉을 위한 오일유로하우징을 수냉유로하우징에 탈부착하기가 용이한 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전동기의 고출력이 요구되어 하우징의 길이방향 및 원주방향으로 크기가 확장될 경우에 오일유로하우징을 출력크기별로 표준화 및 공용화하여 수냉유로하우징에 조립하기가 용이한 전동기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전동기는 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징; 상기 모터 하우징의 외측에 탈착 가능하게 체결되는 아우터 하우징; 상기 아우터 하우징의 내부에 형성되고, 제1냉각유체가 내부에 흐르는 제1냉각유로; 상기 모터 하우징의 내부에 형성되고, 상기 제1냉각유체와 열교환 가능하게 제2냉각유체가 내부에 흐르는 제2냉각유로; 상기 제1냉각유로의 일측과 연통되며, 상기 아우터 하우징으로부터 상기 모터 하우징의 내측공간을 향해 관통 형성되어 상기 제1냉각유체를 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사홀을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각유체는 오일이고, 상기 제2냉각유체는 냉각수일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 아우터 하우징은 복수의 스크류에 의해 상기 모터 하우징에 체결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 아우터 하우징은, 일측이 개방되고, 상기 제1냉각유로를 내부에 구비하며 원주방향을 따라 연장되는 유로바디; 및 상기 복수의 스크류 각각이 상기 아우터 하우징과 상기 모터 하우징을 체결하도록 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 체결부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 아우터 하우징은, 상기 복수의 체결부를 각각 구비하고, 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 서로를 향해 각각 더 연장되는 복수의 연장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 체결부는 상기 아우터 하우징의 길이방향으로 전방부와 후방부에 각각 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징은, 반경방향을 따라 연장되어, 상기 복수의 스크류가 체결되는 복수의 체결홀을 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 내측공간과 연통되고, 상기 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측으로 유입시키는 복수의 유입구; 및 상기 아우터 하우징의 외측에 장착되고, 상기 복수의 유입구를 통해 유입된 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측에서 일측으로 이동시키는 펌프부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 분사홀은 상기 아우터 하우징의 최상단부 내측에 배치되고, 상기 복수의 유입구는 상기 아우터 하우징의 최하단부 내측에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징 및 상기 아우터 하우징 각각은 이중벽으로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각유로 및 상기 제2냉각유로 각각은, 상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 복수의 열교환 셀; 상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되고, 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및 상기 복수의 격벽의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성되어, 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통시키는 연통홀을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전동기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 수냉을 위한 모터 하우징의 외측에 유냉을 위한 아우터 하우징을 탈착 가능하게 장착함으로써, 수냉만 필요한 경우에, 예를 들어 저속 및 저발열 조건에서 모터 하우징만으로 전동기를 냉각할 수 있다.
또한, 유수냉 복합 냉각방식이 필요한 경우에, 예를 들어 고속 및 고발열 조건에서 모터 하우징에 아우터 하우징을 추가로 부착하여 유수냉 복합 냉각방식으로 전동기를 냉각할 수 있다.
셋째, 모터의 출력이 커져서 모터 하우징 및 아우터 하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 사이즈가 커질 경우 모터 하우징에 장착되는 아우터 하우징의 크기를 출력별 또는 사이즈별로 표준화 및 공용화하여 모터의 출력 및 사이즈에 따라 다양한 크기의 아우터 하우징을 적용할 수 있다.
넷째, 아우터 하우징은 원호 형상으로 모터 하우징의 일부를 감싸도록 구성하고, 아우터 하우징의 양단부에 각각 복수의 체결부를 형성하여, 복수의 체결부에 의해 모터 하우징과 아우터 하우징을 체결함으로써, 모터 하우징에 부착되는 오일유로를 원주방향을 따라 다양한 각도에서 조립 가능한 형태로 구성할 수 있다.
다섯째, 모터 하우징의 벽체 내부 및 아우터 하우징의 벽체 내부에 각각 냉각수와 오일이 유동하는 이중유로를 구성하여 유수냉 복합 방열이 가능한 구조를 제공할 수 있다.
예를 들면, 냉각수는 모터 하우징의 내부유로를 따라 흐르면서 스테이터 코어와 오일을 냉각시킨 후 라디에이터에서 열을 방출한 다음 모터 하우징으로 재순환할 수 있다.
