KR20090069065A - 전동기 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전동기 냉각장치는 내부에 회전자(24)와 고정자(26)가 설치되는 결합공(34)이 형성되고, 외면을 둘러서는 안착부(38)가 요입되게 형성되는 내측하우징(32)과; 냉각수가 순환되는 순환경로(40')를 형성하기 위해 상기 안착부(38)에서 상기 내측하우징(32)의 외주면을 둘러싸도록 다수개가 구비되고, 각각 형성된 순환경로(40')는 서로 연통되어 나선형을 형성하도록 상호 연결되는 구획링(40)과; 상기 순환경로(40')를 외부와 차단하기 위하여 상기 내측하우징(32) 및 구획링(40)의 외주면을 둘러 결합되고, 외면에는 냉각수가 유입 및 유출되는 냉각수입구(54) 및 냉각수출구(56)가 구비되는 외측하우징(50)을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치에 의하면, 하우징에서 냉각수가 이동하는 순환경로를 형성하는 구획링이 용접에 의해 간단하게 설치되므로, 냉각장치의 제조과정이 간단하고 가공비가 저렴하며, 하우징이 제조공정에 구애받지 않고 다양한 크기로 형성가능하므로 대형 전동기를 비롯하여 다양한 크기의 전동기에 장착될 수 있는 이점이 있다.

전동기, 모터, 냉각장치, 냉각프레임, 구획링

Description

전동기 냉각장치{Cooling device for electric motor}

본 발명은 전동기 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기가 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 과정에서 발생 되는 열을 냉각시키기 위한 전동기 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 자석이 결합된 회전자와 코일이 권선된 고정자가 구비되어, 고정자의 코일에 인가된 전류에 의해 발생 되는 자속과 회전자의 전자기유도에 의해 회전자가 회전함에 따른 회전축의 동력을 이용하는 장치이다.

이러한 전동기는 전기적 에너지가 기계적 에너지로 변환되는 과정에서 철의 히스테리시스, 와전류, 기계적인 마찰 등에 의해서 에너지의 손실이 발생되는데, 이러한 손실로 인해 전동기에서는 열이 발생하게 된다.

이 열손실은 전동기의 기능을 저하시키는 원인이 되므로, 전동기에는 열을 냉각시키기 위한 냉각수단이 구비되어 있다. 전동기의 냉각수단으로는 통상 강냉식이 사용되는데, 강냉식 구조로는 냉각팬을 이용한 공냉식과 냉각수를 이용한 수냉 식이 있다.

도 1에는 종래 기술에 의한 전동기 냉각장치가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 전동기(1)는 중공체(中空體)의 하우징(3) 내부에 고정자(5)가 압입된다. 상기 하우징(3)은 상기 고정자(5)를 보호하고 고정하는 역할을 한다.

그리고, 상기 고정자(5)에는 전류가 인가되는 코일(7)이 감겨진다. 상기 고정자(5)의 내부에는 자력을 가지는 회전자(9)가 관통하여 설치된다. 상기 회전자(9)는 상기 하우징(3)의 전면과 후면에 결합되는 전면커버(11)와 후면커버(11')에 의해 지지된다.

한편, 상기 하우징(3)의 내부에는 상기 고정자(5)의 주변을 둘러 냉각유로(13)가 형성된다. 보다 자세히 말하면, 상기 냉각유로(3)는 상기 하우징(3)과 전면커버(11) 및 후면커버(11')에 순환 가능하게 형성되고, 상기 전면커버(11)에 형성되는 유로입구(15) 및 유로출구(17)와 연통되게 형성된다.

상기 전동기(1)에 전원이 인가되면 상기 코일(7)에 전류가 흐르고, 상기 고정자(5)에서 발생하는 자력에 의해 회전자(9)가 회전하게 된다.

이에 따라 상기 전동기(1)의 구동시 상기 회전자(9)의 고속 회전과 강한 자력으로 인해 온도가 상승하게 되는데, 이러한 온도 상승은 전동기(1)의 출력밀도를 저하시키는 원인이 된다.

