KR20090001045A - 전동모터의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동모터의 구동시에 발생되는 고온의 열을 수냉시키기 위한 냉각수로를 모터 하우징에 형성하는 대신에 모터 하우징 내측에 수용된 고정자에 형성함으로서 보다 효율적인 냉각이 이루어질 뿐만 아니라 냉각에 필요한 공간을 줄일 수 있도록 한 전동모터의 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명은 모터 하우징과, 원통형상으로 형성되어 모터 하우징의 내부에 지지되는 한편 그 주변에는 수회에 걸쳐 코일이 권선된 고정자와, 고정자의 내측에 위치되어 코일을 흐르는 전류에 의해 발생된 전기장의 영향을 받아 회전동작되는 회전자를 포함하여 구성되는 전동모터에 있어서, 상기 고정자의 몸체에 소정의 간격을 두고 고정자의 길이방향으로 관통형성되는 복수의 냉각수로와; 상기 복수의 냉각수로들이 하나의 유로로 연결되도록 고정자의 양측단에서 이웃하는 냉각수로 사이를 서로 연결하는 연결관과; 상기 냉각수로와 연결관을 통해 이어진 유로로 냉각수가 공급되도록 어느 하나의 냉각수로의 일측에 접속된 냉각수입구와; 상기 냉각수로와 연결관을 통해 이어진 유로로 공급된 냉각수가 순환된 후 배출되도록 유도하기 위하여 어느 하나의 냉각수로 일측에 접속되는 냉각수출구; 를 포함하여 구성이 이루어진다.

전동모터, 고정자, 냉각수로, 회전자, 모터 하우징

Description

전동모터의 냉각장치{Cooling apparatus for electric motors}

도 1 은 종래 전동모터의 정단면도.

도 2 는 종래 전동모터의 측단면도.

도 3 및 도 4 는 종래 전동모터의 냉각시스템을 설명하기 위한 도면.

도 5 는 본 발명에 따른 전동모터의 정단면도.

도 6 은 본 발명에 따른 전동모터의 측단면도.

도 7 은 본 발명에 의한 고정자와 연결관의 사시도.

도 8 은 본 발명에 의한 고정자의 정단면도.

도 9 는 본 발명에 의한 고정자의 측단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 전동모터 12 : 모터 하우징

14 : 커버 16 : 구동축

18 : 베어링 20 : 고정자

22 : 냉각핀 24 : 보어

24a : 개구부 26 : 냉각수로

26a : 냉각수입구 26b : 냉각수출구

28 : 연결관 30 : 코일

40 : 회전자 50 : 영구자석

본 발명은 전동모터의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동모터의 구동시에 발생되는 고온의 열을 수냉시키기 위한 냉각수로를 모터 하우징에 형성하는 대신에 모터 하우징 내측에 수용된 고정자에 형성함으로서 보다 효율적인 냉각이 이루어질 뿐만 아니라 냉각에 필요한 공간을 줄일 수 있도록 한 전동모터의 냉각장치에 관한 것이다.

자동차를 포함한 다양한 형태의 기계류에는 전기에너지를 회전운동력으로 변환시키기 위한 전동기가 형성되는 것이 일반적이다. 특히, 최근에 상용화단계까지 이르게 된 전기자동차의 경우에는 배터리에 충전된 전원으로 구동되는 전동모터가 차량의 바퀴 내측에 형성된다. 바퀴의 회전축은 전동바퀴의 구동축에 연결되는 한편 그 도중에는 감속장치가 마련됨으로서 차량의 운행상태에 필요한 토오크를 얻을 수 있게 된다.

도 1 및 도 2 는 종래의 일반적인 전동모터의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 전동모터(100)의 모터 하우징(110)은 내부가 빈 통형상으로 형성되는 한편 하우징(110)의 양측에는 각각 커버(120,122)가 형성됨으로서 하우징의 내부에 부품을 조립하거나 분해하는 과정이 가능하게 된다. 그리고 모터 하우징(110) 및 커버(120,122)의 중심에는 모터 하우징의 길이방향으로 길게 형성된 구동축(130)이 축결합되어진다.

