KR102270324B1 - 베어링 냉각 효율이 우수한 전기자동차 구동 모터 - Google Patents

베어링 냉각 효율이 우수한 전기자동차 구동 모터 Download PDF

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Abstract

고정자와 베어링을 효율적으로 냉각할 수 있으며, 고정자와 베어링의 냉각을 위한 냉각 채널을 단순화 및 경량화할 수 있는 전기자동차 구동 모터가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 내부 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 고정되고 원통 형상을 가지는 고정자; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되고 상기 고정자와 자기적으로 상호작용하여 회전하는 회전자; 상기 회전자의 중심부에 결합되어 상기 회전자의 회전 운동을 축방향으로 전달하는 회전축; 및 상기 하우징의 전방 커버에 장착되고, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함한다. 상기 하우징은, 상기 고정자를 감싸도록 형성되는 원통 형상의 하우징 몸체; 및 상기 하우징 몸체에 형성되는 냉각 채널을 포함한다. 상기 냉각 채널은: 상기 하우징 몸체의 일측에 마련되어 상기 전기자동차 구동 모터를 수냉시키기 위한 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 하우징 몸체의 원주 방향을 따라 흐르는 고정자 냉각수로; 상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수 중의 적어도 일부에 의해 상기 베어링을 냉각시키도록 상기 고정자 냉각수로에 연결되는 베어링 냉각수로; 및 상기 고정자 냉각수로를 흐른 냉각수가 상기 하우징 몸체의 타측으로 배출되는 냉각수 배출구를 포함한다.

Description

베어링 냉각 효율이 우수한 전기자동차 구동 모터{Drive motor for electric vehicle having enhanced cooling efficiency of bearing}
본 발명은 전기자동차 구동 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정자와 베어링을 효율적으로 냉각할 수 있으며, 고정자와 베어링의 냉각을 위한 냉각 채널을 단순화 및 경량화할 수 있는 전기자동차 구동 모터에 관한 것이다.
전기자동차는 전기로 구동되는 전동기(전기자동차 구동 모터)를 사용하여 움직이는 자동차로, 휘발유, 경유, 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 내연기관에 의해 구동되는 자동차에 비하여, 오염 물질의 배출이 적어 친환경적이고, 주행 효율이 높아 주행비를 절감할 수 있는 이점을 가지고 있다. 일반적으로 전기자동차의 모터는 전류가 흐르는 코일이 감겨진 고정자(stator)와 영구 자석을 가지는 회전자(rotor)를 포함하고 있다. 회전자는 고정자와 자기적으로 상호작용하여 회전하며, 회전자에 결합된 회전축에 의해 동력이 전달되어 전기자동차의 휠이 구동된다.
전기자동차는 장시간의 고속 주행시에 고정자에서 발생하는 열에 의해 구동 모터의 구동 효율이 저하될 수 있다. 이에 전기자동차의 구동 모터에는 고정자와 베어링을 수냉시키기 위한 냉각 채널이 적용되고 있다. 종래의 전기자동차 구동 모터의 냉각 채널은 고정자를 냉각시키는 냉각수로와 베어링을 냉각시키는 냉각수로가 개별적으로 설계되어 있어 냉각 채널의 구조가 복잡하고 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
다른 한편으로, 종래의 전기자동차 구동 모터의 고정자 냉각을 위한 냉각 채널은 모터의 적용 환경이나 냉각 효율 또는 균일한 고정자 냉각 등을 위해 지그재그 형태의 냉각수로를 적용하는 경우가 있으며, 이 경우에 냉각수로의 방향이 유턴(U-turn) 전환되는 유턴구간에서 냉각수의 와류가 발생하여 차압손실이 발생할 수 있다. 이와 같이 유턴수로에서 발생하는 냉각수의 와류에 의한 차압손실로 인해, 냉각수를 가압하여 공급하는 펌프에서 사용하는 에너지가 증가하고, 이로 인해 전기자동차 구동 모터의 냉각 효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 고정자와 베어링을 효율적으로 냉각할 수 있으며, 고정자와 베어링의 냉각을 위한 냉각 채널을 단순화 및 경량화할 수 있는 전기자동차 구동 모터를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 고정자를 냉각시키는 냉각수로의 유턴수로에서 냉각수의 와류에 의한 차압손실을 줄이고, 냉각 효율을 높일 수 있는 전기자동차 구동 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는, 전기자동차의 휠을 구동하기 위한 전기자동차 구동 모터에 있어서, 내부 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 고정되고 원통 형상을 가지는 고정자; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되고 상기 고정자와 자기적으로 상호작용하여 회전하는 회전자; 상기 회전자의 중심부에 결합되어 상기 회전자의 회전 운동을 축방향으로 전달하는 회전축; 및 상기 하우징의 전방 커버에 장착되고, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 고정자를 감싸도록 형성되는 원통 형상의 하우징 몸체; 및 상기 하우징 몸체에 형성되는 냉각 채널을 포함할 수 있다. 상기 냉각 채널은: 상기 하우징 몸체의 일측에 마련되어 상기 전기자동차 구동 모터를 수냉시키기 위한 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 하우징 몸체의 원주 방향을 따라 흐르는 고정자 냉각수로; 상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수 중의 적어도 일부에 의해 상기 베어링을 냉각시키도록 상기 고정자 냉각수로에 연결되는 베어링 냉각수로; 및 상기 고정자 냉각수로를 흐른 냉각수가 상기 하우징 몸체의 타측으로 배출되는 냉각수 배출구를 포함할 수 있다.
