KR102238301B1 - 구동모터의 회전자 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동모터의 중공형 회전축 내외부에 걸쳐 설치될 수 있는 형태로 일체형의 냉각 유체 공급관을 형성하여 이를 회전축 내부 및 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치함으로써, 냉각 유체 공급관이 볼트 등 체결수단을 이용한 조립 과정만을 필요로 하면서 회전축 및 쿨런트커버에 비교적 용이하고 단순한 공정을 통해 설치될 수 있어 조립성이 개선되는 구동모터의 회전자 냉각 구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 구동모터의 회전자 냉각 구조는, 구동모터의 회전자로서, 중공형의 회전축 및 상기 회전축에 결합되는 회전자 코어를 포함하는 회전자의 냉각 구조에 있어서, 상기 회전축의 내부와 통하기 위한 관통홀이 형성되어 상기 관통홀을 상기 회전축의 내부와 연결하는 상태로 상기 회전축에 결합되는 쿨런트커버와, 상기 관통홀을 통해 상기 회전축의 내부 및 상기 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치되는 일체형의 관 구조이며, 상기 쿨런트커버 외부의 일단으로부터 공급되는 냉각 유체를 상기 회전축 내부의 타단을 통해 회전축 내로 배출하는 냉각 유체 공급관과, 상기 냉각 유체 공급관을 상기 쿨런트커버에 체결하는 체결수단을 포함하여 구성된다.

Description

구동모터의 회전자 냉각 구조{Cooling structure of Rotor for driven motor}

본 발명은 구동모터의 중공형 회전축 내외부에 걸쳐 설치될 수 있는 형태로 일체형의 냉각 유체 공급관을 형성하여 이를 회전축 내부 및 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치함으로써, 냉각 유체 공급관이 볼트 등 체결수단을 이용한 조립 과정만을 필요로 하면서 회전축 및 쿨런트커버에 비교적 용이하고 단순한 공정을 통해 설치될 수 있어 조립성이 개선되는 구동모터의 회전자 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로 친환경 자동차로 불리는 전기 자동차는 전기 에너지를 통해 회전력을 얻는 구동모터에 의해 구동력이 발생된다.

이와 같이 전기 자동차 내지 하이브리드 자동차 등 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터에는 영구자석형 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)가 널리 사용되고 있다.

영구자석형 동기모터는 제약된 레이아웃 조건에서 최대의 성능을 발휘하기 위해 영구자석의 성능을 극대화시킬 필요가 있으며, 영구자석에서 네오디뮴(Nd) 성분은 영구자석의 세기를 개선하고, 디스프로슘(Dy) 성분은 고온 감자(Demagnetization) 내성을 개선한다.

그러나 이러한 영구자석의 희토류(Nd, Dy) 금속 성분은 중국 등 일부 국가에 제한적으로 매장되어 있고, 매우 고가이며 가격 변동이 심하다.

이러한 이유 등으로, 최근에는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 수 있는 계자권선형 동기모터(Wound Rotor Synchronous Motor: WRSM)의 개발이 진행되고 있다.

계자권선형 동기모터는 고정자 뿐만 아니라 회전자에도 코일을 권선하여 전류인가 시 회전자를 전자석화시킴으로써 영구자석형 동기모터(PMSM)의 영구자석을 대체하고 있다.

이러한 계자권선형 동기모터는 회전자가 고정자 내측에 일정 공극을 두고 배치되며, 고정자와 회전자의 코일에 전원이 인가되면 자계가 형성되고, 이들 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 회전자의 회전이 이루어진다.

한편, 상술한 영구자석형 동기모터 내지 계자권선형 동기모터 등 구동모터는 고속으로 회전되는 과정에서 회전자 및 코일 주변에 고온의 열이 발생하게 된다.

그리고 이와 같이 회전자 및 코일 부분에 발생되는 열로 인하여 구동모터는 동력 손실에 따른 효율 저하 및 내부 부품들의 손상이 발생될 수 있고, 따라서 이의 방지를 위한 기술로써 여러 형태의 냉각 기술들이 연구 및 제안되고 있다.

