KR102104565B1 - 드론용 모터의 방열 구조 - Google Patents

드론용 모터의 방열 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 회전축선에 대해 원주방향을 따라서 배치되는 권선코일과, 상기 권선코일이 설치되는 고정자 몸체를 구비하는 고정자와, 상기 권선코일과 상호작용하는 복수개의 자석들과, 상기 복수개의 자석들이 설치되는 회전자 몸체와, 상기 회전축선을 따라 연장되고 상기 회전자 몸체에 고정되는 회전 샤프트를 구비하는 회전자를 포함하는 드론용 모터의 냉각을 위한 방열 구조로서, 상기 회전 샤프트에 결합되는 회전익; 상기 회전자 몸체에 형성되어서 외기를 상기 모터의 내부로 유입시키는 공기 유입구; 및 상기 고정자 몸체에 형성되어서 상기 모터 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배기 홀을 포함하며, 상기 회전익은, 상기 회전 샤프트에 고정되는 허브와, 상기 허브로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 양력 발생 블레이드들과, 상기 허브로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 방열용 블레이드들을 구비하며, 상기 회전익의 회전에 의해 상기 복수개의 방열용 블레이드가 상기 유입구로 공기를 유동시키는 드론용 모터의 방열 구조가 제공된다.

Description

드론용 모터의 방열 구조 {COOLING STRUCTURE OF MOTOR FOR DRONE}
본 발명은 모터의 방열 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드론용 모터의 방열 구조에 관한 것이다.
통상적으로 드론(drone)이라 불리는 무인항공기는 일반적으로 전기 회전 모터에 의해 구동되는 회전익으로 양력을 발생시켜서 비행을 한다. 드론에 사용되는 모터는 단시간에 최대 출력을 발생시키기 위해 최대한의 전력을 소모하게 되며 이 과정에서 모터의 코일에서 열이 발생하게 된다. 이러한 코일의 열 발생은 코일의 저항을 증가시키고 이는 배터리 소모량 증가로 이어져서 비행 시간을 단축시키며, 지속적인 발열은 코일의 소손이나 회전축의 베어링에 영향을 미쳐서 기구적인 효율 감소를 유발할 수 있다. 이러한 이유로 드론용 모터는 코일에서 발생한 열을 방출하기 위한 방열 구조를 갖는다.
도 1은 종래의 드론용 모터의 방열 구조를 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 드론용 모터(10)는 코일(11)이 설치된 고정자(12)와, 코일(11)과 상호작용하는 자석(13)이 설치되고 고정자(12)에 대해 회전하는 회전자(14)를 구비한다. 고정자(12)에는 복수개의 흡기 홀(15)들이 형성되고, 회전자(14)에는 외부의 공기를 모터(10)의 내부 공간으로 유입시키는 복수개의 블레이드(16)들과, 측면에 위치하는 복수개의 배기 홀(17)들이 형성된다. 회전자(14)가 회전함에 따라 블레이드(16)가 함께 회전하고, 블레이드(16)의 회전에 의해 외부 공기가 흡기 홀(15)을 통해 모터(10)의 내부로 유입된 후 배기 홀(17)을 통해 배출됨으로써 방열이 이루어진다. 하지만, 이러한 종래의 방열 구조에서 복수개의 배기 홀(17)들은 가공을 통해 제작되어야 하기 때문에 제품의 가격 상승의 요인이되고, 공기의 유량을 크게 하기 위하여 배기 홀(17)의 크기를 증가시킬 경우 강도 유지가 어려워진다는 문제가 있어서 개선이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2018-0021564호 (2018.03.05.)