상기 베어링 냉각수로는, 상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 하우징의 반경 방향으로 흘러 상기 회전축의 주위를 따라 반원형으로 흐르도록 형성될 수 있다. 상기 베어링 냉각수로는: 상기 고정자 냉각수로의 일측에서 분기되어 상기 하우징의 반경 방향으로 연장 형성되는 제1 분기 수로; 상기 제1 분기 수로의 상기 회전축에 인접한 단부에서 상기 회전축의 주위를 따라 양방향으로 분기되어 반원형으로 연장되는 한 쌍의 제2 분기 수로; 및 상기 한 쌍의 제2 분기 수로가 합류되어 상기 하우징의 반경 방향으로 연장되고 상기 고정자 냉각수로의 타측에서 합류되는 합류 수로를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 분기 수로는 상기 회전축을 중심으로 대칭되는 형태로 형성될 수 있다. 상기 합류 수로는 상기 제1 분기 수로와 동축 상에 배치될 수 있다.
상기 제1 분기 수로는, 상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수 중 1/3 이하의 유량을 상기 제1 분기 수로로 분기하고, 상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수 중 2/3 이상의 유량을 상기 제1 분기 수로를 경유하지 않은 채로 상기 고정자 냉각수로로 유입시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는, 상기 베어링 및 상기 고정자 중 적어도 하나의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및 상기 베어링 및 상기 고정자 중 적어도 하나의 온도에 따라 상기 제1 분기 수로로 분기되는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 분배기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는, 상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수의 전부가 상기 베어링 냉각수로로 유입되고, 상기 베어링 냉각수로를 흐른 냉각수가 상기 고정자 냉각수로로 유입되도록 구성될 수 있다. 상기 냉각수 유입구는 상기 고정자의 하측에 배치되고, 상기 냉각수 배출구는 상기 고정자의 상측에 배치될 수 있다. 상기 베어링 냉각수로는 상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수가 하부에서 상부를 향하여 흐르도록 형성될 수 있다.
상기 고정자 냉각수로는: 상기 하우징 몸체의 제1 원주 방향을 따라 연장되는 제1 냉각수로; 상기 하우징의 제1 원주 방향과 반대되는 제2 원주 방향을 따라 연장되는 제2 냉각수로; 상기 제1 냉각수로와 상기 제2 냉각수로를 U자형의 곡선 형태로 연결하는 유턴수로를 포함하는 냉각수로 연결부; 및 상기 유턴수로의 흐름 방향을 따라 구획하여 상기 유턴수로에서 상기 냉각수의 와류를 방지하는 와류 방지부재를 포함할 수 있다. 상기 와류 방지부재는, 상기 유턴수로를 2 이상의 서브 유턴수로들로 구획하고, 상기 냉각수의 흐름 방향을 상기 유턴수로의 방향을 따라 전환하는 구획판을 포함할 수 있다.
