KR102634868B1 - Heat pipe and motor cooled thereby - Google Patents

Heat pipe and motor cooled thereby Download PDF

Info

Publication number
KR102634868B1
KR102634868B1 KR1020210108448A KR20210108448A KR102634868B1 KR 102634868 B1 KR102634868 B1 KR 102634868B1 KR 1020210108448 A KR1020210108448 A KR 1020210108448A KR 20210108448 A KR20210108448 A KR 20210108448A KR 102634868 B1 KR102634868 B1 KR 102634868B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat pipe
motor
working fluid
heat
rotation shaft
Prior art date
Application number
KR1020210108448A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210110249A (en
Inventor
서성집
이종보
이동현
Original Assignee
한국이미지시스템(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국이미지시스템(주) filed Critical 한국이미지시스템(주)
Priority to KR1020210108448A priority Critical patent/KR102634868B1/en
Publication of KR20210110249A publication Critical patent/KR20210110249A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102634868B1 publication Critical patent/KR102634868B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/025Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes having non-capillary condensate return means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003Couplings; Details of shafts
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D2015/0291Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes comprising internal rotor means, e.g. turbine driven by the working fluid
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Abstract

본 발명은 히트파이프가 모터의 모터 회전축에 장착되어 회전되도록 하고, 히트파이프의 내부에 고정 마련된 유동용 임펠러가 모터 회전축의 회전에 따라 함께 회전되어 증발부의 기체작동유체를 응축부로 강제 유동시켜, 히트파이프의 냉각 효율을 높이고 이에 의하여 모터의 발열을 효과적으로 제어하기 위한 기술이다.In the present invention, the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft of the motor and rotates, and the flow impeller fixed inside the heat pipe rotates along with the rotation of the motor rotation shaft to force the gaseous working fluid in the evaporation section to flow to the condensation section, thereby forming the heat pipe. This is a technology to increase the cooling efficiency of the motor and thereby effectively control the heat generation of the motor.

Description

모터 냉각용 히트파이프 및 이에 의하여 냉각되는 모터{HEAT PIPE AND MOTOR COOLED THEREBY}Heat pipe for motor cooling and motor cooled thereby {HEAT PIPE AND MOTOR COOLED THEREBY}

본 발명은 모터 냉각을 위한 히트파이프에 관한 것으로, 모터의 모터 회전축에 장착되어 모터를 냉각하는 히트파이프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pipe for cooling a motor, and relates to a heat pipe that is mounted on the motor rotation shaft of a motor to cool the motor.

전기 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환할 수 있는 장치이다.An electric motor is a device that can convert electrical energy into mechanical energy.

전기 모터에 전류가 공급되면 코일이나 도체의 저항에 의해 발생되는 동손, 자력선이 지나갈 때의 철심재료의 저항, 철심을 자화시키기 위하여 철심부에서 발생되는 철손에 의한 전기적 손실로 열이 발생되는데, 이러한 열의 일부는 모터 내에 축적되고, 그 밖에는 복사, 대류 및 전도 등에 의해서 외부로 발산된다.When current is supplied to an electric motor, heat is generated due to electrical loss caused by copper loss caused by the resistance of the coil or conductor, resistance of the iron core material when the magnetic force line passes, and iron loss generated in the iron core to magnetize the iron core. Some of the heat accumulates within the motor, and the rest is dissipated to the outside through radiation, convection, and conduction.

모터의 운전 중에 모터 내부에서 발생된 열량과 모터 밖으로 방출된 열량의 차이에 의하여 온도 상승이 발생하며, 온도 상승이 발생하면, 온도가 가장 높은 곳인 권선부가 열화되어 단락으로 진행되므로 모터의 사용 한계는 주위 온도와 모터의 온도 상승에 의하여 제한된다.During motor operation, the temperature rises due to the difference between the amount of heat generated inside the motor and the amount of heat released outside the motor. When the temperature rises, the winding section, where the temperature is highest, deteriorates and causes a short circuit, which limits the use of the motor. Limited by ambient temperature and motor temperature rise.

기존의 일반적인 공냉식 모터는, 전원이 인가되면 자력이 발생되도록 고정자코일을 포함하는 고정자, 상기 고정자의 자력에 의해 회전하는 회전자, 상기 회전자의 중심축이 되는 모터 회전축, 상기 모터 회전축이 원활하게 회전하도록 구비된 베어링, 상기 모터 회전축의 일측에 냉각팬이 설치되어 모터의 냉각을 담당한다.A typical existing air-cooled motor includes a stator including a stator coil to generate magnetic force when power is applied, a rotor that rotates by the magnetic force of the stator, a motor rotation shaft that is the central axis of the rotor, and the motor rotation shaft operates smoothly. A bearing is provided to rotate, and a cooling fan is installed on one side of the motor rotation shaft to cool the motor.

이때 모터의 주 발열원은 고정자 코일이고, 회전자의 발열은 모터 회전축을 통해 발산되는 것과 회전자와 고정자 사이의 에어 갭을 통하여 발산되는 것 등이 있다.At this time, the main heat source of the motor is the stator coil, and the heat generated by the rotor is dissipated through the motor rotation shaft and through the air gap between the rotor and stator.

상기와 같이 구성된 모터의 주 발열원은 회전자와 고정자 코일이고, 모터 회전축의 일측에 설치된 냉각팬은 모터 회전축과 함께 회전하면서 바람을 발생시켜 모터를 냉각시킴으로써 모터의 냉각 효율을 높인다. The main heat sources of the motor configured as above are the rotor and stator coil, and the cooling fan installed on one side of the motor rotation shaft rotates together with the motor rotation shaft to generate wind to cool the motor, thereby increasing the cooling efficiency of the motor.

고정자 코일은 표면이 절연피막으로 코팅되어 있으며, 절연피막의 수명은 온도의 상승과 반비례하기 때문에 고정자 코일의 발열량이 원활하게 외부로 발산되지 않으면, 절연피막이 열화되어 벗겨지거나 파괴될 수 있다.The surface of the stator coil is coated with an insulating film, and the lifespan of the insulating film is inversely proportional to the rise in temperature, so if the heat generated by the stator coil is not smoothly dissipated to the outside, the insulating film may deteriorate and peel off or be destroyed.

그러나 이러한 공냉식 모터는 고정자 코일과 회전자에서 발생되는 열을 효과적으로 외부로 발산시키는 데는 많은 어려움이 있으며, 이와 같은 공냉식 냉각구조의 한계를 극복하기 위해 수냉식 냉각구조가 채용된 모터가 국내외적으로 개발되어 적용되고 있지만, 수냉식의 경우에는 반드시 부대설비인 냉각기가 설치되어야 하는 단점이 있다. However, these air-cooled motors have many difficulties in effectively dissipating the heat generated from the stator coil and rotor to the outside. To overcome the limitations of the air-cooled cooling structure, motors using a water-cooled cooling structure have been developed domestically and internationally. Although it is being applied, the water-cooled type has the disadvantage that a cooler, which is an auxiliary facility, must be installed.