상기 전동기(1)를 냉각시키기 위해 냉각수가 사용되는데, 냉각수는 상기 유로입구(15)를 통해 유입되어 상기 냉각유로(13)를 순환한 후 상기 유로출구(17)를 통해 배출되는 과정이 반복된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 전동기 냉각장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 종래 기술에서는 상기 하우징(3)의 내부에 냉각유로(13)를 형성해야 하는데, 이는 공작기계를 사용하여 그 제조과정이 복잡하고 고가의 가공비가 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 공작기계를 사용하여 제조 또는 가공할 수 있는 제품의 크기에 제약이 있어 대형 전동기(1)에 사용되는 하우징(3)에는 냉각유로(13)를 형성하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제조과정이 간단하고, 가공비가 저렴한 전동기 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 다양한 크기의 전동기에 설치될 수 있는 전동기 냉각장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 회전자와 고정자가 설치되는 결합공이 형성되고, 외면을 둘러서는 안착부가 요입되게 형성되는 내측하우징과; 냉각수가 순환되는 순환경로를 형성하기 위해 상기 안착부에서 상기 내측하우징의 외주면을 둘러싸도록 다수개가 구비되고, 각각 형성된 순환경로는 서로 연통되어 나선형을 형성하도록 상호 연결되는 구획링과; 상기 순환경로를 외부와 차단하기 위하여 상기 내측하우징 및 구획링의 외주면을 둘러서 결합되고, 외면에는 냉각수가 유입 및 유출되는 냉각수입구 및 냉각수출구가 구비되는 외측하우징을 포함하여 구성된다.

상기 구획링은, 링 형상에서 일부가 단절되어 형성되는 시작부와, 상기 시작부의 끝단에서 인접한 다른 구획링의 시작부와 연결되도록 절곡되어 형성된 절곡부를 포함하여 구성된다.

상기 구획링은 용접에 의해 상기 내측하우징의 안착부에 고정된다.

상기 냉각수입구는 상기 순환경로와 연통되도록 상기 외측하우징의 일단에 구비되고, 상기 냉각수출구는 상기 외측하우징의 타단에 구비되어 냉각수가 상기 외측하우징의 일단에서 타단으로 순환된다.

상기 냉각수입구와 냉각수출구는 각각 적어도 두 개 이상이 상기 순환경로와 연통되도록 상기 외측하우징의 중앙 또는 양단에 구비되고, 냉각수는 각각 분리된 이동경로로 상기 외측하우징을 순환한다.

상기 내측하우징의 결합공에 고정자가 압입되어 설치된다.

본 발명에 의하면 하우징에서 냉각수가 이동하는 순환경로를 형성하는 구획링이 용접에 의해 간단하게 설치되므로, 냉각장치의 제조과정이 간단하고 가공비가 저렴하다.

또한, 순환경로를 형성하기 위한 구획링과 외측하우징이 방열핀 역할을 함으로써 방열면적을 극대화하여 방열효율을 상승시킨다.

그리고, 본 발명에서는 하우징이 제조공정에 구애받지 않고 다양한 크기로 형성가능하므로 대형전동기를 비롯하여 다양한 크기의 전동기에 장착될 수 있다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 바 람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 바람직한 실시예의 구성이 절결사시도로 도시되어 있고, 도 3 내지 도 5에는 본 발명 실시예를 구성하는 하우징의 구성이 사시도로 도시되어 있으며, 도 6 및 도 7에는 본 발명의 다른 실시예를 구성하는 하우징이 사시도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 전동기(20)의 내부 중심에는 회전자축(22)이 회전가능하게 설치된다. 상기 회전자축(22)에는 영구자석 또는 동부스바, 코일 등이 결합된 회전자(24)가 상기 회전자축(22)의 외주면을 둘러 일체로 구비된다.

그리고, 상기 회전자(24)의 둘레에는 코일(도시되지 않음)이 권선된 고정자(26)가 상기 전동기(20)의 외관을 구성하는 하우징(30)의 내부에 구비된다. 상기 고정자(26)의 코일에 전류가 인가되어 자력이 발생하면 상기 회전자(24)를 회전시키게 된다.

