KR20120121758A - 전동기 및 이를 구비한 전기차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전동기는, 외함과, 외함의 내부에 배치되는 스테이터와, 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터와, 외함의 내부에 수용되는 오일을 구비하여 구성된다. 이에 의해, 부품의 온도 상승을 억제하여 출력을 제고시킬 수 있다.

Description

전동기 및 이를 구비한 전기차량{ELECTRIC MOTOR AND ELECTRIC VECHILE HAVING THE SAME}
본 발명은, 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 내부 온도를 저감하여 출력을 제고시킬 수 있도록 한 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치이다.
상기 전동기는, 스테이터와, 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터를 구비할 수 있다. 통상, 상기 전동기는 내부에 상기 스테이터 및 로터를 수용 지지하는 외함을 더 구비하여 구성될 수 있다.
상기 전동기는 구동 시 동손 및 철손 등에 의해 열이 발생할 수 있다.
이러한 전동기는 온도가 과도하게 상승할 경우 출력이 저하될 수 있다. 또한, 과도한 온도 상승에 의해 부품의 강제 열화가 촉진되어 수명이 단축될 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 전동기에는 냉각수단이 구비될 수 있다.
전동기의 냉각방법으로는, 공기를 송풍하여 냉각하는 방법과, 물 또는 오일 등의 냉각유체를 이용하는 냉각 방법이 이용될 수 있다.
상대적으로 높은 출력이 요구되는 전동기의 냉각방법으로는 액체를 이용한 냉각방법이 효과적일 수 있다.
따라서, 본 발명은, 부품의 온도 상승을 억제하여 출력을 제고시킬 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 내부 온도 상승을 억제하여 재료 비용을 저감할 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 내부 온도 상승을 억제하여 출력을 제고시킬 수 있고 부품 수명을 연장할 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 외함; 상기 외함의 내부에 배치되는 스테이터; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 및 상기 외함의 내부에 수용되는 오일;을 포함하는 전동기를 제공한다.
여기서, 상기 외함의 내면에는 요철부가 형성되게 구성될 수 있다.
상기 오일과 접촉되어 상기 오일을 순환시키는 오일순환부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 오일순환부는 상기 로터의 단부에 돌출 형성되게 구성될 수 있다.
상기 오일순환부는 상기 로터의 회전축에 구비되는 오일휠을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 오일휠은, 상기 회전축에 결합되는 휠바디; 및 상기 휠바디에 돌출 형성되는 펌핑부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로터는 영구자석을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 외함에는 냉각유체가 유동할 수 있게 상기 냉각유체의 유로가 구비되어 구성될 수 있다.
상기 오일은 상기 외함, 상기 스테이터 및 상기 로터에 동시에 접촉되게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 차량바디; 상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및 상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리에 연결되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 상기 전동기;를 포함하는 전기차량이 제공된다.
여기서, 냉각유체가 상기 전동기를 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체는 상기 외함을 경유하게 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열 부품을 신속하고 충분하게 냉각할 수 있도록 함으로써, 출력을 제고시킬 수 있다.
또한, 로터의 온도 상승이 억제되도록 함으로써 로터의 영구자석이 높은 온도 특성을 가지지 아니하는 염가의 영구자석을 이용할 수 있다. 이에 의해, 영구자석 재료 비용을 절감할 수 있다.
또한, 오일과 냉각유체를 이용하여 부품에서 발생된 열을 외부로 신속하게 배출되도록 함으로써, 출력을 제고시킬 수 있고, 부품의 강제 열화를 방지하여 제품 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량의 개략적인 구성도,
도 2는 도 1의 전동기의 분리사시도,
도 3은 도 2의 전동기의 결합상태의 단면도,
도 4는 도 2의 로터의 측면도,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도,
도 6은 도 1의 전기차량의 냉각유체순환유닛의 구성도,
도 7은 도 1의 전기차량의 제어블록도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 9는 도 8의 요부확대도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 전동기의 단면도,
도 11은 도 10의 휠의 작용을 설명하기 위한 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량은, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되고 상기 배터리(125)에 연결되어 상기 차량바디(110)에 구동력을 제공하는 전동기(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)의 상부영역에는 승객이 탑승할 수 있는 탑승공간이 형성될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 주행이 가능하게 복수의 휠(115)이 구비될 수 있다.