또한, 냉각 오일은 복수의 분사홀을 통해 모터 하우징의 내측공간으로 분사되어 스테이터 코일과 로터를 냉각시킨 후 아우터 하우징의 벽체 내부를 따라 흐르면서 냉각수에 열을 방출한 후 모터 하우징의 내측공간으로 재순환할 수 있다.
아울러, 전동기의 저발열 또는 저출력 조건에서는 냉각수에 의한 방열을 수행하고, 고발열 또는 고출력 조건에서는 냉각수와 오일에 의한 유수냉 복합 냉각에 의한 방열을 수행할 수 있다.
유수냉 복합 냉각방식은 다음과 같은 장점이 있다.
또한, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 수냉식에 비해 동일 사이즈의 하우징으로 더 높은 출력의 모터를 구동할 수 있다.
아울러, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 유냉식에 비해 모터 하우징 및 아우터 하우징의 벽체 내부에 형성한 이중유로로 오일쿨러를 대체함으로써 비용 절감 및 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
게다가, 발열 상태에 다른 하이브리드 운전이 가능함으로써, 오일 펌프가 운전되는 종래의 유냉식에 비해 효율이 훨씬 높은 장점이 있다.
뿐만 아니라, 외부가 저온 상태인 저발열 조건에서는 냉각수만 순환함으로써 저온에서 오일점성 증가에 따른 신뢰성 문제를 해소할 수 있다.
더욱이, 냉각수가 모터 하우징의 온도를 낮춤으로써 종래의 유냉식에 비해 베어링의 수명이 연장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구동시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 모터 하우징의 외측에 아우터 하우징이 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 저면 사시도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 도 2의 분해도이다.
도 6은 도 3에서 아우터 하우징의 내부에 형성된 제1냉각유로를 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 1에서 VII-VII를 따라 취한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구동시스템의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 모터 하우징(20)의 외측에 아우터 하우징(21)이 체결된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 저면 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이고, 도 5는 도 2의 분해도이고, 도 6은 도 3에서 아우터 하우징(21)의 내부에 형성된 제1냉각유로(24)를 보여주는 개념도이고, 도 7은 도 1에서 VII-VII를 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 구동시스템은 전동기(2)와 인버터(1)를 구비하고, 전동기(2)를 동력원으로 하는 전기자동차 등에 적용될 수 있다. 인버터(1)는 전동기(2)를 구동하기 위한 구성요소이다.
인버터(1)는 인버터 하우징(10)을 포함하고, 인버터 하우징(10)의 내측에 IGBT 등의 전장품이 장착될 수 있다.
전동기(2)는 모터 하우징(20)을 포함하고, 모터 하우징(20)의 내부에 스테이터(22)와 로터가 수용될 수 있다.
스테이터(22)는 스테이터 코어(220)와 스테이터 코일(221)을 구비한다. 스테이터 코일(221)은 스테이터 코어(220)에 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 슬롯에 권선될 수 있다.
로터는 로터 코어(23), 회전축(230) 및 영구자석을 구비할 수 있다. 회전축(230)은 로터 코어(23)의 내측에 결합되어, 로터 코어(23)와 함께 회전 가능하게 설치될 수 있다.
회전축(230)의 양단부는 복수의 베어링(231)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 복수의 베어링(231) 중 하나는 리어 커버(201)에 장착되고, 다른 하나는 인버터 하우징(10)의 후방커버(11)에 장착될 수 있다.
스테이터 코일(221)에 전원이 인가되면, 스테이터 코일(221) 주위에 자기장이 형성되고, 로터와 스테이터(22) 간의 전자기적 상호작용에 의해 로터가 스테이터(22)에 대하여 회전됨으로 동력을 발생시킬 수 있다.
모터 하우징(20)은 원통형상으로 형성될 수 있다. 모터 하우징(20)은 길이방향으로 양측이 개방되게 형성될 수 있다. 모터 하우징(20)의 후단부에 리어 커버(201)가 체결되어, 모터 하우징(20)의 후방을 덮도록 구성될 수 있다.
인버터 하우징(10)은 내부에 인버터(1)의 전장품들이 수용될 수 있고, 인버터 하우징(10)은 모터 하우징(20)의 전단부에 체결될 수 있다.
