KR102176370B1

KR102176370B1 - 전동기

Info

Publication number: KR102176370B1
Application number: KR1020180081224A
Authority: KR
Inventors: 김종수; 곽태희; 문정욱; 조창흠
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-11-09
Also published as: KR20200007293A

Abstract

본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징; 오일이 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 형성된 제1냉각유로; 냉각수가 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 상기 제1냉각유로와 별개로 형성되는 제2냉각유로; 상기 모터 하우징의 내측 공간에 원주방향을 따라 연장되는 오일분배기; 상기 오일분배기에 원주방향을 따라 이격 배치되고, 상기 오일분배기에서 하방향으로 관통 형성되어 상기 오일분배기에 의해 분배된 오일을 상기 스테이터의 스테이터 코일로 분사하는 복수의 분사홀; 및 상기 제1냉각유로와 상기 오일분배기를 연결하는 오일유로연결부를 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.

또한, 종래의 직접 냉각 방식이 적용된 전동기에 관한 선행특허기술문헌을 살펴보면 다음과 같다.

공개특허 10-2015-0051682(이하, 특허문헌 1)에는 모터 하우징의 바닥면에 잠겨있는 오일을 오일 처닝 장치에 의해 펌핑하여 스테이터, 로터 및 샤프트를 직접 냉각하는 모터 냉각구조가 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1은 열이 가장 많이 발생하는 스테이터 코일에 오일을 직접 분사하는 분사장치가 구비되지 않아 모터의 냉각성능을 높이는 데에는 한계가 있으며, 예를 들면50kW 이상급의 차량용 구동모터를 냉각하는데 한계가 있다.

또한, US 2004/0163409 A1(이하, 특허문헌 2; 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 2에서 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 2는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 스테이터 코어는 복수의 전기강판을 적층시켜 결합시킨 원통형태로 구성되어, 오일 냉각통로를 모터의 슬롯에 고정하기에 곤란한 문제가 있다.

둘째, 오일펌프는 모터 하우징의 외부에 설치되고, 오일 냉각통로는 하우징 내측의 스테이터 코어의 일측면에서 스테이터 코일을 감싸도록 배치되어, 오일펌프와 오일 냉각통로를 연결하기 위한 연결구조물을 형성하기도 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 오일을 스테이터 코일에 직접 분사하기 위한 오일분배기를 하우징의 내측 천정에 매다는 방식으로 고정함으로써, 오일분배기의 고정이 용이한 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 오일분배기와 오일펌프를 연결하기 위해 오일유로가 모터 하우징의 내부에 형성되고, 오일유로와 오일분배기를 연결하는 오일유로연결부를 모터 하우징의 내측 천정에서 하방향으로 오일분배기까지 연장함으로써, 오일펌프와 오일분배기를 연결하기 위한 별도의 연결구조물이 불필요한 전동기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전동기는 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징; 오일이 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 형성된 제1냉각유로; 냉각수가 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 상기 제1냉각유로와 별개로 형성되는 제2냉각유로; 상기 모터 하우징의 내측 공간에 원주방향을 따라 연장되는 오일분배기; 상기 오일분배기에 원주방향을 따라 이격 배치되고, 상기 오일분배기에서 하방향으로 관통 형성되어 상기 오일분배기에 의해 분배된 오일을 스테이터 코일로 분사하는 복수의 분사홀; 및 상기 제1냉각유로와 상기 오일분배기를 연결하는 오일유로연결부를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 축방향을 따라 형성된 양측 개구부를 덮도록 배치되는 커버에 각각 설치되어, 상기 모터 하우징의 중심부에 축방향을 따라 연장되는 회전축의 양단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 더 포함하고, 상기 오일분배기는, 상기 오일분배기에서 분기 형성되고 상기 베어링을 향해 경사지게 연장되어 상기 오일은 상기 베어링으로 분사하는 베어링 분사노즐을 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징은, 상기 제1냉각유로가 내부에 형성되는 아우터 하우징; 및 상기 제2냉각유로가 내부에 형성되는 이너 하우징를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 오일분배기는 상기 이너 하우징의 내측에 배치되고, 상기 오일유로연결부는 상기 아우터 하우징의 최상단에서 상기 이너 하우징을 관통하여 상기 오일분배기의 원주상의 정중앙부로 연장되며 상기 제1냉각유로와 상기 오일분배기를 연결할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 오일분배기는, 상기 복수의 분사홀을 구비하고, 원호 형상으로 형성되는 곡면부; 및 상기 곡면부의 폭방향을 따라 양측면에서 반경방향 외측으로 돌출 형성되는 측면부를 포함하여, 상방향으로 개방되는 개방유로 구조를 형성할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 오일분배기는 상기 상방향으로 개방되는 개방부가 상기 모터 하우징의 내주면에 의해 덮이도록 구성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로는 서로 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 오일분배기는 상기 모터하우징의 길이방향을 따라 전단부와 후단부에 각각 설치되고, 상기 복수의 분사홀은 스테이터 코어의 양단부로부터 길이방향을 따라 돌출된 상기 스테이터 코일의 엔드코일을 향해 분사할 수 있다.