상기 하우징(30)은 크게 내측하우징(32), 구획링(40) 및 외측하우징(50)을 포함하여 구성된다. 상기 하우징(30)에 대한 구성이 도 3에 잘 도시되어 있다.

상기 내측하우징(32)에는 결합공(34)이 상기 고정자(26)에 대응되는 형상과 직경을 갖도록 형성된다. 상기 결합공(34)에는 상기 고정자(26)가 압입된다. 상기 내측하우징(32)의 선단과 후단에는 돌출부(36,36')가 상기 내측하우징(32)의 외주면을 둘러서 돌출되게 형성된다. 상기 돌출부(36)는 아래에서 설명될 구획링(40)에 대응되는 높이를 갖는다.

상기 돌출부(36,36') 사이에는 안착부(38)가 상기 내측하우징(32)의 둘레를 둘러서 요입되게 형성된다. 상기 안착부(38)는 상기 하우징(30)의 내부에서 발생하는 열을 냉각시키기 위해 냉각수가 순환되는 공간을 형성한다.

상기 안착부(38)에는 다수개의 구획링(40)이 상기 내측하우징(32)의 외주면을 둘러서 용접된다. 상기 구획링(40)은 상기 안착부(38)를 냉각수가 순환되는 순환경로(40')로 구획한다. 상기 구획링(40)은 내경이 상기 안착부(38)가 형성된 상기 내측하우징(32)의 외경과 동일하게 형성된다.

상기 구획링(40)은, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 대략 링(ring) 형상에서 일부가 절단되는 시작부(42)와, 상기 시작부(42)의 끝단에서 인접한 다른 구획링(40)의 시작부(42)와 연결되도록 절곡되어 형성된 절곡부(44)로 구성된다.

상기 절곡부(44)는 상기 시작부(42)의 연장선과 만나지 않도록 일측으로 경사지게 형성된다. 즉, 상기 절곡부(44)는 상기 구획링(40)에 의해 형성되는 다수개의 순환경로(40')를 서로 연통시키기 위해 상기 구획링(40)의 일부를 절곡하여 일측으로 돌출되게 형성한 것이다.

상기 구획링(40)은 다수개로 구성되는데 설명의 편의상 도 3의 좌측에 도시된 구획링(40)을 제1구획링(40a)으로 하고, 제1구획링(40a)의 오른쪽에 있는 것을 제2구획링(40b)로 지칭한다.

상기 구획링(40)이 상기 내측하우징(32)에 용접될 때, 상기 제1구획링(40a)의 제1절곡부(44a)는 상기 제2구획링(40b)의 제2시작부(42b)에 연결된다.

나머지 구획링(40)의 절곡부(42)도 이와 같이 우측에 있는 시작부(42)에 연결되는데, 이는 상기 구획링(40)에 의해 형성되는 다수개의 순환경로(40')가 대략 나선형으로 서로 연통되게 하여 냉각수가 상기 내측하우징(32)의 전체를 순환하게 하기 위함이다.

이와 같이 상기 구획링(40)이 상기 내측하우징(32)에 용접된 상태가 도 4에 잘 도시되어 있다.

한편, 상기 외측하우징(50)에는 상기 내측하우징(32)의 돌출부(36) 및 상기 구획링(40)의 외경과 동일한 내경을 갖도록 관통부(52)가 형성된다. 상기 외측하우징(50)은 상기 구획링(40)이 용접된 내측하우징(32)의 둘레를 롤링(rolling)하여 용접되는데, 반드시 그러한 것은 아니고 상기 내측하우징(32)이 상기 외측하우징(50)의 관통부(52)에 압입되어 설치될 수도 있다.

상기 외측하우징(50)의 내면에는 상기 구획링(40)의 외주면이 밀착되게 구비되므로 상기 구획링(40)에 의해 형성된 순환경로(40')가 상기 외측하우징(50)에 의해 외부와 차폐된다.

