KR102634005B1 - 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템 - Google Patents

전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 코일이 권취되는 스테이터 코어의 내부 슬롯공간을 확장시켜 냉각유체가 통과하는 냉각슬롯으로 형성하는 고정자; 상기 고정자의 중심에 결합되어 회전 운동하는 회전자; 및 상기 고정자의 좌우 양측에 결합되어 냉각슬롯과 수밀 가능하게 연통하여 냉각유체가 순환하는 냉각자켓을 형성하는 하우징;을 포함하는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템이 제공될 수 있다.

Description

전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템{Direct Slot Cooling System for Motors}
본 발명은 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코일이 감겨 있는 슬롯 내부공간을 확장시켜 냉각슬롯을 형성함으로써, 냉각유체를 직접 순환시켜 발열원(코일)으로부터 방출되는 열을 효과적으로 배출할 수 있고, 슬롯에 권취된 코일 전체가 냉각유체와 직접적으로 열교환을 이루도록 하는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 고정자와 회전자로 구성된다. 고정자에 감겨있는 권선들에 전류가 흘러 회전 자기장을 형성함에 따라 회전자가 회전하여 동력을 발생시킨다. 권선에 전류가 흘러 생기는 전기적 손실과 모터의 회전에 따라 발생하는 회전자계에 의한 철손, 그리고 기계적 손실에 의해 모터 내부에는 열이 발생한다. 이러한 열에 대한 적절한 냉각이 이루어지지 않으면 내부 절연부가 열화되어 절연파손되는 등의 문제를 일으키게 된다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 기술이 국내특허 공개번호:2014-0011449호의 "고정자 코일 직접 냉각방식형 모터"를 통해서 개시되고 있다.
상기 종래기술은 고정자 코일에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 주로 모터하우징에 냉각유체 경로를 형성하여 냉매가 발생열을 흡수하도록 한 것이다.
종래의 모터 냉각구조의 일 예에서는 우선 모터하우징의 일 단부에 냉각수 유입구와 복수의 냉각수 안내돌기를 원주방향으로 형성하고, 모터 하우징의 둘레를 따라 냉각수로를 만들어 냉각수 배출구와 연결한다. 그리고 고정자 및 회전자가 배치되는 모터하우징 내부 공간에는 복수의 방열핀을 원주방향으로 배치한다.
그런데, 이러한 종래기술의 모터하우징에 구현한 냉각구조는 고정자 코일을 직접 냉각하는 것이 아니라, 모터하우징의 내면부 열전도 및 공기를 이용한 방열핀의 간접 냉각 방식이어서, 고정자 코일에서 발생된 열을 효과적으로 냉각시키는 데는 한계가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1792915호
본 발명의 목적은 코일이 감겨 있는 슬롯 내부공간을 확장시켜 냉각슬롯을 형성함으로써, 냉각유체를 직접 순환시켜 발열원(코일)으로부터 방출되는 열을 효과적으로 배출할 수 있고, 슬롯에 권취된 코일 전체가 냉각유체와 직접적으로 열교환을 할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 슬롯면적에서 코일의 단면적이 차지하는 비중을 20% ~ 80% 정도로 하여 나머지 공간을 냉각슬롯으로 형성했을 때, 냉각유체의 흐름이 원활하게 이루어져서 열교환효율이 최적화되도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬롯면적에서 코일의 단면적이 차지하는 비중과 발열량에 따라서 냉각유체의 유속이 조절되도록 하는데 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 코일이 권취되는 스테이터 코어의 내부 슬롯공간을 확장시켜 냉각유체가 통과하는 냉각슬롯으로 형성하는 고정자;
상기 고정자의 중심에 결합되어 회전 운동하는 회전자; 및
상기 고정자의 좌우 양측에 결합되어 냉각슬롯과 수밀 가능하게 연통하여 냉각유체가 순환하는 냉각자켓을 형성하는 하우징;을 포함하는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 고정자는, 스테이터 코어의 내측방향으로 복수 개의 티스가 방사상으로 등 간격 배치되고, 상기 티스에는 스테이터 코일이 권취되며, 상기 티스의 내측단부에는 좌우 양측으로 연장되는 T자형 확장단부를 형성하고, 상기 확장단부 사이에 쐐기부재를 삽입시켜 내부를 수밀 유지가 가능하게 밀폐시켜 냉각슬롯을 형성한다.
