KR102506753B1 - 오일비산유도 냉각방식 구동모터 및 환경차량 - Google Patents

Abstract

본 발명의 환경차량용 구동모터(1)에는 코일(9)을 구비한 스테이터(7), 회전되는 로터 슬리브(4)를 구비한 로터(3), 로터 슬리브(4)의 회전에 의한 원심력으로 오일을 스테이터(7)의 전후방향으로 비산시켜주고 동시에 스테이터(7)의 후방쪽으로 비산된 오일을 스테이터(7)로 집중시켜주는 오일 가이드(33)로 이루어진 이중비산냉각패스(10)가 포함됨으로써 스테이터(7)의 전면부위 대비 비산오일 퍼짐에 따른 스테이터(7)의 후면부위의 상대적 오일 유량 부족이 해소되고, 특히 오일 가이드(33)를 이용한 오일 집중화에 따른 스테이터(7)의 냉각 편차가 제거됨으로써 모터 내부의 냉각성능 불균일화가 해소되는 특징을 갖는다.

Description

오일비산유도 냉각방식 구동모터 및 환경차량{Oil Scatter Leading Cooling type Drive Motor and Echo Vehicle thereby}

본 발명은 구동모터에 관한 것으로, 특히 냉각을 위한 비산 오일이 모터 내부 안쪽 공간에서 집중되도록 오일비산경로를 유도시켜주는 구동모터가 적용된 환경차량에 관한 것이다.

일반적으로 환경차량에 사용되는 구동모터는 모터단독 주행모드인 EV(Electric Vehicle) 및 엔진연계 주행모드인 HEV(Hybrid Electric Vehicle)를 구현한다.

상기 환경차량은 하이브리드 차량으로, HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle), MHEV(Mild Hybrid Electric Vehicle) 등을 포함한다.

상기 구동모터는 코일이 권선되어 모터 하우징 내에 결합된 스테이터(고정자)와 스테이터의 내측에 일정 공극을 두고 배치된 로터(회전자)로 구성되며, 코일에 인가된 전류와 역기전압에 의한 맴돌이 전류로 발생되는 열을 냉각하는 냉각구조가 포함된다.

구체적으로 상기 냉각구조는 변속기 하우징을 이용하여 구동모터가 장착되는 환경차량의 특성에 따라 오일냉각 방식을 적용하고, 상기 오일냉각 방식은 변속기 오일(Auto Transmission Fluid)을 냉각유(이하, 오일)로 하여 모터 하우징이 내부에서 코일 발열을 흡수 및 냉각시켜준다.

일례로, 상기 오일냉각 방식은 엔진클러치 쪽에서 로터슬리브와 보빈으로 이어진 비산냉각패스를 이용하고, 상기 비산냉각패스는 로터 회전으로 로터슬리브 안쪽의 오일을 로터슬리브 바깥쪽으로 비산시켜줌으로써 보빈에 권선된 코일이 보빈을 거친 비산된 오일로 냉각된다.

그 결과 구동모터는 장시간 구동 시에도 열해로 인한 손상을 방지하고 그 성능을 유지할 수 있다.

국내 공개특허공보 10-2016-0050197(2016년05월11일)

하지만 상기 오일냉각 방식은 비산냉각패스의 오일 비산에 의한 고정자 냉각 효과가 불균일하다는 한계성을 갖는다.

이는 상기 오일냉각 방식의 비산냉각패스가 엔진 클러치 결합공간으로 비교적 오일비산에 용이한 공간을 갖는 스테이터 전면부 방향에 집중된 반면 상대적으로 협소한 공간과 복잡한 구조를 갖는 스테이터 후면부 방향으로는 형성되지 않음에 기인된다. 여기서 구동 모터 폭에서 스테이터에 권선된 코일이 엔진 클러치의 결합 방향을 향하는 방향이 스테이터 전면으로 정의되고 그 반대방향이 스테이터 후면으로 정의된다.