한편 전기 자동차의 모터는 구동속도를 증가시키면 소형으로 고출력의 구동모터 설계가 가능하다. 현재 영구자석 전동기는 10,000rpm이 최대운전속도로 제한되고 있으며, 유도전동기는 13,000rpm 정도의 최대 운전속도가 가능하다. Meanwhile, if the driving speed of the electric vehicle motor is increased, it is possible to design a small, high-output driving motor. Currently, permanent magnet motors are limited to a maximum operating speed of 10,000 rpm, and induction motors can operate at a maximum operating speed of approximately 13,000 rpm.

같은 사이즈의 구동시스템인 경우에도 냉각 성능이 우수한 제품은 출력밀도를 높일 수 있으며, 기존 하우징의 수냉식 냉각 유로 방식을 넘어서는 효율적인 냉각시스템이 필요한 실정이다.Even with the same size of drive system, products with excellent cooling performance can increase power density, and there is a need for an efficient cooling system that goes beyond the water-cooled cooling channel method of existing housings.

한편 냉각 장치의 일종으로서 히트파이프가 널리 알려져 있다.Meanwhile, heat pipes are widely known as a type of cooling device.

도 5는 종래의 히트파이프의 개념 단면도이다.Figure 5 is a conceptual cross-sectional view of a conventional heat pipe.

히트파이프는 히트파이프 몸체(14) 내부의 중공부를 진공으로 형성한 후 밀봉되기 전에 작동유체가 주입되기 때문에 내부 압력은 작동유체의 증기압에 의하여 결정된다. Since the working fluid is injected into the heat pipe before the hollow part inside the heat pipe body 14 is vacuum formed and then sealed, the internal pressure is determined by the vapor pressure of the working fluid.

히트파이프는 일측에 증발부(11)가 형성되며 타측에 응축부(12)가 형성되며, 증발부에서는 액체작동유체가 기체작동유체로 증발되며, 응축부에서는 기체작동유체가 액체작동유체로 응축된다.The heat pipe has an evaporation part 11 formed on one side and a condensation part 12 on the other side. In the evaporation part, the liquid working fluid is evaporated into gaseous working fluid, and in the condensation part, the gaseous working fluid is condensed into liquid working fluid. do.

구체적으로는, 증발부에 열이 전달되면(외부로부터 열을 흡수하면) 액체작동유체가 기화(증발)되어 내부의 중공부에 압력차가 발생하고, 이 압력차로 기화된 기체작동유체가 내부의 중공부를 따라 온도와 압력이 낮은 응축부로 이동하고, 응축부에서는 기체작용유체가 증발 잠열을 발산하면서(외부로 열을 방출하면서) 액체작동유체로 응축된다. Specifically, when heat is transferred to the evaporation unit (when heat is absorbed from the outside), the liquid working fluid is vaporized (evaporated) and a pressure difference is generated in the hollow part inside, and the gaseous working fluid vaporized by this pressure difference moves into the hollow part inside. It moves along the section to the condensation section, where temperature and pressure are low, and in the condensation section, the gaseous working fluid radiates latent heat of evaporation (radiating heat to the outside) and condenses into the liquid working fluid.

응축된 액체작동유체는 윅(wick)(13) 구조에서 발생하는 모세관 힘에 의해 증발부로 되돌아간다.The condensed liquid working fluid returns to the evaporation unit by the capillary force generated in the wick (13) structure.

즉, 히트파이프는 밀폐된 공간에 진공 상태로 주입된 작동유체가, 증발부에서 외부의 열을 흡수하고 증발되어 기체작동유체로 변환된 후 응축부로 유동하여 응축부에서 열을 외부로 발산하고 냉각되어 다시 액체작동유체가 되며, 응축된 액체작동유체는 윅(wick)의 모세관력에 의해 증발부로 돌아오게 되면서, 작동유체의 순환이 발생하게 된다.In other words, the heat pipe absorbs external heat in the evaporation section, evaporates the working fluid injected in a vacuum state into a closed space, converts it to a gaseous working fluid, and then flows to the condensation section, dissipating heat to the outside and cooling it. It becomes a liquid working fluid again, and the condensed liquid working fluid returns to the evaporation part by the capillary force of the wick, causing circulation of the working fluid.

히트파이프의 작동범위는 작동유체의 빙점과 비등온도에 따라서 극저온(0∼150K), 저온(150∼750K), 고온(750∼3000K)으로 구분한다. The operating range of the heat pipe is divided into cryogenic temperature (0∼150K), low temperature (150∼750K), and high temperature (750∼3000K) depending on the freezing point and boiling temperature of the working fluid.

고온용 히트파이프는 원자로와 방사선 동위 원소의 냉각, 폐열 회수장치 등의 에너지산업에 이용되고, 저온 히트파이프는 전자회로의 냉각 및 제어, 회전축, 터빈. 변압기 등의 냉각, 태양에너지의 집열의 저장 및 응용, 온실 난방 시스템 등 많은 분야에 걸쳐 응용되고 있다.High-temperature heat pipes are used in the energy industry for cooling nuclear reactors and radioactive isotopes, and waste heat recovery devices, while low-temperature heat pipes are used for cooling and control of electronic circuits, rotating shafts, and turbines. It is used in many fields such as cooling of transformers, storage and application of solar energy collection, and greenhouse heating systems.

대한민국 등록특허 제10-0665048호 "히트파이프를 이용한 모터의 급속 냉각구조"(2006. 12. 28. 등록)Republic of Korea Patent No. 10-0665048 “Rapid cooling structure of motor using heat pipe” (registered on December 28, 2006)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히트파이프가 모터의 모터 회전축에 장착되어 회전되도록 하고, 히트파이프의 내부에 고정 마련된 유동용 임펠러가 모터 회전축의 회전에 따라 함께 회전되어 증발부의 기체작동유체를 응축부로 강제 유동시켜, 히트파이프의 냉각 효율을 높이고 이에 의하여 모터의 발열을 효과적으로 제어하고자 한다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above. The heat pipe is mounted on the motor rotation shaft of the motor and rotates, and the flow impeller fixed inside the heat pipe rotates together with the rotation of the motor rotation shaft. By forcing the gaseous working fluid from the evaporation unit to flow into the condensation unit, the cooling efficiency of the heat pipe is increased and thereby the heat generation of the motor is effectively controlled.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 내부에 액체작동유체가 기체작동유체로 증발되는 증발부와 기체작동유체가 액체작동유체로 응축되는 응축부를 가진 히트파이프에 있어서, 상기 히트파이프가 모터 회전축에 장착되어 회전될 때에는 상기 히트파이프와 함께 회전되며 상기 히트파이프가 모터 회전축에 장착되어 회전되지 않을 때는 상기 히트파이프와 함께 회전되지 않도록 상기 증발부와 상기 응축부 사이에 고정되며, 상기 히트파이프와 함께 회전될 때 상기 증발부의 기체작동유체를 상기 응축부로 강제 유동시키도록 이루어진 유동용 임펠러가 마련되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problem, the present invention provides a heat pipe having an evaporation part in which the liquid working fluid evaporates into a gaseous working fluid and a condensation part in which the gaseous working fluid is condensed into a liquid working fluid, wherein the heat pipe is connected to the motor rotation shaft. When mounted and rotated, it rotates together with the heat pipe, and when the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft and does not rotate, it is fixed between the evaporation unit and the condensation unit so that it does not rotate together with the heat pipe, and the heat pipe and It is characterized in that a flow impeller is provided to force the gaseous working fluid of the evaporation unit to flow to the condensation unit when rotated together.

