KR20140003673A

KR20140003673A - 냉각팬이 내장된 모터

Info

Publication number: KR20140003673A
Application number: KR1020120067332A
Authority: KR
Inventors: 이정호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-01-10
Also published as: KR101927219B1

Abstract

냉각 팬이 내장된 모터는 마그네트를 포함하는 로터; 상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및 상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며, 상기 냉각팬 몸체로부터 측정한 상기 냉각 날개의 높이는 18mm 내지 22mm 이고, 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽을 향해 4°내지 6°기울어지게 배치되며, 상기 냉각 날개의 개수는 9개 내지 12개를 포함한다.

Description

냉각팬이 내장된 모터{MOTOR WITH BUILT-IN COOLING FAN}

본 발명은 냉각팬이 내장된 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전기 에너지를 회전력으로 변경시키는 장치로서, 모터는 마그네트가 장착되며 샤프트와 함께 회전되는 로터(rotor) 및 로터의 주변을 감싸는 스테이터 코어 및 스테이터 코어에 권선된 코일을 포함하는 스테이터를 포함한다.

스테이터 코어에 권선된 코일에 인가된 전류에 의하여 코일로부터는 전자기력이 형성되고 코일로부터 발생된 전자기력 및 로터의 마그네트로부터 발생된 자기장이 반응하여 발생 된 척력 또는 인력에 의하여 로터는 스테이터에 대하여 회전된다.

고출력 모터의 경우 코일로부터 다량의 열이 발생 되고 코일로부터 발생된 열은 모터의 효율을 크게 감소시키기 때문에 종래 모터 중 일부 모터에는 냉각수가 스테이터의 외측으로 순환되는 워터 자켓이 형성된다.

그러나, 워터 자켓 및 냉각수를 이용하여 수냉식으로 모터를 냉각하기 위해서는 냉각수의 누수 없이 모터를 냉각시키기 위하여 매우 복잡한 구조를 갖게 되고 누수에 의한 쇼트 문제가 발생 될 수 있으며, 유지 보수가 매우 어려운 문제점을 갖는다.

본 발명은 냉각 팬이 내부에 내장되어 열을 발생시키는 부분을 직접적으로 공냉식으로 냉각시켜 간단한 구성을 가지고 냉각 효율과 연관된 냉각 인자(cooling factor)를 최적화하여 우수한 냉각 특성을 갖는 냉각 팬이 내장된 모터를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일실시예로서, 냉각 팬이 내장된 모터는 마그네트를 포함하는 로터; 상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및 상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며, 상기 냉각팬 몸체로부터 측정한 상기 냉각 날개의 높이는 18mm 내지 22mm이다.

냉각 팬이 내장된 모터의 상기 냉각팬 몸체는 원판 형상으로 형성되며, 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리의 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽으로 경사지게 형성된다.

냉각 팬이 내장된 모터의 상기 냉각 날개는 평판 형상 및 상기 냉각팬 몸체의 안쪽으로 오목하게 형성된 곡판 형상 중 어느 하나로 형성된다.

냉각 팬이 내장된 모터의 상기 냉각팬 몸체의 직경은 31mm 내지 39mm이다.

냉각 팬이 내장된 모터의 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리를 따라 9개 내지 12개가 형성되며, 각 냉각 날개는 등 간격으로 형성된다.

일실시예로서, 냉각 팬이 내장된 모터는 마그네트를 포함하는 로터; 상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및 상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며, 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽을 향해 4°내지 6°기울어지게 배치된다.

일실시예로서, 냉각 팬이 내장된 모터는 마그네트를 포함하는 로터; 상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및 상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며, 상기 냉각팬 몸체로부터 측정한 상기 냉각 날개의 높이는 18mm 내지 22mm 이고, 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽을 향해 4°내지 6°기울어지게 배치되며, 상기 냉각 날개의 개수는 9개 내지 12개를 포함한다.