상기 구획판은 상기 냉각수가 상기 유턴수로로 진입하는 위치로부터 상기 유턴수로로부터 벗어나는 위치까지 곡면 형상으로 연장될 수 있다. 상기 구획판의 곡률 반경은 상기 유턴수로의 외측 곡률 반경과 내측 곡률 반경의 평균값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 고정자와 베어링을 효율적으로 냉각할 수 있으며, 고정자와 베어링의 냉각을 위한 냉각 채널을 단순화 및 경량화할 수 있는 전기자동차 구동 모터가 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 고정자를 냉각시키는 냉각수로의 유턴수로에서 냉각수 와류에 의한 차압손실을 줄이고, 냉각 효율을 높일 수 있는 전기자동차 구동 모터가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 'A'부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 고정자 냉각수로의 일부를 확대하여 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 7은 본 발명의 변형된 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 고정자 냉각수로의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 고정자 냉각수로의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수가 흘러 고정자를 냉각시키는 고정자 냉각수로와, 베어링의 주위에 냉각수가 흘러 베어링을 냉각시키는 베어링 냉각수로를 포함한다. 베어링 냉각수로는 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수 중의 적어도 일부에 의해 베어링을 냉각시키도록 고정자 냉각수로에 연결된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도 2에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수 통로 형태로 냉각 채널이 도시되었다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터(100)는 전기자동차의 휠(wheel)을 구동하기 위한 것으로, 하우징(110), 고정자(도시생략), 회전자(도시생략), 회전축(120), 베어링(130) 및 냉각 채널(140)을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 고정자와 회전자를 수용하기 위한 내부 공간을 가질 수 있다. 하우징(110)은 내부 공간에 고정자와 회전자를 수용하며, 고정자를 감싸 고정자 및 고정자 내측의 회전자를 보호함과 동시에 고정자를 냉각하는 냉각 채널(140)을 수용하도록 제공될 수 있다.
고정자는 하우징(110) 내에 고정되며, 원통 형상을 가질 수 있다. 실시예에서, 고정자에는 전류가 흐르는 하나 이상의 코일(coil)이 감겨질 수 있다. 고정자에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장과 회전자의 코일의 자장 간의 상호작용에 의해 회전자의 회전 속도가 제어될 수 있다.
회전자는 하우징(110) 내에 설치되며, 고정자와 자기적으로 상호작용하여 회전할 수 있다. 실시예에서, 회전자는 고장자의 코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장과 상호작용하도록 회전자의 외둘레를 따라 형성되는 영구 자석을 포함할 수 있다.
회전축(120)은 회전자와 결합되어 회전자의 회전 운동을 전기자동차의 휠을 구동하기 위한 축방향으로 전달할 수 있다. 회전축(120)에는 회전자의 회전 속도에 따라 전기자동차의 휠의 회전 속도(주행 속도)를 제어하기 위한 감속기가 결합될 수 있다.
베어링(130)은 하우징(110)의 전방 커버(114) 중심부에 배치될 수 있다. 베어링(130)은 회전축(120)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 베어링(130)은 감속기와 근접된 하우징(110)의 전방커버(114) 중심부에 배치될 수 있다. 베어링(130)은 고정자와 동축을 이루도록 설치될 수 있다.
하우징(110)은 고정자를 감싸도록 형성되는 원통 형상의 하우징 몸체(112)와, 하우징 몸체(112)에 형성되는 냉각 채널(140)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 냉각 채널(140)은 하우징 몸체(112) 자체에 형성된 냉각수로를 포함할 수 있다. 냉각수로에는 고정자 및/또는 베어링의 냉각을 위한 냉각수가 흐를 수 있다.
실시예에서, 하우징(110)은 냉각수로에 대응되는 홈이 형성된 제1 하우징 몸체(내측 하우징 몸체)에 제2 하우징 몸체(외측 하우징 몸체)를 조립함으로써, 냉각 채널(140)을 가지도록 구현될 수 있다. 제1 및 제2 하우징 몸체들의 조립에 의해 밀폐된 홈은 냉각수가 흐르는 냉각수로를 형성하게 된다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 별도의 냉각수로를 제작하여 하우징 내에 설치하거나, 고정자 둘레에 설치하는 방식으로 냉각 채널이 구현될 수도 있다.
냉각 채널(140)은 고정자를 감싸는 형태로 설치될 수 있다. 냉각 채널(140)에는 고정자를 냉각시키기 위한 냉각수가 흐를 수 있다. 냉각 채널(140)은 하우징(110)의 일측에 형성된 냉각수 유입구(150), 고정자 냉각수로(160), 베어링 냉각수로(170) 및 하우징(110)의 타측에 형성된 냉각수 배출구(180)를 포함할 수 있다.
냉각수 유입구(150)는 하우징 몸체(112)의 일측에 마련되어 전기자동차 구동 모터를 수냉시키기 위한 냉각수가 유입될 수 있다. 냉각수 유입구(150)에는 냉각수 공급 펌프(도시생략)가 연결될 수 있다. 냉각수 공급 펌프(도시 생략)에 의해 효율적으로 냉각수를 가압하여 공급할 수 있도록, 냉각수 유입구(150)는 하우징 몸체(112)의 일측 접선 방향으로 냉각수가 유입되도록 형성될 수 있다.
