KR20110006918A - 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치 - Google Patents

전기 자동차의 인휠모터 냉각장치

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차, 수소연료전지 자동차 혹은 전기를 동력으로 하는 전기 자동차에 구비되는 인휠모터의 발열을 냉각하는 장치에 관한 것으로, 특히 외부의 공기를 흡입하여 인휠모터 발열을 효과적으로 낮출 수 있게 하여 인휠모터의 수명과 성능을 증대시킨 하이브리드 자동차의 인휠모터 냉각장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치는 차륜의 휠 내측에 장착되어 차륜을 회전시키는 전기 자동차의 인휠모터를 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 차축에 구비되어 차축의 회전력으로 압축공기를 생성하는 압축기와, 압축공기를 인휠모터의 스테이터와 로터 사이의 이격공간으로 유입시켜 인휠모터를 냉각시키는 공기유로부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
인휠모터, 냉각, 압축공기

Description

전기 자동차의 인휠모터 냉각장치{Cooler for in-wheel motor of electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 자동차, 수소연료전지 자동차 혹은 전기를 동력으로 하는 전기 자동차에 구비되는 인휠모터의 발열을 냉각하는 장치에 관한 것으로, 특히 외부의 공기를 흡입하여 인휠모터 발열을 효과적으로 낮출 수 있게 하여 인휠모터의 수명과 성능을 증대시킨 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치에 관한 것이다.
인휠(In-wheel) 구동시스템은 각 차륜의 휠에 장착되어 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 및 전기자동차와 같이 전기 동력으로 주행하는 자동차에서, 대형의 단일 모터를 사용하는 대신 각 차륜에 소형인 개별 모터를 장착하여 각 차륜마다 동력을 생성, 구동되게 하는 시스템이다.
이러한 인휠 구동시스템은 각 차륜에 개별 모터(이하, 인휠모터)를 구비하게 됨으로써 대형 구동모터를 구비하는 자동차에 비하여 구동계가 단순하여 실내 공간을 크게 얻을 수 있으며, 차륜의 회전을 직접 제어 가능하므로 차동장치 등 복잡한 동력전달 장치를 생략할 수 있게 되는 장점을 갖는다.
이렇게 파워트레인 요소를 생략할 수 있게 되므로 고효율, 고성능을 발휘 할 수 있게 된다. 즉, 각 차륜의 휠에 인휠모터를 직접 장착함으로써 동력의 낭비를 줄여 충분한 구동력을 확보할 수 있으며, 구동시 각 인휠모터 동력분배 및 제동시 회생제동으로 인한 제동에너지 회수를 극대화함으로써 연비 개선의 효과를 갖게 된다.
한편, 인휠모터는 내부코일(스테이터 코일)에 전류가 흐르면서 저항에 의한 주울 열이 발생된다. 이러한 내부코일의 발열은 적정온도 보다 대략 10℃ 상승하면 인휠모터 절연부의 기대수명이 반 이하로 줄어드는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 인휠모터의 발열은 모터의 내구성 및 성능에 악영향을 미치기 때문에 적절하게 냉각해줄 필요가 있는 것이다.
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 실시예는 외부의 공기를 흡입하여 인휠모터 발열을 효과적으로 낮출 수 있게 하여 인휠모터의 수명을 증대시키는 목적을 갖는다.
구체적으로 차축의 회전력을 이용하여 생성되는 압축공기를 이용하여 인휠모터의 발열은 공냉시키는 목적을 갖는다.
또한, 인휠모터에 유입되는 공기의 온도를 가능한 낮추어 냉각효율을 증대시키는 목적을 갖는다.
또한, 공냉을 위한 압축공기에 이물질이 함유되지 아니하도록 하여, 이물질에 의한 인휠모터의 파손을 방지하는 목적도 갖는다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실시예로 차륜의 휠 내측에 장착되어 차륜을 회전시키는 전기 자동차의 인휠모터를 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 차축에 구비되어 차축의 회전력으로 압축공기를 생성하는 압축기와, 상기 압축공기를 상기 인휠모터의 스테이터와 로터 사이의 이격공간으로 유입시켜 상기 인휠모터를 냉각시키는 공기유로부가 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 제시한다.
또한, 상기 압축기는 차축에 연결되어 회전되며 외부공기를 흡입하여 압축공 기를 생성하는 팬과, 상기 외부공기가 유입되는 입구가 개방되어 있으며, 상기 팬을 감싸는 형상의 팬케이싱이 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 제시한다.
또한, 상기 공기유로부에는 상기 압축공기가 유입되며, 내부에서 분리된 찬 공기를 상기 이격공간에 분리 유입시키는 보텍스 튜브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 제시한다.
또한, 상기 보텍스 튜브는 상기 이격공간 상에 등간격으로 다수가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 제시한다.
또한, 상기 외부공기는 이물질 거름망을 통하여 이물질이 걸러진 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 제시한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치에 따르면, 압축기에 의하여 생성된 압축공기가 고온의 스테이터와 로터 사이의 이격공간에 직접 유입됨으로써 인휠모터의 발열을 효과적으로 저감시킴으로써, 인휠모터의 수명과 모터 성능이 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 압축공기는 차축에 연결된 팬에 의하여 압축생성됨에 따라 차륜의 회전 수에 따라 압축공기의 량을 증감시켜 냉각이 효율적으로 이루어지게 구성된다. 또한 별도의 전원장치가 필요없어 전력의 소모를 낮출 수 있게 되는 효과도 갖는다.
또한, 보텍스 튜브를 사용함으로서 인휠모터의 냉각 효과를 더욱 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 등간격으로 보텍스 튜브를 설치함에 따라 로터의 진동발생을 억제하여 모터 성능의 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 외부공기에서 이물질을 배제함으로써, 이물질에 의한 고장을 방지할 수 있게 되는 효과도 갖는다.
이하, 첨부도면의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명인 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치의 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치가 장착된 차륜의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 일부 분해한 개략적인 사시도이다.