도 1을 참조하면, 도 1은 기존 구동모터의 회전자 냉각 구조를 예시한 구성도로써, 회전자(10)의 회전축(11)이 길이 방향의 일단이 폐쇄된 중공형 구조를 가지며, 이러한 회전축(11)의 내부에 냉각 유체를 공급하는 공급관(20: coolant tube)을 깊숙이 설치하여 회전자(10)에 냉각 기능을 제공하는 방식이다.

그러나 이러한 기존 구동모터의 회전자 냉각 구조의 경우, 냉각 유체의 공급관(20)을 쿨런트커버(30: coolant cover)에 압입하기 위해 공급관(20)의 외경 및 쿨런트커버(30)의 내경을 정밀하게 가공해야 하는 동시에 이렇게 정밀 가공된 공급관(20)을 쿨런트커버(30)에 열간/냉간 압입하는 공정이 필요했다. 또한, 별도의 인렛파이프(40: inlet pipe)를 필요로 하였다.

부연 설명하면, 기존 구동모터의 회전자 냉각 구조는 냉각 유체의 공급관(20)을 설치하기 위한 구조 및 그 설치 공정이 비교적 복잡하고 번거로운 것이었다.

한국 공개특허 제10-2019-0061189호(2019.06.05.공개), “계자권선형 구동모터의 회전자” 한국 공개특허 제10-2014-0004313호(2014.01.13.공개), “모터 회전자 냉각구조”

본 발명의 실시 예는 구동모터의 중공형 회전축 내외부에 걸쳐 설치될 수 있는 형태로 일체형의 냉각 유체 공급관을 형성하여 이를 회전축 내부 및 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치함으로써, 냉각 유체 공급관이 볼트 등 체결수단을 이용한 조립 과정만을 필요로 하면서 회전축 및 쿨런트커버에 비교적 용이하고 단순한 공정을 통해 설치될 수 있어 조립성이 개선되는 구동모터의 회전자 냉각 구조를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 회전자 냉각 구조는, 구동모터의 회전자로서, 중공형의 회전축 및 상기 회전축에 결합되는 회전자 코어를 포함하는 회전자의 냉각 구조에 있어서, 상기 회전축의 내부와 통하기 위한 관통홀이 형성되어 상기 관통홀을 상기 회전축의 내부와 연결하는 상태로 상기 회전축에 결합되는 쿨런트커버와, 상기 관통홀을 통해 상기 회전축의 내부 및 상기 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치되는 일체형의 관 구조이며, 상기 쿨런트커버 외부의 일단으로부터 공급되는 냉각 유체를 상기 회전축 내부의 타단을 통해 회전축 내로 배출하는 냉각 유체 공급관과, 상기 냉각 유체 공급관을 상기 쿨런트커버에 체결하는 체결수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 유체 공급관은, 상기 관통홀의 입구로부터 상기 회전축 내의 소정 위치까지 연장되는 제1 관로 및 상기 제1 관로의 상기 관통홀 입구쪽 일단으로부터 라운드형으로 연장되는 제2 관로 그리고 상기 제2 관로의 일단으로부터 상기 제1 관로와 수직을 이루는 방향으로 연장되는 제3 관로를 포함하는 형태일 수 있다.

또한, 상기 냉각 유체 공급관은 단일 관의 소정 부분이 벤딩 가공되어 상기 제2 관로가 형성되는 동시에 벤딩된 상기 제2 관로를 중심으로 양쪽이 상기 제1 관로 및 제2 관로를 형성하는 형태이거나, 관의 소정 부분이 벤딩 가공되어 상기 제1 관로 및 제2 관로가 형성되고 벤딩된 상기 제2 관로의 일단에 상기 제3 관로가 결합되는 형태일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 구동모터의 중공형 회전축 내외부에 걸쳐 설치될 수 있는 형태의 냉각 유체 공급관이 볼트 등 체결수단을 이용한 조립 과정만을 필요로 하면서 회전축 내부 및 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치될 수 있어, 구동모터의 회전자에 대한 냉각 구조의 설치가 비교적 용이하고 단순한 공정을 통해 이루어지면서 조립성이 현저히 개선될 수 있게 된다.