상기 휠(115)은 상기 차량바디(110)의 전, 후 양 측에 각각 배치될 수 있다.
상기 차량바디(110)와 상기 휠(115) 사이에는 주행 시 발생하는 진동 및 충격을 완화할 수 있게 현가장치(120)가 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 전원 공급을 위한 배터리(125)가 구비될 수 있다.
상기 배터리(125)는 충전이 가능하게 2차 전지로 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 상기 휠(115)에 구동력을 제공하는 전동기(140)가 구비될 수 있다.
상기 전동기(140)와 상기 배터리(125) 사이에는 인버터장치(130)가 구비될 수 있다.
상기 인버터장치(130)에는 입력케이블(132) 및 출력케이블(134)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 입력케이블(132)은 상기 배터리(125)에 연결되고, 상기 출력케이블(134)은 상기 전동기(140)에 연결될 수 있다. 이에 의해, 상기 배터리(125)에서 제공된 전원이 상기 전동기(140)의 구동에 필요한 전원으로 변환되어 상기 전동기(140)에 제공될 수 있다.
한편, 상기 전동기(140)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외함(141)과, 상기 외함(141)의 내부에 배치되는 스테이터(150)와, 상기 스테이터(150)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(170)와, 상기 외함(141)의 내부에 수용되는 오일(202)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외함(141)은 내부에 수용공간이 형성될 수 있다.
상기 외함(141)은 양 측이 개방되게 형성될 수 있다.
상기 외함(141)의 양 단부에는 브래킷(145)이 구비될 수 있다.
상기 각 브래킷(145)에는 베어링(147)이 각각 구비될 수 있다.
상기 각 브래킷(145)은 원반형상으로 구성될 수 있다.
상기 각 브래킷(145)은 상기 외함(141)의 단부에 체결부재(148)에 의해 고정 결합될 수 있다. 상기 각 브래킷(145)에는 상기 체결부재(148)가 삽입될 수 있게 복수의 삽입공(149)이 관통 형성될 수 있다.
상기 브래킷(145)들은 상기 외함(141)과 상호 협조적으로 내부에 밀폐공간을 형성할 수 있다. 상기 외함(141)과 상기 브래킷(145)의 상호 접촉영역에는 실링부재(146)가 구비될 수 있다.
상기 외함(141)의 내부에는 스테이터(150)가 수용될 수 있다.
상기 스테이터(150)는 상기 외함(141)의 내부에 압입될 수 있다.
상기 스테이터(150)는, 스테이터코어(151)와, 상기 스테이터코어(151)에 권선되는 스테이터코일(161)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(151)는 중앙에 관통되게 로터수용공간(154)이 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터코어(151)의 내부에 상기 로터(170)가 소정의 공극(air gap)을 가지고 회전 가능하게 수용될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)는 상기 로터수용공간(154)의 원주방향을 따라 복수의 슬롯(155) 및 티스(156)가 형성될 수 있다.
상기 스테이터코어(151)는, 상기 로터수용공간(154), 슬롯(155) 및 티스(156)를 구비한 전기강판(152)을 절연 적층하여 구성될 수 있다.
상기 슬롯(155)에는 상기 스테이터코일(161)이 삽입될 수 있다.
상기 스테이터코일(161)은, 상기 슬롯(155)의 내부에 배치되는 구간(162a)과, 상기 스테이터코어(151)의 양 단부에 축방향으로 돌출되는 코일엔드(coil end)(162b)를 구비할 수 있다.
상기 로터(170)는, 예를 들면, 로터코어(171)와, 상기 로터코어(171)에 결합되는 복수의 도체바(173)와, 상기 도체바(173)를 연결하는 엔드링(174)을 구비하는 인덕션로터(induction rotor)로 구성될 수 있다.