상기에 있어서, 상기 유동용 임펠러는 스크류 형태인 것이 바람직하다.In the above, the impeller for flow is preferably in the form of a screw.

상기에 있어서, 상기 응축부를 이루는 히트파이프 몸체의 내측벽에 내부 전열핀이 내부를 향하여 돌출 형성되며, 상기 내부 전열핀은 나선 형태로 연속적으로 형성되어 상기 히트파이프가 모터의 모터 회전축에 장착되어 회전될 때 상기 응축부의 액체작동유체를 상기 증발부측으로 강제 유동시키는 것이 바람직하다.In the above, internal heat conduction fins are formed to protrude inward on the inner wall of the heat pipe body forming the condensation portion, and the internal heat conduction fins are formed continuously in a spiral shape so that the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft of the motor and rotates. When possible, it is desirable to force the liquid working fluid of the condensation unit to flow toward the evaporation unit.

상기에 있어서, 상기 유동용 임펠러는 파이프 형태의 결합관의 내부에 고정되며, 상기 결합관의 외주면은 상기 내부 전열핀에 고정되는 것이 바람직하다.In the above, the flow impeller is preferably fixed to the inside of a pipe-shaped coupling tube, and the outer peripheral surface of the coupling tube is fixed to the internal heat conduction fin.

상기에 있어서, 상기 응축부를 이루는 히트파이프 몸체의 외측벽에 외부 전열핀이 외부를 향하여 돌출 형성되며, 상기 외부 전열핀은 나선 형태로 연속적으로 형성되어 상기 히트파이프가 모터의 모터 회전축에 장착되어 회전될 때 상기 히트파이프 몸체 외부의 기체를 강제 송풍하는 것이 바람직하다.In the above, external heat conduction fins are formed to protrude outward on the outer wall of the heat pipe body forming the condensation portion, and the external heat conduction fins are formed continuously in a spiral shape so that the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft of the motor and rotates. When doing so, it is desirable to forcibly blow the gas outside the heat pipe body.

본 발명의 다른 사상으로, 상기의 모터 냉각용 히트파이프가 모터 회전축에 장착되는 모터가 제공된다.In another aspect of the present invention, a motor is provided in which the heat pipe for motor cooling is mounted on the motor rotation shaft.

상기와 같이 본 발명은, 히트파이프가 모터 회전축에 장착되어 모터 회전축과 함께 회전되도록 하고, 히트파이프의 내부에 고정 마련된 유동용 임펠러가 모터 회전축의 회전에 따라 함께 회전되어 증발부의 기체작동유체를 응축부로 강제 유동시켜, 히트파이프의 냉각 효율을 높일 수 있다.As described above, in the present invention, the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft and rotates together with the motor rotation shaft, and the flow impeller fixed inside the heat pipe rotates together with the rotation of the motor rotation shaft to transfer the gaseous working fluid from the evaporation section to the condensation section. By forcing flow, the cooling efficiency of the heat pipe can be increased.

이에 의하여 본 발명은 모터의 발열을 효과적으로 제어하여 모터의 회전자와 고정자 코일의 온도 상승을 방지하며, 온도 상승으로 인한 권선부위의 절연물이 열화되거나 절연파괴 등에 의한 모터 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.As a result, the present invention effectively controls the heat generation of the motor, prevents the temperature of the motor's rotor and stator coil from increasing, and prevents the motor lifespan from being shortened due to insulation breakdown or deterioration of the insulation in the winding area due to temperature rise. there is.

또한 본 발명은, 모터의 효율 상승과 모터의 장기간 사용을 가능하도록 하며, 특히 사용 환경이 열악한 전기 자동차의 모터에서 그 효용성이 더욱 높다.In addition, the present invention increases the efficiency of the motor and enables long-term use of the motor, and its effectiveness is especially high in electric vehicle motors in poor use environments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트파이프에 의하여 냉각되는 모터의 개념 단면도,
도 2는 도 1의 분리 단면도,
도 3은 도 1의 히트파이프의 개념 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 히트파이프의 증발압력 변화에 따른 몰리에르 선도를 나타낸 도면,
도 5는 종래의 히트파이프의 개념 단면도.
1 is a conceptual cross-sectional view of a motor cooled by a heat pipe according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is an exploded cross-sectional view of Figure 1;
Figure 3 is a conceptual cross-sectional view of the heat pipe of Figure 1;
Figure 4 is a diagram showing a Molière diagram according to the change in evaporation pressure of the heat pipe according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a conceptual cross-sectional view of a conventional heat pipe.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 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 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

본 발명에 의한 일 실시예를 설명한다.An embodiment according to the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트파이프에 의하여 냉각되는 모터의 개념 단면도이며, 도 2는 도 1의 분리 단면도이며, 도 3은 도 1의 히트파이프의 개념 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 히트파이프의 증발압력 변화에 따른 몰리에르 선도를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of a motor cooled by a heat pipe according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an separated cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view of the heat pipe of FIG. 1, and FIG. 4 is the main This is a diagram showing the Molière diagram according to the change in evaporation pressure of the heat pipe according to an embodiment of the invention.

본 실시례는 모터(100)와 모터 냉각용 히트파이프(200)로 이루어진다.This embodiment consists of a motor 100 and a heat pipe 200 for motor cooling.

모터(100)는, 전원이 인가되면 자력이 발생되도록 코일을 포함하는 고정자(101), 고정자(101)의 자력에 의해 회전하는 회전자(102), 회전자(102)의 중앙부에 설치되어 회전자(102)와 함께 회전하는 모터 회전축(103), 고정자(101)와 회전자(102) 사이에 형성되는 에어 갭(104) 등을 포함한다.The motor 100 includes a stator 101 including a coil so that magnetic force is generated when power is applied, a rotor 102 that rotates by the magnetic force of the stator 101, and a rotor 102 installed in the central portion of the rotor 102 to generate magnetic force. It includes a motor rotation shaft 103 that rotates together with the electrons 102, an air gap 104 formed between the stator 101 and the rotor 102, etc.

