KR20120128046A - 전동기 및 이를 구비한 전기차량 - Google Patents

전동기 및 이를 구비한 전기차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전동기는, 고정자코어 및 고정자코일을 구비한 고정자와, 고정자에 대해 상대 운동 가능한 회전자와, 내부에 냉각유체의 유로가 형성되고 고정자코어에 결합되는 냉각관을 구비한 냉각유닛과, 냉각관의 일 측의 자기장의 변화를 억제할 수 있게 형성되는 플럭스배리어를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 열전달 경로를 단축시킬 수 있고 냉각관의 전자기 유도 현상에 기인한 냉각 성능 저하 및 효율 저하를 방지할 수 있다.

Description

전동기 및 이를 구비한 전기차량{ELECTRIC MOTOR AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은, 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열전달 경로를 단축할 수 있고 냉각관에 의한 효율저하 발생을 억제할 수 있도록 한 전동기 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
최근에는 자동차 또는 차량의 배기가스로 인한 환경오염문제, 화석연료의 고갈 등에 기인하여 자동차 또는 차량의 동력원 또는 보조동력원으로 전동기를 이용하는 전기차량 또는 하이브리드 차량(이하, "전기차량"이라 표기함)의 이용이 늘고 있다.
상기 전동기는, 외함과, 상기 외함의 내부에 배치되는 스테이터와,상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터를 구비할 수 있다.
한편, 상기 전기차량에 이용되는 전동기는 높은 출력밀도가 요구되기 때문에 상대적으로 높은 냉각성능이 요구될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 전기차량의 전동기에 있어서는, 상기 외함에 냉각수단이 구비되도록 되어 있어, 상기 스테이터코일에서 발생한 열이 상기 냉각수단에 의해 냉각되기까지 열 전달경로가 길어질 수 있다. 이에 기인하여, 상기 외함에 구비된 냉각수단으로는 열교환 효율 및 냉각성능을 제고시키는데에 한계가 있을 수 있다.
또한, 열원으로부터 냉각수단까지의 열 전달 경로가 길어지게 될 경우, 발열 부품의 온도가 상승할 수 있고 이에 기인하여 출력이 저하될 수 있다. 또한, 온도 상승에 의한 강제 열화가 촉진될 수 있고 이에 의해 수명이 단축될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 열전달 경로를 단축시킬 수 있고 냉각관의 전자기 유도 현상에 기인한 냉각 성능 저하 및 효율 저하를 방지할 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 고정자코어 및 고정자코일을 구비한 고정자; 상기 고정자에 대해 상대 운동 가능한 회전자; 내부에 냉각유체의 유로가 형성되고 상기 고정자코어에 결합되는 냉각관을 구비한 냉각유닛; 및 상기 냉각관의 주변의 자기장의 변화를 억제하는 플럭스배리어;를 포함하는 전동기를 제공한다.
여기서, 상기 냉각관은, 상기 고정자코어에 축방향으로 배치되는 직관부; 및 상기 직관부를 연결하는 곡관부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정자코어에는 상기 직관부가 삽입되는 삽입공이 형성될 수 있다.
상기 고정자코어에는 상기 직관부가 삽입되고 외측으로 개방된 삽입슬롯이 형성되어 구성될 수 있다.
상기 직관부가 상기 고정자코어로부터 이격되게 지지하는 스페이서를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스페이서는 절연부재로 형성될 수 있다.
상기 냉각관과 상기 고정자코어 사이에 개재되어 열전달을 촉진시키는 열전달부재를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각관은 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 미리 설정된 간격으로 이격 배치되고, 상기 플럭스배리어는 상기 냉각관 사이에 형성될 수 있다.
상기 플럭스배리어는 상기 고정자코어의 외주로부터 반경방향을 따라 내측으로 절개된 슬릿을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 플럭스배리어는 상기 고정자코어의 중심으로부터 반경방향을 따라 상기 냉각관의 내측과 동일 원주상에 배치되거나 더 내측에 배치되게 형성될 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 냉각유닛을 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터에 직접 결합되는 냉각유닛을 구비함으로써, 열전달 경로를 단축시켜 열 교환 효율을 증대시킬 수 있다. 이에 의해, 냉각 성능이 현저하게 제고될 수 있다.
