KR20050064841A - 전기모터의 냉각장치 - Google Patents
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Abstract
유체를 이용하여 고정자를 냉각시키는 전기모터의 냉각장치가 개시된다. 냉각장치는 고정자의 둘레에 설치되며, 양측이 트인 길이방향의 유체도입통로와 유체배출통로 및 유체도입통로와 유체배출통로 사이의 원주방향을 따라 간격을 두고 형성되는 양측이 트인 길이방향의 중간통로들을 갖는 냉각관체와; 냉각관체의 일측면에 조립되며, 각 통로들의 트인 일측을 연통시키는 유로홈을 갖는 제 1커버와; 냉각관체의 타측면에 조립되고, 각 통로들의 트인 타측을 연통시키는 유로홈을 갖는 제 2커버와; 유체도입통로와 중간통로와 유체배출통로가 지그재그로 직렬 연결될 수 있도록 제 1 및 제 2커버의 유로홈을 차단하는 복수의 차단부재들을 구비한다. 이러한 본 발명에 의하면, 도입된 유체가 고정자의 둘레를 따라 자연스럽게 흐르면서 고정자를 효율적으로 냉각시킬 수 있게 한다.
Description
본 발명은 전기모터의 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발생된 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 전기모터의 냉각장치에 관한 것이다.
전기모터는, 작동시에 전기에너지의 일부를 열손실로 방출한다. 이러한 열손실은 모터의 기계적 특성을 저하시키고 수명을 단축시키는 원인이 되는 바, 모터를 설계함에 있어서, 열손실을 줄이고, 발생된 열을 효율적으로 냉각시키는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
전기모터를 냉각시키는 방법으로는 공기를 이용한 공냉식 냉각방법이 있다. 공냉식 냉각방법은 모터하우징의 둘레에 공기통로를 형성한 다음, 별도의 냉각팬을 이용하여 상기 공기통로에 냉각 공기를 불어넣거나 또는 모터하우징의 주위 공기를 공기통로로 빨아들이면서 이를 배출시킴으로써 전기모터를 냉각시키는 방법이다. 그러나 이러한 공냉식 냉각방법은 공기통로를 통과하는 과정에서 발생된 고온의 열풍이 전기모터 주위의 다른 장치들을 과열시킨다는 단점이 지적되고 있다.
한편, 이를 감안하여 최근에는 물 또는 오일 등의 유체를 이용하여 전기모터를 냉각시키는 유체식 냉각방법이 제안되고 있다. 그 일례로서, 일본 특허공개공보 평2-55551를 살펴보면, 전기모터의 고정자에 축방향을 따라 복수개의 냉각유로를 형성하고, 전기모터의 엔드벨에는 상기 각각의 냉각유로와 연통되는 축방향 구멍 및 각 축방향 구멍을 서로 연결하는 직각방향 구멍을 형성하여 상기 각각의 냉각유로가 서로 직렬로 연결하며, 직렬로 연결된 냉각유로에 냉각유체를 유통시킴으로써 전기모터를 냉각시키는 구성을 갖는다.
그러나 이러한 유체식 냉각방법은 발생된 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있다는 장점은 있으나, 회전자를 지지하는 엔드벨에 축방향 구멍 또는 직각방향 구멍을 형성함으로써, 엔드벨의 강도를 저하시키고, 진동에 대한 저항특성을 저하시킨다는 단점이 지적되고 있다.
한편, 유체식 냉각방법의 다른예로서, 유럽특허 제924839호를 살펴보면, 전기모터의 고정자에 축방향을 따라 복수개의 냉각유로를 형성하고, 고정자의 양면에는 상기 각 냉각유로와 직각방향으로 연통되는 구멍을 형성하며, 고정자의 전후에는 상기 구멍과 연통되는 연통유로를 갖는 유로 가이드 플레이트를 수직하게 설치함으로써 상기 냉각유로를 직렬로 연결한 구성을 갖는다.