상기 로터코어(171)의 중앙에는 회전축(175)이 결합될 수 있다. 상기 회전축(175)은 상기 베어링(147)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
한편, 상기 외함(141)의 내부에는 오일(202)이 수용될 수 있다.
상기 오일(202)은, 저온에서 유동성이 우수하고, 내열성 및 내산화성이 우수한 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 오일(202)은 기포가 형성되지 아니하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 상기 오일(202)은 자동차의 변속기(미션) 오일(202)이 이용될 수 있다.
상기 오일(202)은, 상기 외함(141), 상기 스테이터(150) 및 상기 로터(170)와 동시에 접촉될 수 있는 정도로 상기 외함(141)의 내부에 충전될 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)을 매개로 상기 외함(141), 상기 스테이터(150) 및 상기 로터(170)의 열교환이 촉진될 수 있다. 여기서, 상기 오일(202)의 충전 량은 상기 로터(170)의 회전 시 저항, 냉각 정도 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
상기 외함(141)의 내면에는 요철부(142)가 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 표면적(내면)이 증가할 수 있다. 또한, 상기 오일(202)과 접촉면적이 증가하여 열전달이 증가할 수 있다.
상기 요철부(142)는 상기 외함(141)의 내면으로부터 돌출된 복수의 돌기부(143)를 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 요철부(142)가 상기 돌기부(143)로 구성된 경우를 예시하고 있으나, 요철부(142)는 상기 외함(141)의 내면에 표면적이 증가될 수 있게 함몰된 복수의 그루브(미도시)를 구비하게 구성될 수도 있다.
상기 외함(141)에는 냉각유체가 유동할 수 있게 유로(182)가 형성될 수 있다.
상기 외함(141)에는 상기 냉각유체가 유동하는 유로(182)를 구비한 냉각유닛(180)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)이 상기 냉각유체와 열교환되어 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은, 예를 들면, 상기 외함(141)의 원주방향을 따라 소정 직경(코일경)을 가지게 나선형(코일)으로 권회되게 구성될 수 있다. 상기 냉각유닛(180)은 상기 외함(141)의 둘레에 수회 권선되게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유닛(180)의 권선 회수는 적절히 조절될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은 상기 외함(141)의 내부에 삽입될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 냉각유닛(180)은 상기 외함(141)의 외면과 내면 사이에 삽입될 수 있다.
상기 외함(141)에는 상기 냉각유닛(180)에 냉각유체가 유입 및 유출될 수 있게 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)가 각각 형성될 수 있다. 상기 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)는 상기 외함(141)의 상부영역에 구비될 수 있다. 상기 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)는 상기 외함(141)으로부터 상향 돌출되고 다시 절곡되게 구성될 수 있다.
본 전동기(140)는 상기 오일(202)을 순환시키는 오일순환부(190)를 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 부품과 상기 오일(202)의 열교환이 더욱 촉진될 수 있다.
예를 들면, 상기 오일순환부(190)는 상기 오일(202)이 상기 외함(141)의 내부에서 순환되게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)을 매개로 상기 외함(141), 상기 스테이터(150) 및 상기 로터(170)의 열교환이 더욱 촉진될 수 있다.
상기 오일순환부(190)는, 예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 로터(170)에 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 오일순환부(190)는 상기 로터(170)의 단부에 형성될 수 있다.
상기 오일순환부(190)는 상기 로터(170)의 단부에 축방향으로 돌출된 돌출부(192)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 돌출부(192)는 상기 로터(170)의 원주방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치되게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 돌출부(192)는 상기 엔드링(174)으로부터 축방향으로 돌출되고 원주방향을 따라 이격되게 형성될 수 있다.
상기 오일순환부(190)는 상기 로터(170)의 양 측 단부에 각각 형성될 수 있다.