또한, 냉각관 사이에 플럭스배리어를 마련함으로써, 고정자코어에 결합되는 냉각관에 유도기전력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 냉각관의 유도기전력 발생에 기인한 방열 악화 및 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 고정자코어와 냉각관 사이에 열전달물질이 개재되도록 함으로써, 고정자코어의 열이 냉각관으로 신속하게 전달될 수 있다. 이에 의해, 냉각 성능이 더욱 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 분리사시도,
도 3은 도 2의 전동기의 결합상태의 단면도,
도 4는 도 3의 전동기의 단면도,
도 5는 도 4의 요부확대도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도,
도 7은 도 1의 전기차량의 냉각유체순환유닛의 구성도,
도 8은 도 1의 전기차량의 제어블록도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 도 5에 대응되는 도면,
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 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 도면에는 도시하지 아니하였으나 탑승공간이 마련될 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 휠(115) 사이에는 주행시 발생하는 진동 및 충격을 완화할 수 있게 현가장치(120)가 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 전원을 공급할 수 있게 배터리(125)가 구비될 수 있다.
상기 배터리(125)는 충전이 가능하게 2차 전지로 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)의 일 측에는 상기 휠(115)에 구동력을 제공할 수 있게 전동기(140)가 구비될 수 있다.
상기 전동기(140)와 상기 배터리(125) 사이에는 상기 배터리(125)에서 제공된 전원을 변환하여 상기 전동기(140)에 제공하는 인버터장치(130)가 구비될 수 있다.
예를 들면, 상기 인버터장치(130)에는 입력케이블(132) 및 출력케이블(134)이 구비되고, 상기 입력케이블(132)은 상기 배터리(125)에 연결되고 상기 출력케이블(134)은 상기 전동기(140)에 연결될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전동기(140)는, 고정자코어(151) 및 고정자코일(161)을 구비한 고정자(150)와, 상기 고정자(150)에 대해 상대 운동 가능한 회전자(170)와, 내부에 냉각유체의 유로가 형성되고 상기 고정자코어(151)에 결합되는 냉각관(181)을 구비한 냉각유닛(180)과, 상기 냉각관(181)의 주변의 자기장의 변화를 억제하는 플럭스배리어(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정자(150)의 외측에는 외함(141)이 구비될 수 있다.
상기 외함(141)은 내부에 상기 고정자(150) 및 가동자가 수용될 수 있게 수용공간이 마련될 수 있다. 상기 외함(141)은 합성수지부재 또는 금속부재로 형성될 수 있다.
상기 외함(141)은, 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 양 측이 개방된 원통 형상으로 구성될 수 있으나, 일 측이 개방되게 구성될 수도 있다.
상기 외함(141)의 양 단부에는 브래킷(145)이 구비될 수 있다.
상기 브래킷(145)은 원반형상으로 형성될 수 있다.
상기 브래킷(145)은 복수의 체결부재(147)에 의해 상기 외함(141)에 각각 결합될 수 있게 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 외함(141)의 단부에는 체결부재결합부(143)가 마련되고, 상기 브래킷(145)에는 상기 체결부재(147)가 삽입되는 체결부재삽입공(148)이 관통 형성될 수 있다.
상기 각 브래킷(145)에는 상기 회전자(170)를 회전 가능하게 지지할 수 있게 베어링(146)이 각각 구비될 수 있다.
상기 회전자(170)는, 회전자코어(171)와, 상기 회전자코어(171)에 결합되는 회전축(175)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 회전자(170)는, 상기 회전자코어(171)에 도체바(172) 및 엔드링(173)을 구비한 소위 인덕션 로터(또는 유도기)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 회전자(170)는, 상기 회전자코어(171)에 영구자석(미도시)이 구비되는 소위 영구자석 로터(또는 동기기)로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 회전자(170)는, 상기 도체바(172) 및 엔드링(173)과 상기 영구자석을 동시에 구비하는 소위 하이브리드 타입(hybrid type) 로터(또는 유도-동기기)로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 고정자(150)는, 고정자코어(151)와, 상기 고정자코어(151)에 권선되는 고정자코일(161)을 구비할 수 있다.