본 발명에 따른 냉각 팬이 내장된 모터에 의하면, 수냉식이 아닌 공냉식으로 모터의 스테이터의 코일을 냉각 시켜보다 단순한 구성으로 모터의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 코일을 냉각시키는 냉각 팬(50)의 주요 인자(factor)들을 최적화하여 코일의 냉각 효율 및 모터의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 팬이 내장된 모터의 단면도이다.
도 2는 도 1의 냉각 팬을 발췌 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 냉각 팬을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2의 냉각 팬의 높이를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2의 냉각 날개의 높이 및 배치 각도에 따른 여유 온도의 등고선도이다.
도 6은 도 2의 냉각 날개의 높이에 따른 여유 온도를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명의 일실시예에서, 빈번하게 사용되는 기술 용어인 "여유 온도"는 모터의 한계 온도(예를 들어, 120℃)에서 모터의 코일의 평균 온도를 뺀 온도로서 정의된다.

도 1을 참조하면, 모터(100)는 모터 하우징(10), 스테이터(20), 로터(30), 샤프트(40) 및 냉각 팬(50)을 포함한다.

모터 하우징(10)은, 예를 들어, 원통 형상으로 형성되며, 모터 하우징(10)의 내부에는 공간부가 형성되며, 공간부의 내벽을 따라 스테이터(20)가 배치된다.

스테이터(20)는 복수 개의 치를 가지는 코어에 코일을 권선하여 형성되며, 코일에 전류가 인가됨에 따라 코일로부터는 전자기력이 발생 된다.

로터(30)는 스테이터(20)의 중앙에 형성된 원통형의 공간부에 회전 가능하게 설치되며, 로터(30)는 디스크 형상을 갖는 얇은 두께의 로터 코어편을 복수 매 적층 되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로터(30)에는 복수 개의 마그네트가 스테이터(20)를 마주보는 위치에 배치되며, 마그네트들은 로터(30)의 내부에 형성된 마그네트 삽입공에 삽입되어 결합 된다.

샤프트(40)는 로터(30)의 중심에 형성된 샤프트 홀에 압입 되며, 샤프트(40)는 베어링 등에 의하여 모터 하우징(10)에 회전 가능하게 결합 된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 냉각 팬(50)은 로터(30)의 상단 및 로터(30)의 상단과 대향 하는 하단 중 적어도 하나에 결합 되며, 냉각 팬(50)은 로터(30)와 함께 X 방향으로 회전되면서 모터 하우징(10)의 내부에 공기 흐름을 형성하고 이로 인해 스테이터(20)에 권선 된 코일은 냉각된다.

스테이터(20)에 권선 된 코일의 열을 냉각시키는 냉각 팬(50)은 냉각 팬(50)의 구조 및 형상에 의하여 모터(100)의 효율이 크게 차이 나며, 따라서 냉각 팬(50)의 냉각 효율을 향상시킬 경우 스테이터(20)에 권선 된 코일의 열을 효율적으로 냉각시켜 모터(100)의 전체 효율 역시 크게 향상시킬 수 있다.

냉각 팬(50)은 로터(30)의 상단 및/또는 하단에 배치되는 원판 형상의 냉각팬 몸체(52) 및 냉각팬 몸체(52)에 형성된 복수 개의 냉각 날개(54)들을 포함한다.

원판 형상을 갖는 냉각팬 몸체(52)의 중앙부에는 샤프트(40)가 통과하기에 적합한 관통홀(55)이 형성된다.

냉각 날개(54)는 냉각팬 몸체(52)의 상면의 테두리를 따라서 복수개가 원형으로 배열될 수 있고, 냉각 날개(54)는 냉각팬 몸체(52)의 상면에 대하여 실질적으로 수직 하게 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 냉각 팬(50)을 이루는 냉각 날개(54)의 개수, 구조 및 형상에 의하여 냉각 팬(50)에 의한 스테이터(20)에 권선 된 코일의 냉각 효율은 크게 증가 된다.

