KR20110012216A - 냉각기능을 가지는 모터하우징 및 그 제조방법 - Google Patents

냉각기능을 가지는 모터하우징 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

냉각기능을 가지는 모터하우징 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명은, 모터를 냉각시키는 기능이 부가된 모터 하우징(100)에 있어서, 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지며 원통형상의 측면하우징(110); 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지는 원판현상의 부재로서, 상기 측면하우징의 전단면에 부착되며 상기 모터의 회전축이 관통하기 위한 회전축관통공(132)을 포함하는 전단덮개(130); 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지는 원판현상의 부재로서, 상기 측면하우징의 전단면에 부착되는 후단덮개(130); 및 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진 관형상의 부재로서, 상기 측면하우징의 측면벽의 내부에 나사형상으로 삽입되는 냉각유체관통관(120)을 포함하고, 상기 냉각유체관통관(120)을 통과하는 유체에 의해 상기 측면하우징(110)으로부터 발생된 열을 열전도에 의해 외부로 유출하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 모터하우징의 냉각효율이 증가하여 장시간 이용 모터 혹은 리버스모터의 경우에 특히 모터고장으로 인한 생산성저하를 방지한다.

Description

냉각기능을 가지는 모터하우징 및 그 제조방법{Motor Housing with cooling function and the Method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 모터 하우징(100)을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 2b 는 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 모터하우징이 설치된 모터를 사용하는 상태도를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 변형된 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 모터하우징을 제조하는 방법을 나타내는 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 모터하우징을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 냉각기능을 가지는 모터 하우징에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터로부터 발생하는 열을 효율적으로 방출함으로써 모터의 수명을 연장시킬 수 있는 모터 하우징에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 모터의 몸체내측에 고정되어 전원이 공급되는 코일이 권선된 고정자(stator) 및 고정자의 전원공급에 의해 회전되며 중심에 회전축이 설치된 회전자(rotor)와, 고정자를 수용하고 회전자의 축을 지지하는 모터 하우징으로 구성되어 있다. 이러한 고정자 및 회전자의 상호작용에 의해 모터내부에서 열이 발생한다. 이 열은 모터의 회전자 및 고정자의 내부재료를 변형시키거나 전자기적 활동을 물리적으로 제한하는등 모터의 효율 및 수명에 좋지 않은 영향을 미친다. 특히 리버스(reverse) 동작이 많은 모터의 경우 이러한 방출열은 더욱 크다.
이러한 열을 방출하기 위해, 모터외부에 골이나 판을 형성하여 냉각면적을 넓히려는 기술 및 냉각팬을 사용하는 기술이 시행되었다.
그러나, 이러한 방식은 모두 공랭식으로서 냉각효율이 낮아 전술한 바와 같은 발열이 큰 리버스 모터의 경우 발생하는 열을 모두 방출하기에는 역부족이다.
특히 24시간 작동되는 모터의 경우 공랭식은 더 이상 열을 방출하는 기능을 하지 못하는 경우가 많아 모터 고장의 원인이 되어 작업소의 생산효율을 떨어뜨리는 주 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 리버스 모터와 같이 높은 냉각효율이 요구되는 모터의 방출열을 효율적으로 방출함으로써 모터의 효율 및 수명을 연장시킨 모터 하우징을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 모터를 냉각시키는 기능이 부가된 모터 하우징(100)에 있어서, 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지며 원통형상의 측면하우징(110); 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지는 원판현상의 부재로서, 상기 측면하우징의 전단면에 부착되며 상기 모터의 회전축이 관통하기 위한 회전축관통공(132)을 포함하는 전단덮개(130); 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지는 원판현상의 부재로서, 상기 측면하우징의 전단면에 부착되는 후단덮개(130); 및 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진 관형상의 부재로서, 상기 측면하우징의 측면벽의 내부에 나사형상으로 삽입되는 냉각유체관통관(120)을 포함하고, 상기 냉각유체관통관(120)을 통과하는 유체에 의해 상기 측면하우징(110)으로부터 발생된 열을 열전도에 의해 외부로 유출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 측면하우징(110)은 상기 냉각유체관통관(120)이 상기 측면하우징(110)의 외부와 연결되기 위한 냉각유체입구(112) 및 냉각유체출구(114)를 포함하고, 상기 냉각유체입구(112) 및 상기 냉각유체출구(114)는, 상기 냉각유체출구의 냉각유체관통관으로부터 방출되는 열이 상기 냉각유체입구의 냉각유체관통관에 전도되지 않도록, 상기 측면하우징(110)을 중심으로 서로 반대편측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 측면하우징을 구성하는 금속성재료는 알루미늄이고, 상기 냉각유체관통관을 구성하는 금속성재료는 구리인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 모터를 냉각시키는 기능이 부가된 모터 하우징을 제조하는 방법에 있어서, (a) 원통형 거푸집의 내부에, 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진 관형상의 부재로서, 상기 측면하우징의 측면벽의 내부에 나사형상으로 삽입되는 냉각유체관통관(120)을 배치하는 단계; (b) 상기 냉각유체관통관의 내부에 섭씨 -2도 내지 15도의 유체를 순환시키는 단계; (c) 상기 (b)단계를 유지하면서, 상기 거푸집에 알루미늄용융액을 채움으로써 원통형상의 주물을 형성하는 단계; (d) 상기 (b)단계를 유지하면서, 상기 주물을 경화시키는 단계; (e) 상기 거푸집을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 하우징(100)을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 모터 하우징(100)은 측면하우징(110), 전단덮개(130), 후단덮개(140) 및 냉각유체관통관(120)을 포함한다.