모터 회전축(103)에는 그 일측면에서 중앙부을 향하여 장착홈(103a)이 형성되고, 장착홈(103a)에 모터 냉각용 히트파이프(200)의 일부가 삽입되면서 장착된다.A mounting groove 103a is formed on one side of the motor rotation shaft 103 toward the center, and a portion of the motor cooling heat pipe 200 is inserted and mounted into the mounting groove 103a.

본 실시례의 모터 냉각용 히트파이프(200)는, 히트파이프 몸체(210)와, 윅(220)과, 결합관(230)과, 유동용 임펠러(240)를 포함한다.The heat pipe 200 for motor cooling of this embodiment includes a heat pipe body 210, a wick 220, a coupling pipe 230, and an impeller 240 for flow.

히트파이프 몸체(210)는 길이방향으로 길게 연장되는 형태로서 내부에 중공부가 형성되며 밀폐된 구조를 이룬다.The heat pipe body 210 has a shape that extends long in the longitudinal direction and has a hollow portion formed therein to form a sealed structure.

히프파이프 몸체(210)의 재질로는 알루미늄, 구리, 스테인리스 강 등이 있으며 구리가 바람직하나 특별히 한정하는 것은 아니다.Materials for the hippipe body 210 include aluminum, copper, and stainless steel. Copper is preferred, but is not particularly limited.

히트파이프 몸체(210) 내부에 봉입되는 작동유체로는, 극저온용(0~150K)으로 헬륨(Helium), 알곤(Argon), 질소(Nitrogen) 등이 있으며, 저온용(150~750K)으로는 물(Water), 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 아세톤(Acetone), 암모니아(Ammonia), 프레온(Freon) 등이 있으며, 고온용(750~3000K)으로는 새슘(Caesium), 소듐(Sodium), 리튬(Lithium) 등이 있으나 바람직하게는 저온용의 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 프레온 등이 바람직하나 특별히 한정하는 것은 아니다.The working fluid enclosed inside the heat pipe body 210 includes Helium, Argon, and Nitrogen for cryogenic use (0~150K), and for low temperature use (150~750K). Water, Ethanol, Methanol, Acetone, Ammonia, Freon, etc. For high temperature use (750~3000K), Caesium and Sodium are used. ), lithium, etc., but low-temperature water, ethanol, methanol, acetone, freon, etc. are preferred, but are not particularly limited.

히트파이프 몸체(210)의 내부는 길이방향 일측이 증발부(201)이며 길이방향 타측이 응축부(202)이다.Inside the heat pipe body 210, one longitudinal side is an evaporation unit 201 and the other longitudinal side is a condensation unit 202.

증발부(201)에서 액체작동유체(L)가 기체작동유체로 증발된다.In the evaporation unit 201, the liquid working fluid (L) is evaporated into a gaseous working fluid.

증발부(201)를 이루는 길이방향 일측의 히트파이프 몸체(210)가 모터 회전축(103)의 장착홈(103a)에 장착되어, 모터에서 발생하는 열을 흡열하여 모터를 냉각시킨다.The heat pipe body 210 on one longitudinal side forming the evaporation unit 201 is mounted on the mounting groove 103a of the motor rotation shaft 103, and cools the motor by absorbing heat generated from the motor.

응축부(202)에서 기체작동유체가 액체작동유체로 응축된다.In the condensation unit 202, the gaseous working fluid is condensed into a liquid working fluid.

응축부(202)를 이루는 길이방향 타측의 히트파이프 몸체(210)가 모터(100)의 외부에 배치되어 열을 외부로 방열한다.The heat pipe body 210 on the other longitudinal side forming the condensation unit 202 is disposed outside the motor 100 to dissipate heat to the outside.

응축부(202)를 이루는 히트파이프 몸체(210)에는 내측벽에 내부 전열핀(211)이 내부를 향하여 돌출 형성되며, 외측벽에 외부 전열핀(212)이 외부를 향하여 돌출 형성되어 있다.In the heat pipe body 210 forming the condensation unit 202, internal heat conduction fins 211 are formed to protrude inward on the inner wall, and external heat conduction fins 212 are formed to protrude outward on the outer wall.

내부 전열핀(211)은, 나선 형태로 연속적으로 형성되어 응축부(202)의 액체작동유체를 증발부(201)측으로 강제 유동시키기 위한 것이다.The internal heat conduction fins 211 are continuously formed in a spiral shape and are used to force the liquid working fluid in the condensation unit 202 to flow toward the evaporation unit 201.

또한 내부 전열핀(211)의 중앙에는 중공부가 형성되어 기체작동유체(G)의 유동을 방해하지 않으면서 전열면적을 넓혀 열교환 효율을 높일 수 있다.In addition, a hollow portion is formed in the center of the internal heat transfer fin 211, thereby increasing the heat exchange efficiency by increasing the heat transfer area without interfering with the flow of the gas working fluid (G).

내부 전열핀(211)은 나선 형태 혹은 스크류 형태 혹은 헬리컬 기어식으로 연속적으로 연결되며, 나선 형태의 내부 전열핀(211)의 날개 피치가 한 방향(즉 증발부 방향)으로 기울어지도록 하고 그 기울어진 방향으로 유동이 일어나도록 한다. 스크류 형태의 내부 전열핀(211)의 날개 피치각은 법선 기준 5°~15°인 것이 바람직하다.The internal heat conduction fins 211 are continuously connected in the form of a spiral, screw, or helical gear, and the blade pitch of the spiral internal heat conduction fins 211 is inclined in one direction (i.e. toward the evaporation unit) and the inclined Allow flow to occur in that direction. The blade pitch angle of the screw-shaped internal heat conduction fin 211 is preferably 5° to 15° based on the normal line.

외부 전열핀(212)은, 나선 형태로 연속적으로 형성되어 히트파이프(200)가 모터 회전축(103)에 장착되어 회전될 때 히트파이프(200) 외부의 기체를 모터(100)를 향하여 강제 송풍하기 위한 것이다.The external heat conduction fins 212 are formed continuously in a spiral shape to forcefully blow gas outside the heat pipe 200 toward the motor 100 when the heat pipe 200 is mounted on the motor rotation shaft 103 and rotated. It is for.

외부 전열핀(212)은 나선 형태 혹은 스크류 형태 혹은 헬리컬 기어식으로 연속적으로 연결되며, 나선 형태의 외부 전열핀(212)의 날개 피치가 한 방향(즉 모터 방향)으로 기울어지도록 하고 그 기울어진 방향으로 유동이 일어나도록 한다. 스크류 형태의 외부 전열핀(212)의 날개 피치각은 법선 기준 3°~10°인 것이 바람직하다.The external heating fins 212 are continuously connected in the form of a spiral, screw, or helical gear, and the blade pitch of the external heating fins 212 in the spiral shape is inclined in one direction (i.e., toward the motor) and is tilted in the inclined direction. to allow flow to occur. The blade pitch angle of the screw-shaped external heat conduction fin 212 is preferably 3° to 10° based on the normal line.