한편, 모터 하우징(110)의 내부에는 전원으로부터 공급된 전류가 코일(210)을 흐르는 과정에서 영구자석(310)의 자력에 영향을 받아 생성되는 전기장에 의해 회전되는 회전자(roter,300)가 형성된다. 코일(210)은 회전자(300)의 외측을 감싸도록 원통형상으로 형성되는 고정자(stator,200)에 수회 권선된 형태로 이루어진다. 모터 하우징(110)의 내주연과 코일(210) 사이에는 전도되지 않도록 하기 위한 절연체(140)이 개재된다. 코일(210)의 주변에 형성되는 전기장의 세기는 코일의 권선수 및 전류의 세기에 영향을 받는 한편 전기장의 세기는 곧 회전자(310) 및 구동축(130)의 회전속도 및 회전력에 영향을 미치게 된다. 특히, 전기자동차의 바퀴를 구동시키기 위한 경우와 같이 커다란 토오크가 요구되는 곳에 적용되는 전동모터의 경우에는 고속으로 회전될 수 있도록 설계된다.

그리고 전동모터가 고속으로 회전되는 과정에서 회전자 및 코일 주변에는 고온이 열이 발생하게 된다. 이와 같이 전동모터의 회전자 및 코일 부분에 발생되는 열로 인하여 모터 하우징 내부의 부품들이 손상되는 것을 방지하기 위하여 도면에 도시된 바와 같이 모터 하우징(110)의 몸체 도중에는 소정의 간격을 두고 냉각수로(112)가 형성된다.

도 3 은 모터 하우징(110)의 길이방향으로 다수의 냉각수로(112)가 형성되는 한편 각각의 냉각수로(112) 사이는 'U'자형상의 연결관(114)으로써 이어진 형태의 냉각시스템을 보이고 있는 것이다. 즉, 냉각수입구(116)로 입력된 냉각수가 냉각수출구(118)를 통해서 배출되기까지 냉각수로(112)를 통과하면서 모터 하우징(110)의 온도를 낮추고, 결과적으로는 코일 및 회전자 주변의 온도가 낮아지도록 형성된 것이다.

도 4 는 모터 하우징(110)의 몸체 도중에 냉각수로(112)가 나선상으로 형성된 형태의 냉각시스템을 보이고 있는 것이다. 물론, 냉각수로(112)의 일측에는 냉각수입구(116)가 형성되고 다른 일측에는 냉각수출구(118)가 접속된다. 따라서, 냉각수입구(116)로 공급된 냉각수는 냉각수로(112)를 따라 모터 하우징(110)의 몸체를 나선상으로 순환되면서 모터 하우징의 온도를 낮추게 되고, 결과적으로는 코일 및 회전자 주변에 발생되는 열을 낮추게 되는 것이다.

그런데 도 3 및 도 4 에 도시된 형태와 같은 냉각시스템의 적용을 위해서는 모터 하우징이 냉각수로의 형성을 위한 충분한 두께로 형성되어야 함으로서 전동모터의 크기가 상대적으로 비대해지는 원인이 되었다. 이는 또한 결과적으로 전동모터의 제작비용의 상승으로 이어질 뿐만 아니라 전동모터의 각 부품들을 조립하는 데 소요되는 조립시간이 길어지게 되는 원인으로 작용하였다.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 전동모터의 구동시에 발생되는 고온의 열을 수냉시키기 위한 냉각수로를 모터 하우징에 형성하는 대신에 모터 하우징 내측에 수용된 고정자에 형성함으로서 보다 효율적인 냉각이 이루어질 뿐만 아니라 냉각에 필요한 공간을 줄일 수 있도록 한 전동모터의 냉각장치를 제공하는 데 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 고정자의 사출성형시에 그 내주연측에 다수의 냉각핀이 형 성되도록 함으로서 고정자의 냉각효율이 보다 향상되도록 한 전동모터의 냉각장치를 제공하는 데 목적이 있는 것이다.

이상과 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같이 구성된다. 즉, 모터 하우징과, 원통형상으로 형성되어 모터 하우징의 내부에 지지되는 한편 그 주변에는 수회에 걸쳐 코일이 권선된 고정자와, 고정자의 내측에 위치되어 코일을 흐르는 전류에 의해 발생된 전기장의 영향을 받아 회전동작되는 회전자를 포함하여 구성되는 전동모터에 있어서, 상기 고정자의 몸체에 소정의 간격을 두고 고정자의 길이방향으로 관통형성되는 복수의 냉각수로와; 상기 복수의 냉각수로들이 하나의 유로로 연결되도록 고정자의 양측단에서 이웃하는 냉각수로 사이를 서로 연결하는 연결관과; 상기 냉각수로와 연결관을 통해 이어진 유로로 냉각수가 공급되도록 어느 하나의 냉각수로의 일측에 접속된 냉각수입구와; 상기 냉각수로와 연결관을 통해 이어진 유로로 공급된 냉각수가 순환된 후 배출되도록 유도하기 위하여 어느 하나의 냉각수로 일측에 접속되는 냉각수출구; 를 포함하여 구성되는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 전동모터의 냉각장치에서 연결관은 이웃하는 냉각수로 사이의 간격을 지름으로 하는 반원의 형상으로 절곡형성될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 전동모터의 냉각장치에서 고정자의 내주연에는 냉각성능 향상을 위한 다수의 냉각핀이 형성될 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 전동모터의 냉각장치에서 냉각핀의 형성을 위해 고 정자의 사출성형시 그 내주연부분에는 일정한 간격으로 원통의 중심부를 향해 개구부가 형성된 형태의 살빼기가 이루어지되, 냉각핀의 양측 끝단은 개구부를 향해 돌출형성될 수 있는 것이다.