상기 제1냉각유로는, 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되고, 상기 모터 하우징의 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 열교환 셀; 상기 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀 사이에 배치되어 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통되도록 상기 복수의 격벽의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성되는 연통유로를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제2냉각유로는 상기 이너 하우징의 원주방향을 따라 복수 개로 연장되고, 상기 복수 개로 연장되는 상기 제2냉각유로는 상기 이너 하우징의 길이방향으로 이격 배치되고, 상기 길이방향으로 이웃하는 두 제2냉각유로 사이에 유로형성부가 형성되고, 상기 유로형성부는 상기 원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제2냉각유로를 형성할 수 있다. 냉각수 유입구와 냉각수 유출구는 냉각수의 흐름방향을 기준으로 상기 복수의 제2냉각유로의 상류측과 하류측에 각각 연통되게 연결될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수 개의 제2냉각유로는 상기 이너 하우징의 반경방향 외측으로 개방되고, 상기 아우터 하우징의 내주면에 의해 덮이도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전동기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

첫째, 모터 하우징의 내측공간에서 원호 형상으로 연장되는 오일분배기를 구비하고, 복수의 분사홀이 오일분배기의 원주방향을 따라 이격 배치되어, 오일의 분사영역에 있어서 데드 존(dead zone; 스테이터 코일에서 오일이 분사되지 않는 영역)을 없애고, 차량이 오르막길 또는 내리막길 주행 중 오일이 모터 하우징 내부에서 어느 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생하는 경우에도 오일이 스테이터 코일에 골고루 분사되어 전동기의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

둘째, 오일분배기에 베어링 분사노즐을 더 구비하여, 베어링 분사노즐을 통해 베어링으로 오일을 분사함으로써, 베어링에 대한 냉각 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 베어링의 수명을 연장시킬 수 있다.

셋째, 오일분배기는 상방향으로 개방되는 오픈 플로우 패스(open flow path) 구조를 형성하여 오일의 유동단면적을 증가시킴으로 오일의 압력 손실을 저감할 수 있다.

넷째, 모터 하우징의 내부에 오일과 냉각수가 각각 별개의 유로로 흐르도록 하는 이중 유로를 구비하여, 오일은 스테이터 코일 및 베어링 등으로부터 흡수한 열을 냉각수로 방출한 후 모터 하우징의 내부로 재순환함으로써, 오일의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

다섯째, 모터 하우징의 이중 냉각유로 구조에 의하면, 유수냉 복합 냉각방식을 적용하여 저발열(저출력) 조건에서 냉각수에 의해 전동기를 냉각하여 방열시키고, 고발열(고출력) 조건에서는 냉각수 및 냉각오일에 의한 방열을 수행함으로써, 기존의 수냉식에 비해 출력밀도를 향상시켜 동일 사이즈의 하우징으로 더 높은 출력의 전동기를 구동할 수 있다.

여섯째, 모터 하우징의 벽체 내부에 형성된 이중 냉각유로가 기존의 유냉식에서 사용되었던 오일쿨러를 대체함으로써, 비용을 절감할 수 있고 전동기의 컴팩트(compact)한 구조를 구현할 수 있다.

일곱째, 전동기의 발열상태에 따라 하이브리드 운전이 가능함으로써, 오일펌프가 운전되는 종래의 유냉식에 비해 효율이 높은 장점이 있다.

여덟째, 외부 환경이 저온상태인 저발열 조건에서 냉각수만 순환시킴으로써 저온에서 오일의 점성이 증가함으로 인해 오일 냉각에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 휠을 구동하기 위한 구동시스템을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 전동기의 후방에서 하우징의 천정에 매달린 형태로 설치된 오일분배기의 저면을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2에서 이너 하우징을 제거한 후 오일분배기의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에서 오일분배기의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 1에서 V-V를 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 전기자동차의 휠을 구동하기 위한 구동시스템(1)을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에서 전동기(2)의 후방에서 하우징의 천정에 매달린 형태로 설치된 오일분배기(27)의 저면을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2에서 이너 하우징(240)을 제거한 후 오일분배기(27)의 모습을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3에서 오일분배기(27)의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 1에서 V-V를 따라 취한 단면도이다.