상기 오일순환부(190)는, 상기 로터코어(171)의 외주면에 형성된 요철부(178)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 요철부(178)는 상기 로터코어(171)의 외주면에 반경방향으로 함몰되고 축방향으로 연장된 복수의 그루브(179)를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 로터코어(171)의 표면적이 증가되어 상기 로터코어(171)와 상기 오일(202)의 열교환이 촉진될 수 있다.
또한, 상기 로터(170)의 요철부(178)는 회전시 상기 오일(202)이 상기 스테이터(150)의 내경면을 따라 수위(오일(202) 표면의 높이)가 상승하게 할 수 있다. 또한, 상기 로터(170)의 요철부(178)는 회전시 표면에 점착된 오일(202)이 원심력에 의해 외측, 즉 상기 스테이터(150)의 내경면으로 비산되는 것이 용이하게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)과 상기 스테이터(150)의 열교환이 촉진될 수 있다.
한편, 본 전기차량은 상기 냉각유체가 상기 전동기(140)를 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛(210)을 구비할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉각유체순환유닛(210)은, 냉각유체의 유로를 형성하는 유체관(212)과, 상기 냉각유체의 유동을 촉진시키는 펌프(214)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체는 상기 외함(141)을 경유하여 순환되게 구성될 수 있다.
상기 유체관(212)은 상기 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)에 각각 연통되게 결합될 수 있다.
상기 냉각유체순환유닛(210)은 냉각유체가 일시 저장되는 탱크(216)를 구비할 수 있다.
상기 탱크(216)는 상기 펌프(214)의 입구(상류) 측에 배치될 수 있다.
상기 냉각유체순화유닛은 라디에이터(radiator)(217)를 구비할 수 있다. 이에 의해, 상기 전동기(140)를 경유하면서 온도가 상승한 냉각유체가 냉각될 수 있다.
상기 라디에이터(217)의 일 측에는 상기 라디에이터(217)와 접촉되는 공기의 유동을 촉진하는 냉각팬(218)이 구비될 수 있다.
본 전기차량은 제어프로그램을 구비한 제어부(220)를 구비할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 냉각유체의 온도를 감지하여 상기 냉각유체의 유동속도를 조절할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(220)에는 상기 냉각유체의 온도를 감지하는 온도감지부(225)가 연결될 수 있다. 상기 온도감지부(225)는 상기 냉각유체의 감지 온도를 전기 신호로 상기 제어부(220)에 출력할 수 있다.
상기 제어부(220)에는 상기 펌프(214)가 제어 가능하게 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터(150)에 전원이 인가되면, 상기 스테이터(150) 및 상기 로터(170)의 상호 작용에 의해 상기 로터(170)는 상기 회전축(175)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 로터(170)가 회전을 개시하면 상기 스테이터(150) 및 로터(170)는 열이 발생할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 스테이터(150)에 전원이 인가되면 상기 냉각유체가 상기 전동기(140)를 경유하면서 순환되게 상기 펌프(214)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 온도감지부(225)에 의해 상기 냉각유체의 온도를 감지하고, 상기 냉각유체의 감지 온도가 설정 온도를 초과할 경우, 상기 펌프(214)의 회전속도를 증가시킬 수 있다. 이에 의하면, 상기 냉각유체의 유동속도가 증가되어 상기 전동기(140)가 신속하게 냉각될 수 있다.
한편, 상기 로터(170)가 회전을 개시하면 상기 오일순환부(190)에 의해 상기 오일(202)이 상기 외함(141)의 내부에서 순환될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 로터(170)가 회전을 개시하면, 상기 돌출부에 일시적으로 점착된 오일(202)은 원심력에 의해 반경 방향을 따라 외측으로 비산될 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)과 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와의 접촉면적이 증가하여 상기 스테이터(150) 및 로터(170)가 신속하게 냉각될 수 있다. 특히, 상기 스테이터코어(151)로부터 돌출되어 상대적으로 온도가 높은 상기 스테이터코일(161)의 코일엔드(162b)가 신속하게 냉각되어 온도 상승이 억제될 수 있다.