본 발명의 목적은 드론용 모터의 냉각에 사용될 수 있는 드론용 회전익 및 이를 구비하고 단순한 구조를 갖는 드론용 모터의 냉각 구조를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축선에 대해 원주방향을 따라서 배치되는 권선코일과, 상기 권선코일이 설치되는 고정자 몸체를 구비하는 고정자와, 상기 권선코일과 상호작용하는 복수개의 자석들과, 상기 복수개의 자석들이 설치되는 회전자 몸체와, 상기 회전축선을 따라 연장되고 상기 회전자 몸체에 고정되는 회전 샤프트를 구비하는 회전자를 포함하는 드론용 모터의 냉각을 위한 방열 구조로서, 상기 회전 샤프트에 결합되는 회전익; 상기 회전자 몸체에 형성되어서 외기를 상기 모터의 내부로 유입시키는 공기 유입구; 및 상기 고정자 몸체에 형성되어서 상기 모터 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배기 홀을 포함하며, 상기 회전익은, 상기 회전 샤프트에 고정되는 허브와, 상기 허브로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 양력 발생 블레이드들과, 상기 허브로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 방열용 블레이드들을 구비하며, 상기 회전익의 회전에 의해 상기 복수개의 방열용 블레이드가 상기 유입구로 공기를 유동시키는 드론용 모터의 방열 구조가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 드론용 모터의 회전 샤프트에 결합되어서 사용되는 회전익으로서, 상기 회전샤프트에 결합되는 허브; 상기 허브로부터 반경방향 바깥으로 연장되어서 상기 회전 샤프트의 회전에 의해 양력을 발생시키는 복수개의 양력 발생 블레이드; 상기 허브로부터 반경방향 바깥으로 연장되어서 상기 회전 샤프트의 회전에 의해 상기 모터의 냉각을 위해 상기 모터로의 공기 유동을 발생시키고 상기 양력 발생 블레이드보다 짧은 길이를 갖는 복수개의 방열용 블레이드들; 및 상기 복수개의 방열용 블레이들의 끝단을 연결하고 상기 복수개의 양력 발생 블레이드와 일체로 연결되는 밴드부를 포함하는 드론용 회전익이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 회전익에 모터로 방열용 공기를 유동시키는 블레이드가 일체로 형성되므로, 종래의 기술에 비해 방열 구조가 더욱 단순한 구성으로 이루어지고, 더욱 효율적으로 모터에 대한 냉각이 이루어질 수 있다.
도 1은 종래의 드론용 모터의 방열 구조를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론용 모터의 방열 구조를 구비하는 드론용 양력 발생장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 드론용 양력 발생 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 드론용 양력 발생 장치의 Ⅳ-Ⅳ선에 대한 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 드론용 양력 발생 장치의 회전익에 대한 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론용 모터의 방열 구조를 구비하는 드론용 양력 발생 장치에 대한 도면이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론용 모터의 방열 구조를 구비하는 드론용 양력 발생 장치(100)는 방열 대상인 모터(110)와, 모터(110)에 의해 회전하여 양력을 발생시킴과 동시에 모터(110)의 방열을 위해 모터(110)로 공기를 유동시키는 회전익(150)을 포함한다. 본 발명에 따른 드론용 모터의 방열 구조는 드론용 양력 발생 장치(100)를 설명하면서 함께 설명되며, 본 발명에 따른 드론용 모터의 방열 구조를 구비하는 드론용 양력 발생 장치(100)도 본 발명의 범위에 속할 수 있을 것이다.
모터(110)는 고정자(120)와, 고정자(120)에 대해 회전축선(A)을 중심으로 회전하는 회전자(130)을 구비한다. 회전자(130)는 고정자(120)에 회전축선(A)을 중심으로 회전가능하게 베어링(149)에 의해 결합된다. 모터(110)는 전기 회전 모터로서, 회전익(150)을 회전시키는 회전력을 발생시킨다.
고정자(120)는 고정자 몸체(121)와, 고정자 몸체(121)에 고정되는 권선 코일 모듈(125)을 구비한다.
고정자 몸체(121)는 회전축선(A)을 중심으로 하는 기둥 형상의 중심부(122)와, 중심부(122)로부터 반경방향 바깥쪽으로 확장되어 형성되는 기초판부(123)를 구비한다.
중심부(122)는 회전축선(A)을 중심으로 하는 원통형의 기둥 형상으로서, 중심부(122)의 내부에는 회전축선(A)을 따라 연장되는 중심 통로(1221)가 형성된다. 중심 통로(1221)에는 베어링(149)이 결합된다. 중심부(122)에는 원주방향을 따라서 배치되는 복수개 관통 홀(1222)들이 형성된다. 복수개의 관통 홀(1222)들은 회전축선(A)과 평행하게 연장되어서 중심부(122)를 관통한다. 복수개의 관통 홀(1222)들을 통해 모터(110)의 방열을 위한 공기가 유동한다. 중심부(122)의 외주면에 권선 코일 모듈(125)이 결합된다.