그러나 이러한 유체식 냉각방법은 유로 가이드 플레이트를 수직하게 설치하기 위한 설치공간을 확보해야 하는 바, 설치공간이 제한되는 전기모터에는 적용할 수 없다는 단점이 지적되고 있다.
따라서, 본 발명은 냉각효율이 높은 유체를 이용하되, 전기모터의 강도를 저하시키지 않으면서 체적증가를 유발시키기 않는 전기모터의 냉각장치를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유체를 이용하여 고정자를 냉각시키는 전기모터의 냉각장치에 있어서, 상기 고정자의 둘레에 설치되며, 양측이 트인 길이방향의 유체도입통로와 유체배출통로 및 상기 유체도입통로와 유체배출통로사이의 원주방향을 따라 간격을 두고 형성되는 양측이 트인 길이방향의 중간통로들을 갖는 냉각관체와; 상기 냉각관체의 일측면에 조립되며, 상기 각 통로들의 트인 일측을 연통시키는 유로홈을 갖는 제 1커버와; 상기 냉각관체의 타측면에 조립되고, 상기 각 통로들의 트인 타측을 연통시키는 유로홈을 갖는 제 2커버와; 상기 유체도입통로와 중간통로와 유체배출통로가 지그재그로 직렬 연결될 수 있도록 상기 제 1 및 제 2커버의 유로홈을 차단하는 복수의 차단부재들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 차단부재는 상기 유체도입통로와 유체배출통로의 트인 일측을 차단하고, 상기 유체도입통로와 중간통로의 트인 일측을 차단하며, 상기 중간통로들의 트인 일측을 교번적으로 차단하도록 상기 제 1커버와 냉각관체에 체결되어 상기 제 1커버의 유로홈을 차단하는 복수의 체결볼트 및 상기 유체도입통로와 유체배출통로의 트인 타측을 차단하고, 상기 중간통로들의 트인 타측을 교번적으로 차단하도록 상기 제 2커버와 냉각관체에 체결되어 상기 제 2커버의 유로홈을 차단하는 복수의 체결볼트인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전기모터의 냉각장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기모터의 냉각장치를 나타내는 단면도이며, 도 2는 본 발명의 주요부를 나타내는 사시도이고, 도 3과 도 4는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도 및 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다. 먼저, 본 발명의 냉각장치를 살펴보기에 앞서 도 1을 참고로하여 전기모터의 구성에 대하여 간략하게 살펴보면, 전기모터는 모터하우징(1)을 구비하며, 모터하우징(1)은 작동실(1a)을 갖추고 있다. 모터하우징(1)의 작동실 (1a)은 엔드벨(3)에 의해 폐쇄되도록 구성된다. 그리고 모터하우징(1)의 작동실 (1a)에는 회전축(5)이 회전가능하게 설치되고, 회전축(5)의 둘레로는 회전자(7)가 설치되며, 회전자(7)의 둘레로는 고정자(10)가 배치된다.
한편, 본 발명의 냉각장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 고정자(10)의 둘레에 설치되는 냉각관체(20)를 구비한다. 냉각관체(20)는 고정자(10)의 외면에 고정되는 내관(22)과, 내관(22)을 둘러싸며 모터하우징(1)의 내면에 일체로 형성되는 외관(24)으로 구성된다. 특히, 외관(24)의 내주면에는 길이방향을 따라 다수의 홈(24a)이 형성되는데, 이 홈(24a)은 상기 내관(22)과 외관(24)이 서로 밀착됨에 따라 길이방향으로 유체통로(26)를 형성한다.
여기서, 유체통로(26)는 냉각관체(20)를 관통하여 냉각관체(20)의 양측으로 트이도록 구성되며, 냉각관체(20)의 원주방향을 따라 형성된다. 본 발명에서는 유체통로(26)를 냉각관체(20)의 원주방향을 따라 12개로 형성한 것으로 도시하였다.