히트파이프 몸체(210)는 모터 회전축(103)의 중심선을 따라 배치된다.The heat pipe body 210 is disposed along the center line of the motor rotation axis 103.

따라서 히트파이프 몸체(210)는 모터 회전축(103)과 함께 동축으로 회전하게 된다.Therefore, the heat pipe body 210 rotates coaxially with the motor rotation shaft 103.

히트파이프 몸체(210) 내부에 윅(220)이 마련된다.A wick 220 is provided inside the heat pipe body 210.

본 실시예에서 윅(220)은 유동용 임펠러(240)부터 증발부(201) 전체에 걸쳐 히트파이프 몸체(210)의 내측벽에 마련된다.In this embodiment, the wick 220 is provided on the inner wall of the heat pipe body 210 from the flow impeller 240 to the entire evaporation unit 201.

히트파이프 몸체(210)의 내부에 결합관(230)이 고정된다. 구체적으로는 파이프 형태의 결합관(230)의 외주면이 내부 전열핀(211)에 고정된다.A coupling pipe 230 is fixed inside the heat pipe body 210. Specifically, the outer peripheral surface of the pipe-shaped coupling pipe 230 is fixed to the internal heat conduction fin 211.

결합관(230)의 내부에 유동용 임펠러(240)가 고정 마련된다. An impeller 240 for flow is fixedly provided inside the coupling pipe 230.

이는 스크류 형태의 유동용 임펠러(240)를 내부 전열핀(211)에 직접 고정하기 곤란하다는 문제를 해결하기 위하여 결합관(230)을 매개로 유동용 임펠러(240)를 고정시키는 것이다.This is to fix the flow impeller 240 via the coupling pipe 230 in order to solve the problem that it is difficult to directly fix the screw-type flow impeller 240 to the internal heat transfer fin 211.

유동용 임펠러(240)는, 히트파이프(200)가 모터 회전축(103)에 장착되어 회전될 때 증발부(201)의 기체작동유체를 응축부(202)로 강제 유동시키기 위한 것이며, 유동용 임펠러(240)에 의하여 증발부(201)와 응축부(202)의 압력차가 발생한다. 물론 유동용 임펠러(240)는, 히트파이프(200)가 모터 회전축(103)에 장착되어 회전되지 않을 때(즉 모터가 회전되지 않을 때)에는 히트파이프(200)와 함께 회전되지 않는다.The flow impeller 240 is for forcing the gaseous working fluid of the evaporation unit 201 to flow into the condensation unit 202 when the heat pipe 200 is mounted on the motor rotation shaft 103 and rotated, and the flow impeller 240 ), a pressure difference between the evaporation unit 201 and the condensation unit 202 is generated. Of course, the flow impeller 240 does not rotate together with the heat pipe 200 when the heat pipe 200 is mounted on the motor rotation shaft 103 and does not rotate (that is, when the motor does not rotate).

유동용 임펠러(240)는, 회전력을 이용하여 기체작동유체를 어느 방향으로 강제 유동시킬 수 있다면 어떤 형태의 임펠러라도 채택될 수 있다.The flow impeller 240 may be any type of impeller as long as it can force the gas working fluid to flow in any direction using rotational force.

본 실시예에서 유동용 임펠러(240)는 스크류 형태를 채택하여 극히 간단한 구조로 소형으로 제작될 수 있으며, 결합관(230) 혹은 히트파이프 몸체(210)에 삽입 고정될 수 있다.In this embodiment, the flow impeller 240 can be manufactured in a small size with an extremely simple structure by adopting a screw shape, and can be inserted and fixed into the coupling pipe 230 or the heat pipe body 210.

스크류 형태의 유동용 임펠러(240)는 스크류 형태 혹은 헬리컬 기어식으로 연속적으로 연결되며, 스크류 형태의 유동용 임펠러(240)의 날개 피치가 한 방향(즉 응축부 방향)으로 기울어지도록 하고 그 기울어진 방향으로 유동이 일어나도록 한다. 스크류 형태의 유동용 임펠러(240)의 날개 피치각은 좌측 기울기로 법선 기준 25°~30°인 것이 바람직하다.The screw-type flow impeller 240 is continuously connected in the screw form or helical gear type, and the blade pitch of the screw-type flow impeller 240 is inclined in one direction (i.e., toward the condensation part) and is tilted in the inclined direction. Let the flow occur. The blade pitch angle of the screw-type flow impeller 240 is preferably inclined to the left and is 25° to 30° relative to the normal line.

또한 모터 회전축(103)의 회전 속도에 따라 스크류 형태의 유동용 임펠러(240)의 날개 수량을 조정하여 기체작동유체의 유동량과 압력차를 조정할 수 있다.In addition, the flow amount and pressure difference of the gas operating fluid can be adjusted by adjusting the number of blades of the screw-type flow impeller 240 according to the rotation speed of the motor rotation shaft 103.

다음으로 본 발명의 작용을 설명한다.Next, the operation of the present invention will be explained.

모터(100)에 통전이 되면 회전자(102) 및 모터 회전축(103)이 연속적으로 회전운동을 하게 된다.When the motor 100 is energized, the rotor 102 and the motor rotation shaft 103 rotate continuously.

이에 의하여 모터 회전축(103)의 장착홈(103a)에 삽입 고정된 히트파이프(200) 또한 회전운동을 한다.Accordingly, the heat pipe 200 inserted and fixed into the mounting groove 103a of the motor rotation shaft 103 also rotates.

히트파이프(200)가 회전한다는 것은 모터 회전축(103)의 축중심을 따라 히트파이프 몸체(210)가 회전한다는 것을 의미하며, 히트파이프 몸체(210)의 회전에 따라 결합관(230)과 유동용 임펠러(240), 내부 전열핀(211)과 외부 전열핀(212) 모두가 모터 회전축(103)의 축중심을 따라 회전을 한다. Rotation of the heat pipe 200 means that the heat pipe body 210 rotates along the axial center of the motor rotation axis 103, and as the heat pipe body 210 rotates, the coupling pipe 230 and the flow impeller (240), both the internal heating fin 211 and the external heating fin 212 rotate along the axis center of the motor rotation shaft 103.