기초판부(123)는 중심부(122)의 높이방향 일단(도면에서 하단)으로부터 반경방향 바깥으로 확장되어서 형성된다. 기초판부(123)는 대체로 회전축선(A)을 중심으로 하는 링 형태로서, 회전축선(A)과 직각을 이룬다. 기초판부(123)에는 원주방향을 따라서 배치되는 복수개의 배기 홀(124)들이 형성된다. 복수개의 배기 홀(124)들은 권선 코일 모듈(125)에 인접하여 위치한다. 복수개의 배기 홀(124)들을 통해 모터(110)의 방열을 위한 공기가 모터(110) 내로 유입된 공기가 모터(110)의 외부로 배출된다.
권선 코일 모듈(125)은 코어(126)와, 코어(126)에 권취되는 권선코일(129)을 구비한다. 코어(126)는 링 형태의 요크부(127)와, 요크부(127)로부터 반경방향 바깥으로 돌출되어서 형성되는 복수개의 치부(128)들을 구비한다.
요크부(126)는 회전축선(A)을 중심으로 하는 링 형태로서, 고정자 몸체(121)의 중심부(122)의 외주면을 둘러싸도록 고정자 몸체(121)에 고정된다.
복수개의 치부(128)들은 요크부(127)의 외주면으로부터 반경방향 바깥으로 돌출되어서 형성되며, 원주방향을 따라서 등간격으로 배치된다. 복수개의 치부(128)들 각각에 권선코일(129)이 권취된다.
권선 코일(129)은 코어(126)에 구비되는 복수개의 치부(128)들 각각에 권취되어서 형성된다. 모터(110)의 구동시 권선 코일(129)에서 열이 발생하며, 권선 코일(129)에서 발생한 열은 본 발명에 따른 방열 구조에 의해 외부로 배출되어서 모터(110)가 냉각된다. 권선 코일(129)을 원주방향을 따라서 배치되며, 권선 코일(129)의 아래에 인접하여 복수개의 배기 홀(124)들이 위치한다.
회전자(130)는 고정자(120)에 대해 회전축선(A)을 중심으로 회전하도록 베어링(149)에 의해 지지되어서 고정자(120)에 결합된다. 회전자(130)는 덮개판(131)과, 덮개판(131)에 고정되는 측벽(140)과, 측벽(140)에 고정되어서 설치되는 복수개의 자석(145)들과, 덮개판(131)에 고정되는 회전 샤프트(148)를 구비한다.
덮개판(131)는 회전축선(A)과 직각을 이루며 배치되는 원판 형상으로서, 회전축선(A)이 통과하는 덮개판(131)의 중심에는 회전 샤프트(148)가 관통하여 결합되는 결합 통로(132)가 형성된다. 덮개판(131)은 회전 샤프트(148)와 함께 회전축선(A)을 중심으로 회전하게 된다. 또한, 덮개판(131)에는 외부의 공기를 모터(110)의 내부로 유입시키는 복수개의 공기 유입구(133)들이 원주방향을 따라서 배치된다. 유입되는 공기의 유량을 증가시키기 위하여 공기 유입구(133)는 가능한 크게 형성되는 것이 바람직하다. 덮개판(131)은 고정자(120)의 권선코일(129)을 사이에 두고 고정자(120)의 기초판부(123)의 반대편에 위치하도록 도면상 고정자(120)의 위에 위치한다. 덮개판(131)의 테두리에 측벽(140)이 결합된다.
