KR20070029665A

KR20070029665A - 모터의 냉각 장치

Info

Publication number: KR20070029665A
Application number: KR1020067017426A
Authority: KR
Inventors: 간지로 기노시타
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2007-03-14
Also published as: KR100815026B1; CN1926749A; JP2005278287A; EP1729402A1; CN1926749B; US20080093938A1; EP1729402A4; JP4311250B2; WO2005091470A1

Abstract

모터의 냉각 장치는 모터(1)의 회전축(1a)에 피봇 지지된 임펠러(2)와 팬 커버(4)를 갖는다. 팬 커버(4)는 임펠러(2)의 전방 부위 및 외주 부위를 에워싸고, 전면에 공기 흡입구(5)를 갖고, 후방에 공기 취출구(6)를 갖는다. 팬 커버(4)에는 공기 흡입구(5)보다도 외측의 위치로부터 임펠러(2)를 향하여 연장되는 칸막이 부재(7)가 설치되어 있다. 칸막이 부재(7)의 외주와 팬 커버(4)의 내면 사이에 공동부(8)가 형성되어 있다. 그 공동부(8)에서 생기는 소용돌이의 캐비티 효과에 의한 부압에 의해, 임펠러(2)를 통과하는 공기 주류가 임펠러(2)에서의 베인(3)의 선단측에 끌어당겨지기 때문에, 임펠러(2)의 공력 성능 및 운전음 특성이 향상된다.

Description

모터의 냉각 장치{MOTOR COOLING DEVICE}

본 발명은 모터의 냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 고정자 외주를 효율적으로 냉각할 수 있도록 구성된 모터의 냉각 장치에 관한 것이다.

도 7에 종래의 모터의 냉각 장치를 도시한다. 그 냉각 장치는 모터(1)의 회전축(1a)에 피봇 지지된 레이디얼 플레이트 타입의 임펠러(2)와, 상기 임펠러(2)를 에워싸는 판금제의 팬 커버(4)로 이루어져 있다. 임펠러(2)는 복수의 베인(3)를 구비하고, 팬 커버(4)에는 공기 흡입구(5) 및 공기 취출구(6)가 형성되어 있다. 임펠러(2)는 외주면(A), 전면(B) 및 후면(C)을 갖는다. 이 냉각 장치의 경우, 공기 흡입구(5)로부터 흡입되는 공기류(W)는 팬 커버(4) 내에서는 점선 f'로 나타내게 되고, 임펠러(2)의 후면(C)으로부터는 거의 취출되지 않고 있다. 따라서, 종래의 냉각 장치를 소형 고출력 모터에 적용했을 때에는, 팬의 성능에 기인하는 냉각 부족이 문제가 되고 고속 회전화 모터에 적용했을 때에는 팬의 운전음이 커진다는 문제가 생긴다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 종래부터 여러 가지 해결책이 강구되어 오고 있다.

예컨대, 일본 특허 공개 공보 평11-289716호에는 전동기용 냉각 팬의 에어의 유로를 회전축에 대하여 경사 방향으로 하고, 또한 베인의 외경을 전동기의 하우징의 외경보다도 크게 구성한 것이 제안되어 있다.

상기 일본 특허 공개 공보 평11-289716호에 개시되어 있는 기술에서는 송풍 성능은 높아지지만, 운전음이 커진다는 문제는 여전히 해소되어 있지 않다. 즉, 냉각 성능의 향상과 운전음의 저감을 양립한 간단한 구조의 냉각 장치는 아직 실현되어 있지 않다.

본원 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 냉각 성능의 향상과 운전음의 저감을 양립할 수 있는 간단한 구조의 냉각 장치를 제안하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양에 의하면, 모터의 회전축에 피봇 지지된 임펠러와, 상기 임펠러의 전방 부위 및 외주 부위를 에워싸고 또한 전면에 공기 흡입구를 갖고, 후방에 공기 취출구를 갖는 팬 커버를 구비한 모터의 냉각 장치에 있어서, 상기 팬 커버에 상기 공기 흡입구보다도 외측의 위치로부터 상기 임펠러를 향하여 연장되는 칸막이 부재를 설치하는 동시에, 상기 칸막이 부재의 외주와 상기 팬 커버의 내면 사이에 공동부를 형성하고 있다.