이하에서는 본 발명에 의한 전동모터의 냉각장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하기로 한다.

도 5 는 본 발명에 의한 전동모터의 정단면도이고, 도 6 은 본 발명에 의한 전동모터의 측단면도이며, 도 7 은 본 발명에 의한 고정자와 연결관의 분해사시도이며, 도 8 은 본 발명에 의한 고정자의 정단면도이고, 도 9 는 본 발명에 의한 고정자의 측단면도이다.

도면 중에 표시된 도면부호 10은 본 발명이 적용된 전동모터를 지시하는 것이고, 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성된 고정자를 지시하는 것이다.

본 발명에 의한 전동모터(10)의 모터 하우징(12)은 일반적인 전동모터의 경우와 같이 통형상으로 형성되는 한편 그 양측에는 각각 커버(14a,14b)가 형성된다. 모터 하우징(12) 및 커버(14a,14b)의 중앙부에는 모터 하우징(12)의 길이방향으로 길게 형성된 구동축(16)이 베어링(18)으로써 양측의 도중이 지지된 상태로 축결합된다.

모터 하우징(12)의 내부에는 전기에너지가 회전운동력으로 변환되도록 하기 위한 수단으로서, 코일(30)이 권선된 고정자(20)와 영구자석(50)이 형성된 회전자(40)가 수용된다. 고정자(20)는 그 내측에 회전자(40)가 수용될 수 있도록 통형상으로 형성되는데, 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 도면에서는 고정자가 원 통형상으로 형성된 것이다. 물론, 모터 하우징(12)의 내주연과 코일(30) 사이에는 절연체(60)가 개재된다.

한편, 고정자(20)의 내주연에는 냉각성능의 향상을 위한 다수의 냉각핀(22)이 형성될 수 있다. 냉각핀(22)은 고정자(20)의 사출성형시 고정자와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 고정자의 사출성형시 그 내주연부분에는 일정한 각도 간격으로 다수의 보어(24)가 형성됨으로서, 각 보어(24)와 보어(24) 사이에 소정의 두께를 가진 냉각핀(22)이 형성되는 것이다. 그리고 냉각핀(22) 사이에는 개구부(24a)가 형성됨으로서 원통의 내주연과 각 보어(24)가 서로 연통된 상태가 된다. 특히, 냉각핀(22)의 양측 끝단은 개구부(24a)를 향해서 소정 길이 돌출된 형태로 형성되는 것이 냉각효율을 높이는 데 유리할 것이다.

특히, 본 발명에 의한 고정자(20)의 몸체에는 그 길이방향으로 다수의 냉각수로(26)가 소정의 간격을 두고 다수 형성된다. 냉각수로(26)는 냉각핀(22) 사이에 형성된 보어(24)와 마찬가지로 고정자(20)가 사출성형되는 과정에서 살빼기공정을 통해서 형성될 수 있다.

그리고 다수의 냉각수로(26)들 중에서 어느 하나의 냉각수로 일측단에는 냉각수입구(26a)가 접속되고, 냉각수입구(26a)가 접속된 냉각수로와 이웃하는 냉각수로의 일측에는 냉각수출구(26b)가 접속된다.