고정자를 효율적으로 냉각시키고 고정자를 전체적으로 균일하게 냉각시키도록, 고정자 냉각수로(160)는 냉각수 유입구(150)를 통해 유입된 냉각수가 하우징 몸체(112)의 원주 방향(10, 20)을 따라 지그재그 형태로 흐르도록 마련될 수 있다. 냉각수 공급 펌프에 의해 냉각수 유입구(150)를 통해 유입된 냉각수는 고정자 냉각수로(160)를 따라 지그재그 형태로 흘러 고정자를 냉각할 수 있다.
냉각수 배출구(180)는 고정자 냉각수로(160)를 흐른 냉각수가 하우징 몸체(112)의 타측으로 배출되도록 마련될 수 있다. 냉각수의 원활한 배출을 위하여, 냉각수 배출구(180)는 하우징 몸체(112)의 타측 접선 방향으로 냉각수가 배출되도록 형성될 수 있다.
베어링 냉각수로(170)는 냉각수 유입구(150)를 통해 유입된 냉각수 중의 일부 또는 전부에 의해 베어링(130)을 냉각시키도록 고정자 냉각수로(160)에 연결될 수 있다. 실시예에서, 베어링 냉각수로(170)는 냉각수 유입구(150)를 통해 유입된 냉각수 중의 적어도 일부가 하우징(110)의 반경 방향으로 흐른 후 회전축(120) 및 베어링(130)의 주위를 따라 흐르도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 베어링 냉각수로(170)는 하우징(110)의 전방 커버(114)에 설치된 베어링(130)에 근접 배치되도록 고정자 냉각수로(160)에 연결될 수 있다. 베어링 냉각수로(170)는 냉각수 유입구(150)로 유입된 냉각수의 일부 또는 전체가 유입되어 베어링(130)을 냉각시킬 수 있다.
냉각수 유입구(150)에 유입된 냉각수는 하우징(110)의 둘레 일측 지점에서 고정자 냉각수로(160)와 베어링 냉각수로(170)로 분기되어 각 수로로 유입될 수 있다. 실시예에서, 베어링 냉각수로(170)는 제1 분기 수로(172), 한 쌍의 제2 분기 수로(174, 176) 및 합류 수로(178)를 포함할 수 있다.
제1 분기 수로(172)는 고정자 냉각수로(160)의 일측에서 분기되어 하우징(110)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있다. 실시예에서, 제1 분기 수로(172)는 냉각수 유입구(150)와 고정자 냉각수로(160)의 연결부(고정자 냉각수로의 입구측)에서 분기될 수 있다.
한 쌍의 제2 분기 수로(174, 176)는 제1 분기 수로(172)의 회전축(120)에 인접한 단부에서 회전축(120)의 주위를 따라 양방향으로 분기될 수 있다. 한 쌍의 제2 분기 수로(174, 176)는 반원 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 냉각수가 한 쌍의 제2 분기 수로(174, 176)를 따라 회전축(120)과 베어링(130)의 양측으로 대칭을 이루어 흐르게 된다.
합류 수로(178)는 한 쌍의 제2 분기 수로(174, 176)의 단부에서 합류되어 하우징(110)의 반경 방향으로 연장될 수 있다. 합류 수로(178)는 고정자 냉각수로(160)의 타측에서 합류될 수 있다. 냉각수의 흐름을 원활하게 하기 위하여, 합류 수로(178)는 제1 분기 수로(172)와 동축 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 베어링 냉각수로(170)로 유입된 냉각수가 베어링(130)의 둘레 일측 지점에서 한 쌍의 분기수로(174, 176)를 통해 두 개로 분기된 후, 한 쌍의 분기수로(174, 176)를 통해 베어링(130)의 외둘레를 따라 냉각수가 흘러 베어링(130)을 냉각시킨 후 다시 베어링(130)의 둘레 타측 지점에서 합류되어 하우징(110)의 둘레 타측 지점에서 고정자 냉각수로(160)와 합류될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 베어링(130)의 주위를 따라 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 베어링(130)의 양측으로 흘러 베어링(130)의 둘레 방향을 따라 균일하게 베어링(130)을 냉각할 수 있으며, 냉각수로를 베어링의 둘레를 따라 한 방향으로 감아 냉각하는 방식에 비해 베어링(130)을 회전축(120)의 둘레 방향으로 균일하게 냉각할 수 있다. 또한, 베어링 냉각수로(170)에서 냉각수의 흐름을 한 방향(도 2의 실시예에서 하부를 향하는 방향)으로 설정하여 냉각수의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 고정자 냉각수로와 베어링 냉각수로가 개별적으로 구성된 경우와 비교하여 전기자동차 구동 모터의 냉각 효율이 향상될 수 있으며, 특히 전방 베어링(Front Bearing)의 냉각 효율이 향상될 수 있다. 또한, 고정자 냉각수로와 베어링 냉각수로에 냉각수를 유입하는 냉각수로와 냉각수를 배출하는 냉각수로가 하나로 통일되어 냉각 채널의 구조도 단순해지고, 구동 모터를 경량화, 소형화할 수 있다.