측면하우징(110)은 원통형상의 부재로서 열전도성을 가지는 금속성부재로 형성된다. 바람직하게 금속성재료는 알루미늄(Al) 혹은 알루미늄합금이다. 원통형상인 이유는 일반적으로 모터(4)가 단면이 원형형상의 고정자(3) 및 회전자(2)로 구성되기 때문이다. 측면하우징(110)의 내측면에는 별도의 고정부재(미도시)가 설치되며 이를 통해 모터(4)의 고정자(3)가가 부착된다.
전단덮개(130)는 원판형상의 부재로서 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진다. 바람직하게는 상기 금속성 부재는 상기 측면하우징과 동일한 재료이다. 상기 전단덮개(130)는 상기 측면하우징의 전단면에 부착되며, 상기 모터(4)의 회전축(1)이 관통하기 위한 관통공(132)이 설치된다.
바람직한 실시예에서, 상기 관통공(132)에는 상기 회전축(1)의 회전을 원활하게 하기 위한 회전베어링(135)이 부착되는 것이 바람직하다.
후단덮개(140)는 원판형상의 부재로서 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진다. 바람직하게는 상기 금속성 부재는 상기 측면하우징과 동일한 재료이다. 상 기 후단덮개(140)는 상기 측면하우징의 후단면에 부착된다. 전단덮개(130)과 상이하게, 관통공이 형성되지 않는다. 모터의 회전축이 외부로 돌출될 필요가 없기 때문이다.
냉각유체관통관(120)은 관형상의 부재로서 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진다. 바람직한 실시예에서 금속성부재는 구리(Cu)이다. 냉각유체관통관(120)은 상기 측면하우징(110)의 측면벽의 내부에 나사형상으로 삽입된다.
냉각유체관통관(120)은 측면하우징(110)의 내부에 삽입되기 때문에, 냉각유체관통관(120)이 외부로 연결되는 장소가 필요하다. 냉각유체입구(112) 및 냉각유체출구(114)는 이러한 장소를 제공한다. 즉 냉각유체입구(112) 및 냉각유체출구(114)는 측면하우징의 외부측면벽으로부터 외부로 돌출된 형상으로서 내부에 냉각유체관통관(120)이 삽입되어 외부로 돌출된다.
도 2a 및 2b 는 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 모터하우징이 설치된 모터를 사용하는 상태도를 나타내는 도면이다.
도 2a에서, 모터하우징(100)의 내부로부터 유출되는 냉각유체는 외부관(201) 및 펌프(200)를 통해 저수조(300)와 모터하우징(100)사이를 흐르게 된다. 이때 모터하우징(100)에서 유출된 냉각유체는 매우 온도가 높으며(H1), 이 유체는 저수조(300)에 도달하게 될 때 공냉효과에 의해 온도가 낮아지며(H2<H1), 저수조(300)에 도달할 때 저수조내의 냉각유체와 혼합되어 열전달을 통해 온도는 더욱 낮아진다(H3<H2). 더욱 낮아진 온도의 유체는 펌프를 통해 다시 모터하우징(100)으로 입력된다. 도 2a 에서 바람직하게 냉각유체는 물이다.