또한, 상기 냉각슬롯은 코일 사이에 마련되는 중앙유로와, 상기 중앙유로의 동심원 내측에 연통되어 확장단부와 코일 사이를 흐르는 내측유로와, 상기 중앙유로의 동심원 외측에 연통되어 스테이터 코어 내면과 코일 사이를 흐르는 외측유로로 이루어질 수 있다.
이때, 슬롯면적에서 코일의 단면적이 차지하는 비중을 20% ~ 80%로 할 수 있다.
그리고, 상기 스테이터 코어를 얇은 금속판체들을 겹쳐서 형성할 때, 코일이 권취된 유로공간과 코어가 닿는 면에 냉각유체가 누설되지 않도록 합성수지를 이용한 코팅을 수행할 수 있다.
그리고, 상기 회전자는 몸체 중앙에 샤프트가 축결합되고, 상기 샤프트 외측 몸체 둘레에는 마그네틱이 착자되며, 상기 회전자의 샤프트 양측단부는 하우징에 베어링을 이용해 축결합된다.
그리고, 상기 하우징은 고정자의 양측단부에 결합되어 고정자의 냉각슬롯과 연통하는 도넛형상의 냉각자켓을 형성하고, 상기 냉각자켓은 냉각유 출입포트와 연결된다.
이때, 상기 하우징의 몸체 중앙에는 샤프트가 관통하는 축홀이 형성되고, 상기 축홀 둘레에는 베어링이 수용되는 베어링수용부를 형성할 수 있다.
이때, 상기 냉각자켓은 제1림부와 제2림부 사이에 형성되고, 상기 제1림부는 고정자 측의 스테이터 코어 단부와 수밀 가능하게 접합되며, 상기 제2림부는 고정자 측의 확장단부에 수밀 가능하게 접합된다.
본 발명은 코일이 감겨 있는 슬롯 내부공간을 확장시켜 냉각슬롯을 형성함으로써, 냉각유체를 직접 순환시켜 발열원(코일)으로부터 방출되는 열을 효과적으로 배출할 수 있고, 슬롯에 권취된 코일 전체가 냉각유체와 직접적으로 열교환을 하기 때문에 매우 높은 냉각성능을 갖는다.
본 발명은 슬롯면적에서 코일의 단면적이 차지하는 비중을 20% ~ 80% 정도로 하여 나머지 공간을 냉각슬롯으로 형성했을 때, 코일과 냉각유체의 접촉이 최대화되고, 냉각유체의 흐름이 원활하게 이루어져서 열교환효율을 최적화하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기의 사시도.
도 2, 도 3은 본 발명에 따른 전동기의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 직접 슬롯 냉각 시스템이 적용된 전동기의 종단면도.
도 5는 본 발명에 따른 직접 슬롯 냉각 시스템이 적용된 전동기의 횡단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 변형된 냉각슬롯 형태 및 코일의 권취형태 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 쐐기부재의 변형된 예시도.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기의 사시도이고, 도 2, 도 3은 본 발명에 따른 전동기의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 직접 슬롯 냉각 시스템이 적용된 전동기의 종단면도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명에 따른 직접 슬롯 냉각시스템이 적용되는 전동기(예: 모터)는 크게 고정자(110), 회전자(120) 및 하우징(130)으로 구성된다.
상기 고정자(110)는 스테이터 코어(111)의 내측방향으로 복수 개의 티스(113)가 방사상으로 등 간격 배치된다.
그리고, 상기 티스(113)에는 스테이터 코일(113a)이 권취되는데, 상기 코일(113a)에 전류가 흐르게 된 전자기장을 형성하게 된다.
상기 티스(113)의 내측단부에는 좌우 양측으로 연장되는 T자형 확장단부(112)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 티스(113)은 T자형 확장단부(112)가 없는 민자형 단부를 형성할 수도 있다.
이때, 상기 확장단부(112) 사이에는 권선홀(112a)((slot open))이 형성되어 티스(113)에 코일(113a)이 권취되기 위한 통로의 역할을 함과 아울러, 확장단부(112) 사이의 권선홀(112a)에 쐐기부재(116)를 삽입시켜 내부를 수밀 유지가 가능하게 밀폐시켜 냉각슬롯(114)을 형성하는 내벽체의 역할을 하게 된다.