본 발명의 구동시스템(1)은 전동기(2)와 전동기(2)를 구동하기 위한 인버터(3)를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 전동기(2)는 전기 자동차 또는 하이브리드 차량에 적용될 수 있다. 전동기(2)는 차량의 주행용 휠을 구동시키기 위한 구동력을 제공할 수 잇다.

전동기(2)는 모터 하우징(23)을 포함한다. 모터 하우징(23)의 내부에 스테이터(21)와 로터가 구비될 수 있다. 스테이터(21)는 스테이터 코어(210)와 스테이터 코어(210)에 권선되는 스테이터 코일(211)을 포함한다.

스테이터 코어(210)는 복수의 전기강판을 적층 결합하여 원통형으로 형성될 수 있다. 스테이터 코어(210)는 스테이터 코일(211)이 권선되도록 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 슬롯을 구비한다.

스테이터 코일(211)은 복수의 슬롯으로부터 스테이터 코어(210)의 축방향으로 돌출되는 엔드 코일을 포함한다.

로터는 스테이터 코어(210)의 내부에 구비되어, 스테이터(21)에 대하여 회전 가능하게 설치될 수 있다. 로터의 내부에 회전축(221)이 구비되어, 로터는 회전축(221)과 함께 회전 가능하게 구비될 수 있다.

모터 하우징(23)은 스테이터(21) 및 로터를 수용하도록 원통하여 구성될 수 있다.

모터 하우징(23)은 축방향을 따라 양방향으로 개방될 수 있다.

모터 하우징(23)은 전단부와 후단부에 각각 복수의 체결부(25)를 구비할 수 있다.

모터 하우징(23)의 후단부에 리어커버(24)가 체결되어, 모터 하우징(23)의 후방을 커버할 수 있다. 리어커버(24)는 플레이트 형태로 모터 하우징(23)의 후방을 덮도록 구성되고, 모터 하우징(23)과 체결될 수 있도록 복수의 체결부(25)가 형성될 수 있다.

인버터(3)는 내부에 전동기(2)를 구동하기 위한 전자 부품을 수용하기 위한 원통형의 인버터 하우징(31)을 포함하여 구성된다. 인버터 하우징(31)은 모터 하우징(23)의 전단부에 체결될 수 있다.

인버터 하우징(31)은 모터 하우징(23)의 전단부에서 축방향으로 연장되게 구성되고, 인버터 하우징(31)의 전단부와 후단부에서 각각 반경방향 외측으로 돌출 형성되는 복수의 체결부(25)를 구비할 수 있다. 복수의 체결부(25)는 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

인버터 하우징(31)의 전단부에 프런트 커버(32)가 체결되어, 인버터 하우징(31)의 전방을 커버할 수 있다. 프런트 커버(32)는 원형 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 프런트 커버(32)의 외주면에서 반경방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 체결부(25)를 구비할 수 있다.

프런트 커버(32), 인버터 하우징(31), 모터 하우징(23) 및 리어커버(24) 각각은 복수의 체결부(25)에 형성된 체결홀을 통해 볼트로 체결될 수 있다.

모터 하우징(23)은 이중 냉각유로를 구비할 수 있다. 이중 냉각유로 각각은 서로 다른 유체가 흐르도록 구성될 수 있다. 이중 냉각유로 중 하나의 냉각유로는 오일이 흐르도록 구성될 수 있다. 이중 냉각유로 중 다른 하나의 냉각유로는 냉각수가 흐르도록 구성될 수 있다.

모터 하우징(23)은 아우터 하우징(230)과 이너 하우징(240)으로 구성될 수 있다.

아우터 하우징(230)은 내부에 중공부를 구비하는 원통형으로 형성될 수 있다.

아우터 하우징(230)은 내부에 중공부를 구비하는 원통형으로 형성될 수 있다. 아우터 하우징(230)은 오일이 흐르는 제1냉각유로(233)를 구비할 수 있다.

이를 위해, 인버터 하우징(31)이 위치하는 모터 하우징(23)의 전방에서 모터 하우징(23)을 축방향으로 바라볼 때 왼쪽 반원부(231)와 오른쪽 반원부(232)는 내경이 서로 같고 외경이 다를 수 있다. 오른쪽 반원부(232)가 직경이 왼쪽 반원부(231)보다 더 크게 형성될 수 있다.