상기한 바와 같이 구성함으로써, 칸막이 부재의 외주와 팬 커버의 내면 사이의 공동부에서 생기는 소용돌이의 캐비티 효과에 의한 부압으로 임펠러를 통과하는 공기 주류가 임펠러에서의 베인의 선단측으로 끌어당겨진다. 그 결과, 임펠러에서의 베인면이 유효하게 작용하여 임펠러의 공력 성능(바꾸어 말하면, 냉각 성능) 및 운전음 특성이 향상된다.

상기의 모터의 냉각 장치에 있어서, 상기 칸막이 부재의 선단부를 상기 임펠러에서의 베인의 전면 선단부와 대향시키는 것이 바람직하다. 그 경우, 칸막이 부재의 외주와 팬 커버의 내면 사이의 공동부에 의한 캐비티 효과가 보다 현저해진다.

상기 칸막이 부재의 내주 직경(Ф₁)을 상기 베인(3)의 전면 선단부(3a)의 내경(Ф₂)보다 크게 하는 것이 바람직하다. 그 경우, 공기류의 베인으로부터의 박리 영역이 감소하여 임펠러의 냉각 성능 및 운전음 특성이 보다 한층 향상된다.

상기 칸막이 부재(7)의 외주 직경(Ф₃)을 상기 임펠러(2)의 외경(Ф₄)보다 작게 하는 것이 바람직하다. 그 경우, 공동부에서의 캐비티 효과에 더하여 순환류 형성 효과가 얻어지게 되고, 베인면이 보다 유효하게 작용하여 임펠러의 냉각 성능 및 운전음 특성이 보다 한층 향상된다.

상기 임펠러에서의 베인의 배면 근방에 입구를 갖고, 반경 방향 비스듬히 뒤쪽 외측으로 확대되는 둘레면을 갖는 모터 단면과, 상기 팬 커버의 내면에 형성되는 공간 구획 부재로 구성되는 축류 공간을 상기 임펠러의 출구에 설치하는 것이 바람직하다. 그 경우, 임펠러의 출구에서의 회전 방향 흐름이 축류 공간에 있어서 축방향 흐름으로 이행하여 정류화되게 되고, 운전음 특성이 보다 향상된다.

상기 축류 공간의 하류에 상기 공기 취출구를 향하여 확대하는 확대 유로를 설치해도 좋다. 그 경우, 확대 유로에서의 디퓨저 효과에 의해, 취출 흐름을 갖는 동압이 정압으로 유효하게 변환되게 되어 냉각 성능이 보다 향상된다.

상기 확대 유로의 하류단에 상기 모터의 냉각 핀의 단부를 설치하고, 혹은 상기 확대 유로의 하류단을 냉각 핀의 단부에 대향시키는 것도 가능하다. 그 경우, 냉각 핀을 향하는 집속 흐름을 형성할 수 있어 냉각 성능이 향상된다.

상기 임펠러로서 레이디얼 플레이트 임펠러를 채용하는 것도 가능하다. 그 경우, 레이디얼 플레이트 임펠러는 회전 방향이 변화해도 성능에 변화가 없기 때문에, 가역 회전이 가능해지고, 베인 출구각이 90°로 되어 있기 때문에, 임펠러에서 얻어지는 정압이 전방 베인이나 후방 베인에 비해 커져 고성능화가 가능해진다.

상기 임펠러에서의 베인의 앞쪽 가장자리부에 세레이션을 부설하는 것도 가능하다. 그 경우, 베인의 앞쪽 가장자리에서의 공기류의 난류와 베인의 뒤쪽 가장자리와의 간섭에 의해 생기는 간섭음이 감소하게 되어 운전음 특성이 보다 향상된다.

상기 칸막이 부재를 상기 팬 커버에 대하여 착탈 자유롭게 하는 것도 가능하다. 그 경우, 여러 종류의 칸막이 부재를 준비해두면, 베인의 외경이나 폭이 상이한 임펠러에 대하여, 팬 커버의 형상을 변경하지 않고 칸막이 부재의 변경만으로 대응할 수 있게 되어 사양 변경이 용이해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치를 도시하는 반 단면도이다.