이때, 쐐기부재(116)의 모양은 도 7a에서 보는 바와 같이 권선홀(112a)(slot open)에 꽉 맞는 I자형 단면을 형성하거나, 도 7b에서 보는 바와 같이 냉각슬롯(114) 방향으로 향한 확장단부(112)의 윗면과 걸치는 덮개면(116a)을 갖는 T자형 단면을 형성할 수 있다.
또한, 쐐기부재(116)는 도 7c에서 보는 바와 같이 덮개면(116a)의 양측에 돌기부(116b)를 더 연장시켜 티스(113)를 살짝 파고들어 걸쳐지는 T자형 단면을 형성할 수도 있다.
즉, 본 발명은 코일(113a)이 권취되는 스테이터 코어(111)의 내부 슬롯공간을 냉각슬롯(114)으로 활용하는 방안을 제시하는 것으로서, 이를 위해서 본 발명에서는 고정자(110)의 슬롯 내부를 확장시켜 냉각슬롯(114)을 형성한다.
이는, 모터에서 최대의 열을 발생시키는 코일(113a)에 직접 냉각유체를 접촉시켜 열교환을 통한 신속한 냉각이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 직접 슬롯 냉각 시스템이 적용된 전동기의 횡단면도이고, 도 6은 도 5의 "A"부 확대도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 냉각슬롯(114)은 양측 코일(113a) 사이에 마련되는 중앙유로(114a)와, 상기 중앙유로(114a)의 동심원 내측에 연통되어 확장단부(112)와 코일(113a) 사이를 흐르는 내측유로(114b)와, 상기 중앙유로(114a)의 동심원 외측에 연통되어 스테이터 코어(111) 내면과 코일(113a) 사이를 흐르는 외측유로(114c)로 이루어진다.
하지만, 이와 같은 냉각슬롯(1114)의 형태는 첨부도면의 형태로만 한정되지 않고, 코일(113a)이 권취되는 방식과 티스(113)의 형상에 따라서 다양한 형태로 변형될 수 있다.
이에 대한 예시를 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 변형된 냉각슬롯 형태 및 코일의 권취형태 예시도로서, 도 6a에는 코일(113a) 단면이 직사각형태이면서 냉각슬롯(114)의 전체형태와 중앙유로(114a)의 형태가 부채꼴 형태로 제작되는 예가 도시된다.
또한, 도 6b에는 코일(113a) 단면이 직사각형태이면서 냉각슬롯(114)의 전체형태와 중앙유로(114a)의 형태가 직사각 형태로 제작되는 예가 도시된다.
또한, 도 6c에는 코일(113a)이 복수 개의 그룹으로 나뉘어 권취되고 각각의 코일 단면이 서로 이격된 직사각형태이면서 냉각슬롯(114)의 전체형태와 중앙유로(114a)의 형태가 직사각 형태로 제작되는 예가 도시된다.
또한, 도 6d에는 코일(113a) 단면이 사다리꼴 형태이고 냉각슬롯(114)의 전체 형태는 사다리꼴 형태를 취하면서 중앙유로(114a)는 사각형태로 제작되는 예가 도시된다.
이처럼, 본 발명의 냉각슬롯(114)는 다양한 형태로 변형 제작이 가능한 것이지만, 그 공통된 특징으로는 슬롯면적에서 코일의 단면적이 차지하는 비중을 20% ~ 80%가 되도록 설계하여 슬롯의 나머지 공간을 냉각채널로 형성했을 때, 냉각유체의 흐름이 원활하게 이루어져서 열교환효율이 최적화되도록 하는 것이다.
이와 같은 비율로 냉각슬롯(114)를 형성하는 것은 전동기의 크기를 기존에 비해서 크게 확장하지 않으면서도, 냉각슬롯(114)을 형성했을 때, 냉각유체(CL)의 흐름이 원활하게 이루어져서 열교환효율을 최적화할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 스테이터 코어(111)는 얇은 금속판체들을 여러 장 덧대어서 원하는 두께의 고정자를 형성하게 되는데, 금속판체들 사이로 냉각유체(CL)가 누설되지 않도록 합성수지를 이용한 코팅 등의 수밀방법이 사용될 수 있다.
상기 고정자(110)의 중앙에는 도 1내지 도 5에서 보는 바와 같이 회전자(120)가 설치된다.