왼쪽 반원부(231)와 오른쪽 반원부(232) 각각의 상단부와 하단부는 반경방향으로 단차지게 형성될 수 있다. 오른쪽 반원부(232)는 왼쪽 반원부(231)보다 반경방향을 따라 외측으로 더 확장되게 형성될 수 있다.

왼쪽 반원부(231)와 오른쪽 반원부(232) 각각은 길이방향을 따라 직경이 일정하게 형성될 수 있다.

오른쪽 반원부(232)의 내부에 제1냉각유로(233)가 구비될 수 있다.

오른쪽 반원부(232)의 상단에 제1냉각유로(233)로 오일을 주입하기 위한 오일주입구(243)(2321)가 형성될 수 있다. 오일주입구(243)(2321)를 막도록 오일마개가 탈착 가능하게 장착될 수 있다.

제1냉각유로(233)는 오일의 순환을 위한 유로를 형성할 수 있다.

제1냉각유로(233)는 복수의 열교환 셀(2331)을 구비할 수 있다.

복수의 열교환 셀(2331)은 아우터 하우징(230)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 복수의 열교환 셀(2331) 각각은 아우터 하우징(230)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.

복수의 열교환 셀(2331)은 반경방향을 따라 연장되는 복수의 격벽(2332)에 의해 구획될 수 있다. 복수의 격벽(2332) 각각은 아우터 하우징(230)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.

오른쪽 반원부(232)에는 원주방향으로 서로 인접하는 열교환 셀(2331)을 연통되게 연결하는 연통유로(2333)가 더 구비되어, 복수의 열교환 셀(2331)은 하나의 제1냉각유로(233)를 형성할 수 있다.

복수의 격벽(2332) 각각은 복수의 열교환 셀(2331)보다 축방향의 길이가 더 짧게 형성되어, 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(2331)을 연통되게 연결할 수 있다.

복수의 연통유로(2333) 각각은 복수의 열교환 셀(2331)의 전단 또는 후단과 격벽(2332)의 일단부 사이에 각각 형성될 수 있다.

복수의 연통유로(2333) 각각은 원주방향을 따라 복수의 열교환 셀(2331)의 전단부와 후단부를 번갈아가면서 배치될 수 있다.

리어커버(24)는 복수의 열교환 셀(2331)의 후단을 덮도록 결합될 수 있다. 리어커버(24)는 복수의 격벽(2332) 각각의 후단부와 원주방향을 따라 번갈아 가면서 선택적으로 접촉될 수 잇다.

인버터 하우징(31)의 후단부는 복수의 열교환 셀(2331)의 전단을 덮도록 결합될 수 있다. 인버터 하우징(31)의 후단부는 복수의 격벽(2332) 각각의 전단부와 원주방향을 따라 번갈아 가면서 선택적으로 접촉될 수 있다.

복수의 열교환 셀(2331)의 격벽(2332)은 오일의 유동방향을 아우터 하우징(230)의 길이방향을 따라 전방 또는 후방을 향해 흐르도록 유도할 수 있다.

복수의 연통유로(2333)는 오일의 유동방향을 원주방향을 따라 흐르도록 유도할 수 있다.

복수의 열교환 셀(2331)은 오른쪽 반원부(232)의 하단에서 상단을 향하여 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 제1 내지 제5열교환 셀(2331)을 구비할 수 있다.

이너 하우징(240)의 저면에 오일 유입구가 형성될 수 있다.

복수의 열교환 셀(2331) 중 모터 하우징(23)의 최하단에 위치하는 제1열교환 셀(2331)은 오일 유입구와 연통되는 셀 유입구를 구비하고, 오일 유입구를 통해 유입되는 오일이 제1열교환셀의 내부로 유입될할 수 있다.

오일펌프(26)는 모터 하우징(23)의 오른쪽 측면 하부에 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 오일펌프(26)는 전기에너지로 구동되는 전동펌프로 구성될 수 있다.

펌프 장착부는 아우터 하우징(230)의 오른쪽 반원부(232) 측면 하부에 돌출 형성될 수 있다. 펌프 장착부의 내측에 펌프토출구가 형성될 수 있다. 펌프 장착부의 저면에 펌프흡입구(261)가 형성될 수 있다.

펌프유입구는 연결호스에 의해 제1열교환 셀(2331)과 연통되게 연결될 수 있다. 펌프 토출구는 제2열교환 셀(2331)과 연통되게 연결될 수 있다.