도 2b에서, 모터하우징(100)의 내부로부터 유출되는 냉각유체는 콤프레셔(400)를 냉각된 후 모터하우징(100)으로 다시 입력된다. 콤프레셔(400)에서 냉각유체는 전기에너지를 이용한 콤프레싱(compressing)을 통해 저온화되며, 이는 종래에 널리 알려져 있다(에어컨 실외기등). 도 3a에서 바람직하게 냉각유체는 프레온가스이다.
도 2a 및 2b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉각유체관통관을 통해 냉각유체를 흐르게 함으로써 모터(4)로부터 모터하우징(110)에 전달되는 열이 효율적으로 외부로 방출될 수 있다.
특히 외부관(201)을 길게 설치할수록 또한 모터로부터 저수조(300) 혹은 콤프레셔(400)를 멀리할수록 공냉효과도 기대할 수 있어 냉각효율이 더욱 증가된다.
또한, 도 2a 및 2b 에는 모터가 1개만이 연결되었지만 실시예에 따라서 복수개의 모터를 병렬적 혹은 직렬적으로 하나의 저수소 및 콤프레셔에 연결하는 실시예도 가능하다. 이러한 실시예는 작업공간에 복수개의 모터가 병렬적으로 사용되는 경우 매우 유용하며, 작업생산성을 매우 높일 수 있을 것으로 기대된다.
도 3 은 본 발명의 변형된 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에서, 측면하우징(110)은 냉각유체관통관(120)이 상기 측면하우징(110)의 외부와 연결되기 위한 냉각유체입구(112) 및 냉각유체출구(114)를 포함하고, 상기 냉각유체입구(112) 및 상기 냉각유체출구(114)는, 상기 냉각유체출구의 냉각유체관통관으로부터 방출되는 열이 상기 냉각유체입구의 냉각유체관통관에 전도되지 않도록, 상기 측면하우징(110)을 중심으로 서로 반대편측(s1,s2)에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따르면, 냉각유체입구(112) 및 냉각유체출구(114)가 측면하우징의 서로 반대편측에 위치하기 때문에, 냉각유체출구부로부터 유출되는 냉각유체의 열이 냉갹유체입구로 입력되는 냉각유체에 전도되지 않는다. 따라서 냉각유체입구의 유체와 냉각유체출구의 유체사이의 온도차가 크기 때문에 냉각효율이 더욱 증가된다.
도 4는 본 발명에 따른 모터하우징을 제조하는 방법을 나타내는 상태도이고, 도 5는 상기 방법의 순서도이다.
도 1의 모터하우징은 열전도성부재의 측면하우징내부에 열전도성부재의 냉각유체관통관이 위치하는 것을 특징으로 한다. 가장 많이 사용될 수 있는 측면하우징과 냉각유체관통관을 이루는 두개의 열전도성부재는 각각 알루미늄(합금포함) 과 구리이다. 측면하우징으로 알루미늄이 사용되는 이유는 가벼운 무게, 비교적 저렴한 가격, 높은 열전도성 때문이고, 구리가 널리 사용되는 이유는 높은 열전도성 때문이다.
그러나 실제품을 제조하기 위해 상기 두 개의 열전도성부재의 선택은 매우 어려울수 있다. 왜냐하면 측면하우징내부에 냉각유체관통관을 설치하기 위해서는 측면하우징을 주조법으로 제조할 수밖에 없는데 대부분의 열전도성부재는 용융점이 유사하기 때문에, 측면하우징을 제조하기 위해 알루미늄용융액을 거푸집에 부을때 냉각유체관통관이 함께 용융되는 문제점이 발생하기 때문이다. 본 발명에 따른 모터하우징 제조방법은 이러한 문제점을 해결하고자한다. 이하 도 4의 사용상태도를 참조하여 도 5의 순서도를 설명한다.
먼저 단계 510에서, 원통형 거푸집(400)의 내부에 열전도성을 가지는 금속성부재(바람직하게는 구리)로 이루어진 관형상의 부재인 냉각유체관통관(120)을 나사형상으로 배치한다. 원통형의 거푸집이라고 함은 측면하우징의 외부를 주형하는 외부거푸집(410) 및 측면하우징의 내부를 주형하는 내부거푸집(420)을 포함한다.