상기 고정자코어(151)의 중앙에는 상기 회전자(170)가 회전 가능하게 수용되는 회전자수용공간(153)이 형성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)에는 상기 고정자코일(161)이 권선될 수 있게 복수의 슬롯(154) 및 티스(155)가 구비될 수 있다. 상기 슬롯(154) 및 티스(155)는 상기 회전자수용공간(153)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 상기 슬롯(154) 및 티스(155)는 상호 교호적으로 형성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)는, 예를 들면, 복수의 전기강판(152)을 절연 적층하여 형성될 수 있다. 상기 각 전기강판(152)은 중앙에 상기 회전자수용공간(153)이 형성되고, 상기 회전자수용공간(153)의 둘레에 복수의 슬롯(154) 및 티스(155)가 각각 형성될 수 있다.
한편, 상기 고정자코어(151)에는 상기 고정자(150)를 냉각시킬 수 있게 냉각유닛(180)이 결합될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은 내부에 냉각유체의 유로가 형성된 냉각관(181)으로 구현될 수 있다. 여기서, 상기 냉각관(181)은 열전도성이 우수한 동(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등으로 구성될 수 있다.
상기 냉각관(181)은 동으로 구성하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 이에 의해, 동손(copper loss) 및 철손(core loss 또는 iron loss)에 의해 발생하는 상기 고정자코어(151)의 열을 보다 신속하게 냉각유닛(180)으로 전달하여 제거할 수 있고, 고출력밀도의 구현이 가능하다.
상기 냉각관(181)은, 예를 들면, 상기 고정자코어(151)에 축방향으로 배치되는 직관부(182a)와, 상기 직관부(182a)를 연결하는 곡관부(182b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)의 일 측에는 냉각유체가 유입되는 냉각유체유입부(185)가 구비될 수 있다. 상기 냉각유닛(180)의 타 측에는 냉각유체가 유출되는 냉각유체유출부(186)가 마련될 수 있다.
상기 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)는 상기 브래킷(145)을 관통하여 외부로 각각 인출될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)는 상기 외함(141)을 통해 외부로 인출될 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 냉각유체유입부(185) 및 냉각유체유출부(186)가 상기 브래킷(145)을 통해 외부로 인출된 경우를 예시하고 있으며, 상기 각 브래킷(145)에는 인출공(149)이 각각 관통형성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)에는 상기 냉각관(181)이 결합될 수 있게 냉각관결합부(190)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 냉각관결합부(190)는 상기 고정자코어(151)의 축방향으로 관통되고 상기 고정자코어(151)의 외측으로 개방된 복수의 삽입슬롯(192)을 구비할 수 있다.
상기 삽입슬롯(192)은 상기 고정자코어(151)의 둘레방향(원주방향)을 따라 미리 설정된 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 도 2 및 도 4에는 상기 삽입슬롯(192)이 거의 일정한 간격으로 형성된 경우를 예를 들고 있으나, 상기 삽입슬롯(192)의 간격은 서로 다르게 형성될 수도 있다.
예를 들면, 상기 고정자(150)의 상부영역에 배치되는 삽입슬롯(192)들의 간격이 다른 영역에 배치되는 삽입슬롯(192)들의 간격보다 더 작을 수 있다. 이에 의하면 상기 고정자코어(151)의 상부영역의 열교환량이 다른 영역의 열교환량을 상회 또는 초과할 수 있다. 이에 따르면, 열의 대류 특성에 의해 상기 고정자(150)의 상부영역에 열이 집중되어도 상기 고정자(150)의 상부영역을 신속하게 냉각시킬 수 있어 상기 상부영역의 온도가 주변에 비해 과도하게 상승하는 것이 억제될 수 있다.