상기 외측하우징(50)의 일측 외면에는 냉각수입구(54)가 형성된다. 상기 냉각수입구(54)는 냉각수가 유입되는 곳으로 제1구획링(40)에 의해 형성되는 순환경로(40')와 연통되게 구비된다.

그리고, 상기 외측하우징(50)의 타측 외면에는 냉각수출구(56)이 형성된다. 상기 냉각수출구(56)는 상기 냉각수입구(54)로 유입되어 상기 전동기(20)에서 발생되는 열을 흡수한 냉각수가 외부로 배출되는 곳이다. 상기 냉각수출구(56)는 상기 냉각수입구(54)와 연통된 순환경로(40')의 반대편에 형성된 순환경로(40')와 연통되게 구비된다.

이와 같이 상기 전동기(20)와 하우징(30)이 결합되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 프런트커버(70)와 리어커버(72)가 상기 하우징(30)의 양측을 차폐하도록 설치된다.

그러나, 상기 냉각수입구(54) 및 냉각수출구(56)는 반드시 냉각수가 상기 외측하우징(50)의 일측단부에서 유입되어 타측단부로 유출되도록 구비되어야만 하는 것은 아니고, 냉각수가 다양한 순환경로(40')를 갖도록 설계될 수도 있다.

도 6 및 도 7에는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이는 상기 외측하우징(50)에서 상기 냉각수입구(54) 및 냉각수출구(56)의 설계위치만 변경된 것으로 그 기능 및 작용이 유사한바 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 본 발명의 다른 실시예에서는 위에서 설명된 실시예의 대응되는 구성요소에 100단위 및 200단위의 도면부호를 부여해서 설명한다.

도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 외측하우징(150)의 중간부에 냉각수입구(154,154')가 각각 구비되고, 상기 외측하우징(150)의 양단에 냉각수출구(156,156')가 각각 구비된다. 즉, 상기 외측하우징(150)의 중간으로 유입되는 냉각수가 상기 외측하우징(150)의 양단으로 분리되어 순환된다.

한편, 도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 외측하우징(250)의 양단에 냉각수입구(254,254')가 각각 구비되고, 상기 외측하우징(250)의 중간부에 냉각수출구(256,256')가 각각 구비된다. 즉, 상기 외측하우징(250)의 양단에서 상기 냉각수입구(254,254')로 유입되는 냉각수가 상기 외측하우징(250)의 중간부로 순환된다.

이와 같이, 냉각수의 순환경로(40')를 다양하게 구성함으로써 유입되는 냉각수와 유출되는 냉각수의 온도편차를 줄여 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 전동기 냉각장치를 설치하는 과정에 대해 설명하면, 상기 구획링(40)이 상기 내측하우징(32)에 형성된 안착부(38)의 외주면을 둘러서 용접된다.

이때, 상기 구획링(40)은 순환경로(40')를 형성하게 되는데, 제1구획링(40a)에 의해 형성된 순환경로(40')와 제2구획링(40b)에 의해 형성된 순환경로(40')가 서로 연통되도록 상기 제1절곡부(44a)를 제2시작부(42b)에 연결한다. 나머지 구획링(40)도 이와 같이 각 순환경로(40')가 서로 연통되도록 설치한다.

그리고, 상기 외측하우징(50)에 형성된 관통부(52)에 상기 구획링(40)이 용접된 내측하우징(32)이 삽입된다. 이때, 상기 내측하우징(32)에 형성된 돌출부(36)와 상기 구획링(40)의 외주면은 상기 외측하우징(50)의 내경에 밀착되도록 설치한다. 이와 같이 제조된 하우징(30)의 결합공(34)에는 상기 고정자(26)가 압입된다.

상기 전동기(20)에 전원이 인가되면 상기 고정자(26)의 코일에 전류가 흐르고, 상기 고정자(26)에서 발생하는 자력에 의해 회전자(24)가 회전하게 된다.

상기 회전자(24)가 고속 회전하게 되면, 에너지의 변환과정에서 기계적인 마찰 등에 의해 에너지의 손실이 일어나고, 이러한 에너지의 손실은 일반적으로 열로 변환된다.