본 발명의 일실시예에서, 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 인자(factor)로는 냉각팬 몸체(52)의 반경, 냉각 날개(54)의 높이, 냉각 날개(54)의 폭, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도, 냉각 날개(54)의 개수 및 냉각 날개의 형상 등을 들 수 있다.

냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 다수 개의 인자들 중 실질적으로 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 큰 영향을 미치는 인자들로는 냉각 날개(54)의 높이, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도 및 냉각 날개(54)의 개수 및 냉각 날개(54)의 형상을 들 수 있다.

냉각 날개(54)의 형상은 냉각 날개(54)를 평판 형상으로 형성하여도 무방하며, 냉각 날개(54)의 평상은 냉각팬 몸체(42)의 중앙을 향하는 방향으로 오목하게 형성된 곡판 형상이어도 무방하다.

본 발명의 일실시예에서, 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 다수 개의 인자들은 상호 교호적으로 작용하지 않는 바, 상기 인자들의 교호 작용은 고려하지 않기로 한다.

본 발명의 일실시예에서, 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 인자(factor)인 냉각팬 몸체(52)의 반경(R, 도 2 참조)은 모터(100)의 구조를 고려하여 31mm 내지 39mm 범위에 포함된다.

냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 인자(factor)인 냉각 날개(54)의 높이(H)는 도 4에 도시된 바와 같이 10mm 내지 32mm 범위에 포함된다.

또한, 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 인자(factor)인 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ, 도 3 참조)는 5°내지 15°범위에 포함된다.

또한, 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 인자(factor)인 냉각 날개(54)의 개수는 도 2에 도시된 바와 같이 9 개 내지 15개일 수 있고, 냉각 날개(54)는 냉각판 몸체(52)에 등 간격으로 형성된다.

이하, 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는 각 인자(R,H,θ)들에 의한 "여유 온도"의 변화를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

앞서 정의된 바와 같이 "여유 온도"는 모터(100)의 한계 온도(예를 들어, 120℃)에서 모터의 코일의 평균 온도를 뺀 온도이며, 따라서, 여유 온도가 높을수록 냉각 팬(50)에 의한 모터(100)의 냉각 효율 및 모터(100)의 효율은 향상된다.

도 5에 도시된 등온선은 냉각 팬(50)의 냉각팬 몸체(52)의 반경(R)이 39mm이고, 냉각 날개(54)의 폭은 10mm이며, 냉각 날개(54)의 개수는 9개일 때 여유 온도의 등온선이다. 특히, 냉각 날개(54)의 높이(H)는 10mm 내지 22mm의 범위 내에서 변경되며, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ)는 5°내지 20°범위 내에서 변경된다.

도 5를 참조하면, 냉각 날개(54)의 높이(H) 및 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ)를 변경하면서 시뮬레이션을 수행한 바, 녹색으로 갈수록 여유 온도는 높고, 청색으로 갈수록 여유 온도는 낮아진다.

시뮬레이션 결과에 의하면, 냉각 날개(54)의 높이(H)가 18mm 내지 24mm의 범위 내에 포함되고, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 안쪽으로 이루는 각도(θ)가 4°내지 6°일 때 여유 온도가 상대적으로 높았고, 이외의 구간에서는 여유 온도가 상대적으로 낮게 형성된다.

도 6을 참조하면, 냉각 날개(54)의 높이(H)가 22mm이고, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ)가 5°일 때, 여유 온도는 최대값인 34℃를 갖는다.

본 발명의 일실시예에서, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ)를 고정한 후, 냉각 날개(54)의 높이(H)를 변경하여도 비교적 높은 여유 온도를 확보할 수 있다.

이와 다르게, 냉각 날개(54)의 높이(H)를 고정한 후 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ)를 변경하여도 비교적 높은 여유 온도를 확보할 수 있다.

이는 냉각 날개(54)의 높이(H) 및 각도(θ)가 교호적으로 작용하지 않고 단독적으로 냉각 효율에 작용하기 때문이다.