도 1은 기존 구동모터의 회전자 냉각 구조를 예시한 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동모터의 회전자 냉각 구조를 예시한 구성도

이하의 본 발명에 관한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예의 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명의 실시에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”,　＂…모듈“ 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 회전자 냉각 구조에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동모터의 회전자 냉각 구조를 예시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동모터의 회전자 냉각 구조는 쿨런트커버(200), 냉각 유체 공급관(300) 및 체결수단(400)을 포함하여 구성된다.

즉, 회전자(100)는 구동모터의 회전자로서, 이러한 회전자(100)는 중공형의 회전축(110) 및 회전축(110)에 결합되는 회전자 코어(미도시)를 포함하여 구성되고, 본 실시 예의 냉각 구조는 이러한 구동모터의 회전자(100)에 대한 구성이다. 또한, 본 실시 예에서는 회전축(110)이 길이 방향의 일단이 폐쇄된 중공형 구조인 것을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

쿨런트커버(200)는 회전축(110)의 내부와 통하기 위한 관통홀(210)이 형성되며, 이러한 관통홀(210)을 회전축(110)의 내부와 연결하는 상태로 회전축(110)에 결합된다.

냉각 유체 공급관(300)은 쿨런트커버(100)의 관통홀(210)을 통해 회전축(110)의 내부 및 쿨런트커버(200)의 외부에 걸쳐 설치되는 일체형의 관 구조로써, 이러한 냉각 유체 공급관(300)은 쿨런트커버(100) 외부의 일단으로부터 공급되는 냉각 유체를 회전축(110) 내부의 타단을 통해 회전축(110) 내로 배출하는 기능을 한다. 도면에서 냉각 유체의 회전축(110) 내부에 대한 공급 및 이렇게 회전축(110) 내로 공급된 냉각 유체가 냉각 작용과 함께 회전축(110) 외부로 회수되는 이동 경로를 화살표로 예시하였다.

그리고 냉각 유체 공급관(300)은 쿨런트커버(200)의 관통홀(210) 입구로부터 회전축(110) 내의 소정 위치까지 연장되는 제1 관로(310), 제1 관로(310)의 관통홀(110) 입구쪽 일단으로부터 라운드형으로 연장되는 제2 관로(320) 및 제2 관로(320)의 일단으로부터 제1 관로(310)와 수직을 이루는 방향으로 연장되는 제3 관로(330)를 포함하는 형태일 수 있다.

또한, 냉각 유체 공급관(300)은 단일 관의 소정 부분이 벤딩 가공되어 제2 관로(320)가 형성되는 동시에 벤딩된 제2 관로(320)를 중심으로 양쪽이 제1 관로(310) 및 제2 관로(320)를 형성하는 형태일 수 있다.

또한, 이와 다른 형태로써, 냉각 유체 공급관(300)은 관의 소정 부분이 벤딩 가공되어 제1 관로(310) 및 제2 관로(320)가 형성되고 벤딩된 제2 관로(320)의 일단에 제3 관로(330)가 용접 등의 방식을 통해 결합된 형태일 수 있다.

체결수단(400)은 냉각 유체 공급관(300)을 쿨런트커버(200)에 체결하는 기능을 하는 것으로서, 이러한 체결수단으로는 볼트를 이용하는 구성 등 공지된 기술을 통해 다양한 형태로 구현될 수 있고, 따라서 본 실시 예에서는 이에 대한 구체적인 설명 및 도시는 생략한체 간략적으로 예시하였다.

그리고 미설명 부호 500은 회전축(110) 내에서의 냉각 작용 후 그 회수를 위해 쿨런트커버(200) 내부로 유입되는 냉각 유체의 누설을 방지하기 위한 실링부재를 예시한 것이다.