한편, 상기 고정자코어(151)에는 상기 냉각관(181)의 주변의 자기장의 변화를 억제하는 플럭스배리어(200)(flux barrier)를 구비할 수 있다. 이는 상기 회전자(170)의 회전시 상기 냉각관(181)의 주변의 자기장이 변화할 경우 도체인 냉각관(181)에 전자기 유도 현상에 의해 유도기전력이 유기되는 것을 억제하기 위함이다. 상기 냉각관(181)에 유도기전력이 발생할 경우 냉각관(181)의 온도가 상승되어 방열 성능이 저하될 수 있고, 자기력의 일부가 회전자(170)의 회전에 기여하지 못하게 되므로 출력밀도가 저하되고 결국 운전 효율이 저하될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 플럭스배리어(200)는 상기 냉각관(181)의 주변으로 불필요하게 자속이 흐르는 것을 억제하게 구성될 수 있다. 즉, 상기 플럭스배리어(200)는 상기 냉각관(181) 주변으로 자속이 흐르는 것을 억제하여 자속이 회전자(170)의 회전에 기여할 수 있는 방향으로 흐를 수 있게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관(181)에 유도기전력이 유기되는 것을 억제하여 상기 냉각관(181)의 유도 기전력 발생에 기인한 방열 성능 저하 및 효율 저하를 방지할 수 있다.
상기 플럭스배리어(200)는 상기 냉각관(181) 사이에 각각 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 플럭스배리어(200)는 상기 고정자코어(151)의 외주면으로부터 반경방향을 따라 내측으로 절개된 복수의 슬릿(slit)(202)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 슬릿(202)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 내측 단부가 상기 냉각관(181)의 내측 단부보다 상기 고정자코어(151)의 중심측에 더 가깝게 배치되게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 슬릿(202)은 그 내측 단부가 상기 냉각관(181)의 내측 단부와 동일 원주상에 배치되게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 냉각관(181)은 상기 고정자코어(151)와 접촉되지 아니하게 상기 냉각관결합부(190)의 내부에 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관(181)과 상기 고정자코어(151)가 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 냉각관(181)과 상기 냉각관결합부(190) 사이에는 상기 냉각관(181)이 상기 냉각관결합부(190)로부터 이격되게 지지하는 스페이서(205a)가 구비될 수 있다. 상기 스페이서(205a)는 절연부재로 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관(181)과 상기 냉각관결합부(190)가 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 스페이서(205a)는 상기 냉각관(181)에 결합될 수 있다.
예를 들면, 상기 스페이서(205a)는 링 또는 튜브 형상으로 구현될 수 있다.
상기 스페이서(205a)는 상기 냉각관(181)의 직관부(182a)에 복수 개가 결합되게 구성될 수 있다.
상기 스페이서(205a)는 절연특성 및 열전도성을 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관(181)과 상기 고정자(150)가 전기적으로 절연되고, 상기 고정자(150)의 열이 상기 냉각관(181)으로 신속하게 전달될 수 있다. 예를 들면, 상기 스페이서(205a)는 열전도성 플라스틱으로 구성될 수 있다.
상기 냉각관(181)과 상기 냉각관결합부(190) 사이에는 열전달물질(207)이 개재될 수 있다. 이에 의해, 상기 고정자(150)의 열이 상기 냉각관(181)으로 보다 신속하게 전달될 수 있다. 상기 열전달물질(207)은, 예를 들면, 써멀 그리스 또는 써멀 컴파운드로 구현될 수 있다.
상기 열전달물질(207)은 상기 냉각관(181)의 표면 및/또는 상기 냉각관결합부(190)의 표면에 도포됨으로써, 상기 냉각관(181)과 상기 냉각관결합부(190) 사이에 존재하고 열 전달을 억제하는 공기(단열)층을 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 상기 고정자(150)의 열이 상기 냉각관(181)으로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
상기 열전달물질(207)은 상기 냉각관결합부(190)와 상기 스페이서(205a) 사이에 개재될 수 있다. 상기 열전달물질(207)은 상기 냉각관결합부(190)의 표면 및/또는 상기 스페이서(205a)의 표면에 도포될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관결합부(190)와 상기 스페이서(205a) 사이에 존재하는 공기층을 감소시킬 수 있고, 상기 공기층이 감소하는 만큼 상기 고정자(150)의 열은 상기 스페이서(205a)로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
또한, 상기 열전달물질(207)은 상기 스페이서(205a)와 상기 냉각관(181) 사이에 개재될 수 있다. 상기 열전달물질(207)은 상기 스페이서(205a)의 표면 및/또는 상기 냉각관(181)의 표면에 도포됨으로써, 상기 스페이서(205a)와 상기 냉각관(181) 사이의 공기층을 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 상기 스페이서(205a)의 열이 상기 냉각관(181)으로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 열전달물질(207)을 개재하는 목적은 열전도성이 우수한 부품 간의 직접 접촉을 억제하기 위한 것이 아니고, 부품 간의 상호 접촉시 접촉면 사이에 존재하는 공기(단열)층을 배제(감소)하여 공기층이 배제되는 만큼 열전달을 촉진시키기 위함이다.