한편, 각각의 냉각수로(26)들은 고정자(20)의 양측 끝단에 위치되는 연결관(28)으로써 서로 연결되어 복수의 냉각수로들은 전체적으로 하나의 유로로 이어진다. 즉, 냉각수입구(26a)로 공급된 냉각수는 냉각수로(26) 및 연결관(28)으로 이 어진 유로를 통과하면서 고정자(20)의 몸체 둘레를 순환한 후 냉각수출구(26b)를 통해서 배출이 이루어지도록 구성되는 것이다. 이와 같은 냉각수의 순환과정에서 냉각수의 흐름이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 연결관은 도면에 도시된 바와 같이 이웃하는 냉각수로 사이의 간격을 반지름으로 하는 반원형상으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

고정자(20)에 형성된 냉각수로(26)로 냉각수가 공급되도록 하거나 냉각수로를 순환한 냉각수가 배출되도록 하기 위해서 모터 하우징(12) 또는 커버(14)의 도중에는 배관이 통과되기 위한 배관공이 형성될 수 있다. 또한, 냉각수의 공급 및 배출을 위하여 전동모터(10)와는 별개의 워터 펌프 및 워터 탱크가 형성되는데, 이러한 구성은 종래기술에 의한 전동모터의 냉각장치에서와 큰 차이가 없이 형성될 수 있는 것으로 도면에서는 도시가 생략되었다.

그리고 전동모터(10)의 구동과정은 일반적인 전동모터의 경우와 같이 전원측에서 인가된 전류가 코일(30)을 흐르는 과정에서 영구자석(50)의 자력에 영향을 받게 됨으로서 전기장이 발생되고, 그 전기장에 의해서 회전자(40)가 회전되면서 구동축(16)을 회전시키게 되는 것이다. 이와 같이 회전자 및 구동축이 회전되는 과정에서 발생되는 열은 고정자(20)의 도중에 형성된 냉각수로(26)를 순환하는 냉각수에 의해서 냉각이 이루어지게 되는 것이다.

이상과 같이 전동모터(10)를 냉각시키기 위한 냉각수로(26)가 고정자(20)에 형성됨으로서 종래기술의 경우처럼 모터 하우징의 크기가 크게 형성될 필요가 없게된다. 따라서 전동모터(20)의 전체적인 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전동모터 를 조립하거나 분해하는 데 따른 작업시간을 크게 줄일 수 있게 된다.

특히, 본 발명이 적용되는 전동모터(10)에서는 열의 발생원과 보다 가까운 위치에서 냉각이 이루어짐으로서 보다 효율적인 냉각이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 냉각을 위해 필요한 공간을 크게 줄일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

본 발명은 전동모터를 수냉시키기 위한 냉각수로가 종래기술의 경우처럼 모터 하우징에 형성되는 것이 아니라 모터 하우징의 내부에 수용된 고정자에 형성됨으로서 모터 하우징의 축소가 가능하게 되어 결과적으로는 전동모터의 크기를 줄일 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다. 또한, 전동모터의 조립 및 분해과정에서 작업시간을 줄일 수 있게 된다. 아울러, 전동모터에 열이 발생되는 발생원에 보다 가까운 위치에 냉각수로가 형성됨으로서 냉각효율이 크게 형상될 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 모터 하우징과, 원통형상으로 형성되어 모터 하우징의 내부에 지지되는 한편 그 주변에는 수회에 걸쳐 코일이 권선된 고정자와, 고정자의 내측에 위치되어 코일을 흐르는 전류에 의해 발생된 전기장의 영향을 받아 회전동작되는 회전자를 포함하여 구성되는 전동모터에 있어서,

   상기 고정자(20)의 몸체에 소정의 간격을 두고 고정자의 길이방향으로 관통형성되는 복수의 냉각수로(26)와;

   상기 복수의 냉각수로(26)들이 하나의 유로로 연결되도록 고정자(20)의 양측단에서 이웃하는 냉각수로(26) 사이를 서로 연결하는 연결관(28)과;

   상기 냉각수로(26)와 연결관(28)을 통해 이어진 유로로 냉각수가 공급되도록 어느 하나의 냉각수로의 일측에 접속된 냉각수입구(26a)와;

   상기 냉각수로(26)와 연결관(28)을 통해 이어진 유로로 공급된 냉각수가 순환된 후 배출되도록 유도하기 위하여 어느 하나의 냉각수로 일측에 접속되는 냉각수출구(26b); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동모터의 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 연결관(28)은 이웃하는 냉각수로(26) 사이의 간격을 지름으로 하는 반원의 형상으로 절곡형성된 것을 특징으로 하는 전동모터의 냉각장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기한 고정자(20)의 내주연에는 냉각성능 향상을 위한 다수의 냉각핀(22)이 형성된 것을 특징으로 하는 전동모터의 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기한 냉각핀(22)의 형성을 위해 고정자의 사출성형시 그 내주연부분에는 일정한 간격으로 원통의 중심부를 향해 개구부(24a)가 형성된 형태의 살빼기가 이루어지되, 냉각핀(22)의 양측 끝단은 개구부(24a)를 향해 돌출형성된 것을 특징

   으로 하는 전동모터의 냉각장치.

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