히트파이프(200)의 증발부(201)는, 모터(100)의 고정자(101)와 회전자(102)에서 전달되어 오는 열을 액체작동유체(L)가 흡수하면서 기화(증발)하여 기체작동유체(G)로 상변화되며, 상변화된 기체작동유체(G)는 응축부(202)로 이동한다.The evaporation unit 201 of the heat pipe 200 operates as a gas by vaporizing (evaporating) the liquid working fluid (L) while absorbing the heat transferred from the stator 101 and the rotor 102 of the motor 100. The phase changes to the fluid (G), and the phase-changed gaseous working fluid (G) moves to the condensation unit (202).

유동용 임펠러(240)는 모터 회전축(103)과 함께 회전되면서 증발부(201)의 기체작동유체(G)를 응축부(202)로 강제 유동시킨다.The flow impeller 240 rotates together with the motor rotation shaft 103 and forces the gaseous working fluid (G) of the evaporation unit 201 to flow into the condensation unit 202.

즉 유동용 임펠러(240)에 의하여 증발부(201)의 기체작동유체(G)가 응축부(202)로 강제 대류된다. 이에 의하여 작동유체의 순환속도를 증가시켜 히트파이프(100)의 냉각 효율을 상승시킬 수 있다.That is, the gaseous working fluid (G) in the evaporation unit 201 is forced to convect to the condensation unit 202 by the flow impeller 240. As a result, the cooling efficiency of the heat pipe 100 can be increased by increasing the circulation speed of the working fluid.

또한 유동용 임펠러(240)의 강제 유동에 의하여 증발부(201)의 압력이 낮아지며 응축부(202)의 압력이 높아진다.In addition, the pressure of the evaporation unit 201 is lowered and the pressure of the condensation unit 202 is increased due to the forced flow of the flow impeller 240.

도 4를 참조하면, 증발부(201)의 압력이 P1에서 P2로 내려가면 액체작동유체(L)의 엔탈피(enthalpy)의 변화는 E1에서 E2로 증가하므로 결과적으로 액체작동유체(L)의 증발잠열이 증가해 히트파이프(20))의 냉각 효과를 높일 수있으며, 이에 의하여 모터(100)의 온도 상승을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다. Referring to FIG. 4, when the pressure of the evaporation unit 201 decreases from P1 to P2, the change in enthalpy of the liquid working fluid (L) increases from E1 to E2, resulting in evaporation of the liquid working fluid (L). As latent heat increases, the cooling effect of the heat pipe 20 can be increased, thereby effectively preventing the temperature of the motor 100 from rising.

즉 유동용 임펠러(240)에 의하여 작동유체의 순환속도를 증가시키며 또한 증발부(201)의 압력을 낮추도록 하여 냉각 효율이 대폭 상승될 수 있다.That is, the cooling efficiency can be significantly increased by increasing the circulation speed of the working fluid and lowering the pressure of the evaporation unit 201 by the flow impeller 240.

히트파이프(200)의 응축부(202)는, 기체작동유체(G)가 외부의 공기 중으로 열을 발산시키면서 액체작동유체(L)로 상변화한 후, 윅(220)을 따라 증발부(201)로 회귀하도록 하면서 한 차례 냉각 사이클을 완수한다.In the condensation portion 202 of the heat pipe 200, the gaseous working fluid (G) changes phase into the liquid working fluid (L) while dissipating heat into the external air, and then flows through the evaporation portion (201) along the wick 220. ) to complete one cooling cycle.

이때 내부 전열핀(211)은 전열면적을 넓히는 역할과 함께 액체작동유체(L)를 윅(220)으로 강제 이송하는 역할을 한다.At this time, the internal heat transfer fins 211 serve to expand the heat transfer area and forcibly transfer the liquid working fluid (L) to the wick 220.

내부 전열핀(211)은 히트파이프 몸체(210)의 내측벽에 나선 형태로(혹은 헬리컬 기어식으로) 연속적으로 연결되면서 유동용 임펠러(240)(혹은 결합관(230))까지 형성되어 넓은 전열면적으로 응축부(202)의 열전달을 높인다.The internal heat transfer fins 211 are continuously connected to the inner wall of the heat pipe body 210 in a spiral shape (or helical gear type) and are formed to the flow impeller 240 (or coupling pipe 230), providing a large heat transfer area. This increases heat transfer in the condensation unit 202.

또한 모터(100)의 고속 회전에 따라 히트파이프(200)가 고속으로 회전하면, 원심력으로 인하여 응축부(20)의 내측벽에 응축된 액체작동유체(L)가 표면에 고착되면서 윅(220)으로 이동하기 어렵다는 것을 감안하여, 나선 형태의 내부 전열핀(211)으로 액체작동유체(L)를 증발부측으로 강제 유동시킨다.In addition, when the heat pipe 200 rotates at high speed according to the high-speed rotation of the motor 100, the liquid working fluid (L) condensed on the inner wall of the condenser 20 adheres to the surface due to centrifugal force, forming the wick 220. Considering that it is difficult to move to , the liquid working fluid (L) is forced to flow toward the evaporation unit through the spiral-shaped internal heat transfer fin 211.

내부 전열핀(211)은 나선 형태(혹은 스크류 형태 혹은 헬리컬 기어식)로 연속적으로 연결되고, 날개 피치가 윅(220) 방향으로 기울어져 있어 액체작동유체(L)를 윅(220)에 강제 이송한다.The internal heat transfer fins 211 are continuously connected in a spiral form (or screw form or helical gear type), and the blade pitch is inclined in the direction of the wick 220, so that the liquid working fluid (L) is forcibly transferred to the wick 220. do.

이와 같이 액체작동유체(L)를 윅(220)에 강제 이송하여 액체작동유체(L)의 윅(220)으로의 공급이 원활하게 되어 열회수율이 상승한다.In this way, by forcibly transferring the liquid working fluid (L) to the wick 220, the supply of the liquid working fluid (L) to the wick 220 is smooth, thereby increasing the heat recovery rate.

윅(220)으로 강제 이송된 액체작동유체(L)는 모세관압에 의하여 증발부(201)로 귀환한다.The liquid working fluid (L) forcefully transferred to the wick 220 returns to the evaporation unit 201 by capillary pressure.

한편 외부 전열핀(212)은 전열면적을 넓히는 한편, 나선 형태(혹은 스크류 형태 혹은 헬리컬 기어식)로 연속적으로 연결되고, 날개 피치가 모터(100) 방향으로 기울어져 있어 히트파이프(200) 외부의 공기를 모터(100)측으로 강제 송풍하여 외부 전열핀(212)과 모터(100)를 냉각시킨다.Meanwhile, the external heat transfer fins 212 expand the heat transfer area and are continuously connected in a spiral form (or screw form or helical gear type), and the blade pitch is inclined in the direction of the motor 100, so that the external heat pipe 200 Air is forcibly blown toward the motor 100 to cool the external heat conduction fins 212 and the motor 100.