한편, 본 전기차량은 상기 냉각유닛(180)을 경유하여 냉각유체를 순환시키는 냉각유체순환유닛(210)을 구비하여 구성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 냉각유체순환유닛(210)은, 냉각유체의 유로를 형성하는 유체관(212)과, 상기 냉각유체의 유동을 촉진시키는 냉각유체 유동촉진수단을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체유동촉진수단은 펌프(214)로 구성될 수 있다. 상기 유체관(212)은 상기 냉각유체유입부(185) 및 상기 냉각유체유출부(186)에 상호 연통되게 연결될 수 있다. 이에 의해, 냉각유체가 상기 냉각유닛(180)을 경유하여 순환할 수 있다.
상기 펌프(214)의 입구측(또는 상류측)에는 냉각유체가 일시 저장되는 탱크(215)가 구비될 수 있다.
상기 냉각유체순환유닛(210)은 냉각유체를 냉각시키는 라디에이터(radiator)(217)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 라디에이터(217)는 공기와 접촉되어 열교환되는 열교환기로 구성될 수 있다. 상기 라디에이터(217)는, 냉각유체의 유로가 형성되는 전열관과, 상기 전열관의 전열면적이 증가하게 형성되는 핀(fin)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 라디에이터(217)의 일 측에는 상기 라디에이터(217)와 접촉되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬(218)이 구비될 수 있다.
한편, 본 실시예의 전기차량은 제어프로그램을 구비한 제어부(220)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 냉각유체의 온도를 감지하여 상기 냉각유체의 유동속도를 조절(제어)하게 구성될 수 있다.
상기 제어부(220)에는 냉각유체의 온도를 감지하는 온도감지부(225)가 감지 신호를 입력할 수 있게 연결될 수 있다.
상기 제어부(220)에는 냉각유체의 유동속도를 조절할 수 있게 펌프(214)가 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(220)에는 상기 라디에이터(217)와 접촉되어 열교환하는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬(218)이 제어 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 고정자코어(151)의 온도를 감지하여 상기 냉각유체의 유동속도를 제어하게 구성될 수도 있다.
상기 온도감지부(225)는 상기 고정자코어(151)의 온도를 감지하는 고정자코어온도감지부(227)를 구비할 수 있다. 이에 의해, 주 발열원인 고정자(150)의 온도를 감지하고, 이에 기초하여 냉각유체의 유동속도를 제어함으로써 고정자(150)를 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 전동기(140)의 구동신호가 입력되면, 상기 고정자코일(161)에는 구동 전원이 인가(입력)될 수 있다. 상기 고정자코일(161)에 의해 자계가 형성되고, 상기 회전자(170)는 상기 자계와 상호 작용하여 회전축(175)을 중심으로 회전할 수 있다. 이때, 상기 플럭스배리어(200)는 상기 냉각관(181) 주변의 자기장의 변화를 억제하여 자기장의 변화에 기인하여 상기 냉각관(181)에 유도기전력이 유기되는 것을 억제할 수 있다.
상기 고정자코일(161)에서 발생한 열은 상기 고정자코어(151)로 전달될 수 있다. 상기 고정자코어(151)의 열은 상기 열전달물질(207) 및/또는 스페이서(205a)를 통해 상기 냉각관(181)으로 전달될 수 있다.
한편, 상기 제어부(220)는 상기 고정자(150)에 구동 전원이 인가되면 상기 냉각유체가 상기 냉각유닛(180)을 경유하여 순환되게 상기 펌프(214)를 제어할 수 있다.