단계 520에서, 상기 냉각유체관통관(120)의 내부에 저온의 냉각유체를 순환시킨다. 여기서 저온이라함은 상기 냉각유체관통관을 냉각유체관통관을 이루는 재료의 용융점이하의 온도로 유지시키기에 충분한 만큼의 온도를 말한다. 본 출원인의 실험결과, 냉각유체관통관이 구리이고 주형에 사용될 재료가 알루미늄용융액인 경우 섭씨 -2 도 내지 15도 까지의 온도면 1개의 측면하우징을 제조하는데 충분한 정도의 저온을 제공하였다.
단계 530에서, 상기 단계 520을 유지하면서, 상기 거푸집(400)에 알루미늄용융액(401)을 채움으로써 원통형상의 주물로 구성된 측면하우징을 형성한다. 즉 저온의 냉각유체를 상기 냉각유체관통관에 계속하여 순환시킴으로써 냉각유체관통관이 고온의 알루미늄용융액에 의해 용융되는 것을 방지한다.
단계 540에서, 상기 단계 520을 유지하면서, 상기 주물을 경화시킨다. 단계 530과 마찬가지로 냉각유체관통관이 저온으로 유지될 것이 필요하다. 알루미늄용융액은 경화되는 동안 고온을 유지하기 때문에 냉각유체관통관을 용융시키거나 적어도 훼손시킬 염려가 있기 때문이다.
단계 550에서, 완전히 경화후 상기 거푸집을 제거함으로써 상기 주물을 완성 한다. 결과적으로 알루미늄 주물로 형성된 측면하우징의 내부에 구리로 형성된 냉각유체관통관이 주조법을 이용한 제조단계에서 훼손 없이 제조된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 장시간 사용하는 모터 혹은 발열이 극심한 리버스 모터등의 경우에 높은 방열효과를 제공하는 모터하우징이 제공된다.
또한 이러한 모터하우징에 의해 모터고장의 확률이 감소됨으로써 작업소의 생산효율이 증가된다.
또한 본 발명에 의하면, 용융점이 유사한 열전도성부재를 이용하더라도 어느하나의 훼손 및 용융없이 본 발명의 측면하우징 및 냉각유체관통관을 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. 모터를 냉각시키는 기능이 부가된 모터 하우징(100)에 있어서,
    열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지며 원통형상의 측면하우징(110);
    열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지는 원판현상의 부재로서, 상기 측면하우징의 전단면에 부착되며 상기 모터의 회전축이 관통하기 위한 회전축관통공(132)을 포함하는 전단덮개(130);
    열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어지는 원판현상의 부재로서, 상기 측면하우징의 전단면에 부착되는 후단덮개(130); 및
    열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진 관형상의 부재로서, 상기 측면하우징의 측면벽의 내부에 나사형상으로 삽입되는 냉각유체관통관(120)을 포함하고,
    상기 냉각유체관통관(120)을 통과하는 유체에 의해 상기 측면하우징(110)으로부터 발생된 열을 열전도에 의해 외부로 유출하는 것을 특징으로 하는 모터 하우징.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측면하우징(110)은 상기 냉각유체관통관(120)이 상기 측면하우징(110)의 외부와 연결되기 위한 냉각유체입구(112) 및 냉각유체출구(114)를 포함하고,
    상기 냉각유체입구(112) 및 상기 냉각유체출구(114)는, 상기 냉각유체출구의 냉각유체관통관으로부터 방출되는 열이 상기 냉각유체입구의 냉각유체관통관에 전도되지 않도록, 상기 측면하우징(110)을 중심으로 서로 반대편측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터 하우징.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측면하우징을 구성하는 금속성재료는 알루미늄이고, 상기 냉각유체관통관을 구성하는 금속성재료는 구리인 것을 특징으로 하는 모터 하우징.
  4. 모터를 냉각시키는 기능이 부가된 모터 하우징을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 원통형 거푸집의 내부에, 열전도성을 가지는 금속성부재로 이루어진 관형상의 부재로서, 상기 측면하우징의 측면벽의 내부에 나사형상으로 삽입되는 냉각유체관통관(120)을 배치하는 단계;
    (b) 상기 냉각유체관통관의 내부에 섭씨 -2도 내지 15도의 유체를 순환시키는 단계;
    (c) 상기 (b)단계를 유지하면서, 상기 거푸집에 알루미늄용융액을 채움으로써 원통형상의 주물을 형성하는 단계;
    (d) 상기 (b)단계를 유지하면서, 상기 주물을 경화시키는 단계;
    (e) 상기 거푸집을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 하우징 제조 방법.
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