상기 회전자(120)의 몸체 중앙에는 샤프트(121)가 축결합되고, 상기 샤프트(121) 외측 몸체 둘레에는 마그네틱(123)이 착자되어 고정자(110) 측과 대응하는 자기장을 형성하게 된다.
상기 회전자(120) 몸체와 고정자(110) 사이는 간극(G)을 유지하여 설치된다.
상기 회전자(120)의 샤프트(121) 양측단부는 고정자(110)의 좌우 양측에서 가스킷 등을 사용한 수밀 가능한 구조로 결합되는 하우징(130)에 베어링(125)을 이용해 결합되어 축회전이 안내된다.
이하, 상기 하우징(130)에 대해서 설명한다.
상기 하우징(130)은 원형의 캡형태로 제작되는데, 마주 보는 한 쌍이 동일구조로 이루어져 있다. 이에 하우징(130)은 동일한 부호를 사용하여 설명한다.
이와 같은 하우징(130)은 그 이면에 고정자(110)의 양측단부에 결합되어 고정자(110)의 냉각슬롯(114)과 연통하는 도넛형상의 냉각자켓(131)을 형성한다.
상기 냉각자켓(131)은 제1림부(131a)와 제2림부(131b) 사이에 형성되고, 상기 제1림부(131a)는 고정자(110) 측의 스테이터 코어(111) 단부와 수밀 가능하게 접합되고, 상기 제2림부(131b)는 고정자(110) 측의 확장단부(112)와 쐐기부재(116)에 의해 수밀 가능하게 접합된다.
이때, 상기 냉각자켓(131)는 냉각유 출입포트(132)와 연결되어 냉각유체(CL)가 유압펌프 등에 의해 출입하면서 순환하게 된다.
상기 냉각유 출입포트(132)는 어느 하나가 유입측이 되고, 다른 하나가 토출측이 되는 것으로서, 유입과 토출방향은 서로 바뀌어도 상관없는 것이다.
상기 하우징(130)의 중앙에는 샤프트(121)가 관통하는 축홀(133)이 형성되어 있고, 상기 축홀(133) 둘레에는 베어링(125)이 수용되는 베어링수용부(133a)를 형성하게 된다.
상기한 하우징(130)의 제2림부(131b)는 고정자(110)의 확장단부(112)와 쐐기부재(116)에 수밀 가능하게 접합됨으로써, 냉각슬롯(114) 내의 냉각유체(CL)가 회전자(120) 측으로 누설되는 것을 차단할 수 있게 된다.
이와 같은 수밀구조를 위해서는 슬롯오픈(slot open)을 막아주는 쐐기부재(116)가 결합하는 확장단부(112) 사이에도 씰링처리가 이루어지게 되며, 고정자(110)를 형성하는 스테이터 코어(111)의 낱장사이에도 씰링처리가 이루어지게 된다.
본 발명은 고열이 발생되는 코일(113a) 사이를 냉각유체가 통과하도록 함으로써, 직접적이고 신속한 냉각이 이루어지게 되는데, 이때 사용되는 냉각유체(CL)는 절연유 또는 절연수 모두 사용이 가능하다.