오일펌프(26)는 펌프하우징, 펌핑블레이드 및 펌핑모터를 포함하여 구성될 수 있다.

펌프하우징과 펌프 장착부 각각의 네 귀퉁이에 복수의 결합부가 형성되고, 복수의 결합부에 결합홀에 형성되고, 펌프하우징과 펌프 장착부는 복수의 스크류로 나사결합될 수 있다.

펌핑블레이드는 펌프하우징의 내부에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 펌핑모터가 가동되면, 오일펌프(26)는 펌프흡입구(261)를 통해 오일을 흡입하여 펌프하우징의 내부로 유입시킨 후 펌핑블레이드의 회전으로 오일을 펌핑하여 펌프토출구를 통해 제2열교환 셀(2331)의 내부로 토출시킬 수 있다.

오일은 제2열교환 셀(2331)로부터 제3열교환 셀(2331) 내지 제5열교환 셀(2331) 순서로 원주방향을 따라 지그재그 형태로 이동할 수 있다.

오일은 제5열교환 셀(2331)로 이동한 후, 제5열교환셀의 저면에 형성된 복수의 셀 유출홀(262)을 통해 이너 하우징(240)의 상부 내측으로 유출될 수 있다. 복수의 셀 유출홀(262)은 제5열교환 셀(2331)의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

본 발명은 오일을 이용하여 전동기(2)를 직접 냉각하기 위해 복수의 오일분배기(27)를 구비한다.

오일분배기(27)는 원호 형상으로 형성되는 분배바디(271) 및 분배바디(271)의 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 분사홀(272)을 포함하여 구성된다.

분배바디(271)는 원호 형상의 곡선부(2711)와 곡선부(2711)의 폭방향을 따라 양측면에서 상방향으로 돌출 형성되는 복수의 측면부(2712)로 구성될 수 있다. 곡선부(2711)는 곡선형 플레이트로 구성될 수 있다.

곡선부(2711)와 복수의 측면부(2712)는 상방향으로 개방되는 “ㄷ”자 형태의 단면형상을 가질 수 있다.

분배바디(271)의 정중앙부에 오일유로연결부(273)가 상방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 오일유로연결부(273)는 원형 파이프 형태로 구성될 수 있다. 오일유로연결부(273)는 상측이 오일유로의 셀 유출홀(262)과 연결되고, 하측이 분배바디(271)의 정중앙부에 연통되게 연결될 수 있다.

분배바디(271)의 정중앙부는 이너 하우징(240)의 내측 최상단에 인접하게 배치되고, 분배바디(271)는 이너 하우징(240)의 내측 최상단에서 원주방향을 따라 연장되어 분배바디(271)의 양단부 사이의 원호길이가 대략 원주의 1/3일 수 있다. 그러나, 오일분배기(27)의 원호 길이는 이에 한정되지 않는다.

오일유로연결부(273)의 하단에 연통홀(274)이 분배바디(271)의 원주방향을 따라 양쪽 끝을 향해 각각 개방되게 형성될 수 있다.

오일유로연결부(273)는 이너 하우징(240)의 상부벽을 반경방향으로 관통하여 셀 유출홀(262)과 결합되도록 구성될 수 있다.

오일분배기(27)는 이너 하우징(240)의 내측 천정에 매달린 형태로 설치될 수 있다.

복수의 오일분배기(27)는 모터 하우징(23)의 전단부와 후단부에 각각 설치될 수 있다.

분배바디(271)에 복수의 분사홀(272)이 원주방향을 따라 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 분사홀(272)은 스테이터 코일(211)의 엔드 코일을 향해 오일이 분사되도록 분배바디(271)의 곡선부(2711)에 두께방향 또는 중력방향으로 관통 형성될 수 있다.

오일분배기(27)는 원주방향을 따라 복수의 분사홀(272)로 오일을 균일하게 분배하도록 구성될 수 있다.

복수의 분사홀(272)은 원주방향을 따라 오일의 균일한 분배를 위해 정중앙부에서 양단부로 갈수록 간격이 좁아지게 배치될 수 있다.

복수의 분사홀(272)은 오일의 균일한 분배를 위해 정중앙부에서 양단부로 갈수록 홀 직경이 증가하게 형성될 수 있다.

셀 유출홀(262)에서 유출된 오일은 오일유로연결부(273)를 통해 하강하여 오일분배기(27)로 이동할 수 있다.