그 결과 상기 오일냉각 방식은 스테이터 전면부 방향 대비 스테이터 후면부 방향으로 비산되는 오일 유량이 상대적으로 적게 됨으로써 냉각효과의 편차를 가져오고, 냉각효과 편차는 불균일한 모터 냉각성능을 가져옴으로써 환경차량은 구동모터 온도 제어에 많은 노력이 들어갈 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 스테이터 전후면부위로 동시에 비산되는 오일 중 스테이터 후면부위쪽으로 비산되는 오일의 비산경로를 집중시켜줌으로써 스테이터 전면부위 대비 비산오일 퍼짐에 따른 스테이터 후면부위의 상대적 오일 유량 부족이 해소되고, 특히 집중화된 오일로 스테이터 후면부위쪽의 냉각효율을 스테이터 전면부위쪽과 대응하게 높여줌으로써 오일 유량 부족에 따른 냉각 편차 해소로 모터 내부의 냉각성능 불균일화가 해소되는 오일비산유도 냉각방식 구동모터 및 환경차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구동모터는 코일을 갖춘 스테이터에 대해 상기 스테이터로 감싸인 로터의 회전에 의한 원심력으로 오일이 상기 스테이터의 한쪽으로 비산되는 전면 로터 홀, 상기 오일이 상기 스테이터의 반대쪽으로 비산되는 후면 로터 홀, 상기 후면 로터 홀의 비산 오일을 상기 스테이터의 반대쪽으로 집중시켜주는 오일 가이드로 이루어진 이중비산냉각패스; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 전면 로터 홀과 상기 후면 로터 홀은 서로 간격을 갖고 독립적으로 상기 로터의 로터 슬리브에 뚫려진다.

바람직한 실시예로서, 상기 오일 가이드는 상기 후면 로터 홀쪽에서 상기 로터 슬리브에의 끝부위로 위치되어 상기 스테이터의 반대쪽으로 이어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 오일 가이드는 상기 로터 슬리브에 간격을 두고 상기 로터 슬리브로 위치된 사다리꼴 단면형상의 하부구간, 상기 하부구간에 일체로 이어져 상기 스테이터에 간격을 두고 상기 스테이터의 반대쪽으로 위치된 곡선형상의 상부구간으로 이루어진다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 환경차량은 코일을 구비한 스테이터, 회전되는 로터 슬리브를 구비한 로터, 상기 로터 슬리브의 회전에 의한 원심력으로 오일을 상기 스테이터의 전후방향으로 비산시켜주고 동시에 상기 스테이터의 후방쪽으로 비산된 오일을 상기 스테이터로 집중시켜주는 오일 가이드로 이루어진 이중비산냉각패스를 갖춘 구동모터; 상기 구동모터에 결합된 엔진 클러치를 매개로 결합 및 분리되는 엔진; 이 포함되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 구동모터는 오일비산유도 냉각방식의 냉각구조를 적용함으로써 다음과 같은 장점과 효과를 구현한다.

첫째, 스테이터의 전후 방향에 대한 동등한 오일 비산으로 냉각 효과 편차가 크게 완화된다. 둘째, 스테이터 후면부에 대한 오일비산과정에서 오일이 안내되어 직접적으로 전달됨으로써 모터 냉각성능이 전체적으로 크게 향상된다. 셋째, 오일가이드를 이용한 스테이터 후면부쪽 오일 집중화로 오일 분산이 방지된다. 넷째, 오일가이드가 스테이터 후면부쪽 공간을 이용해 적용됨으로써 스테이터나 로터에 대한 설계 변경을 요구하지 않는다.

또한 본 발명의 구동모터가 적용된 환경차량은 오일비산유도 냉각방식의 냉각구조로 구동모터의 냉각성능 균일화가 이루어짐으로써 구동모터 온도 제어에 들어가는 노력을 줄일 수 있다. 또한 본 발명의 구동모터가 적용된 환경차량은 크게 향상된 구동모터 냉각성능으로 상품성이 높아진다.

도 1은 본 발명에 따른 오일비산유도 냉각방식 구동모터가 적용된 차량의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 오일비산유도냉각을 위한 이중 비산냉각패스의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 후면 비산냉각패스가 적용된 로터의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 환경차량의 구동모터에서 전후면 비산냉각패스를 이용한 스테이터 냉각 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 환경차량(100)은 엔진 클러치(200)와 결합된 구동모터(1)와 함께 엔진(100-1)룰 구비한다.

구체적으로 상기 엔진(100-1)은 엔진 클러치(200)를 매개로 구동모터(1)와 연결 및 분리된다.

구체적으로 상기 구동모터(1)는 모터 하우징(2), 로터(3), 스테이터(7), 이중 비산냉각패스(10)를 포함한다. 또한 상기 구동모터(1)는 상기 이중 비산냉각패스(10)를 오일에 의한 유냉방식으로 하여 냉각수에 의한 수냉방식으로 하는 냉각채널이 모터 하우징(2)에 더 구비될 수 있다.

일례로, 상기 모터 하우징(2)은 로터(3), 스테이터(7), 이중 비산냉각패스(10)를 외부와 차단시켜 준다.