한편, 냉각관체(20)에 형성된 다수의 유체통로(26) 중, 어느 하나의 유체통로(26)는 냉각유체가 도입되는 유체도입통로(26a)가 되며, 상기 유체도입통로(26a)에 인접하는 다른 유체통로(26ℓ)는 다수의 유체통로(26)를 통과한 냉각유체의 최종 유체배출통로(26ℓ)가 된다. 편의상, 도면에서의 최상부에 위치한 유체통로(26)를 유체도입통로(26a)로 정하기로 하고, 유체도입통로(26a)로부터 시계방향을 따라 형성된 유체통로(26)를 제 1 내지 제 10중간통로(26b∼26k)라고 임의로 정하기로 하며, 유체도입통로(26a)의 왼쪽에 배치된 유체통로(26)를 유체배출통로(26ℓ)로 정하기로 한다.
다시, 도 2와 도 3을 참조하면, 냉각관체(20)의 양쪽면에는 링형(ring type)의 제 1커버(30)와 제 2커버(40)가 각각 설치된다. 제 1커버(30)와 제 2커버(40)는 유체통로(26)들의 트인 일측과 트인 타측을 서로 연통시킬 수 있도록 원주방향으로 형성되는 환형의 유로홈(32, 42)을 각각 갖추고 있다. 특히, 제 1커버(30)는 냉각관체(20)의 유체도입통로(26a) 및 유체배출통로(26ℓ)와 정렬연통되는 도입구멍 (34)과 배출구멍(36)을 갖추고 있으며, 이 도입구멍(34)과 배출구멍(36)은 연결관 (P)을 통해 도시하지 않은 유체펌프와 유체탱크에 각각 연결되어 냉각유체를 도입하거나 또는 냉각유체를 배출하도록 구성된다.
이러한 제 1 및 제 2커버(30, 40)는 체결볼트(50)에 의해 냉각관체(20)에 조립되는데, 이를 위해 제 1 및 제 2커버(30, 40)에는 체결볼트(50)가 끼워지는 복수의 관통구멍(52)이 형성되며, 냉각관체(20)에는 체결볼트(50)가 체결되는 복수의 체결구멍(54)들이 형성되어 있다. 이렇게 서로 정렬된 관통구멍(52)과 체결구멍 (54)에 체결볼트(50)가 끼워져 체결됨에 따라 제 1 및 제 2커버(30, 40)는 냉각관체(20)의 양면에 조립된다. 여기서, 제 1커버(30)와 냉각관체(20) 및 제 2커버(40)와 냉각관체(20)의 사이에는 기밀을 위한 링형 씰(seal:28)이 각각 배치된다.
한편, 본 발명의 냉각장치는 유체도입통로(26a)와 다수의 중간통로 (26b∼26k)들과 유체배출통로(26ℓ)를 서로 직렬로 연결시킬 수 있도록 상기 제 1 및 제 2커버(30, 40)의 유로홈(32, 42)을 군데 군데 차단하는 복수의 차단부재가 설치된다.
차단부재는 도 2와 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 제 1커버(30)와 냉각관체(20) 그리고 제 2커버(40)와 냉각관체(20)를 조립하기 위한 체결볼트(50)를 이용하는데, 이 체결볼트(50)는 유체도입통로(26a)의 트인 일측이 양옆의 유체배출통로 (26ℓ)와 제 1중간통로(26b)로부터 격리될 수 있도록 유체도입통로(26a)와 유체배출통로(26ℓ) 및 유체도입통로(26a)와 제 1중간통로(26b)를 연통시키는 제 1커버 (30)의 유로홈(32)을 차단하고, 아울러 유체도입통로(26a)의 트인 타측이 오직 제 1중간통로(26b)의 트인 타측에만 연통될 수 있도록 유체도입통로(26a)와 유체배출통로(26ℓ) 및 제 1중간통로(26b)와 제 2중간통로(26c)를 연통시키는 제 2커버(40)의 유로홈(42)을 차단하며, 다시 제 1중간통로(26b)의 트인 일측이 오직 제 2중간통로(26c)의 트인 일측에만 연통될 수 있도록 제 2중간통로(26c)와 제 3중간통로 (26d)를 연통시키는 제 1커버(30)의 유로홈(32)을 차단한다.