이렇게 발생한 열은 전동기(20)의 기능을 저하시키는 원인이 되므로, 상기 전동기(20)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위해 상기 냉각수입구(54)로 냉각수가 유입된다. 냉각수는 상기 하우징(30)의 내부에 형성된 순환경로(40')를 이동하며 상기 전동기(20)에서 발생한 열을 흡수한 후 상기 냉각수출구(56)로 배출된다.

상기 하우징(30)은 상기 전동기(20)의 크기에 따라 더 길게 형성될 수 있는데, 이런 경우 냉각수가 순환과정에서 많은 열을 흡수하여 냉각수출구(56)로 유출될 때에는 온도가 높아져 더 이상 열을 흡수할 수 없을 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 냉각수가 상기 하우징(130)의 중간에 형성된 냉각수입구(154,154')로 유입되어 상기 하우징(130)의 양단에 형성된 냉각수출구(156,156')로 각각 분리되어 배출된다. 즉, 동일 표면적에 대해 냉각수가 분리되어 순환되므로 냉각수의 순환거리가 짧아지게 된다. 이는 열을 일정 이상 흡수한 고온의 냉각수가 계속 순환되는 것을 방지하여 냉각효율을 향상시킨다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 냉각수가 상기 하우징(230)의 양단에 형성된 냉각수입구(254,254')로 각각 유입되어 상기 하우징(230)의 중간에 형성된 냉각수출구(256,256')로 배출된다.

이처럼 하우징(30)의 길이가 길어지거나 발열량이 많은 경우에는 냉각수입구(54) 또는 냉각수출구(56)를 다수개 설치하여 열교환이 일어나는 냉각수의 순환경로를 단축하게 된다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 종래 기술에 의한 전동기 냉각장치의 구성을 보인 절결사시도

도 2는 본 발명에 의한 전동기 냉각장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 절결사시도.

도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 하우징을 보인 분해사시도.

도 4는 본 발명 실시예에서 구획링이 구비된 내측하우징의 구성을 보인 사시도.

도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 하우징을 보인 사시도.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에서 하우징의 구성을 보인 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 전동기 22: 회전자축

24: 회전자 26: 고정자

30: 하우징 32: 내측하우징

34: 결합공 36: 돌출부

38: 안착부 40: 구획링

42: 시작부 44: 절곡부

50: 외측하우징 52: 관통부

54: 냉각수입구 56: 냉각수출구

70: 프런트커버 72: 리어커버

Claims (6)

1. 내부에 회전자와 고정자가 설치되는 결합공이 형성되고, 외면을 둘러서는 안착부가 요입되게 형성되는 내측하우징과;

   냉각수가 순환되는 순환경로를 형성하기 위해 상기 안착부에서 상기 내측하우징의 외주면을 둘러싸도록 다수개가 구비되고, 각각 형성된 순환경로는 서로 연통되어 나선형을 형성하도록 상호 연결되는 구획링과;

   상기 순환경로를 외부와 차단하기 위하여 상기 내측하우징 및 구획링의 외주면을 둘러서 결합되고, 외면에는 냉각수가 유입 및 유출되는 냉각수입구 및 냉각수출구가 구비되는 외측하우징을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구획링은,

   링 형상에서 일부가 단절되어 형성되는 시작부와,

   상기 시작부의 끝단에서 인접한 다른 구획링의 시작부와 연결되도록 절곡되어 형성된 절곡부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 구획링은 용접에 의해 상기 내측하우징의 안착부에 고정됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각수입구는 상기 순환경로와 연통되도록 상기 외측하우징의 일단에 구비되고, 상기 냉각수출구는 상기 외측하우징의 타단에 구비되어 냉각수가 상기 외측하우징의 일단에서 타단으로 순환됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각수입구와 냉각수출구는 각각 적어도 두 개 이상이 상기 순환경로와 연통되도록 상기 외측하우징의 중앙 또는 양단에 구비되고, 냉각수는 각각 분리된 이동경로로 상기 외측하우징을 순환함을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측하우징의 결합공에 고정자가 압입되어 설치됨을 특징으로 하는 전동기 냉각장치.

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