일례로, 상기 로터(3)와 상기 스테이터(7)는 모터 하우징(2)을 가려져 전류공급에 의한 회전으로 구동모터(1)의 출력을 발생시키고, 이중 비산냉각패스(10)를 형성한다. 상기 로터(3)는 축홀과 함께 개방된 내부 공간을 형성한 원형 바디로 이루어진 로터 슬리브(4), 환형 링 형상으로 이루어진 리테이너(5), 환형 링 형상으로 이루어진 로터 플레이트(6)로 구성되고, 로터 슬리브(4)에 대해 리테이너(5)가 결합되고 리테이너(5)에 대해 로터 플레이트(6)가 결합됨으로써 로터(3)로 일체화 된다. 상기 스테이터(7)는 보빈(8)과 보빈(8)에 권치된 코일(9)로 구성되고, 상기 보빈(8)이 로터(3)를 감싸줌으로써 코일(9)에 공급된 전류로 로터(3)의 회전을 발생시키고, 로터(3)의 회전은 구동모터(1)의 출력을 생성한다.

일례로, 상기 이중 비산냉각패스(10)는 전면 비산냉각패스(20)와 후면 비산냉각패스(30)로 구성되고, 로터(3)의 회전에 의한 원심력으로 공급된 오일을 스테이터(7)(특히, 코일(9))쪽으로 비산시켜준다.

한편 도 2 내지 도 4는 전면 비산냉각패스(20)와 후면 비산냉각패스(30)의 상세 구성을 예시한다.

도 2를 참조하면, 상기 전면 비산냉각패스(20)는 슬리브(4)(또는 보빈(8)과 함께)를 이용하여 모터 바깥쪽에 형성되는 반면 상기 후면 비산냉각패스(30)는 로터 슬리브(4)와 함께 별도의 오일 가이드(33)를 이용하여 모터 안쪽에 형성된다.

도 3을 참조하면, 상기 전면 비산냉각패스(20)는 로터 슬리브(4)의 일측(즉, 모터 바깥쪽 공간 부위)에 형성된 전면 로터 홀(21)로 이루어진다. 상기 전면 로터 홀(21)은 로터 슬리브(4)의 원형 바디에 홀 형상으로 천공되고, 등간격으로 형성된 복수개로 쌍을 이루어 형성된다. 상기 후면 비산냉각패스(30)는 로터 슬리브(4)의 타측(즉, 모터 안쪽공간부위)에 형성된 후면 로터 홀(31)로 이루어진다. 상기 후면 로터 홀(31)은 90도 간격으로 4개를 한 쌍으로 형성하나 필요시 서로에 대한 간격을 좁혀 8개 이상으로 형성될 수 있다. 특히 상기 후면 비산냉각패스(30)는 후면 로터 홀(31)에서 비산된 오일의 비산 경로를 스테이터(7)쪽으로 안내해주는 오일 가이드(33)(도 4 참조)를 구비한다.

도 4를 참조하면, 상기 오일 가이드(33)는 로터 슬리브(4)의 굴곡진 바디 단면 형상에 맞춰져 굴곡진 단면을 형성함으로써 대략 사다리꼴 단면형상을 이루는 하부구간과 이에 일체로 이어져 완만한 곡선 형상을 이루는 상부구간으로 형성된다.

일례로, 상기 오일 가이드(33)는 사다리꼴 단면형상의 하부구간이 후면 로터 홀(31)이 뚫려진 로터 슬리브(4)의 내측 원형바디에서 전면 로터 홀(21)이 뚫려진 로터 슬리브(4)의 외측 원형바디로 이어지면서 로터 슬리브(4)와 일정한 간격을 형성하고 동시에 곡선 형상의 상부구간이 로터 슬리브(4)를 벗어나 보빈(8)에 권치된 코일(9)쪽으로 이어져 스테이터(7)에 일정한 간격을 두고 스테이터(7)쪽으로 위치된다. 그 결과 상기 오일 가이드(33)는 후면 로터 홀(31)에서 비산된 오일이 스테이터(7)의 뒤쪽부위로 집중되는 오일비산경로를 형성하여 준다. 특히 상기 오일 가이드(33)는 로터 슬리브(4)에 용접으로 고정되어 로터 슬리브(4)와 함께 회전되거나 또는 모터 내부 구조를 이용해 고정되어 로터 슬리브(4)와 분리될 수 있다.