고정자 냉각수로(160)는 베어링 냉각수로(170)보다 상대적으로 많은 양의 냉각수를 필요로 하므로, 이러한 요구조건을 고려하여 제1 분기 수로(172)는 냉각수 유입구(150)로 유입된 냉각수 중의 1/3 이하의 유량이 제1 분기 수로(172)로 분기되도록 구성될 수 있다. 이에 따라 고정자 냉각수로(160)에 베어링 냉각수로(170) 보다 2배 이상의 유량이 흐르게 하여, 고정자와 베어링을 동시에 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
실시예에서, 냉각수 유입구(150)로 유입된 냉각수가 고정자 냉각수로(160) 및 베어링 냉각수로(170)로 분기될 때, 베어링 냉각수로(170) 유입구에서 베어링 냉각수로(170)에는 냉각수 유량의 1/3 이하가 분기되고, 고정자 냉각수로(160)에는 냉각수 유량의 2/3 이상이 분기되도록, 고정자 냉각수로(160)와 베어링 냉각수로(170)의 내경이 설정될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 냉각수 분배량을 조절하기 위한 별도의 부품을 추가하지 않고도 고정자 냉각수로(160) 및 베어링 냉각수로(170)에 냉각수의 필요량을 적절히 분배하여 고정자와 베어링을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다. 도 3의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복 설명을 생략할 수 있다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 베어링(130) 및 고정자 중 적어도 하나의 온도를 측정하는 온도 측정부(도시생략)와, 베어링 냉각수로(170)의 유입구에서 베어링(130) 및/또는 고정자의 온도에 따라 고정자 냉각수로(160)와 베어링 냉각수로(170)로 분기되는 냉각수(F1, F2)의 유량을 조절하는 냉각수 분배기(190)를 포함할 수 있다.
냉각수 분배기(190)는 베어링(130) 및/또는 고정자의 온도에 따라 제1 분기 수로(172)로 분기되는 냉각수(F2)의 유량(베어링 냉각수로로 유입되는 냉각수 유입량)과, 제1 분기 수로(172)로 유입되지 않은 채로 고정자 냉각수로(160)로 유입되는 냉각수(F1)의 유량을 조절하여, 고정자와 베어링(130)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 냉각수 분배기(190)는 예를 들어, 유량제어밸브 및 유량제어밸브를 제어하는 제어기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 베어링 냉각수로(170)는 냉각수 유입구(150)로 유입된 냉각수의 전부가 유입되어 베어링 냉각수로(170)를 흘러 고정자 냉각수로(160)로 유입되도록 구성될 수도 있다. 전기자동차의 장시간 고속 주행시 고열에 의해 베어링 파손이 빈번히 일어날 수 있으며, 이 경우 베어링(130)의 효율적인 냉각이 필요하다. 이러한 요구조건을 고려하여 냉각수 유입구(150)로 유입된 냉각수가 고정자 냉각수로(160)로 흐르기 전, 베어링 냉각수로(170)로 전부 유입되게 하고, 냉각수가 베어링 냉각수로(170)를 경유한 후 고정자 냉각수로(160)로 흐르게 하여, 베어링(130)의 냉각을 매우 효과적으로 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 'A' 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 고정자 냉각수로(160)는 냉각수가 이전 피치의 냉각통로에서 고정자 외경을 따라 흐른 후 유턴(U-turn)하여 다음 피치의 냉각통로에서 고정자 외경을 따라 흐르도록 제공될 수 있다. 고정자 냉각수로(160)의 수로 폭과 피치 간격, 고정자의 축방향 길이 등에 따라 고정자 냉각수로(160)의 피치 수는 다양하게 조정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 고정자 냉각수로의 일부를 확대하여 나타낸 부분 절개 사시도이다. 도 1, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 고정자 냉각수로(160)는 제1 냉각수로(162), 제2 냉각수로(164), 냉각수로 연결부(166) 및 와류 방지부재(168)를 포함할 수 있다.
제1 냉각수로(162)는 하우징 몸체(112)의 제1 원주 방향(시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 하나의 방향)(10)을 따라 연장될 수 있다. 제2 냉각수로(164)는 하우징 몸체(112)의 제1 원주 방향과 반대되는 제2 원주 방향(시계 방향 또는 반시계 방향 중 다른 하나의 방향)(10)을 따라 연장될 수 있다.