측벽(140)은 덮개판(131)의 테두리에 고정된다. 측벽은 덮개판(131)의 테두리로부터 도면 상 아래로 연장되도록 형성되어서 고정자(120)의 권선코일(129)을 측면에서 빙둘러서 에워싸게 된다. 측벽(140)의 내면에는 복수개의 자석(145)들이 고정되도록 결합된다. 본 실시예에서는 덮개판(131)과 측벽(140)이 별도의 부재가 결합되어서 형성되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 하나의 부재로서 일체로 형성되어서 회전자 몸체를 형성할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
복수개의 자석(145)들은 측벽(140)의 내면에 원주방향을 따라서 배치되도록 고정되어서 결합된다. 복수개의 자석(145)들은 고정자(120)의 권선코일(129)과 상호작용하여 회전축선(A)을 중심으로 하는 회전력을 발생시켜서, 회전자(130)를 고정자(120)에 대해 회전축선(A)을 중심으로 회전시키게 된다.
회전 샤프트(148)는 회전축선(A)을 따라서 연장되며, 덮개판(131)에 형성된 결합 통로(132)를 관통하며 덮개판(131)에 고정된다. 회전 샤프트(148)는 고정자(120)의 고정자 몸체(121)에 형성된 중심 통로(1221)를 통과하며 중심 통로(1221)에 설치된 베어링(148)에 의해 회전가능하게 지지된다. 회전 샤프트(148)의 일단(도면에서 상단)은 덮개판(131)의 바깥으로 돌출되며, 덮개판(131)의 바깥으로 돌출된 부분에 회전익(150)이 고정되도록 결합된다.
도 5에는 도 2에 도시된 회전익(150)의 전체 형상이 사시도로서 도시되어 있다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 회전익(150)은 모터(110)의 회전 샤프트(148)에 결합되는 허브(160)와, 허브(160)로부터 반경방향 바깥으로 연장되는 복수개의 양력 발생 블레이드(170)들과, 허브(160) 및 복수개의 양력 발생 블레이드(170)와 일체로 형성되는 방열 팬(180a)을 구비한다. 회전익(150)은 모터(110)의 회전 샤프트(148)가 회전함에 따라 함께 회전하여, 양력 발생 블레이드(170)에 의해 드론의 비행에 필요한 양력이 발생함과 동시에 방열 팬(180a)에 의해 모터(110)의 방열을 위한 공기의 유동이 발생한다.
허브(160)는 모터(110)의 회전 샤프트(148)에 결합되어서 고정되며, 복수개의 양력 발생 블레이드(170)들은 허브(160)와 일체로 형성되며 허브(160)로부터 반경방향 바깥으로 연장되고 회전축선(A)을 중심으로 회전하면서 드론의 비행에 필요한 양력을 발생시킨다. 허브(160)와 복수개의 양력 발생 블레이드(170)의 구성은 통상의 회전익 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
방열 팬(180a)은 허브(160) 및 복수개의 양력 발생 블레이드(170)들과 일체로 형성되어서, 복수개의 양력 발생 블레이드(170)들과 함께 회전하면서 모터(110)의 방열을 위한 공기의 유동을 발생시킨다. 방열 팬(180a)은 허브(160)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되어서 형성되는 복수개의 방열용 블레이드(180)들과, 복수개의 방열용 블레이드(180)들의 반경방향 끝단을 연결하는 밴드부(198)를 구비한다.
복수개의 방열용 블레이드(180)들은 허브(160)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되어서 형성되고 원주방향을 따라서 차례대로 배치된다. 방열용 블레이드(180)의 반경방향 길이는 양력 발생 블레이드(170)보다 짧게 형성된다. 복수개의 방열용 블레이드(180)들 각각은 회전익(150)의 회전에 따라 공기를 모터(110) 쪽으로 유동시키도록 경사진다. 복수개의 방열용 블레이드(180)들 각각의 반경방향 바깥 끝단은 모터(110)의 바깥 측면에 대응하여 위치하며, 복수개의 방열용 블레이드(180)들의 반경방향 바깥 끝단은 밴드부(198)에 의해 연결된다.
밴드부(198)는 대체로 고리 형태로서, 복수개의 방열용 블레이드(180)들의 반경방향 끝단을 연결한다. 밴드부(198)는 방열 팬(180a)을 구조적으로 강화하고 진동 발생을 방지함과 동시에 방열용 블레이드(180)의 회전에 의해 발생하는 공기의 유동을 최대한 모터(110) 쪽으로 유도한다. 밴드부(198)는 복수개의 양력 발생 블레이드(170)들과 일체로 형성된다.