상기 펌프(214)에 의해 펌핑된 냉각유체는 상기 냉각유체유입부(185)를 통해 상기 냉각유닛(180)으로 유입될 수 있다. 상기 냉각유닛(180)으로 유입된 냉각유체는 냉각관(181)을 매개로 고정자코어(151)와 열교환할 수 있다. 이에 의해, 상기 고정자코어(151)의 열이 상기 냉각관(181)을 매개로 상기 냉각유체로 전달되어 외부로 배출되고 상기 고정자코어(151)는 냉각될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)에서 상기 고정자(150)의 냉각작용을 수행한 냉각유체는 상기 냉각유체유출부(186)를 통해 유출되고, 상기 라디에이터(217)로 이동되고 열교환(방열)되어 냉각될 수 있다. 상기 제어부(220)는 필요 시 상기 라디에이터(217)의 방열이 촉진될 수 있게 상기 냉각팬(218)을 구동시킬 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 온도감지부(225) 및/또는 상기 고정자코어온도감지부(227)에 의해 상기 냉각유체 및 고정자코어(151)의 온도를 각각 감지하고, 상기 감지 결과에 기초하여 냉각유체의 유동속도를 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기 냉각유체의 감지온도 및/또는 상기 고정자코어(151)의 감지 온도 중 적어도 어느 하나가 해당 설정온도를 초과할 경우, 상기 제어부(220)는 상기 펌프(214)의 회전속도를 증가시켜 상기 냉각유체의 유동속도를 증가시킬 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체의 유동속도가 증가하면 상기 냉각유체의 온도 상승 속도보다 냉각유체의 온도 하강 속도가 커져 상기 냉각유체의 온도가 전반적으로 하강할 수 있다. 반대로, 상기 냉각유체의 유동속도를 감소시키면 냉각유체의 온도가 전반적으로 상승할 수 있다.
상기 라디에이터(217)에서 냉각된 냉각유체는 상기 탱크(215)를 경유하여 상기 펌프(214)로 흡입되고, 다시 펌핑되는 과정을 반복하면서 상기 전동기(140)의 냉각작용을 계속해서 수행할 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 도시를 생략하고, 동일한 참조부호를 인용하여 설명하기로 한다. 또한, 일부 구성에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
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 구비할 수 있다.
본 실시예의 전동기(140)는, 고정자코어(151) 및 고정자코일(161)을 구비한 고정자(150)와, 상기 고정자(150)에 대해 상대 운동 가능한 회전자(170)와, 내부에 냉각유체의 유로가 형성되고 상기 고정자코어(151)에 결합되는 냉각관(181)을 구비한 냉각유닛(180)과, 상기 냉각관(181)의 일 측의 자기장의 변화를 억제할 수 있게 형성되는 플럭스배리어(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정자(150)의 외측에는 외함(141)이 구비될 수 있다.
상기 외함(141)은 원통형상으로 구성될 수 있다.
상기 외함(141)의 양 단부에는 브래킷(145)이 구비될 수 있다.
상기 고정자(150)는, 고정자코어(151)와, 상기 고정자코어(151)에 권선되는 고정자코일(161)을 구비할 수 있다.
상기 고정자코어(151)는 복수의 전기강판을 절연 적층하여 구성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)는, 회전자수용공간(153)과, 복수의 슬롯 및 티스를 구비할 수 있다.
상기 고정자(150)에는 냉각유닛(180)이 구비될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은, 상기 고정자코어(151)를 관통하여 결합되는 직관부(182a)와, 상기 직관부(182a)를 연결하는 곡관부(182b)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 고정자코어(151)에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 직관부(182a)가 삽입될 수 있게 삽입공(193)이 구비될 수 있다.
상기 삽입공(193)은 상기 고정자코어(151)를 축선방향으로 관통하여 형성될 수 있다.
상기 삽입공(193)은 상기 고정자코어(151)의 원주를 따라 미리 설정된 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 삽입공(193)의 간격은 서로 동일하지 아니하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 삽입공(193)은 상기 고정자코어(151)의 상부 영역의 간격이 다른 영역의 간격에 비해 더 좁게 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 고정자코어(151)의 상부영역, 즉 냉각관(181)이 집중된 영역이 다른 산개된 영역에 비해 더 많이 냉각될 수 있다.
상기 삽입공(193)과 상기 냉각관(181) 사이에는 스페이서(205b)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관(181)이 상기 삽입공(193)의 내경면과 직접 접촉되는 것이 방지될 수 있다.