냉각수로 연결부(166)는 제1 냉각수로(162)와 제2 냉각수로(164)를 U자형의 곡선 형태로 연결하는 유턴수로(167)를 포함할 수 있다. 유턴수로(167)의 곡률은 고정자 냉각수로(160)의 인접한 냉각수로들(162, 164) 간의 피치 간격과 수로 폭에 따라 결정될 수 있다.
지그재그 형태의 고정자 냉각수로(160)의 경우, 제1 냉각수로(162)에서 다음 피치의 제2 냉각수로(164)로 연결되는 구간에 형성된 유턴수로(167)에서 냉각수의 급격한 방향 전환에 따라 발생하는 와류에 의해 차압손실이 발생할 수 있으며, 피치 간격이 감소할수록 냉각수 와류에 의한 차압손실이 커질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 유턴수로(167)에서의 냉각수의 와류에 의한 차압 손실을 줄이기 위하여, 유턴수로(167)에 와류에 의한 차압손실을 줄이기 위한 와류 방지부재(168)가 마련된다. 와류 방지부재(168)는 냉각수로 연결부(166)에서 냉각수의 흐름 방향을 따라 유턴수로(167)를 구획하도록 형성될 수 있다.
실시예에서, 와류 방지부재(168)는 냉각수의 흐름을 유턴수로(167)의 방향을 따라 둘 이상의 부분 유턴수로들(167a, 167b)로 구획하는 하나 이상의 구획판(169)으로 제공될 수 있다. 구획판(169)은 유턴수로(167)를 구획함과 동시에 유턴수로(167)에서 냉각수의 방향을 원활하게 전환하도록 곡면 형상으로 제공될 수 있다.
구획판(169)은 냉각수의 흐름 방향을 유턴수로(167)를 따라 전환시키고, 유턴수로(167)에서 냉각수의 와류를 줄여 냉각수 차압 손실을 줄일 수 있다. 실시예에서, 구획판(169)은 냉각수로 연결부(166)를 따라 냉각수 통로(유턴수로)를 2분할하는 반원통 형상 또는 원호 형상의 부재로 제공될 수 있다.
구획판(169)의 높이는 유턴수로(167)와 동일한 높이로 형성될 수 있다. 구획판(169)은 냉각수가 유턴수로(167)로 진입하는 위치로부터 유턴수로(167)로부터 벗어나는 위치까지 곡면 형상으로 연장될 수 있다. 구획판(169)의 곡률 반경은 유턴수로(167)의 외측 곡률 반경 보다 작고 내측 곡률 반경 보다 큰 값(예를 들어, 외측 곡률 반경과 내측 곡률 반경의 평균값)으로 설계될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 냉각수의 방향이 지그재그 형태로 반복적으로 전환되는 고정자 냉각수로(160)에 의해 고정자 냉각 효율을 높이는 효과를 얻음과 동시에, 고정자 냉각수로(160)의 방향이 전환되는 유턴수로(167)에 와류 방지부재(168)를 적용하여 와류 방지부재(168)에 의해 유턴수로(167)에서 냉각수 와류에 의한 차압 손실을 줄일 수 있으며, 이에 따라 냉각수를 가압하는 펌프의 에너지 사용을 절감하고, 전기자동차 구동 모터의 냉각 효율을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 변형된 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 고정자 냉각수로의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 7의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복 설명을 생략할 수 있다.
도 7의 실시예에서, 냉각수 와류 방지를 위한 와류 방지부재(168)는 냉각수로 연결부(166)를 따라 유턴수로(167)를 3 이상의 부분 유턴수로들(167a, 167b, 167c)로 분할하는 복수개의 구획판(169a, 169b)를 포함할 수 있다. 복수개의 구획판(169a, 169b)은 냉각수로 연결부(166)의 곡률 반경 방향을 따라 순차적으로 일정하게 증가하는 곡률 반경을 가지도록 형성될 수 있다.
도 7의 실시예에 의하면, 냉각수로 연결부(166)의 곡률 반경 방향을 따라 순차적으로 증가하는 곡률 반경을 가지는 복수개의 구획판(169a, 169b)을 유턴수로(167)에 적용하여, 유턴수로(167)에서의 냉각수 와류를 효과적으로 방지할 수 있으며, 냉각수로 연결부(166)의 곡률 반경 방향을 따라 상이한 곡률 반경의 복수개의 구획판(169a, 169b)에 의해 냉각수 와류를 유턴수로(167)의 반경 방향을 따라 영역 별로 제어하여 차압 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 7의 실시예에서, 와류 방지부재는 2개의 구획판들(169a, 169b)로 구성되어 있으나, 와류 방지 부재는 3개 이상의 구획판들로 구성되어 유턴수로(167)를 반경 방향을 따라 4개 이상의 부분 유턴수로들로 구획하여 냉각수의 와류를 방지할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 고정자 냉각수로의 일부를 나타낸 분해 사시도이다. 도 8의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복 설명을 생략할 수 있다.