오일은 오일분배기(27)를 따라 이동하면서 복수의 분사홀(272)로 분배되고, 분배된 오일은 복수의 분사홀(272) 각각을 통해 엔드코일을 향해 반경방향 또는 중력방향으로 분사되어, 스테이터 코일(211)에서 발생한 열을 흡수할 수 있다.

오일분배기(27)는 복수의 베어링(29) 분사노즐(275)을 더 구비할 수 있다.

베어링(29) 장착부(28)는 인버터 하우징(31)의 후방커버와 리어커버(24)에 각각 형성될 수 있다. 베어링(29)은 회전축(221)의 양단부를 회전 가능하게 지지하기 위해 베어링(29) 장착부(28)에 삽입 결합될 수 있다.

베어링(29)은 로터 코어(22) 및 회전축(221)의 회전에 의한 마찰열로 인해 열을 받거나, 로터 코어(22)에 설치되는 영구자석에서 발생하는 열이 로터 코어(22) 및 회전축(221)을 통해 베어링(29)으로 전달될 수 있다.

베어링(29) 분사노즐(275)은 베어링(29)에서 발생하는 열을 냉각하기 위해 오일을 분사하도록 구성된다.

베어링(29) 분사노즐(275)은 오일분배기(27)에서 베어링(29)을 향해 분기 형성될 수 있다. 베어링(29) 분사노즐(275)은 오일분배기(27)의 측면부(2712)에서 베어링(29)을 향해 하향 경사지게 형성될 수 있다. 베어링(29) 분사노즐(275)은 파이프 형태로 구성될 수 있다.

베어링(29) 분사노즐(275)의 일단부는 오일분배기(27)와 연통되게 연결되고, 베어링(29) 분사노즐(275)의 타단부는 이너 하우징(240)의 내측공간과 연통될 수 있다.

오일은 오일분배기(27)에서 베어링(29) 분사노즐(275)로 이동하여, 베어링(29) 분사노즐(275)을 통해 엔드 코일로 분사될 수 있다.

오일분배기(27)는 스테이터 코어(210)의 중심을 지나는 직경방향의 수평선을 기준으로 스테이터 코일(211)의 외주부 상측에 배치되는 것이 바람직하다.

이에 의하면, 오일펌프(26)의 펌핑 압력이 감소되어도 오일은 펌핑 압력 외에 중력을 추가적으로 받아 스테이터 코일(211) 및 베어링(29)에 분사될 수 있다.

본 발명의 오일분배기(27)에 의하면, 오일분배기(27)의 분배바디(271)가 상방향으로 개방되는 단면형상을 구조로 형성되어 압력 손실을 저감할 수 있다.

만약, 분배바디(271)의 상면이 막혀 있는 구조라면, 분배바디(271)의 내부를 따라 흐르는 오일의 단면적이 좁아지게 되고, 이로 인해, 유동저항이 증가하여 압력 손실이 증가하는 문제가 발생한다.

본 발명에서 오일분배기(27)의 양쪽 측면부(2712)는 이너 하우징(240)의 내주면에 밀착되게 배치되어, 분배바디(271)의 상측 개방부가 이너 하우징(240)의 내주면에 의해 덮이도록 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 분배바디(271)를 따라 흐르는 오일이 양쪽 측면부(2712)와 이너 하우징(240)의 내주면 사이의 틈새로 누설되는 것을 차단함으로써, 오일펌프(26)로부터 오일에 제공된 펌핑 압력이 손실되는 것을 저감할 수 있다.

이너 하우징(240)은 아우터 하우징(230)의 내주면에 열압입되어 결합될 수 있다.

이너 하우징(240)은 내부에 중공부를 구비하는 원통형으로 구성될 수 있다. 이너 하우징(240)은 축방향으로 따라 양측단부가 개방되게 형성될 수 있다. 이너 하우징(240)은 외경이 아우터 하우징(230)의 내경과 동일하게 형성될 수 있다.

이너 하우징(240)의 중공부에 스테이터(21)와 로터가 수용될 수 있다. 스테이터 코어(210)는 이너 하우징(240)에 압입되어 결합될 수 있다.

이너 하우징(240)의 내부에 냉각수가 흐르도록 복수의 제2냉각유로(241)가 구비될 수 있다.

복수의 제2냉각유로(241)는 제1냉각유로(233)와 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 복수의 제2냉각유로(241) 각각은 원주방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다.