상기와 같이 본 발명은, 액체작동유체가 증발부(201)에서 기체작동유체로 상변화되며, 증발부(201)의 기체작동유체는 유동용 임펠러(240)에 의하여 응축부(202)로 강제 유동되며, 기체작동유체는 응축부(202)에서 액체작동유체로 상변화되며, 응축부(202)의 액체작동유체는 나선 형태의 내부 전열핀(211)에 의하여 윅(220)으로 강제 이송된 후 윅(220)을 따라 증발부(201)로 귀환하는 과정을 빠르게 반복하면서, 증발부(201)에서 모터(100)에서 발생하는 열을 흡열하며, 응축부(202)에서 외부의 대기 중으로 열을 발산한다.As described above, in the present invention, the liquid working fluid changes phase into a gaseous working fluid in the evaporation unit 201, and the gaseous working fluid in the evaporation unit 201 is forced to flow to the condensation unit 202 by the flow impeller 240. The gaseous working fluid changes phase into a liquid working fluid in the condensation part 202, and the liquid working fluid in the condensation part 202 is forcibly transferred to the wick 220 by the spiral-shaped internal heat transfer fin 211. While quickly repeating the process of returning to the evaporation unit 201 along the wick 220, the evaporation unit 201 absorbs heat generated from the motor 100, and heat is released into the external atmosphere in the condensation unit 202. It emanates.

한편 자동차 산업은 전 세계적으로 점차 전기 자동차로 관심이 변화되고 있으며, 전기자동차 산업의 연구개발 중 엔진을 대체하는 전기모터의 성능향상 기술은 전기모터의 소형화와 경량화의 일환으로 모터를 작게 만들면서 출력을 향상시킬 수 있는 모터의 냉각방식이 상당히 중요하다. Meanwhile, the automobile industry is gradually changing interest in electric vehicles worldwide, and during research and development in the electric automobile industry, technology to improve the performance of electric motors that replace engines is being developed by making the motor smaller and lighter as part of the miniaturization and weight reduction of electric motors. The cooling method of the motor that can improve is very important.

전기자동차 모터는 기존 내연기관의 역할을 했던 엔진을 대체하므로 내연기관이 감당했던 자동차 운전구간의 높은 토크(torque)와 고속회전 특성을 만족시키기 위해 많은 전류가 인가된다. 큰 값으로 인가된 전류로 인해 매우 높은 열이 모터 내부 부품에 연속적으로 발생한다. Since the electric vehicle motor replaces the engine that played the role of the existing internal combustion engine, a large amount of current is applied to satisfy the high torque and high-speed rotation characteristics of the vehicle driving section that the internal combustion engine handled. Due to the large applied current, very high heat is continuously generated in the internal parts of the motor.

따라서 모터에 발생한 열은 모터시스템의 출력감소 및 효율저하 그리고 나아가서는 수명 저감의 원인이 된다. 그러므로 전기모터의 설계에 있어서 전자기 분야와 더불어 열전달 기술을 활용한 냉각설계가 중요한 기술 분야로 자리잡고 있다. Therefore, the heat generated in the motor causes a decrease in the output and efficiency of the motor system, and ultimately reduces its lifespan. Therefore, in the design of electric motors, cooling design using heat transfer technology, along with the electromagnetic field, has become an important technology field.

이러한 전기 자동차 모터는 연속출력의 저속 구간의 회전수는 3,000rpm이고, 고속구간의 회전수는 12,000 rpm으로 표시되어 있다. 이와 같이 모터의 회전수에 맞추어 유동용 임펠러(240)의 날개 수를 조정하여, 토출가스의 압력을 조정할 수 있다. 즉, 저속의 모터는 스크류형 날개 수를 많게 해서 토출압력을 높일 수 있으며, 고속의 모터는 스크류형 날개 수를 줄이므로 적절한 토출압력을 얻을 수 있다.The rotation speed of this electric vehicle motor in the low-speed section of continuous output is 3,000 rpm, and the rotation speed in the high-speed section is 12,000 rpm. In this way, the pressure of the discharged gas can be adjusted by adjusting the number of blades of the flow impeller 240 according to the rotation speed of the motor. In other words, low-speed motors can increase the discharge pressure by increasing the number of screw-type blades, and high-speed motors can obtain appropriate discharge pressure by reducing the number of screw-type blades.

스크류 형태의 유동용 임펠러(240)의 정압별 풍량은 날개의 피치각이 커질수록 선형적으로 증가하므로 피치각이 증가하면 축동력이 비례적으로 증가하는데 피치각이 클수록 증가폭이 커진다. 이는 피치각이 클수록 압축부 전방의 항력이 크게 발생하기 때문에 1800 RPM 모터를 기준으로 날개의 피치각은 법선 기준 20°∼35°의 범위가 바람직하며, 더욱 더 바람직하게는 날개의 피치각은 25°∼30° 이다. 그러나 회전수가 높아질수록 상기 피치각은 점점 줄어들 수 있다.The air volume by static pressure of the screw-type flow impeller 240 increases linearly as the pitch angle of the blade increases. Therefore, as the pitch angle increases, the axial power increases proportionally, and the increase increases as the pitch angle increases. This is because the larger the pitch angle, the greater the drag in front of the compression section, so based on a 1800 RPM motor, the pitch angle of the wing is preferably in the range of 20° to 35° based on the normal, and even more preferably, the pitch angle of the wing is 25°. °∼30°. However, as the rotation speed increases, the pitch angle may gradually decrease.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100 : 모터
101 : 고정자 102 : 회전자
103 : 모터 회전축 103a : 장착홈
104 : 에어 갭
200 : 모터 냉각용 히트파이프
201 : 증발부 202 : 응축부
210 : 히트파이프 몸체 211 : 내부 전열핀
212 : 외부 전열핀
220 : 윅
230 : 결합관
240 : 유동용 임펠러
100: motor
101: stator 102: rotor
103: Motor rotation shaft 103a: Mounting groove
104: air gap
200: Heat pipe for motor cooling
201: Evaporation unit 202: Condensation unit
210: Heat pipe body 211: Internal heating fin
212: External heating fin
220: Wick
230: coupling pipe
240: Impeller for flow

Claims (6)