인버터 하우징(10)은 원통 형상으로 형성되고, 인버터 하우징(10)의 길이방향으로 일측이 개방되고, 타측이 막힌 구조로 형성될 수 있다. 인버터 하우징(10)의 타측에 후방커버(11)가 반경방향으로 연장되어, 인버터 하우징(10)의 타측을 덮도록 구성되고, 모터 하우징(20)의 개방된 전단부를 덮도록 구성될 수 있다.
인버터 하우징(10)의 일측에 프런트 커버(12)가 체결되어, 인버터 하우징(10)의 개방된 일측을 덮도록 구성될 수 있다.
프런트 커버(12), 인버터 하우징(10), 모터 하우징(20), 리어 커버(201)는 서로 축방향을 따라 연장되게 배치되고, 프런트 커버(12)에서 복수의 결합부가 반경방향 외측으로 연장되고, 복수의 결합부가 인버터 하우징(10)의 전단부와 후단부에서 반경방향으로 연장되고, 복수의 결합부가 모터 하우징(20)의 전단부와 후단부에서 반경방향으로 연장되고, 복수의 결합부가 리어 커버(201)에서 반경방향 외측으로 연장될 수 있다.
볼트 등과 같은 체결부재는 프런트 커버(12), 인버터 하우징(10), 모터 하우징(20) 및 리어 커버(201) 각각의 결합부를 관통 결합할 수 있다.
전동기(2)를 냉각하기 위해 제1냉각유체인 오일과 제2냉각유체인 냉각수를 이용하는 유수냉 복합 냉각방식이 적용될 수 있다.
모터 하우징(20)의 외측에 아우터 하우징(21)이 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 모터 하우징(20)의 원주면의 적어도 일부를 덮도록 장착될 수 있다. 아우터 하우징(21)은 원호 형상으로 형성될 수 있다. 아우터 하우징(21)은 모터 하우징(20)의 반원주를 감싸도록 원주방향을 따라 연장될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 모터 하우징(20)의 반원주보다 더 길게 형성될 수 있다. 아우터 하우징(21)은 본 실시예에는 도시하지 않았으나, 모터 하우징(20)의 반원주보다 더 짧게 형성될 수도 있다.
아우터 하우징(21)은 원주방향을 따라 일측 구간이 개방되게 형성되고, 아우터 하우징(21)의 양단부는 탄성을 가짐으로 반경방향 외측으로 벌려지거나 반경방향 내측으로 오므려질 수 있다. 모터 하우징(20)은 아우터 하우징(21)의 개방된 개방부를 통해 반경방향 내측으로 삽입되어 모터 하우징(20)과 결합될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 양단부에 복수의 체결부(210)를 각각 구비하여, 체결부(210)를 통해 모터 하우징(20)에 체결될 수 있다. 복수의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 양단부에서 원주방향으로 돌출 형성될 수 있다. 복수의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 길이방향으로 이격 배치될 수 있다.
복수의 체결부(210) 중 하나의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 전방에 배치되고, 다른 하나의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 후방에 배치될 수 있다.
복수의 체결부(210) 각각에 체결홀(2101)이 두께방향으로 관통 형성되어, 스크류 등과 같은 체결부재(211)는 체결홀(2101)을 통해 복수의 체결부(210)와 모터 하우징(20)을 체결할 수 있다.
아우터 하우징(21)은 복수의 연장부(212)를 더 포함할 수 있다. 복수의 연장부(212) 각각은 아우터 하우징(21)의 양단에서 원주방향을 따라 연장되어 복수의 체결부(210)와 연결될 수 있다. 복수의 연장부(212) 각각은 아우터 하우징(21)의 내측 원주면과 동일한 원주 상에 아우터 하우징(21)의 내주면을 따라 서로 180도 이상 이격 배치될 수 있다.
복수의 연장부(212)는 아우터 하우지의 내주벽의 판 두께와 동일한 두께로 연장되고, 아우터 하우징(21)과 복수의 체결부(210)를 일체로 연결할 수 있다.
복수의 체결부(210)는 연장부(212)의 일측 단부에서 원주방향을 따라 연장부(212)와 동일한 두께로 돌출 형성될 수 있다. 복수의 체결부(210)는 띠 형태로 형성될 수 있다. 복수의 체결부(210)의 단부는 반원형으로 형성될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 이중벽으로 구성될 수 있다. 아우터 하우징(21)의 이중벽 사이에 제1냉각유로(24)가 형성될 수 있다. 아우터 하우징(21)의 반경방향으로 외측에 있는 제1중벽과 내측에 있는 제2중벽 사이에 제1냉각유로(24)가 형성되어, 오일이 원주방향으로 흐를 수 있다.