도 2는 제1 실시형태의 냉각 장치의 변형예를 도시하는 반 단면도이다.

도 3은 제2 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치를 도시하는 반 단면도이다.

도 4는 제3 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치에서의 임펠러의 요부를 도시하는 반 단면도이다.

도 5는 제4 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치를 도시하는 반 단면도이다.

도 6은 제5 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치를 도시하는 반 단면도이다.

도 7은 종래의 모터의 냉각 장치를 도시하는 반 단면도이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 몇 개의 바람직한 실시형태에 관해서 설명한다. 한편, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것이 아니다.

제1 실시형태

도 1에는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치가 도시되어 있다. 이 모터의 냉각 장치는 모터(1)의 회전축(1a)에 피봇 지지된 임펠러(2)와, 상기 임펠러(2)의 전방 부위 및 외주 부위를 에워싸는 팬 커버(4)를 구비하고 있다. 팬 커버(4)는 전면에 복수의 공기 흡입구(5)를 갖고, 후방에 공기 취출구(6)를 갖는다. 본 실시형태에 있어서는, 임펠러(2)로서 베인(3)의 출구각이 90°로 되어 있는 레이디얼 플레이트 임펠러가 채용되어 있다. 레이디얼 플레이트 임펠러에서는, 회전 방향이 변화해도 성능에 변화가 없기 때문에 가역 회전이 가능해진다. 베인의 출구각이 90°이기 때문에, 임펠러(2)에서 얻어지는 정압이 전방 베인이나 후방 베인에 비해 커져 고성능화가 가능해진다.

상기 팬 커버(4)에는 상기 공기 흡입구(5)의 외측(즉, 팬 커버(4)의 전면(4a)의 외주 부위)으로부터 상기 임펠러(2)에서의 베인(3)의 전면(3a)을 향하여 연장되는 고리형의 칸막이 부재(7)가 설치되어 있다. 상기 칸막이 부재(7)의 외주와 상기 팬 커버(4)의 내면 사이에는 고리형의 공동부(8)가 형성되어 있다.

상기 팬 커버(4)는 상기 공기 흡입구(5)를 구비한 전면(4a)과, 상기 전면(4a)의 외주 부위로부터 하류측을 향하여 경사지는 원추부(4a)와, 상기 원추부(4a)의 하류단으로부터 공기 취출구(6)를 향하여 연장되는 대략 원통부(4c)로 이루어지고 있다. 공기 취출구(6)는 모터(1)의 냉각 핀(11)과 대향되어 있다.

상기한 바와 같이 구성함으로써, 칸막이 부재(7)와 팬 커버(4) 사이의 공동부(8)에 있어서 생기는 소용돌이(E)의 캐비티 효과에 의한 부압으로, 임펠러(2)를 통과하는 공기 주류(f)가 종래의 공기 주류(f')에 비해 임펠러(2)에서의 베인(3)의 선단측에 가까이 당겨지게 된다. 그 결과, 임펠러(2)에서의 베인면이 유효하게 작용하게 되고, 임펠러(2)의 공력 성능(바꾸어 말하면, 냉각 성능) 및 운전음 특성이 향상된다.

상기 칸막이 부재(7)는 원통 형상으로 되어 있고, 그 선단부에는 상기 임펠러(2)에서의 베인(3)의 전면(3a)과 평행한 경사면을 갖는 단면 사다리꼴 형상의 내향 플랜지부(12)가 일체로 형성되어 있다. 이렇게 하면, 칸막이 부재(7)에서의 내향 플랜지부(12)를 베인 전면(3a)에 근접시킬 수 있고, 공동부(8)에 의한 캐비티 효과가 보다 현저해진다.

또한, 상기 칸막이 부재(7)의 내주 직경(Ф₁)은 상기 베인(3)의 전면 선단부 (3a)에서의 내경(Ф₂)보다 크게 되어 있다. 이 경우, 박리 영역이 감소하여 임펠러(2)의 냉각 성능 및 운전음 특성이 보다 한층 향상된다.