한편, 본 발명의 일실시예에서, 냉각 날개(54)의 개수 역시 냉각 팬(50)의 냉각 효율에 영향을 미치는데, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 이루는 각도(θ) 및 냉각 날개(54)의 높이(H)를 고정한 후 냉각 날개(54)의 개수를 변경하여도 여유 온도의 변화를 가져오게 된다.

시뮬레이션 결과에 의하면, 냉각 날개(54)의 개수가 6 개일 경우 여유 온도는 약 31.7℃이고, 냉각 날개(54)의 개수가 9개 내지 12개 일 경우 여유 온도는 약 34℃ 정도이며, 냉각 날개(54)의 가공성, 무게, 공기 저항 등을 감안하였을 때, 냉각 날개(54)의 개수는 9 개 내지 12개일 수 있다.

한편, 냉각 팬(50)에 의한 냉각 효율을 극대화하기 위해서는 냉각 팬(50)의 냉각팬 몸체(52)에 9 개 내지 12개의 냉각 날개(54)를 형성하고, 각 냉각 날개(54)의 높이(H)는 약 18mm 내지 약 24mm로 형성하며, 냉각 날개(54)가 냉각팬 몸체(52)의 접선 방향에 대하여 안쪽으로 이루는 각도(θ)는 약 4°내지 약 6°인 것이 냉각 팬(50)에 의한 냉각 효율 및 모터(100)의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 수냉식이 아닌 공냉식으로 모터의 스테이터의 코일을 냉각 시켜보다 단순한 구성으로 모터의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 코일을 냉각시키는 냉각 팬(50)의 주요 인자(factor)들을 최적화하여 코일의 냉각 효율 및 모터의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...모터 10...모터 하우징
20...스테이터 30...로터
40...샤프트 50...냉각 팬

Claims

마그네트를 포함하는 로터;
상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및
상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며,
상기 냉각팬 몸체로부터 측정한 상기 냉각 날개의 높이는 18mm 내지 22mm 인 냉각 팬이 내장된 모터.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬 몸체는 원판 형상으로 형성되며, 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리의 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽으로 경사지게 형성된 냉각 팬이 내장된 모터.
제1항에 있어서,
상기 냉각 날개는 평판 형상 및 상기 냉각팬 몸체의 안쪽으로 오목하게 형성된 곡판 형상 중 어느 하나로 형성된 냉각 팬이 내장된 모터.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬 몸체의 직경은 31mm 내지 39mm인 냉각 팬이 내장된 모터.
제1항에 있어서,
상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리를 따라 9개 내지 12개가 형성되며, 각 냉각 날개는 등 간격으로 형성된 냉각 팬이 내장된 모터.
마그네트를 포함하는 로터;
상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및
상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며,
상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽을 향해 4°내지 6°기울어지게 배치된 냉각 팬이 내장된 모터.
제6항에 있어서,
상기 냉각 날개는 평판 형상 및 상기 냉각팬 몸체의 안쪽으로 오목하게 형성된 곡판 형상 중 어느 하나로 형성된 냉각 팬이 내장된 모터.
제6항에 있어서,
상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리를 따라 9개 내지 12개가 형성되며, 각 냉각 날개는 등 간격으로 형성된 냉각 팬이 내장된 모터.
마그네트를 포함하는 로터;
상기 로터를 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선 된 코일을 포함하는 스테이터; 및
상기 로터의 단부에 배치된 냉각팬 몸체 및 상기 냉각팬 몸체의 테두리에 배치되며 상기 냉각팬 몸체와 수직 하게 배치된 냉각 날개들을 포함하는 냉각 팬을 포함하며,
상기 냉각팬 몸체로부터 측정한 상기 냉각 날개의 높이는 18mm 내지 22mm 이고, 상기 냉각 날개는 상기 냉각팬 몸체의 테두리 접선을 기준으로 상기 냉각팬 몸체의 안쪽을 향해 4°내지 6°기울어지게 배치되며, 상기 냉각 날개의 개수는 9개 내지 12개인 냉각 팬이 내장된 모터.