상기 오일(202)은 오일순환부(190)에 의해 비산되어 상기 외함(141)과 더 넓은 면적에서 접촉되어 더욱 신속하게 냉각될 수 있다.
즉, 상기 오일(202)은 상기 오일순환부(190)에 의해 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와 더 넓은 면적에서 접촉되어 상기 스테이터(150) 및 로터(170)를 신속하게 냉각시킬 뿐만 아니라 더 넓은 면적에서 상기 외함(141)과 접촉됨으로써 더욱 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 외함(141)의 돌기부(143)는 외함(141)의 표면적을 넓힘으로써 상기 오일(202)과 열교환이 더욱 촉진될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 내부가 균일하게 냉각될 수 있고, 상기 외함(141)의 내부 온도가 일정 온도 이하로 관리될 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
이하, 전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 도시를 생략하고, 동일한 참조부호를 인용하여 설명한다. 또한, 일부 구성에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량은, 전술한 바와 같이, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되고 상기 배터리(125)에 연결되어 상기 차량바디(110)에 구동력을 제공하는 전동기(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 전동기(140)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 외함(141)과, 상기 외함(141)의 내부에 배치되는 스테이터(150)와, 상기 스테이터(150)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(170)와, 상기 외함(141)의 내부에 수용되는 오일(202)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외함(141)의 내면에는 요철부(142)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 내표면적이 증가하여 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 외함(141)에는 냉각유체가 유동되는 유로(182)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 외함(141)에는 내부에 유로(182)가 형성된 냉각유닛(180)이 결합될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)이 상기 냉각유체와 열교환되어 신속하게 냉각될 수 있다. 상기 냉각유닛(180)의 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)는 냉각유체순환유닛(210)에 연결될 수 있다. 이에 의해, 냉각유체가 상기 냉각유닛(180)을 경유하여 순환하면서 상기 외함(141)을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 외함(141)의 내부에는 오일(202)이 수용될 수 있다.
상기 오일(202)은 상기 외함(141)과, 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와 동시에 접촉될 수 있는 정도로 상기 외함(141)의 내부에 수용될 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)을 매개로 상기 외함(141), 스테이터(150) 및 로터(170)의 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 스테이터(150)는, 스테이터코어(151) 및 스테이터코일(161)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터(150)의 내부에는 상기 로터(170)가 회전 가능하게 배치될 수 있다.
한편, 상기 로터(170)는, 로터코어(171), 상기 로터코어(171)에 결합되는 영구자석(177)을 구비하여 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 영구자석(177)은 폭 및 길이에 비해 얇은 두께를 가지는 직육면체(막대) 형상으로 구성될 수 있다. 상기 영구자석(177)은 상기 로터코어(171)의 축방향으로 삽입되게 구성될 수 있다.
상기 로터코어(171)에는 상기 영구자석(177)이 축방향으로 삽입될 수 있게 축방향으로 함몰 또는 관통된 영구자석삽입부(176)가 마련될 수 있다.
여기서, 상기 영구자석(177)은 상용자석 중 최대에너지적이 높은 네오디뮴(neodymium(Nd)) 자석이 이용될 수 있다.
상기 영구자석(177)은 네오디뮴 자석 중에서도 상대적으로 온도 특성이 낮은 네오디뮴 자석이 이용될 수 있다. 이에 의해, 영구자석(177) 재료 비용을 현저하게 저감시킬 수 있다.
주지된 바와 같이, 네오디뮴 자석은 Nd-Fe-B(네오디뮴-철-붕소)를 주성분으로 하고, 자기적 성질과 온도 특성을 개선하기 위해 미량 원소(예를 들면, Co, Al, Ga 등)가 첨가될 수 있다. 이러한 네오디뮴 자석은 온도에 대한 의존성이 크기 때문에 온도에 따라 적절한 특성의 자석을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 네오디뮴 자석은 온도 특성에 따라 첨가 원소 및 제조 공정상의 차이가 있고, 온도 특성을 향상시키기 위해 제조 비용이 크게 상승하게 될 수 있다.