상기 칸막이 부재(7)의 외주 직경(Ф₃)은 상기 임펠러(2)의 외측 직경(Ф₄)보다 작게 되어 있다. 그 경우, 공동부(8)에서의 캐비티 효과에 더하여 순환류(E')의 형성 효과가 얻어지게 되고, 베인면이 보다 유효하게 작용하여 임펠러(2)의 냉각 성능 및 운전음 특성이 보다 한층 향상된다.

본 실시형태에 있어서는, 상기 팬 커버(4) 및 칸막이 부재(7)는 합성 수지에 의한 일체 성형품으로 되어 있지만, 칸막이 부재(7)를 팬 커버(4)에 대하여 착탈 가능하게 할 수도 있다. 칸막이 부재(7)를 팬 커버(4)에 대하여 착탈 가능하게 한 경우, 예컨대, 도 2에 도시하는 모터의 냉각 장치에서와 같이, 베인(3)의 외경이나 폭을 작게 한 임펠러(2)를 이용할 때에는, 팬 커버(4)의 전면(4a)에 부착되는 대직경 원통부(7a)와 소직경 원통부(7b)로 이루어지는 칸막이 부재(7)를 채용하면 좋다. 즉, 도 1 및 도 2에 예시한 바와 같이, 여러 종류의 칸막이 부재(7)를 준비해두면, 팬 커버(4)의 형상을 변경하지 않고, 칸막이 부재(7)의 변경만으로 임펠러(2)의 변경에 대응할 수 있게 되어 사양 변경이 용이해지는 것이다.

제2 실시형태

도 3에는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치가 도시되어 있다. 이 경우, 팬 커버(4)에서의 원추부(4b)가, 중간 원통부(4b₂)를 사이에 두고 전부 원추부(4b₁)와 후부 원추부(4b₃)로 나뉘어져 있다. 그리고, 팬 커버 원추부(4b) 에서의 중간 원통부(4b₂)는 칸막이 부재(7)의 선단부 외측을 덮도록 형성되어 있다. 이렇게 하면, 칸막이 부재(7)와 팬 커버(4) 사이에 형성되는 공동부(8)의 외경이 축소되게 되기 때문에, 공동부(8)에서의 캐비티 효과를 강조할 수 있다. 그 밖의 구성 및 작용 효과는 제1 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

제3 실시형태

도 4에는, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치에 이용되는 임펠러의 요부가 도시되어 있다.

이 경우, 임펠러(2)에서의 베인(3)의 앞쪽 가장자리부(3b)에 세레이션(9)이 부설되어 있다. 이렇게 하면, 베인(3)의 앞쪽 가장자리에서의 공기류의 난류가 베인(2)의 뒤쪽 가장자리와 간섭하여 생기는 간섭음이 감소하고, 운전음 특성이 보다 향상된다. 그 밖의 구성 및 작용 효과는 제1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

제4 실시형태

도 5에는, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치가 도시되어 있다. 이 경우, 임펠러(2)의 출구에는 축류 공간(S₁)이 설치되어 있다. 그 축류 공간(S₁)은 임펠러(2)에서의 베인(3)의 배면 근방에 입구를 갖고, 반경 방향 비스듬히 뒤쪽 외측으로 확대되는 둘레면을 구비한 모터 단면(1b)과, 상기 팬 커버(4)의 내면에 배치되는 공간 구획 부재(10)로 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 상기 공간 구획 부재(10)는 팬 커버(4)에서의 원추부(4b)의 내면에 의해서 형성되어 있 지만, 그 대신에 팬 커버 원추부(4b)의 내면에 공간 구획 부재(10)를 구성하는 별개의 부재를 부착하도록 해도 좋다.

상기 축류 공간(S₁)을 구성하는 모터 단면(1b)의 확대각(θ₁)보다 상기 공간 구획 부재(10)의 확대각(θ₂)이 작아지도록 설정되어 있다. 또한, 상기 축류 공간(S₁)의 하류에는 공기 취출구(6)를 향하여 확대되는 확대 유로(S₂)가 설치되어 있다. 상기 확대 유로(S₂)는 도 5에 실선으로 도시하는 바와 같이, 팬 커버(4)에서의 원통부(4c)의 하류 단부를 굴곡 확대하여 형성해도 좋고, 도 5에 점선으로 도시하는 바와 같이 매끄럽게 확대하여 형성해도 좋다.