모터(110)에 의해 회전익(150)이 회전축선(A)을 중심으로 회전함에 따라, 양력 발생용 블레이드(170)에 의해 양력(도면에서 상방)이 발생함과 동시에 방열 팬(180a)의 복수개의 방열용 블레이드(180)들에 의해 공기가 모터(110)를 향해(도면에서 하방) 유동하게 된다. 복수개의 방열용 블레이드(180)들에 의해 발생한 공기 유동은 모터(110)의 회전자(130)에 형성된 복수개의 공기 유입구(133)들을 통해 모터(110)의 내부로 유입된다. 모터(110)의 내부로 유입된 공기 중 일부는 권선코일(129)을 통과하여 고정자(120)의 기초판부(123)에 형성된 복수개의 배기 홀(124)들을 통해 배출되고 나머지는 중심부(122)에 형성된 복수개의 관통 홀(1222)들을 통과하여 외부로 배출되어 방열이 이루어짐으로써, 모터(110)의 냉각이 이루어진다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
110 : 모터 120 : 고정자
121 : 고정자 몸체 124 : 배기 홀
125 : 권선 코일 모듈 129 : 권선코일
130 : 회전자 131 : 덮개판
133 : 공기 유입구 140 : 측벽
145 : 자석 148 : 회전 샤프트
150 : 회전익 160 : 허브
170 : 양력 발생 블레이드 181 : 방열 블레이드
198 : 밴드부 1222 : 관통 홀

Claims (8)

  1. 회전축선에 대해 원주방향을 따라서 배치되는 권선코일과, 상기 권선코일이 설치되는 고정자 몸체를 구비하는 고정자와, 상기 권선코일과 상호작용하는 복수개의 자석들과, 상기 복수개의 자석들이 설치되는 회전자 몸체와, 상기 회전축선을 따라 연장되고 상기 회전자 몸체에 고정되는 회전 샤프트를 구비하는 회전자를 포함하는 드론용 모터의 냉각을 위한 방열 구조로서,
    상기 회전 샤프트에 결합되는 회전익;
    상기 회전자 몸체에서 상기 회전익과 인접하고 상기 회전 샤프트가 관통하여 결합되는 덮개판에 형성되어서 외기를 상기 모터의 내부로 유입시키는 공기 유입구; 및
    상기 고정자 몸체에 형성되어서 상기 모터 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배기 홀을 포함하며,
    상기 회전익은, 상기 회전 샤프트에 고정되는 허브와, 상기 허브와 일체로 형성되고 상기 허브로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 양력 발생 블레이드들과, 상기 허브와 일체로 형성되고 상기 허브로부터 반경방향 바깥쪽으로 상기 양력 발생 블레이드보다 짧게 연장되는 복수개의 방열용 블레이드들과, 상기 복수개의 방열용 블레이드들의 반경방향 끝단을 연결하고 상기 복수개의 양력 발생 블레이드들과 일체로 연결되는 밴드부를 구비하며,
    상기 복수개의 방열용 블레이드들 각각의 반경방향 끝단은 상기 모터의 바깥 측면에 대응하여 위치하며,
    상기 회전익의 회전에 의해 상기 복수개의 방열용 블레이드가 상기 유입구로 공기를 유동시키는 드론용 모터의 방열 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기 유입구는 상기 복수개의 방열용 블레이드들과 인접하여 위치하고, 상기 배기홀은 상기 권선코일을 사이에 두고 상기 회전축선 방향을 따라서 상기 공기 유입구의 반대편에 위치하는 드론용 모터의 방열 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 공기 유입구는 원주방향을 따라서 복수개가 배치되는 드론용 모터의 방열 구조.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 배기 홀은 원주방향을 따라서 복수개가 배치되는 드론용 모터의 방열 구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정자 몸체는 기둥 형상의 중심부를 구비하며,
    상기 권선코일은 상기 중심부의 외주를 둘러싸도록 배치되며,
    상기 중심부에는 상기 모터의 내부와 외부를 연통시키는 복수개의 관통 홀들이 형성되는 드론용 모터의 방열 구조.
  8. 삭제
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