예를 들면, 상기 스페이서(205b)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 원관(pipe 또는 tube) 형상으로 구성될 수 있다.
상기 냉각관(181)의 직관부(182a)에는 하나의 스페이서(205b)가 구비되게 구성될 수 있다. 상기 스페이서(205b)는 직관부(182a)와 거의 동일한 길이로 형성될 수 있다.
한편, 상기 삽입공(193)과 상기 냉각관(181) 사이에는 열전달물질(207)이 개재될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각관(181)과 상기 삽입공(193) 사이에 존재하는 공기층이 감소하게 되어 상기 고정자(150)의 열이 상기 냉각관(181)으로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 열전달물질(207)은 상기 삽입공(193)의 내경면에 도포될 수 있다. 상기 열전달물질(207)은 상기 냉각관(181)의 표면에 도포될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 전동기(140)의 구동신호가 입력되면, 상기 고정자코일(161)에는 구동 전원이 인가(입력)될 수 있다. 상기 고정자코일(161)에 의해 자계가 형성되고, 상기 회전자(170)는 상기 자계와 상호 작용하여 회전축(175)을 중심으로 회전할 수 있다. 이때, 상기 플럭스배리어(200)는 상기 냉각관(181) 주변의 자기장의 변화를 억제하여 자기장의 변화에 기인하여 상기 냉각관(181)에 유도기전력이 유기되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 상기 고정자(150)에서 발생한 열은 상기 열전달물질(207) 및/또는 스페이서(205b)를 통해 상기 냉각관(181)으로 전달되고, 상기 냉각관(181)으로 전달된 열은 상기 냉각유체에 전달되어 외부로 배출될 수 있다. 이에 의해 고정자(150)가 냉각될 수 있다.
전술 및 도시한 실시예에 있어서는, 냉각관과 고정자(냉각관 삽입슬롯) 사이에 모두 스페이서가 개재된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 냉각관과 고정자 사이에 스페이서를 제외하고 열전달물질만을 개재되게 하여 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 145 : 브래킷
150 : 고정자 151 : 고정자코어
170 : 회전자 171 : 회전자코어
175 : 회전축 180 : 냉각유닛
181 : 냉각관 182a : 직관부
182b : 곡관부 190 : 냉각관결합부
192 : 삽입슬롯 200 : 플럭스배리어
202 : 슬릿 205a : 스페이서
207 : 열전달물질 210 : 냉각유체순환유닛
212 : 유체관 214 : 펌프
217 : 라디에이터 218 : 냉각팬
220 : 제어부 225 : 온도감지부

Claims (12)

  1. 고정자코어 및 고정자코일을 구비한 고정자;
    상기 고정자에 대해 상대 운동 가능한 회전자;
    내부에 냉각유체의 유로가 형성되고 상기 고정자코어에 결합되는 냉각관을 구비한 냉각유닛; 및
    상기 냉각관의 주변의 자기장의 변화를 억제하는 플럭스배리어;를 포함하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각관은, 상기 고정자코어에 축방향으로 배치되는 직관부; 및
    상기 직관부를 연결하는 곡관부;를 포함하는 전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정자코어에는 상기 직관부가 삽입되는 삽입공이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고정자코어에는 상기 직관부가 삽입되고 외측으로 개방된 삽입슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 직관부가 상기 고정자코어로부터 이격되게 지지하는 스페이서를 더 포함하는 전동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스페이서는 절연부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각관과 상기 고정자코어 사이에 개재되어 열전달을 촉진시키는 열전달부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각관은 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 미리 설정된 간격으로 이격 배치되고, 상기 플럭스배리어는 상기 냉각관 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플럭스배리어는 상기 고정자코어의 외주로부터 반경방향을 따라 내측으로 절개된 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플럭스배리어는 상기 고정자코어의 중심으로부터 반경방향을 따라 상기 냉각관의 내측과 동일 원주상에 배치되거나 더 내측에 배치되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  11. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리에 연결되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 제1항의 전동기;
    를 포함하는 전기차량.
  12. 제11항에 있어서,
    냉각유체가 상기 냉각유닛을 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛;을 더 포함하는 전기차량.
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