도 8의 실시예에서, 구획판(169)은 냉각수로 연결부(166)의 상면에 하부로 돌출 형성되는 제1 와류 방지판(169d)과, 냉각수로 연결부(166)의 하면에 상부로 돌출 형성되는 제2 와류 방지판(169c)을 포함할 수 있다. 제1 와류 방지판(169d)과 제2 와류 방지판(169c)은 냉각수로 연결부(166)에서의 냉각수 전환 방향을 따라 곡면 형상으로 연장될 수 있다.
제1 와류 방지판(169d)과 제2 와류 방지판(169c)은 상호 간에 틈새 없이 유턴수로를 냉각수 전환 방향을 따라 완전히 구획하도록 설계될 수도 있고, 상호 간에 미리 설정된 간격으로 이격되도록 설계될 수도 있다. 도 8의 실시예에 의하면, 냉각수 와류 발생 가능성이 높은 영역에 제1 와류 방지판(169d)과 제2 와류 방지판(169c)을 적용하여 냉각수 와류를 방지함과 동시에, 제1 와류 방지판(169d)과 제2 와류 방지판(169c) 사이의 틈새(간격)를 설정하여 유턴수로의 높이를 따라 냉각수의 흐름을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다. 도 9의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복 설명을 생략할 수 있다. 도 9를 참조하면, 냉각수 유입구(150)는 고정자의 하측에 배치되고, 냉각수 배출구(180)는 고정자의 상측에 배치되는 점에서, 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
도 9의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 냉각 채널(140)의 냉각수 유입구(150)가 모터 하부측에 배치되고, 냉각수 펌프에 의해 고압으로 냉각수가 냉각수 유입구(150)로 주입되며, 주입된 냉각수는 고정자 냉각수로(160) 및 베어링 냉각수로(170)로 분배될 수 있다. 도 9의 실시예에 의하면, 냉각수를 하측에서 공급하여 냉각 채널(140) 내의 버블(bubble) 발생을 줄이고 냉각수 공급을 위한 펌프의 유압 손실을 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전기자동차 구동 모터를 구성하는 냉각 채널을 나타낸 사시도이다. 도 10의 실시예에 따른 전기자동차 구동 모터는 냉각수가 냉각 채널(140)로 유입되기 전에 냉각 채널(140) 내의 공기를 퍼징하는 드레인 라인(200)을 더 포함할 수 있다.
드레인 라인(200)은 일단은 고정자 냉각수로(160) 및/또는 베어링 냉각수로(170)에 연결되고 타단은 퍼징 장치(도시 생략)에 연결되어, 냉각수 공급 전에 고정자 냉각수로(160) 및/또는 베어링 냉각수로(170) 내의 에어를 미리 퍼징할 수 있다. 드레인 라인(200)에는 에어 퍼징 시에 드레인 라인(200)을 개방하고, 에어 퍼징 후에 드레인 라인(200)을 차단하는 개폐수단(예를 들어, 개폐밸브)이 설치될 수 있다.