복수의 제2냉각유로(241)는 이너 하우징(240)의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

복수의 유로형성부(242)는 원주방향을 따라 연장되고, 이너 하우징(240)의 외주면에서 반경방향으로 돌출되며, 이너 하우징(240)의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

복수의 제2냉각유로(241) 각각은 길이방향을 따라 인접하게 배치되는 두 유로형성부(242) 사이에 형성될 수 있다.

복수의 제2냉각유로(241) 각각은 반경방향을 따라 외측으로 개방되게 형성될 수 있다. 개방된 복수의 제2냉각유로(241) 각각은 아우터 하우징(230)의 내측벽에 의해 덮이도록 구성될 수 있다.

이러한 제2냉각유로(241)의 반경방향 외측 개방 구조는 냉각수의 유동단면적을 증가시켜 압력손실을 저감할 수 있다.

아우터 하우징(230)의 왼쪽 반원부(231)의 상부에 냉각수 유입구(2311)와 냉각수 유출구(2312)가 각각 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(2311) 및 냉각수 유출구(2312) 각각은 냉각수 순환계에 연결될 수 있다.

냉각수 순환계는 라디에이터, 워터펌프 및 냉각수 순환라인을 포함한다.

라디에이터는 차량 전방에 설치되고, 냉각수를 공기와 열교환시켜 냉각수를 냉각하도록 구성된다.

워터펌프는 냉각수를 냉각수 순환라인을 따라 순환시키도록 구성된다.

냉각수 순환라인은 냉각수가 흐르도록 배관을 형성하고, 라디에이터를 냉각수 유입구(2311) 및 냉각수 유출구(2312)와 연결시키도록 구성된다.

냉각수는 제2냉각유로(241)를 따라 흐르면서 제1냉각유로(233)의 오일과 열교환하여 오일로부터 방열된 열을 흡수하고, 열을 흡수한 냉각수는 냉각수 유출구(2312)를 통해 유출되고, 냉각수 순환라인을 따라 순환하면서 라디에이터를 통해 열을 방출한 뒤에 다시 냉각수 유입구(2311)를 통해 이너 하우징(240)의 제2냉각유로(241)로 유입된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 모터 하우징(23)의 내측공간에서 원호 형상으로 연장되는 오일분배기(27)를 구비하고, 복수의 분사홀(272)이 오일분배기(27)의 원주방향을 따라 이격 배치되어, 오일의 분사영역에 있어서 데드 존(dead zone; 스테이터 코일(211)에서 오일이 분사되지 않는 영역)을 없애고, 차량이 오르막길 또는 내리막길 주행 중 오일이 모터 하우징(23) 내부에서 어느 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생하는 경우에도 오일이 스테이터 코일(211)에 골고루 분사되어 전동기(2)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 오일분배기(27)에 베어링(29) 분사노즐을 더 구비하여, 베어링(29) 분사노즐을 통해 베어링(29)으로 오일을 분사함으로써, 베어링(29)에 대한 냉각 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 베어링(29)의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 오일분배기(27)는 상방향으로 개방되는 오픈 플로우 패스(open flow path) 구조를 형성하여 오일의 유동단면적을 증가시킴으로 오일의 압력 손실을 저감할 수 있다.

또한, 모터 하우징(23)의 내부에 오일과 냉각수가 각각 별개의 유로로 흐르도록 하는 이중 유로를 구비하여, 오일은 스테이터 코일(211) 및 베어링(29) 등으로부터 흡수한 열을 냉각수로 방출한 후 모터 하우징(23)의 내부로 재순환함으로써, 오일의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 모터 하우징(23)의 이중 냉각유로 구조에 의하면, 유수냉 복합 냉각방식을 적용하여 저발열(저출력) 조건에서 냉각수에 의해 전동기(2)를 냉각하여 방열시키고, 고발열(고출력) 조건에서는 냉각수 및 냉각오일에 의한 방열을 수행함으로써, 기존의 수냉식에 비해 출력밀도를 향상시켜 동일 사이즈의 하우징으로 더 높은 출력의 전동기(2)를 구동할 수 있다.

아울러, 모터 하우징(23)의 벽체 내부에 형성된 이중 냉각유로가 기존의 유냉식에서 사용되었던 오일쿨러를 대체함으로써, 비용을 절감할 수 있고 전동기(2)의 컴팩트(compact)한 구조를 구현할 수 있다.

게다가, 전동기(2)의 발열상태에 따라 하이브리드 운전이 가능함으로써, 오일펌프(26)가 운전되는 종래의 유냉식에 비해 효율이 높은 장점이 있다.