따라서 구동모터(1)의 동작으로 로터(3)가 회전되면, 오일은 로터 슬리브(4)의 회전에 의한 원심력을 받게 됨으로써 전면 보빈 비산 홀(21)과 후면 보빈 비산 홀(31)을 통해 로터 슬리브(4)의 내부에서 외부로 비산되어 코일(9)쪽으로 비산되고 동시에 후면 로터 홀(31)로 비산된 오일은 오일 가이드(33)에 의해 차단된다. 그러면 상기 전면 보빈 비산 홀(21)은 비산된 오일을 보빈(8)을 지나 코일(9)의 전면부쪽으로 안내하고 동시에 상기 오일 가이드(33)는 비산된 오일을 보빈(8)을 지나 코일(9)의 후면부위쪽으로 안내해줌으로써 오일은 스테이터(7)의 앞쪽과 뒤쪽으로 동시에 비산된다.

그 결과 비산된 오일은 스테이터(7)의 앞쪽과 뒤쪽을 동시에 냉각해 주고, 특히 스테이터(7)의 뒤쪽부위에서 코일(9)에 대한 냉각 효율을 크게 높여줌으로써 전체적으로 향상된 모터 냉각성능을 구현할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 환경차량에 적용된 구동모터에는 코일(9)을 구비한 스테이터(7), 회전되는 로터 슬리브(4)를 구비한 로터(3), 로터 슬리브(4)의 회전에 의한 원심력으로 오일을 스테이터(7)의 전후방향으로 비산시켜주고 동시에 스테이터(7)의 후방쪽으로 비산된 오일을 스테이터(7)로 집중시켜주는 오일 가이드(33)로 이루어진 이중비산냉각패스(10)가 포함됨으로써 스테이터(7)의 전면부위 대비 비산오일 퍼짐에 따른 스테이터(7)의 후면부위의 상대적 오일 유량 부족이 해소되고, 특히 오일 가이드(33)를 이용한 오일 집중화에 따른 스테이터(7)의 냉각 편차가 제거됨으로써 모터 내부의 냉각성능 불균일화가 해소된다.

1 : 구동모터 2 : 모터 하우징
3 : 로터 4 : 로터 슬리브
5 : 리테이너 6 : 로터 플레이트
7 : 스테이터 8 : 보빈
9 : 코일
10 : 이중 비산냉각패스 20 : 전면 비산냉각패스
21 : 전면 로터 홀 30 : 후면 비산냉각패스
31 : 후면 로터 홀 33 : 오일 가이드
100 : 환경차량 100-1 : 엔진
200 : 엔진 클러치

Claims (10)

1. 코일을 갖춘 스테이터에 대해 상기 스테이터로 감싸인 로터의 회전에 의한 원심력으로 오일이 상기 스테이터의 한쪽으로 비산되는 전면 로터 홀, 상기 오일이 상기 스테이터의 반대쪽으로 비산되는 후면 로터 홀, 상기 후면 로터 홀의 비산 오일을 상기 스테이터의 반대쪽으로 집중시켜주는 오일 가이드로 이루어진 이중비산냉각패스;가 포함되며,
   상기 오일 가이드는 상기 로터의 로터 슬리브의 단면 형상에 맞춰져 상기 로터 슬리브의 내측 원형바디에서 외측 원형바디로 이어지면서 상기 로터 슬리브와 일정한 간격을 형성하고, 상기 로터 슬리브를 벗어나 상기 스테이터에 일정한 간격을 두고 상기 스테이터쪽으로 위치되는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전면 로터 홀과 상기 후면 로터 홀은 서로 간격을 갖고 독립적으로 상기 로터에 형성되는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 전면 로터 홀과 상기 후면 로터 홀은 각각 상기 로터의 상기 로터 슬리브에 뚫려지는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 후면 로터 홀은 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
5. 청구항 3에 있어서, 상기 로터 슬리브에는 상기 후면 로터 홀쪽으로 상기 오일 가이드가 위치되어 상기 스테이터의 반대쪽으로 이어지는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 오일 가이드는 상기 로터 슬리브에 간격을 두고 상기 로터 슬리브로 위치된 하부구간, 상기 하부구간에 일체로 이어져 상기 스테이터에 간격을 두고 상기 스테이터의 반대쪽으로 위치된 상부구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 하부구간은 사다리꼴 단면형상을 이루고, 상기 상부구간은 곡선 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 오일 가이드는 상기 로터 슬리브에 고정되어 상기 로터 슬리브와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 오일비산유도 냉각방식 구동모터.
   
9. 청구항 1 내지 청구항 8중 어느 한 항에 의한 오일비산유도 냉각방식 구동모터;
   상기 구동모터에 결합된 엔진 클러치;
   가 포함되는 것을 특징으로 하는 환경차량.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 엔진 클러치는 엔진을 상기 구동모터와 연결 및 분리하는 것을 특징으로 하는 환경차량.

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