또한, 상기 확대 유로(S₂)의 하류단은 상기 모터(1)의 냉각 핀(11)의 단부를 포위하고 있다. 이렇게 하면, 임펠러(2)의 출구측에서의 공기의 회전 방향 흐름이 축류 공간(S₁)에 있어서 축 방향 흐름으로 이행 및 정류화되게 되고, 따라서 운전음 특성이 보다 향상된다. 또한, 확대 유로(S)에서의 디퓨저 효과에 의해, 취출 흐름이 갖는 동압이 정압으로 유효하게 변환되게 되고, 냉각 핀(11)을 향하는 집속 흐름을 형성할 수 있어 냉각 성능이 향상된다. 한편, 이 확대 유로(S₂)의 하류단의 축 방향 위치는 둘레 방향으로 변화시켜도 좋다. 그 밖의 구성 및 작용 효과는 제1 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

제5 실시형태

도 6에는, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 모터의 냉각 장치가 도시되어 있 다. 본 실시형태에 있어서도, 상기 제4 실시형태와 동일한, 축류 공간(S₁) 및 확대 유로(S₂)가 설치되어 있다. 단, 상기 확대 유로(S₂)의 하류단은 상기 모터(1)의 냉각 핀(11)의 단부에 대향하고 있는 점에서, 상기 제4 실시형태와 상이하다. 이렇게 해도, 상기 제4 실시형태와 동일한 작용 효과가 얻어진다.

Claims

모터(1)의 회전축(1a)에 피봇 지지된 임펠러(2)와, 상기 임펠러(2)의 전방 부위 및 외주 부위를 에워싸고 또한 전면에 공기 흡입구(5)를 갖고, 후방에 공기 취출구(6)을 갖는 팬 커버(4)를 구비한 모터의 냉각 장치로서,

상기 팬 커버(4)에는 상기 공기 흡입구(5)보다도 외측의 위치로부터 상기 임펠러(2)를 향하여 연장되는 칸막이 부재(7)를 설치하는 동시에, 상기 칸막이 부재(7)의 외주와 상기 팬 커버(4)의 내면 사이에는 공동부(8)를 형성한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 칸막이 부재(7)의 선단부를 상기 임펠러(2)에서의 베인(3)의 전면 선단부(3a)와 대향시킨 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 칸막이 부재(7)의 내주 직경(Ф₁)을 상기 베인(3)의 전면 선단부(3a)의 내경(Ф₂)보다 크게 한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 2 및 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이 부재(7)의 외주 직경(Ф₃)을 상기 임펠러(2)의 외경(Ф₄)보다 작게 한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 1, 청구항 2 및 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러(2)의 출구에는 상기 임펠러(2)에서의 베인(3)의 배면 근방에 입구를 갖는 축류 공간(S₁)을 설치하고, 그 축류 공간(S₁)을 반경 방향 비스듬히 뒤쪽 외측으로 확대되는 둘레면을 구비한 모터 단면(1b)과, 상기 팬 커버(4)의 내면에 형성되는 공간 구획 부재(10)에 의해 구성한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 축류 공간(S₁)의 하류에는 상기 공기 취출구(6)를 향하여 확대되는 확대 유로(S₂)를 설치한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 확대 유로(S₂)의 하류단에 상기 모터(1)의 냉각 핀(11)의 단부를 배치한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 확대 유로(S₂)의 하류단을 냉각 핀(11)의 단부에 대향시키는 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 1, 청구항 2 및 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러(2)로 서 레이디얼 플레이트 임펠러를 채용한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 임펠러(2)에서의 베인(3)의 앞쪽 가장자리부(3b)에는 세레이션(9)을 부설한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.
청구항 1, 청구항 2 및 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이 부재(7)를 상기 팬 커버(4)에 대하여 착탈 자유롭게 한 것을 특징으로 하는 모터의 냉각 장치.