더욱이, 외부 환경이 저온상태인 저발열 조건에서 냉각수만 순환시킴으로써 저온에서 오일의 점성이 증가함으로 인해 오일 냉각에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점을 해소할 수 있다.

1 : 구동시스템 2 : 전동기
21 : 스테이터 210 : 스테이터 코어
211 : 스테이터 코일 22 : 로터코어
221 : 회전축 23 : 모터 하우징
230 : 아우터 하우징 231 : 왼쪽 반원부
2311 : 냉각수 유입구 2312 : 냉각수 유출구
232 : 오른쪽 반원부 2321 : 오일주입구
233 : 제1냉각유로 2331 : 열교환 셀
2332 : 격벽 2333 : 연통유로
240 : 이너 하우징 241 : 제2냉각유로
242 : 유로형성부 243 : 오일유입구
24 : 리어커버 25 : 체결부
26 : 오일펌프 261 : 펌프흡입구
262 : 셀 유출홀 27 : 오일분배기
271 : 분배바디 2711 : 곡선부
2712 : 측면부 272 : 분사홀
273 : 오일유로연결부 274 : 연통홀
275 : 베어링 분사노즐 28 : 베어링 장착부
29 : 베어링 3 : 인버터
31 : 인버터 하우징 32 : 프런트 커버

Claims

내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징;
오일이 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 형성된 제1냉각유로;
냉각수가 흐르도록 상기 모터 하우징의 내부에 상기 제1냉각유로와 별개로 형성되는 제2냉각유로;
상기 모터 하우징의 내측 공간에 원주방향을 따라 연장되는 오일분배기;
상기 오일분배기에 원주방향을 따라 이격 배치되고, 상기 오일분배기에서 하방향으로 관통 형성되어 상기 오일분배기에 의해 분배된 오일을 상기 스테이터의 스테이터 코일로 분사하는 복수의 분사홀; 및
상기 제1냉각유로와 상기 오일분배기를 연결하는 오일유로연결부를 포함하고,
상기 모터 하우징은,
상기 제1냉각유로가 내부에 형성되는 아우터 하우징; 및
상기 아우터 하우징의 내측에 배치되고, 상기 제2냉각유로가 내부에 형성되는 이너 하우징를 포함하고,
상기 제2냉각유로는 상기 이너 하우징의 원주방향을 따라 복수 개로 연장되고, 복수 개로 연장되는 상기 제2냉각유로는 이너 하우징의 길이방향으로 이격 배치되는 전동기.
제1항에 있어서,
상기 모터 하우징의 축방향을 따라 형성된 양측 개구부를 덮도록 배치되는 커버에 각각 설치되어, 상기 모터 하우징의 중심부에 축방향으로 배치되는 회전축의 양단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 더 포함하고,
상기 오일분배기는,
상기 오일분배기에서 분기 형성되고 상기 베어링을 향해 연장되어 상기 오일은 상기 베어링으로 분사하는 베어링 분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 오일분배기는 상기 이너 하우징의 내측에 배치되고,
상기 오일유로연결부는 상기 아우터 하우징의 최상단에서 상기 이너 하우징을 관통하여 상기 오일분배기의 원주상의 정중앙부로 연장되며 상기 제1냉각유로와 상기 오일분배기를 연결하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서,
상기 오일분배기는,
상기 복수의 분사홀을 구비하고, 원호 형상으로 형성되는 곡면부; 및
상기 곡면부의 폭방향상의 양측면에서 반경방향 외측으로 돌출 형성되는 측면부를 포함하여, 상방향으로 개방되는 개방유로 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제5항에 있어서,
상기 오일분배기는 상기 상방향으로 개방되는 개방부가 상기 모터 하우징의 내주면에 의해 덮이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서,
상기 오일분배기는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 전단부와 후단부에 각각 설치되고, 상기 복수의 분사홀은 스테이터 코어의 양단부로부터 길이방향을 따라 돌출된 상기 스테이터 코일의 엔드코일을 향해 분사하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서,
상기 제1냉각유로는,
상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되고, 상기 모터 하우징의 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 열교환 셀;
상기 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀 사이에 배치되어 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및
상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통되도록 상기 복수의 격벽의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성되는 연통유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서,
상기 길이방향으로 이웃하는 두 제2냉각유로 사이에 유로형성부가 형성되고, 상기 유로형성부는 상기 원주방향을 따라 복수 개로 연장되어 상기 복수 개의 제2냉각유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 제2냉각유로는 상기 이너 하우징의 반경방향 외측으로 개방되고, 상기 아우터 하우징의 내주면에 의해 덮이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기.