이와 같이 체결볼트(50)로서 중간통로(26b∼26k)들의 트인 일측과 트인 타측을 교번적으로 차단하고, 최종적으로 제 10중간통로(26k)와 유체배출통로(26ℓ)를 연통시킴으로써 유체도입통로(26a)와 다수의 중간통로(26b∼26k)들과 유체배출통로 (26ℓ)는 지그재그로 연결되면서 서로 직렬로 연통될 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에서는 차단부재로서 제 1커버(30)와 냉각관체(20), 제 2커버 (30)와 냉각관체(20)를 조립하기 위한 체결볼트(50)를 사용하였지만, 별도의 차단판 등을 사용하여 제 1 및 제 2커버(30, 40)의 유로홈(32, 42)을 차단하는 것도 가능하다.
그리고 차단부재로서 체결볼트(50)를 사용할 때에는, 상기 체결볼트(50)가 유로홈(32, 42)의 단면적보다 커야 하는데, 이는 체결볼트(50)의 단면적을 유로홈 (32, 42)의 단면적보다 크게 함으로써 상기 유로홈(32, 42)을 충분히 차단할 수 있도록 하기 위함이다. 특히, 체결볼트(50)를 제 1 및 제 2커버(30, 40)의 관통구멍 (52)과 냉각관체(20)의 체결구멍(54)에 끼울때에는 접착제를 미리 도포함으로써 유로홈(32, 42)으로부터 관통구멍(52)으로 유체가 누출되는 것을 방지하였다.
다음으로, 이와 같은 본 발명의 작동예를 도 2와 도 3과 도 4를 참고로하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 제 1커버(30)의 도입구멍(34)으로 유체가 도입되면, 도입된 유체는 냉각관체(20)의 유체도입통로(26a)로 유입된다. 그리고 유체도입통로(26a)로 유입된 유체는 유체도입통로(26a)를 따라 흐르면서 제 1중간통로(26b)로 유입되고, 다시 제 1중간통로(26b)로 유입된 유체는 제 1중간통로(26b)를 따라 흐르면서 제 2중간통로(26c)로 유입된다. 그리고 제 2중간통로(26c)로 유입된 유체는 차례로 연결된 제 3 내지 제 10중간통로(26d∼26k)를 거쳐 유체배출통로(26ℓ)로 배출되고, 유체배출통로(26ℓ)로 배출된 유체는 제 1커버(30)의 배출구멍(36)을 통하여 외부로 배출되게 된다. 결과적으로, 유체도입통로(26a)로 유입된 유체는 서로 직렬로 연통된 유체도입통로(26a)와 제 1 내지 제 10중간통로(26b∼26k) 그리고 유체배출통로(26ℓ)를 따라 지그재그로 흐르면서 고정자(10)를 냉각시키게 되는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 고정자(10)의 둘레에 유체통로(26)를 갖는 냉각관체(20)를 설치하고, 냉각관체(20)의 양측면에는 복수의 유체통로(26)들을 직렬로 연통시키는 제 1커버(30)와 제 2커버(40)를 설치하여 도입된 유체가 차례로 흐를 수 있게 함으로써 고정자(10)의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 뿐만 아니라 종래와 같이 유로 가이드 플레이트의 설치를 위한 별도의 설치공간이 필요가 없으므로 모터를 크게 하지 않고서도 유체식 냉각장치를 설치할 수 있는 장점을 갖는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기모터의 냉각장치는, 고정자의 둘레에 설치되며 복수의 유체통로를 갖는 냉각관체와, 냉각관체의 양측면에 배치되어 복수의 유체통로들을 직렬로 연통시키는 제 1커버와 제 2커버를 갖춤으로써 도입된 유체가 고정자의 둘레를 따라 자연스럽게 흐르면서 상기 고정자를 냉각시킬 수 있게 한다. 특히, 종래와 같이 고정자의 냉각통로를 직렬로 연통시키기 위하여, 엔드벨에 구멍을 형성하지 않아도 되고, 별도의 유로 가이드 플레이트를 설치하지 않아도 되므로 모터의 강도를 저하시키지 않으면서 소형의 전기모터에도 적용할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기모터의 냉각장치를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 주요부를 나타내는 사시도,