냉각수가 냉각 채널(140)로 유입될 때, 유로에 차 있는 에어가 냉각수의 흐름을 방해할 수 있는데, 도 10의 실시예에 의하면, 냉각수가 냉각 채널(140)로 유입되기 전, 냉각 채널(140) 내의 에어를 드레인 라인(200)과 퍼징 장치에 의해 퍼징함으로써, 냉각수의 흐름을 원활하게 하고 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 전기자동차 구동 모터
110: 하우징
112: 하우징 몸체
120: 회전축
130: 베어링
140: 냉각 채널
150: 냉각수 유입구
160: 고정자 냉각수로
162: 제1 냉각수로
164: 제2 냉각수로
166: 냉각수로 연결부
167: 유턴수로
167a: 제1 유턴수로
167b: 제2 유턴수로
168: 와류 방지부재
168a: 제1 와류 방지부재
168b: 제2 와류 방지부재
169: 구획판
169a: 제1 구획판
169b: 제2 구획판
170: 베어링 냉각수로
172: 제1 분기 수로
174, 176: 제2 분기 수로
178: 합류 수로
180: 냉각수 배출구

Claims (10)

  1. 전기자동차의 휠을 구동하기 위한 전기자동차 구동 모터에 있어서,
    내부 공간을 가지는 하우징;
    상기 하우징의 내부 공간에 고정되고 원통 형상을 가지는 고정자;
    상기 하우징의 내부 공간에 설치되고 상기 고정자와 자기적으로 상호작용하여 회전하는 회전자;
    상기 회전자의 중심부에 결합되어 상기 회전자의 회전 운동을 축방향으로 전달하는 회전축; 및
    상기 하우징의 전방 커버에 장착되고, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 고정자를 감싸도록 형성되는 원통 형상의 하우징 몸체; 및
    상기 하우징 몸체에 형성되는 냉각 채널을 포함하고,
    상기 냉각 채널은:
    상기 하우징 몸체의 일측에 마련되어 상기 전기자동차 구동 모터를 수냉시키기 위한 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구;
    상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 하우징 몸체의 원주 방향을 따라 흐르는 고정자 냉각수로;
    상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수 중의 적어도 일부에 의해 상기 베어링을 냉각시키도록 상기 고정자 냉각수로에 연결되는 베어링 냉각수로; 및
    상기 고정자 냉각수로를 흐른 냉각수가 상기 하우징 몸체의 타측으로 배출되는 냉각수 배출구를 포함하고,
    상기 베어링 냉각수로는:
    상기 고정자 냉각수로의 일측에서 분기되어 상기 하우징의 반경 방향으로 연장 형성되는 제1 분기 수로;
    상기 제1 분기 수로의 상기 회전축에 인접한 단부에서 상기 회전축의 주위를 따라 양방향으로 분기되어 반원형으로 연장되는 한 쌍의 제2 분기 수로; 및
    상기 한 쌍의 제2 분기 수로가 합류되어 상기 하우징의 반경 방향으로 연장되고 상기 고정자 냉각수로의 타측에서 합류되는 합류 수로를 포함하고,
    상기 베어링의 온도 및 상기 고정자의 온도를 각각 측정하는 온도 측정부; 및
    상기 베어링 냉각수로로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 분배기를 더 포함하고,
    상기 냉각수 분배기는:
    상기 베어링의 온도 및 상기 고정자의 온도에 따라 상기 베어링 냉각수로의 유입구에서 상기 고정자 냉각수로와 상기 제1 분기 수로로 분기되는 냉각수의 유량을 조절하는 전기자동차 구동 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 냉각수로는, 상기 냉각수 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 하우징의 반경 방향으로 흘러 상기 회전축의 주위를 따라 반원형으로 흐르도록 형성되는 전기자동차 구동 모터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 분기 수로는 상기 회전축을 중심으로 대칭되는 형태로 형성되고,
    상기 합류 수로는 상기 제1 분기 수로와 동축 상에 배치되는 전기자동차 구동 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분기 수로는,
    상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수 중 1/3 이하의 유량을 상기 제1 분기 수로로 분기하고, 상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수 중 2/3 이상의 유량을 상기 제1 분기 수로를 경유하지 않은 채로 상기 고정자 냉각수로로 유입시키도록 형성되는 전기자동차 구동 모터.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 유입구는 상기 고정자의 하측에 배치되고, 상기 냉각수 배출구는 상기 고정자의 상측에 배치되고,
    상기 베어링 냉각수로는 상기 냉각수 유입구로 유입된 냉각수가 하부에서 상부를 향하여 흐르도록 형성되는 전기자동차 구동 모터.
  9. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 냉각수로는:
    상기 하우징 몸체의 제1 원주 방향을 따라 연장되는 제1 냉각수로;
    상기 하우징의 제1 원주 방향과 반대되는 제2 원주 방향을 따라 연장되는 제2 냉각수로;
    상기 제1 냉각수로와 상기 제2 냉각수로를 U자형의 곡선 형태로 연결하는 유턴수로를 포함하는 냉각수로 연결부; 및
    상기 유턴수로의 흐름 방향을 따라 구획하여 상기 유턴수로에서 상기 냉각수의 와류를 방지하는 와류 방지부재를 포함하고,
    상기 와류 방지부재는,
    상기 유턴수로를 2 이상의 서브 유턴수로들로 구획하고, 상기 냉각수의 흐름 방향을 상기 유턴수로의 방향을 따라 전환하는 구획판을 포함하는 전기자동차 구동 모터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구획판은 상기 냉각수가 상기 유턴수로로 진입하는 위치로부터 상기 유턴수로로부터 벗어나는 위치까지 곡면 형상으로 연장되고,
    상기 구획판의 곡률 반경은 상기 유턴수로의 외측 곡률 반경과 내측 곡률 반경의 평균값으로 설정되는 전기자동차 구동 모터.
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