본 발명의 전동기(140)는 내부 온도 상승을 억제하고 상기 외함(141)의 내부 온도를 일정 온도 이하로 유지할 수 있어 상대적으로 낮은 온도 특성을 가지는 네오디뮴 자석을 이용할 수 있다. 이에 의해, 영구자석(177) 재료비용을 현저하게 절감할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 영구자석(177)이 상기 로터코어(171)의 축방향으로 삽입되게 구성된 경우(IPM타입)를 예시하고 있지만, 상기 영구자석은 상기 로터코어(171)의 원주면에 결합되게 구성(SPM 타입)될 수도 있다.
또한, 상기 로터(170)는 상기 로터코어(171)에 축방향으로 결합되는 복수의 도체바(173) 및 상기 도체바(173)를 연결하는 엔드링(174)을 더 구비하여 소위 하이브리드형(hybrid type) 로터로 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터(150)에 전원이 인가되면, 상기 스테이터(150) 및 상기 로터(170)의 상호 작용에 의해 상기 로터(170)는 상기 회전축(175)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 로터(170)가 회전을 개시하면 상기 스테이터(150) 및 로터(170)는 열이 발생할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 스테이터(150)에 전원이 인가되면 상기 냉각유체가 상기 전동기(140)를 경유하면서 순환되게 상기 펌프(214)를 제어할 수 있다. 이에 의해, 상기 전동기(140)가 신속하게 냉각될 수 있다.
한편, 상기 로터(170)가 회전을 개시하면 상기 오일순환부(190)에 의해 상기 오일(202)이 상기 외함(141)의 내부에서 순환될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 로터(170)가 회전을 개시하면, 상기 돌출부에 일시적으로 점착된 오일(202)은 원심력에 의해 반경 방향을 따라 외측으로 비산될 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)과 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와의 접촉면적이 증가할 뿐만 아니라 상기 외함(141)과 오일(202)의 접촉면적이 증가할 수 있다. 이에 의해, 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 오일(202)은 오일순환부(190)에 의해 비산되어 상기 외함(141)과 더 넓은 면적에서 접촉되어 더욱 신속하게 냉각될 수 있다. 특히, 상기 스테이터코어(151)로부터 돌출되어 상대적으로 온도가 높은 상기 스테이터코일(161)의 코일엔드(162b)가 신속하게 냉각되어 온도 상승이 억제될 수 있다.
즉, 상기 오일(202)은 상기 오일순환부(190)에 의해 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와 더 넓은 면적에서 접촉되어 상기 스테이터(150) 및 로터(170)를 신속하게 냉각시킬 뿐만 아니라 더 넓은 면적에서 상기 외함(141)과 접촉됨으로써 더욱 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 외함(141)의 돌기부(143)는 외함(141)의 표면적을 넓힘으로써 상기 오일(202)과 열교환이 더욱 촉진될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 내부가 균일하게 냉각될 수 있고, 상기 외함(141)의 내부 온도가 일정 온도 이하로 관리될 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량은, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되고 상기 배터리(125)에 연결되어 상기 차량바디(110)에 구동력을 제공하는 전동기(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 전동기(140)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 외함(141)과, 상기 외함(141)의 내부에 배치되는 스테이터(150)와, 상기 스테이터(150)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(170)와, 상기 외함(141)의 내부에 수용되는 오일(202)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외함(141)의 내면에는 요철부(142)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 내표면적이 증가하여 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 요철부(142)는, 예를 들면, 상기 외함(141)의 내면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 외함(141)에는 냉각유체가 유동되는 유로(182)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 외함(141)에는 내부에 유로(182)가 형성된 냉각유닛(180)이 결합될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)이 상기 냉각유체와 열교환되어 신속하게 냉각될 수 있다. 상기 냉각유닛(180)의 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)는 냉각유체순환유닛(210)에 연결될 수 있다. 이에 의해, 냉각유체가 상기 냉각유닛(180)을 경유하여 순환하면서 상기 외함(141)을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 외함(141)의 내부에는 오일(202)이 수용될 수 있다.