또한 본 발명의 슬롯 냉각시스템은 일반적인 산업분야에서 사용되는 산업용 모터 및 전기차의 모터에 적용될 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 코일이 감겨 있는 슬롯 내부공간을 확장시켜 냉각슬롯을 형성함으로써, 냉각유체를 직접 순환시켜 발열원(코일)으로부터 방출되는 열을 효과적으로 배출할 수 있고, 슬롯에 권취된 코일 전체가 냉각유체와 직접적으로 열교환을 하기 때문에 매우 높은 냉각성능을 갖게 된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 고정자 111: 스테이터 코어
112: 확장단부 112a: 권선홀
113: 티스 113a: 스테이터 코일
114: 냉각슬롯 114a: 중앙유로
114b: 내측유로 114c: 외측유로
116: 쐐기부재 120: 회전자
121: 샤프트 123: 마그네틱
125: 베어링 130: 하우징
131: 냉각자켓 131a: 제1림부
131b: 제2림부 132: 냉각유 출입포트
133: 축홀 133a: 베어링수용부
CL: 냉각유체 G: 간극

Claims (9)

  1. 코일이 권취되는 스테이터 코어의 내부 슬롯공간을 확장시켜 냉각유체가 통과하는 냉각슬롯으로 형성하는 고정자; 상기 고정자의 중심에 결합되어 회전 운동하는 회전자; 및 상기 고정자의 좌우 양측에 결합되어 냉각슬롯과 수밀 가능하게 연통하여 냉각유체가 순환하는 냉각자켓을 형성하는 하우징;을 포함하고, 상기 하우징은 고정자의 양측단부에 결합되어 고정자의 냉각슬롯과 연통하는 도넛형상의 냉각자켓을 형성하고, 상기 냉각자켓은 냉각유 출입포트와 연결되며, 상기 하우징의 몸체 중앙에는 샤프트가 관통하는 축홀이 형성되고, 상기 축홀 둘레에는 베어링이 수용되는 베어링수용부를 형성하고, 상기 냉각자켓은 제1림부와 제2림부 사이에 형성되고, 상기 제1림부는 고정자 측의 스테이터 코어 단부와 수밀 가능하게 접합되며, 상기 제2림부는 고정자 측의 확장단부에 수밀 가능하게 접합되고, 상기 냉각자켓은 상기 고정자의 좌우 양측에 결합되어 냉각슬롯과 수밀 가능하게 연통하고 냉각유 출입포트와 연결되어 냉각유체(CL)가 유압펌프에 의해 출입하면서 냉각유체가 순환하는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는, 스테이터 코어의 내측방향으로 복수 개의 티스가 방사상으로 등 간격 배치되고, 상기 티스에는 스테이터 코일이 권취되며, 상기 티스의 내측단부에는 좌우 양측으로 연장되는 T자형 확장단부를 형성하고, 상기 확장단부 사이에 쐐기부재를 삽입시켜 내부를 수밀 유지가 가능하게 밀폐시켜 냉각슬롯을 형성하는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각슬롯은 코일 사이에 마련되는 중앙유로와, 상기 중앙유로의 동심원 내측에 연통되어 확장단부와 코일 사이를 흐르는 내측유로와, 상기 중앙유로의 동심원 외측에 연통되어 스테이터 코어 내면과 코일 사이를 흐르는 외측유로로 이루어지는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 면적에서 코일의 단면적이 차지하는 비중을 20% ~ 80%로 형성하는 전동기의 직접 슬롯 냉각시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스테이터 코어를 얇은 금속판체들을 겹쳐서 형성할 때, 코일이 권취된 유로공간과 코어가 닿는 면에 냉각유체가 누설되지 않도록 합성수지를 이용한 코팅을 수행하는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 몸체 중앙에 샤프트가 축결합되고, 상기 샤프트 외측 몸체 둘레에는 마그네틱이 착자되며, 상기 회전자의 샤프트 양측단부는 하우징에 베어링을 이용해 축결합되는 전동기의 직접 슬롯 냉각 시스템.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002186211A (ja) * 2000-12-14 2002-06-28 Nissan Motor Co Ltd 回転電機および回転電機の製造方法
JP2002247813A (ja) * 2001-02-21 2002-08-30 Mitsubishi Electric Corp 電動機の製造方法及び電動機の製造装置及びステータコアの一体絶縁成形用金型及び電動機
JP2003164088A (ja) * 2001-11-28 2003-06-06 Nissan Motor Co Ltd 電動機の固定子構造
JP2004048878A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Nissan Motor Co Ltd 回転電機の製造方法
JP2004289917A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Nissan Motor Co Ltd 回転電機

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101792915B1 (ko) 2015-10-30 2017-11-02 현대위아 주식회사 고정자 코일 직접 냉각방식형 모터

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002186211A (ja) * 2000-12-14 2002-06-28 Nissan Motor Co Ltd 回転電機および回転電機の製造方法
JP2002247813A (ja) * 2001-02-21 2002-08-30 Mitsubishi Electric Corp 電動機の製造方法及び電動機の製造装置及びステータコアの一体絶縁成形用金型及び電動機
JP2003164088A (ja) * 2001-11-28 2003-06-06 Nissan Motor Co Ltd 電動機の固定子構造
JP2004048878A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Nissan Motor Co Ltd 回転電機の製造方法
JP2004289917A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Nissan Motor Co Ltd 回転電機

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