내부에 액체작동유체가 기체작동유체로 증발되는 증발부와 기체작동유체가 액체작동유체로 응축되는 응축부를 가진 히트파이프에 있어서,
상기 히트파이프가 모터 회전축에 장착되어 회전될 때에는 상기 히트파이프와 함께 회전되며 상기 히트파이프가 모터 회전축에 장착되어 회전되지 않을 때는 상기 히트파이프와 함께 회전되지 않도록 상기 증발부와 상기 응축부 사이에 고정되며, 상기 히트파이프와 함께 회전될 때 상기 증발부의 기체작동유체를 상기 응축부로 강제 유동시키도록 이루어진 유동용 임펠러가 마련되는 것을 특징으로 하는 모터 냉각용 히트파이프.
In the heat pipe, which has an evaporation section in which the liquid working fluid is evaporated into a gaseous working fluid and a condensation section in which the gaseous working fluid is condensed into a liquid working fluid,
When the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft and rotated, it rotates together with the heat pipe, and when the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft and does not rotate, it is fixed between the evaporation section and the condensation section so that it does not rotate together with the heat pipe. A heat pipe for motor cooling, characterized in that a flow impeller is provided to force the gaseous working fluid of the evaporation unit to flow to the condensation unit when rotated together with the heat pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 유동용 임펠러는 스크류 형태인 것을 특징으로 하는 모터 냉각용 히트파이프.
According to claim 1,
A heat pipe for motor cooling, wherein the flow impeller is in the form of a screw.
제 1 항에 있어서,
상기 응축부를 이루는 히트파이프 몸체의 내측벽에 내부 전열핀이 내부를 향하여 돌출 형성되며, 상기 내부 전열핀은 나선 형태로 연속적으로 형성되어 상기 히트파이프가 모터의 모터 회전축에 장착되어 회전될 때 상기 응축부의 액체작동유체를 상기 증발부측으로 강제 유동시키는 것을 특징으로 하는 모터 냉각용 히트파이프.
According to claim 1,
Internal heat conduction fins are formed to protrude inward on the inner wall of the heat pipe body forming the condensation portion, and the internal heat conduction fins are formed continuously in a spiral shape, so that when the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft of the motor and rotated, the condensation occurs. A heat pipe for motor cooling, characterized in that it forces a negative liquid working fluid to flow toward the evaporation unit.
제 3 항에 있어서,
상기 유동용 임펠러는 파이프 형태의 결합관의 내부에 고정되며, 상기 결합관의 외주면은 상기 내부 전열핀에 고정되는 것을 특징으로 하는 모터 냉각용 히트파이프.
According to claim 3,
A heat pipe for motor cooling, wherein the flow impeller is fixed to the inside of a pipe-shaped coupling tube, and the outer peripheral surface of the coupling tube is fixed to the internal heat transfer fin.
제 4 항에 있어서,
상기 응축부를 이루는 히트파이프 몸체의 외측벽에 외부 전열핀이 외부를 향하여 돌출 형성되며, 상기 외부 전열핀은 나선 형태로 연속적으로 형성되어 상기 히트파이프가 모터의 모터 회전축에 장착되어 회전될 때 상기 히트파이프 몸체 외부의 기체를 강제 송풍하는 것을 특징으로 하는 모터 냉각용 히트파이프.
According to claim 4,
External heat transfer fins are formed to protrude outward on the outer wall of the heat pipe body forming the condensation unit, and the external heat transfer fins are formed continuously in a spiral shape so that when the heat pipe is mounted on the motor rotation shaft of the motor and rotated, the heat pipe A heat pipe for motor cooling, characterized in that it forcibly blows gas outside the body.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항의 모터 냉각용 히트파이프가 모터 회전축에 장착되는 것을 특징으로 하는 히트파이프에 의하여 냉각되는 모터.
A motor cooled by a heat pipe, characterized in that the motor cooling heat pipe of any one of claims 1 to 5 is mounted on the motor rotation shaft.
KR1020210108448A 2021-08-18 2021-08-18 Heat pipe and motor cooled thereby KR102634868B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210108448A KR102634868B1 (en) 2021-08-18 2021-08-18 Heat pipe and motor cooled thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210108448A KR102634868B1 (en) 2021-08-18 2021-08-18 Heat pipe and motor cooled thereby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210110249A KR20210110249A (en) 2021-09-07
KR102634868B1 true KR102634868B1 (en) 2024-02-07

Family

ID=77797198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210108448A KR102634868B1 (en) 2021-08-18 2021-08-18 Heat pipe and motor cooled thereby

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102634868B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11598589B2 (en) * 2020-01-15 2023-03-07 Sanjay K Roy Rotor cooling system
CN114828574A (en) * 2022-04-27 2022-07-29 南京航空航天大学 Self-driven high-speed motor liquid cooling heat dissipation system based on rotary heat pipe

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009190578A (en) * 2008-02-14 2009-08-27 Toyota Motor Corp In-wheel motor for vehicles
US20130312938A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Foxconn Technology Co., Ltd. Heat pipe with vaporized working fluid flow accelerator
CN112762631A (en) * 2021-02-05 2021-05-07 闫广 Deep geothermal heat taking geothermal system and heat pipe

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070052549A (en) * 2005-11-17 2007-05-22 엘지전자 주식회사 Compressor having heat pipe
KR100665048B1 (en) 2005-12-09 2007-01-09 노상현 Structure for rapid cooling motor using heatpipes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009190578A (en) * 2008-02-14 2009-08-27 Toyota Motor Corp In-wheel motor for vehicles
US20130312938A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Foxconn Technology Co., Ltd. Heat pipe with vaporized working fluid flow accelerator
CN112762631A (en) * 2021-02-05 2021-05-07 闫广 Deep geothermal heat taking geothermal system and heat pipe

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210110249A (en) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102634868B1 (en) Heat pipe and motor cooled thereby
US3914630A (en) Heat removal apparatus for dynamoelectric machines
US9071098B2 (en) Centrifugal heat dissipation device and motor using same
US11799364B2 (en) Electric propulsion system having integrated electrical and thermal architecture and related methods of operating and implementing same
EP2509196A1 (en) Stator arrangement
CN114785051B (en) Heat pipe cooling structure of permanent magnet motor and motor
WO2012019493A1 (en) Magnetic steel cooling structure for permanent magnetic motor of electric vehicle
EP3200328B1 (en) Energy conversion apparatus
US20210249936A1 (en) Closed-cycle heat dissipation structure of motor
EP3550702A1 (en) Electrical winding topologies comprising heatpipes
CN108167200A (en) Electronic water pump with active cooling channel
CN108631515A (en) A kind of high power density internal rotor coolant liquid self-loopa motor
Chen et al. Study of heat pipe in motor cooling: A review
CN112491181B (en) Inner rotor motor cooling structure
TWI572125B (en) Rotor heat dissipation structure of inner rotor motor
CN110718979A (en) Motor rotor iron core heat dissipation structure based on gas-liquid phase change, motor and motor heat dissipation method
CN110011457B (en) Motor stator structure with integrated heat pipe and iron core
JPH0974716A (en) Rotor cooling structure of motor
EP2493059A1 (en) A generator, in particular for a wind turbine
Lavrinovica et al. Overview of thermal loads distribution in traction electric machines and conditions for forced cooling of their parts
Geng et al. Design of Cooling System for High Torque Density Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Heat Pipe
CN102305563B (en) Heat pipe radiator working in revolution motion state
CN202171409U (en) Heat pipe radiator working under revolution motion
CN220586115U (en) Flywheel energy storage system
CN210780426U (en) Improved disc type motor

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right