제1냉각유로(24)는 복수의 열교환 셀(240), 복수의 격벽(246) 및 복수의 연통홀(247)로 구성될 수 있다.
복수의 열교환 셀(240)은 아우터 하우징(21)의 원주방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 열교환 셀(240) 각각 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.
복수의 격벽(246)은 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 연장되고, 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(240) 사이에 배치되어, 복수의 열교환 셀(240)을 원주방향을 따라 이격되도록 구획할 수 있다.
복수의 연통홀(247)은 복수의 격벽(246) 각각의 전단부 또는 후단부에 형성되어, 복수의 열교환 셀(240)을 원주방향을 따라 지그재그 형태로 연통시킬 수 있다.
복수의 격벽(246)은 제1냉각유체인 오일을 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 이동시키도록 유도하고, 복수의 연통홀(247)은 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(240) 사이에서 오일을 원주방향으로 이동시키도록 유도할 수 있다.
복수의 연통홀(247)은 아우터 하우징(21)의 반시계방향으로 이동하면서 복수의 격벽(246) 각각의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 교대로 배치될 수 있다.
복수의 열교환 셀(240)은 제1열교환 셀(241) 내지 제5열교환 셀(245)로 구성될 수 있다. 제1열교환 셀(241)은 아우터 하우징(21)의 최하단에 위치하고, 제5열교환 셀(245)은 아우터 하우징(21)의 최상단에 위치할 수 있다.
제1열교환 셀(241) 내지 제5열교환 셀(245) 각각은 아우터 하우징(21)의 하단부에서 상단부를 향해 반시계방향 순서로 이격 배치될 수 있다. 제5열교환 셀(245)에 오일주입구(2451)가 형성될 수 있다. 오일주입구(2451)에 오일마개가 결합되어 오일주입구(2451)를 개폐하도록 구성될 수 있다.
아우터 하우징(21)의 저면에 오일유입구(248)가 형성될 수 있다. 오일유입구(248)는 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 길게 슬롯(slot) 형태로 관통되어 제1열교환 셀(241)과 연통될 수 있다. 오일유입구(248)는 제2중벽의 저면에 형성될 수 있다.
제1열교환 셀(241)의 외측에 접선방향으로 연장되는 흡입부(249)가 형성될 수 있다. 흡입부(249)는 제1열교환 셀(241)로 유입된 오일이 펌프부인 오일펌프(25)로 흡입되도록 구성된다. 흡입부(249)의 내부에 흡입홀이 형성되고, 흡입홀의 일측은 제1열교환 셀(241)의 제1중벽에 연통되고, 흡입홀의 타측은 아우터 하우징(21)의 외측과 연통되어 엘보우 형상의 연결호스 등과 같은 연결부재에 의해 오일펌프(25)와 연결될 수 있다.
아우터 하우징(21)의 외측면에 오일펌프(25)가 장착될 수 있다. 오일펌프(25)는 제2열교환 셀(240)과 제3열교환 셀(240)에 걸쳐지게 배치될 수 있다. 오일펌프(25)는 펌프하우징의 내부에 유체를 흡입하도록 회전 가능하게 설치되는 펌프 블레이드; 상기 펌프 블레이드를 회전시키는 펌핑 모터; 및 상기 펌프 블레이드와 펌핑 모터를 연결하는 모터 샤프트로 구성될 수 있다.
펌프 하우징의 저면에 오일 흡입구(251)가 형성될 수 있다. 오일 흡입구(251)는 흡입부(249)의 흡입홀과 연결호스(미도시)에 의해 연결되어, 오일은 제1열교환 셀(241)로부터 오일펌프(25) 내부로 흡입될 수 있다.
오일펌프(25)가 장착되는 장착부(253)의 내부에 제2열교환 셀(240)과 마주하는 방향으로 오일토출홀이 형성될 수 있다. 오일토출홀은 제2열교환 셀(240)의 제1중벽에 관통 형성됨으로 오일펌프(25)와 제2열교환 셀(240)이 연통되어, 펌핑된 오일이 오일펌프(25)에서 제2열교환 셀(240)로 토출될 수 있다.