단, 미설명 도면부호 220은 타이어이다.
본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치(100)가 적용되는 대상은 인휠모터(300)로, 인휠모터(300)는 디스크(410)와 캘리버(420)가 포함되는 브레이크 장치(400)의 후단의 휠(200) 안쪽에 장착되어 있다.
인휠모터(300)의 로터(310)(회전자)는 차축(210)에 고정되어 있으며, 스테이 터(320)(고정자)는 로터(310)를 감싸는 형상을 가진다. 이때, 스테이터(320)는 하우징(330)에 의하여 로터(310)와 떨어져 이격공간(G)을 형성함으로써, 차체(도시 생략)에 고정되는 하우징(330)에 대하여 로터(310)와 차축(210)이 회전가능하게 결합된다.
인휠모터 냉각장치(100)는 차축(210)에 결합되어 차축의 회전력으로 압축공기를 생성하는 압축기(110)와, 이 압축기(110)에 의하여 생성된 압축공기를 인휠모터의 스테이터(320)와 로터(310) 사이의 이격공간(G)으로 유입시켜 인휠모터의 발열을 냉각시키는 공기유로부(120)로 이루어진다.
통상 차륜의 회전 증가에 따라 소모되는 전력의 증가로 인휠모터(300)의 발열도 증가하는데, 압축기(110)는 차축(210)의 회전력을 이용하여 압축공기를 생성하므로 인휠모터(300)의 발열이 증가함에 따라 냉각을 위한 압축공기의 공급이 자연스럽게 증가하게 되어 냉각효과를 크게 얻게 되는 것이다.
구체적으로 압축기(110)에는 차축(210)에 연결되어 회전되며 외부공기를 흡입하여 압축공기를 생성하는 팬(111)과, 외부공기가 유입되는 입구(112a)가 개방되어 있으며 팬을 감싸는 형상의 팬케이싱(112)이 포함된다.
이때, 팬(111)은 외부공기를 유입받아 압축하여 압축공기를 생성한 후, 압축공기를 팬케이싱(112)에 연결되는 공기유로부(120)로 전송하는 것으로, 구체적으로 팬(111)은 임펠러(impeller)일 수 있다. 이러한 임펠러는 차축(210)에 결합되어 회 전되는데, 축의 회전면과 원주상에 같은 간격으로 배치된 날개(111a)로 외부의 공기를 흡기하며 차축(210)과 수직되는 방향으로 흡입된 공기를 압축하여 배출하는 작용을 갖는다.
한편, 팬케이싱(112)은 팬(111)을 감싸는 형상을 갖으며 하우징(330)에 결합되는 것으로, 일측에 외부공기가 유입되는 입구(112a)가 개방형성되어 있다.
이때, 입구(112a)에는 팬(111)의 회전에 의하여 흡입되는 외부공기에 함유된 이물질을 거를 수 있도록 이물질 거름망(112b)이 더 구비될 수 있다.
인휠모터(300)는 이물질이 유입되기 쉬운 자동차의 하부에 구비됨으로써 팬케이싱(112)의 입구(112a)로 유입되는 외부공기에는 작은 돌맹이 등의 이물질이 포함될 수 있다. 이물질은 팬에 충격하여 팬을 파손시키거나 또는 압축공기가 통과하는 공기유입부를 폐색시킬 염려가 있는 것이다. 따라서 이러한 이물질을 미리 제거함으로써 인휠모터 냉각장치의 고장, 파손을 미연에 방지할 수 있게 된다.
더욱 바람직하게는, 입구에 유입되는 외부공기는 필터를 통하여 이물질이 걸러진 자동차의 공기 청정기(air cleaner, 도시 생략)에서 얻어지는 공기일 수 있다. 이를 위하여 공기 청정기의 후방에서 일부 공기를 인출할 수 있도록 공기 배관을 인출하여 팬케이싱의 입구에 연결되게 구성할 수 있다.
또한, 터보 차져 등이 구비된 자동차에서는 터보 차저 등 과급기를 통하여 압축 생성된 외부공기 중 일부를 팬케이싱의 입구로 유입시키도록 구성하여 압축공 기를 생성되게 할 수도 있다.
한편, 공기유로부(120)는 일단은 팬케이싱의 내부와 연통되며 타단은 인휠모터의 이격공간과 연통되는 강관(121)으로 이루어져, 팬(111)에 의하여 형성된 압축공기를 인휠모터(300)의 스테이터(320)와 로터(310) 사이의 이격공간(G)에 강하게 불어 넣게 된다.
이렇게 이격공간(G)에 유입된 압축공기는 이격공간 사이에서 확산되면서 스테이터(320) 및 로터(310)의 고열과 열교환된 후 인휠모터(300)의 전방부에 형성되는 배출구(도시 생략)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.
이로써 인휠모터의 온도를 낮추어 인휠모터의 수명을 증대시키면서, 스테이터의 저항을 낮춰 발열에 의한 인휠모터의 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
한편, 인휠모터(300)의 냉각 효과를 더욱 증대시키기 위하여, 가능한 찬 공기가 유입되게 하는 것이 바람직하다. 따라서 공기유로부(120)에는 압축공기가 유입되며, 내부에서 분리된 찬 공기를 상기 이격공간(G)에 분리 유입시키는 보텍스 튜브(122)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
보텍스 튜브(122)(Vortex tube)는 압축공기를 유입받아 내부의 와류회전실에 의하여 초고속 회전시키며, 이 회전되는 공기(1차 와류)가 온기 출구 쪽으로 향하다가 그 중 일부는 온기 출구로 배출되고, 나머지 공기는 회송되어 2차 와류를 형성하면서 낮은 압력의 구간(1차 와류의 중간부)을 지나 냉각되며 냉기 출구로 배출 되는 공지된 구성을 가진 것이다.
이러한 보텍스 튜브(122)의 냉기 출구를 상기 이격공간(G)을 향하도록 하우징에 결합하고, 압축기(110)에서 생성된 압축공기를 강관(121)을 통하여 보텍스 튜브에 유입시킴으로써 차가운 압축공기를 인휠모터의 내부로 유입시킬 수 있게 된다.
따라서 냉각에 의한 스테이터 및 로커의 고온 저감이 더욱 효과적으로 이루어지고, 그에 따라 발열로 인한 인휠모터의 제 문제가 더욱 효과적으로 해소될 수 있는 것이다.
한편, 이러한 공기유로부(120)는 원형으로 형성되는 이격공간(G) 상에 등간격으로 다수가 구비되는 것이 바람직하다.
이때, 도 2에는 4개의 보텍스 튜브(122)가 90°간격으로 배치된 것을 도시하였으나, 배치되는 공기유로부(120)의 수는 인휠모터의 발열량, 사이즈 등에 따라 변경될 수 있는 것이다.
스테이터(320)와 로터(310)는 모두 원통형상을 가짐에 따라 이격공간(G)은 원형 띠의 형상을 갖게 됨에 따라, 차축(210)의 중앙에서 형성되는 압축공기도 각 이격공간(G)에 등간격으로 유입되게 구성한다.
이 경우, 어느 한 쪽의 이격공간에만 편중되게 압축공기를 유입하는 경우에 비하여 균등하게 압축공기를 유입시킴으로써 회전하는 로터에 진동을 발생시키기 아니하게 된다. 따라서 고속회전하는 로터의 진동을 줄여 차륜의 안정된 회전이 이 루어지게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치가 장착된 차륜의 개략적인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치를 일부 분해한 개략적인 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 냉각장치
110 : 압축기
111 : 팬 111a : 날개 112 : 팬케이싱
112a : 입구 112b : 이물질 거름망
120 : 공기유로부
121 : 강관 122 : 보텍스 튜브
200 : 휠
210 : 차축 220 : 타이어
300 : 인휠모터
310 : 로터 320 : 스테이터 330 : 하우징 G : 이격공간
400 : 브레이크 장치
410 : 디스크 420 : 캘리버