상술한 구성에 의해서, 중공형 회전축(110)의 내외부에 걸쳐 설치될 수 있는 형태로 일체형의 냉각 유체 공급관(300)을 형성하여 이를 회전축(110) 내부 및 쿨런트커버(200)의 외부에 걸쳐 설치함으로써, 냉각 유체 공급관(300)이 볼트 등 체결수단을 이용한 조립 과정만을 필요로 하면서 회전축(110) 및 쿨런트커버(200)에 비교적 용이하고 단순한 공정을 통해 설치될 수 있게 된다.

다시 말해 구동모터의 회전자(100)에 대한 냉각 구조의 설치 구성이 단순화되는 동시에 이를 통해 해당 냉각 구조의 회전자(100)에 대한 설치 작업이 용이하게 진행될 수 있게 된다.

부연 설명하면, 본 실시 예에 따라서 기존 구동모터의 회전자 냉각 구조에서 처럼 냉각 유체의 공급관 일단을 쿨런트커버에 밀착된 상태로 삽입하기 위해 냉간/열간 압입해야 하는 동시에 이를 위해 공급관의 외경 및 쿨런트커버의 내경을 정밀하게 가공해야 하는 공정이 생략될 수 있다.

이에 더하여 냉각 유체의 공급관 일단에 대한 냉각 유체 공급을 위해 별도의 인렛파이프(inlet pipe)를 공급관 일단과 연결되는 상태로 쿨런트커버에 결합시키는 공정이 생략될 수 있다.

이상과 같이 본 설명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정하여 저서는 안되며, 후술되는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적인 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 회전자 11 : 회전축
20 : 공급관 30 : 쿨런트커버
40 : 인렛파이프 100 : 회전자
110 : 회전축 200 : 쿨런트커버
210 : 관통홀 300 : 냉각 유체 공급관
310 : 제1 관로 320 : 제2 관로
330 : 제3 관로 400 : 체결수단

Claims (3)

1. 구동모터의 회전자로서, 중공형의 회전축 및 상기 회전축에 결합되는 회전자 코어를 포함하는 회전자의 냉각 구조에 있어서,
   상기 회전축의 내부와 통하기 위한 관통홀이 형성되어 상기 관통홀을 상기 회전축의 내부와 연결하는 상태로 상기 회전축에 결합되는 쿨런트커버;
   상기 관통홀을 통해 상기 회전축의 내부 및 상기 쿨런트커버의 외부에 걸쳐 설치되는 일체형의 관 구조이며, 상기 쿨런트커버 외부의 일단으로부터 공급되는 냉각 유체를 상기 회전축 내부의 타단을 통해 회전축 내로 배출하는 냉각 유체 공급관; 및
   상기 냉각 유체 공급관을 상기 쿨런트커버에 체결하는 체결수단을 포함하는 구동모터의 회전자 냉각 구조.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 유체 공급관은, 상기 관통홀의 입구로부터 상기 회전축 내의 소정 위치까지 연장되는 제1 관로 및 상기 제1 관로의 상기 관통홀 입구쪽 일단으로부터 라운드형으로 연장되는 제2 관로 그리고 상기 제2 관로의 일단으로부터 상기 제1 관로와 수직을 이루는 방향으로 연장되는 제3 관로를 포함하는 형태인 것을 특징으로 하는 구동모터의 회전자 냉각 구조.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 유체 공급관은 단일 관의 소정 부분이 벤딩 가공되어 상기 제2 관로가 형성되는 동시에 벤딩된 상기 제2 관로를 중심으로 양쪽이 상기 제1 관로 및 제2 관로를 형성하는 형태이거나, 관의 소정 부분이 벤딩 가공되어 상기 제1 관로 및 제2 관로가 형성되고 벤딩된 상기 제2 관로의 일단에 상기 제3 관로가 결합되는 형태인 것을 특징으로 하는 구동모터의 회전자 냉각 구조.

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