제2열교환 셀(240)로 토출된 오일은 제3 내지 제5열교환 셀(245)로 원주방향을 따라 지그재그 형태로 이동할 수 있다.
제5열교환 셀(245)의 제2중벽에 복수의 오일 분사홀(252)이 형성될 수 있다. 복수의 오일 분사홀(252) 중 하나의 분사홀은 아우터 하우징(21)의 전방에 배치되고, 다른 하나의 분사홀은 아우터 하우징(21)의 후방에 배치될 수 있다.
스테이터 코일(221)은 스테이터 코어(220)의 슬롯에서 축방향으로 돌출된 엔드 코일을 구비할 수 있다. 복수의 분사홀은 제5열교환 셀(245)로 유입된 오일을 스테이터 코일(221)로 직접 분사할 수 있다. 복수의 분사홀은 오일을 엔드 코일로 분사할 수 있다.
분사된 오일은 스테이터 코일(221)에서 발생된 열을 냉각시킬 수 있다.
오일은 제1열교환 셀(241)에서 제5열교환 셀(245)로 이동하는 동안에 냉각수와 열교환을 통해 냉각수에 열을 방출할 수 있다.
냉각수는 모터 하우징(20)의 내부에 형성된 제2냉각유로(26)를 따라 흐르도록 구성될 수 있다. 제2냉각유로(26)는 전동기(2)의 외부에 배치되는 냉각수 순환계에 의해 냉각될 수 있다.
냉각수 순환계는 차량의 전방 내측에 설치되는 라디에이터; 라디에이터와 전동기(2)의 제2냉각유로(26)를 연결하는 냉각수 순환라인; 및 냉각수 순환라인에 설치되는 워터 펌프로 구성될 수 있다.
모터 하우징(20)의 외측에 냉각수 유입구(265)와 냉각수 유출구(266)가 형성되고, 냉각수 유입구(265)와 냉각수 유출구(266)는 냉각수 순환라인과 연결되고, 냉각수는 워터펌프로부터 동력을 제공받아 제2냉각유로(26)에서 라디에이터를 순환할 수 있다.
도 1을 참조하면, 냉각수 유입구(265) 및 냉각수 유출구(266)는 모터 하우징(20)의 길이방향을 따라 동일한 직선 상에 이격 배치될 수 있으나, 이에 냉각수 유입구(265) 및 냉각수 유출구(266)는 모터 하우징(20)의 원주방향 및 길이방향으로 이격 배치될 수 있다.
라디에이터는 차량 전방으로 흡입되는 공기를 통해 냉각수의 열을 방출하도록 구성될 수 있다. 냉각수는 오일로부터 흡수한 열을 라디에이터를 통해 방열한 후 다시 냉각수 유입구(265)를 통해 제2냉각유로(26)로 유입될 수 있다.
냉각수는 제2냉각유로(26)를 따라 흐르면서 오일의 열을 흡수한 후 냉각수 유출구(266)를 통해 냉각수 순환라인으로 유출될 수 있다.
모터 하우징(20)은 이중벽으로 구성될 수 있다. 모터 하우징(20)의 이중벽은 반경방향으로 외측에 배치되는 제1중벽과 내측에 배치되는 제2중벽으로 구성될 수 있다. 모터 하우징(20)의 제1중벽과 제2중벽 사이에 제2냉각유로(26)가 형성될 수 있다.
모터 하우징(20)의 제1중벽과 아우터 하우징(21)의 제2중벽은 서로 반경방향으로 마주보며 면접촉되게 배치될 수 있다.
제2냉각유로(26)는 복수의 열교환 셀(260), 복수의 격벽(262) 및 복수의 연통홀(263)을 포함할 수 있다.
복수의 열교환 셀(260)은 반시계방향 순서로 배치되는 제1 내지 제12열교환 셀(261,262,263, … ,2612)로 구성될 수 있다. 복수의 열교환 셀(240) 각각은 모터 하우징(20)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 복수의 열교환 셀(240)은 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
복수의 격벽(262)은 모터 하우징(20)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 복수의 격벽(262)은 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(260) 사이에 배치되어, 복수의 열교환 셀(260)을 원주방향으로 이격되도록 구획할 수 있다.