Claims (5)

  1. 차륜의 휠(200) 내측에 장착되어 차륜을 회전시키는 전기 자동차의 인휠모터(300)를 냉각시키는 냉각장치에 있어서,
    차축(210)에 구비되어 차축(210)의 회전력으로 압축공기를 생성하는 압축기(110)와,
    상기 압축공기를 상기 인휠모터(300)의 스테이터(320)와 로터(310) 사이의 이격공간(G)으로 유입시켜 상기 인휠모터(300)를 냉각시키는 공기유로부(120)가 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치.
  2. 제1항에서,
    상기 압축기(110)는
    차축(210)에 연결되어 회전되며 외부공기를 흡입하여 압축공기를 생성하는 팬(111)과,
    상기 외부공기가 유입되는 입구(112a)가 개방되어 있으며, 상기 팬(111)을 감싸는 형상의 팬케이싱(112)이 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치.
  3. 제2항에서,
    상기 공기유로부(120)에는
    상기 압축공기가 유입되며, 내부에서 분리된 찬 공기를 상기 이격공간(G)에 분리 유입시키는 보텍스 튜브(122)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치.
  4. 제3항에서,
    상기 보텍스 튜브(122)는 상기 이격공간(G) 상에 등간격으로 다수가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치.
  5. 제3항에서,
    상기 외부공기는 이물질 거름망(112b)을 통하여 이물질이 걸러진 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 인휠모터 냉각장치.
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