도 3과 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
1: 모터하우징 10: 고정자
20: 냉각관체 22: 내관
24: 외관 24a: 홈
26: 유체통로 26a: 유체도입통로
26b∼26k: 제 1 내지 제 10중간통로 26ℓ: 유체배출통로
30: 제 1커버 32: 유로홈
34: 도입구멍 36: 배출구멍
40: 제 2커버 42: 유로홈
50: 체결볼트 52: 관통구멍
54: 체결구멍
Claims (4)
- 유체를 이용하여 고정자를 냉각시키는 전기모터의 냉각장치에 있어서,상기 고정자(10)의 둘레에 설치되며, 양측이 트인 길이방향의 유체도입통로 (26a)와 유체배출통로(26ℓ) 및 상기 유체도입통로(26a)와 유체배출통로(26ℓ)사이의 원주방향을 따라 간격을 두고 형성되는 양측이 트인 길이방향의 중간통로(26b ∼26k)들을 갖는 냉각관체(20)와;상기 냉각관체(20)의 일측면에 조립되며, 상기 각 통로(26a∼26ℓ)들의 트인 일측을 연통시키는 유로홈(32)을 갖는 제 1커버(30)와;상기 냉각관체(20)의 타측면에 조립되고, 상기 각 통로(26a∼26ℓ)들의 트인 타측을 연통시키는 유로홈(42)을 갖는 제 2커버(40)와;상기 유체도입통로(26a)와 중간통로(26b∼26k)와 유체배출통로(26ℓ)가 지그재그로 직렬 연결될 수 있도록 상기 제 1 및 제 2커버(30, 40)의 유로홈(32, 42)을 차단하는 복수의 차단부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기모터의 냉각장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 차단부재는 상기 유체도입통로(26a)와 유체배출통로 (26ℓ)의 트인 일측을 차단하고, 상기 유체도입통로(26a)와 중간통로(26b)의 트인 일측을 차단하며, 상기 중간통로(26b∼26k)들의 트인 일측을 교번적으로 차단하도록 상기 제 1커버(30)와 냉각관체(20)에 체결되어 상기 제 1커버(30)의 유로홈(32)을 차단하는 복수의 체결볼트(50) 및상기 유체도입통로(26a)와 유체배출통로(26ℓ)의 트인 타측을 차단하고, 상기 중간통로(26b∼26k)들의 트인 타측을 교번적으로 차단하도록 상기 제 2커버(40)와 냉각관체(20)에 체결되어 상기 제 2커버(40)의 유로홈(42)을 차단하는 복수의 체결볼트(50)인 것을 특징으로 하는 전기모터의 냉각장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1커버(30)에는 상기 냉각관체(20)의 유체도입통로 (26a)와 유체배출통로(26ℓ)와 정렬 연통되는 도입구멍(34)과 배출구멍(36)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기모터의 냉각장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 냉각관체(20)는 상기 고정자(10)의 외면 둘레에 고정되는 내관(22)과, 상기 내관(22)의 둘레에 설치되며 상기 내관(22)과 함께 유체통로(26)를 형성하도록 복수의 홈(24a)이 형성된 내주면을 갖는 모터하우징(1) 내면의 외관(24)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기모터의 냉각장치.
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| WO2013085917A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-13 | Remy Technologies, Llc | Electric machine module cooling system and method |
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