복수의 연통홀(263)은 복수의 격벽(262)의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성될 수 있다. 복수의 연통홀(263)은 원주방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 연통홀(263) 중 일부는 반시계방향 순서로 이격 배치되는 홀수번째 격벽(262), 예를 들어 제1격벽(262), 제3격벽(262), 제5격벽(262) … 제11격벽(262) 각각의 전단부에 형성되고, 복수의 연통홀(263) 중 다른 일부는 반시계방향 순서로 이격 배치되는 짝수번째 격벽(262), 예를 들어 제2격벽(262), 제4격벽(262), 제6격벽(262) … 제12격벽(262) 각각의 후단부에 형성될 수 있다.
복수의 격벽(262)은 원주방향의 폭이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제5격벽(262), 모터 하우징(20)의 최하단에 위치하는 제7격벽(262), 제9격벽(262) 및 모터 하우징(20)의 최상단에 위치하는 제12격벽(262)은 다른 격벽(262)에 비해 원주방향의 폭이 더 넓게 형성될 수 있다.
복수의 열교환 셀(260) 중 모터 하우징(20)의 최상단에 위치하는 두 제1열교환 셀(261)과 제12열교환 셀(2612) 사이에 제12격벽(262)이 배치될 수 있다. 제12격벽(262)의 전단부와 후단부 각각에 전후방향으로 함몰된 리세스부(267)가 형성될 수 있다.
복수의 체결홀(2101)은 모터 하우징(20)의 제1격벽(262)과 제6격벽(262)에 각각 전후방향으로 이격되게 형성될 수 있다.
복수의 분사홀(252) 각각은 리세스부(267)의 상부에 배치되어, 분사홀(252)을 통해 분사된 오일은 리세스부(267)의 내측공간을 지나 스테이터 코일(221)에 분사될 수 있다.
복수의 열교환 셀(260) 중 모터 하우징(20)의 최하단에 위치하는 두 제7열교환 셀(260)과 제8열교환 셀(260) 사이에 제7격벽(262)이 배치될 수 있다. 제7격벽(246)의 내부에 오일유입홀(264)이 형성될 수 있다. 오일유입홀(264)은 모터 하우징(20)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.
오일유입홀(264)의 상측은 모터 하우징(20)의 내측공간과 연통되고, 오일유입홀(264)의 하측은 아우터 하우징(21)의 오일유입구(248)와 연통되게 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 모터 하우징(20)은 수냉을 위한 하우징이고, 아우터 하우징(21)은 유냉을 위한 유로 모듈로서, 수냉만 필요한 경우에, 예를 들어 저속 및 저발열 조건에서 모터 하우징(20)만으로 전동기(2)를 냉각할 수 있다.
또한, 유수냉 복합 냉각방식이 필요한 경우에, 예를 들어 고속 및 고발열 조건에서 모터 하우징(20)에 아우터 하우징(21)을 추가로 부착하여 유수냉 복합 냉각방식으로 전동기(2)를 냉각할 수 있다.
모터의 출력이 커져서 모터 하우징(20) 및 아우터 하우징(21)의 길이방향 또는 원주방향으로 사이즈가 커질 경우 모터 하우징(20)에 장착되는 아우터 하우징(21)의 크기를 출력별 또는 사이즈별로 표준화 및 공용화하여 모터의 출력 및 사이즈에 따라 다양한 크기의 아우터 하우징(21)을 적용할 수 있다.
모터 하우징(20)에 부착되는 오일유로는 실시예 이외에 원주방향을 따라 다양한 각도에서 조립 가능한 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 모터 하우징(20)의 벽체 내부 및 아우터 하우징(21)의 벽체 내부에 각각 냉각수와 오일이 유동하는 이중유로를 구성하여 유수냉 복합 방열이 가능한 구조를 제공할 수 있다.
예를 들면, 냉각수는 모터 하우징(20)의 내부유로를 따라 흐르면서 스테이터 코어(220)와 오일을 냉각시킨 후 라디에이터에서 열을 방출한 다음 모터 하우징(20)으로 재순환할 수 있다.
또한, 냉각 오일은 복수의 분사홀을 통해 모터 하우징(20)의 내측공간으로 분사되어 스테이터 코일(221)과 로터를 냉각시킨 후 아우터 하우징(21)의 벽체 내부를 따라 흐르면서 냉각수에 열을 방출한 후 모터 하우징(20)의 내측공간으로 재순환할 수 있다.