상기 오일(202)은 상기 외함(141)과, 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와 동시에 접촉될 수 있는 정도로 상기 외함(141)의 내부에 수용될 수 있다. 이에 의해, 상기 오일(202)을 매개로 상기 외함(141), 스테이터(150) 및 로터(170)의 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 스테이터(150)는, 스테이터코어(151) 및 스테이터코일(161)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터(150)의 내부에는 상기 로터(170)가 회전 가능하게 배치될 수 있다.
상기 로터(170)는, 로터코어(171), 상기 로터코어(171)에 결합되는 도체바(173) 및 상기 도체바(173)를 연결하는 엔드링(174)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터(170)는 상기 로터코어(171)에 결합되는 영구자석(177)을 더 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 본 전동기(140)는 상기 외함(141)의 내부에서 상기 오일(202)을 순환시키는 오일순환부(190)를 구비할 수 있다.
상기 오일순환부(190)는 상기 회전축(175)에 구비될 수 있다.
예를 들면, 상기 오일순환부(190)는 상기 회전축(175)에 회전 가능하게 결합되는 오일휠(230)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 오일휠(230)은 복수 개로 구성될 수 있다.
상기 오일휠(230)은 상기 오일(202)에 소정 깊이 잠길 수 있는 직경을 구비하게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 로터(170)의 회전 시 상기 오일휠(230)에 의해 상기 오일(202)이 외측으로 비산될 수 있다.
상기 오일휠(230)은, 원반 형상의 휠바디(232)와, 상기 휠바디(232)에 형성되는 펌핑부(234)를 구비하여 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 휠바디(232)는 상기 오일(202)에 소정 깊이 잠길 수 있는 직경을 가지게 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 내부에 수용된 오일(202)과 접촉이 원활하게 될 수 있다. 상기 휠바디(232)의 중앙에는 상기 회전축(175)이 삽입될 수 있게 축공(233)이 형성될 수 있다.
상기 휠바디(232)는 한 쌍으로 구성되어 축방향으로 소정 거리 이격되어 서로 대면되게 배치될 수 있다.
상기 휠바디(232)의 사이에는 펌핑부(234)가 구비될 수 있다.
상기 펌핑부(234)는 상기 휠바디(232)의 테두리에 배치될 수 있다.
상기 펌핑부(234)는 상기 휠바디(232)의 원주에 일 단이 배치되고 타 단이 반경방향을 따라 중심측으로 향하게 배치될 수 있다.
상기 펌핑부(234)는 아크(arc)형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 펌핑부(234)는 선형으로 형성될 수도 있다.
상기 오일휠(230)은 상기 스테이터코일(161)의 코일엔드(162b)의 내측에 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터코어(151)로부터 돌출되어 상대적으로 온도가 높은 코일엔드(162b)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 스테이터코일(161)은, 상기 스테이터코어(151)의 슬롯(155) 내에 배치되는 구간(162a)과, 상기 스테이터코어(151)의 단부로부터 돌출되게 배치되는 코일엔드(162b)로 구성될 수 있다. 상기 스테이터코어(151)의 슬롯(155) 내에 배치되는 구간(162a)은 상기 스테이터(150)와 접촉되어 있어 발열 시 상기 스테이터코어(151) 및 상기 외함(141)으로 전달되는 열 전달경로가 짧기 때문에 냉각이 용이하게 될 수 있다. 이에 반해, 상기 코일엔드(162b)는 상기 스테이터코어(151)로부터 돌출되어 있고 외 측은 단열성이 큰 공기와 접촉하게 되어 있어 운전 시 발생된 열의 방열이 곤란하게 되어 온도가 상승하게 될 수 있다.