아울러, 전동기(2)의 저발열 또는 저출력 조건에서는 냉각수에 의한 방열을 수행하고, 고발열 또는 고출력 조건에서는 냉각수와 오일에 의한 유수냉 복합 냉각에 의한 방열을 수행할 수 있다.
유수냉 복합 냉각방식은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 수냉식에 비해 동일 사이즈의 하우징으로 더 높은 출력의 모터를 구동할 수 있다.
둘째, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 유냉식에 비해 모터 하우징(20) 및 아우터 하우징(21)의 벽체 내부에 형성한 이중유로로 오일쿨러를 대체함으로써 비용 절감 및 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
셋째, 발열 상태에 다른 하이브리드 운전이 가능함으로써, 오일펌프(25)가 운전되는 종래의 유냉식에 비해 효율이 훨씬 높은 장점이 있다.
넷째, 외부가 저온 상태인 저발열 조건에서는 냉각수만 순환함으로써 저온에서 오일점성 증가에 따른 신뢰성 문제를 해소할 수 있다.
다섯째, 냉각수가 모터 하우징(20)의 온도를 낮춤으로써 종래의 유냉식에 비해 베어링(231)의 수명이 연장될 수 있다.
1 : 인버터 10 : 인버터 하우징
11 : 후방커버 12 : 프런트 커버
2 : 전동기 20 : 모터 하우징
201 : 리어 커버 21 : 아우터 하우징
22 : 스테이터 220 : 스테이터 코어
221 : 스테이터 코일 23 : 로터 코어
230 : 회전축 231 : 베어링
210 : 체결부 2101 : 체결홀
211 : 체결부재 212 : 연장부
24 : 제1냉각유로 240 : 열교환 셀
241 : 제1열교환 셀 245 : 제5열교환 셀
2451 : 오일주입구 246 : 격벽
247 : 연통홀 248 : 오일유입구
249 : 흡입부 25 : 오일펌프
251 : 오일 흡입구 252 : 오일분사홀
253 : 장착부 26 : 제2냉각유로
260 : 열교환 셀 261 : 제1열교환 셀
2612 : 제12열교환 셀 262 : 격벽
263 : 연통홀 264 : 오일유입홀
265 : 냉각수 유입구 266 : 냉각수 유출구
267 : 리세스부

Claims (11)

  1. 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징;
    상기 모터 하우징의 외측에 탈착 가능하게 체결되는 아우터 하우징;
    상기 아우터 하우징의 내부에 형성되고, 제1냉각유체가 내부에 흐르는 제1냉각유로;
    상기 모터 하우징의 내부에 형성되고, 상기 제1냉각유체와 열교환 가능하게 제2냉각유체가 내부에 흐르는 제2냉각유로;
    상기 제1냉각유로의 일측과 연통되며, 상기 아우터 하우징으로부터 상기 모터 하우징의 내측공간을 향해 관통 형성되어 상기 제1냉각유체를 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사홀을 포함하고,
    상기 모터 하우징 및 상기 아우터 하우징 각각은 이중벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각유체는 오일이고, 상기 제2냉각유체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 하우징은 복수의 스크류에 의해 상기 모터 하우징에 체결되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 하우징은,
    일측이 개방되고, 상기 제1냉각유로를 내부에 구비하며 원주방향을 따라 연장되는 유로바디; 및
    상기 복수의 스크류 각각이 상기 아우터 하우징과 상기 모터 하우징을 체결하도록 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아우터 하우징은,
    상기 복수의 체결부를 각각 구비하고, 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 서로를 향해 각각 더 연장되는 복수의 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 체결부는 상기 아우터 하우징의 길이방향으로 전방부와 후방부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 모터 하우징은,
    반경방향을 따라 연장되어, 상기 복수의 스크류가 체결되는 복수의 체결홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 내측공간과 연통되고, 상기 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측으로 유입시키는 복수의 유입구; 및
    상기 아우터 하우징의 외측에 장착되고, 상기 복수의 유입구를 통해 유입된 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측에서 일측으로 이동시키는 펌프부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 분사홀은 상기 아우터 하우징의 최상단부 내측에 배치되고, 상기 복수의 유입구는 상기 아우터 하우징의 최하단부 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각유로 및 상기 제2냉각유로 각각은,
    상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 복수의 열교환 셀;
    상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되고, 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및
    상기 복수의 격벽의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성되어, 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통시키는 연통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
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