본 실시예의 전동기(140)는, 상기 오일휠(230)에 의해 상기 오일(202)이 상기 코일엔드(162b)로 비산됨으로써 상기 코일엔드(162b)를 신속하게 냉각시킬 수 있어 상기 코일엔드(162b)의 온도상승을 억제할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터(150)에 전원이 인가되면, 상기 로터(170)는 상기 회전축(175)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 로터(170)가 회전을 개시하면 상기 스테이터(150) 및 로터(170)는 열이 발생할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 스테이터(150)에 전원이 인가되면 상기 냉각유체가 상기 전동기(140)를 경유하면서 순환되게 상기 펌프(214)를 제어할 수 있다. 이에 의해, 상기 전동기(140)가 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 로터(170)가 회전을 개시하면 상기 오일순환부(190)에 의해 상기 오일(202)이 상기 외함(141)의 내부에서 순환될 수 있다.
상기 로터(170)가 회전을 개시하면, 회전하는 오일휠(230)에 의해 상기 오일(202)이 상기 외함(141)의 내부 상부영역으로 제공될 수 있다.
상기 오일(202)은 상기 오일휠(230)에 의해 비산되는 과정과 낙하하는 과정을 반복하면서 상기 외함(141)의 내부를 순환할 수 있다.
상기 오일(202)은 상기 비산 및 낙하 과정에서 발열부(발열원)인 상기 스테이터(150) 및 로터(170)와 접촉되어 온도가 상승되고, 냉각부인 상기 외함(141)에 접촉되어 냉각될 수 있다. 즉, 상기 오일(202)의 순환에 의해 상기 스테이터(150) 및 로터(170)의 열이 상기 외함(141)에 보다 신속하게 전달되어 외부로 배출될 수 있다. 이에 의해, 상기 외함(141)의 내부가 균일하게 냉각될 수 있고, 상기 외함(141)의 내부 온도가 일정 온도 이하로 관리될 수 있다.
도 1 내지 도 9와 관련하여 전술한 실시예에서는, 오일순환부가 로터의 단부에 형성된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 도 10 및 도 11의 휠을 구비하여 구성될 수도 있다. 또한 도 10 및 도 11과 관련하여 전술한 실시예에는 오일순환부가 휠을 구비하여 구성된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 도 1 내지 도 9와 관련하여 전술한 로터의 단부에 형성된 돌출부를 더 구비하여 구성될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 차량바디 115 : 휠
120 : 현가장치 125 : 배터리
130 : 인버터장치 140 : 전동기
141 : 외함 142 : 요철부
143 : 돌기부 145 : 브래킷
146 : 실링부재 150 : 스테이터
151 : 스테이터코어 161 : 스테이터코일
162b : 코일엔드 170 : 로터
171 : 로터코어 173 : 도체바
174 : 엔드링 175 : 회전축
180 : 냉각유닛 182 : 유로
185 : 냉각유체유입부 186 : 냉각유체유출부
190 : 오일순환부 192 : 돌출부
194 : 요철부 195 : 그루브
210 : 냉각유체순환유닛 212 : 유체관
214 : 펌프 217 : 라디에이터
220 : 제어부 225 : 온도감지부

Claims (12)

  1. 외함;
    상기 외함의 내부에 배치되는 스테이터;
    상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 및
    상기 외함의 내부에 수용되는 오일;
    을 포함하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외함의 내면에는 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오일과 접촉되어 상기 오일을 순환시키는 오일순환부;를 더 포함하는 전동기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오일순환부는 상기 로터의 단부에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오일순환부는 상기 로터의 회전축에 구비되는 오일휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오일휠은, 상기 회전축에 결합되는 휠바디; 및 상기 휠바디에 돌출 형성되는 펌핑부;를 포함하는 전동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 영구자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외함에는 냉각유체가 유동할 수 있게 상기 냉각유체의 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일은 상기 외함, 상기 스테이터 및 상기 로터에 동시에 접촉되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  10. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리에 연결되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 제1항의 전동기;
    를 포함하는 전기차량.
  11. 제10항에 있어서,
    냉각유체가 상기 전동기를 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛;을 더 포함하는 전기차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각유체는 상기 외함을 경유하는 것을 특징으로 하는 전기차량.
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