KR20140078786A

KR20140078786A - 냉각 구조를 갖는 모터

Info

Publication number: KR20140078786A
Application number: KR1020120147180A
Authority: KR
Inventors: 서재만
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-26

Abstract

냉각 구조를 갖는 모터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전력을 제공하며 냉각 구조를 갖는 모터에 있어서, 내부에 소정 공간이 형성된 모터 하우징; 상기 모터 하우징 내부에 마련되어 환형의 계철에 다수의 자석이 장착된 로터; 소정 길이를 가지며 일단은 상기 로터의 중심에 결합되고, 타단은 상기 모터 하우징을 관통하며 베어링에 의해 지지되는 회전축; 상기 모터 하우징 내부에 설치되고 상기 로터와 일정간격 이격되어 상기 로터를 감싸는 코일이 권선된 스테이터; 및 상기 코일로부터 발생된 열을 소산(消散)시키도록 상기 모터 하우징 내부의 소정 공간에 충진된 열전도율이 높은 오일;을 포함하는 냉각 구조를 갖는 모터가 제공될 수 있다.

Description

냉각 구조를 갖는 모터{Motor having cooling structure}

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터에 발생되는 열을 용이하게 방열시킬 수 있는 냉각 구조를 갖는 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 모터는 전원을 인가받아 회전력을 제공하는 장치로서, 다양한 분야에서 사용되고 있는 공지의 기술이다. 이러한 모터는 회전시 발생되는 열에 의해 모터가 파손되는 것을 방지하도록 냉각 구조가 마련되어 사용되고 있다.

도 1에는 종래의 모터의 냉각 구조가 나타나 있다. 도면을 참조하면, 모터(10)는 모터 하우징(20)과, 모터 하우징(20)의 내부에 마련되어 환형의 계철에 다수의 자석(미도시)이 장착되며 중앙에 회전축(40)이 결합된 로터(30)와, 상기 로터(30)에 대한 회전 구동력을 발생시키기 위한 스테이터(50)로 구성된다. 이때, 스테이터(50)에는 코일(60)이 권선되며, 이 코일(60)에 전원이 인가되면 전자기력에 의해 로터(30)가 회전축(40)과 함께 회전하게 된다.

이와 같은 모터(10)를 최대출력(최대전류)으로 구동할 경우 열이 발생하여 모터(10) 내에 마련된 자석의 자력이 감소하게 된다. 상기 자석의 자력이 감소하면 모터(10)의 회전력 또한 감소되어 요구되는 회전력을 제공할 수 없는 문제가 발생한다. 이러한 모터(10)의 구성요소 중 코일(60)에서 가장 많은 열이 발생하기 때문에 코일(60)의 열을 소산(消散)시키는 것이 효과가 가장 크다. 즉, 도시된 모터(10)는 모터 하우징(20) 내의 공기층(S)을 통하여 코일(60)에 발생된 열을 모터 하우징(20)에 전달하여 방열시키도록 이루어진다.

한편, 이러한 모터(10)로부터 발생되는 열을 소산시키기 위하여 모터의 구조를 개선한 다양한 방식의 모터가 제안되어 사용되고 있다. 모터는 통상적으로 수냉식, 공냉식, 히트파이프(heatpipe) 방식이 사용되고 있다. 예컨대, 미국공개특허 US2010/0264759호에 개시된 수냉식 구조를 갖는 모터는 모터의 하우징 및 모터의 회전축에 냉각액이 흐르도록 유로를 형성하여 열을 소산시키는 구조가 나타나 있다. 또한, 미국등록특허 US07196439호에 개시된 공냉식 구조를 갖는 모터는 모터의 하우징에 공기의 흐름을 위한 관통공들을 형성하여 열을 소산시키는 구조가 나타나 있다. 아울러, 미국등록특허 US7378766호에 개시된 히트파이프 방식의 모터는 모터로부터 발생되는 열을 방출하도록 복수의 핀부재가 마련된 구조가 나타나 있다.

상기와 같이, 모터로부터 발생되는 열을 소산시키기 위한 다양한 방식 중 수냉식 구조가 열 소산율이 가장 높으나, 수냉식 구조의 접목이 불가능한 경우 또는 수냉식 구조를 채택하기 위하여 모터의 구성품을 별도로 가공하여야 함은 물론, 냉각액을 순환시키기 위한 별도의 부재가 마련되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 공냉식 및 히트파이프 방식의 경우에도 별도로 모터의 구성품을 가공하여야 함으로 제조비용의 증가 및 가공 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.

US 2010/0264759 A1 (GENERAL ELECTRIC COMPANY) 2010. 10. 21. US 7196439 B2 (VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR) 2006. 08. 17. US 7378766 B2 (VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR) 2007. 03. 29.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 모터 및 모터의 구성품을 별도로 가공하지 않고 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 소산시킬 수 있는 냉각 구조를 갖는 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전력을 제공하며 냉각 구조를 갖는 모터에 있어서, 내부에 소정 공간이 형성된 모터 하우징; 상기 모터 하우징 내부에 마련되어 환형의 계철에 다수의 자석이 장착된 로터; 소정 길이를 가지며 일단은 상기 로터의 중심에 결합되고, 타단은 상기 모터 하우징을 관통하며 베어링에 의해 지지되는 회전축; 상기 모터 하우징 내부에 설치되고 상기 로터와 일정간격 이격되어 상기 로터를 감싸는 코일이 권선된 스테이터; 및 상기 코일로부터 발생된 열을 소산(消散)시키도록 상기 모터 하우징 내부의 소정 공간에 충진된 열전도율이 높은 오일;을 포함하는 냉각 구조를 갖는 모터가 제공될 수 있다.

또한, 상기 오일은 로터의 회전시 비산되어 상기 모터 하우징의 내부면과의 접촉에 의해 열을 전달하도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 오일은 상기 코일로부터 발생된 열을 모터 하우징에 전달하도록 상기 오일의 비산시 코일과 접촉되는 위치까지 충진될 수 있다.

본 발명에 따른 냉각 구조를 갖는 모터는 공기보다 높은 열전도율을 갖는 오일을 모터 하우징 내에 채워 넣음으로써 가장 높은 열이 발생되는 코일의 열을 모터 하우징에 전도시켜 높은 방열효과를 얻을 수 있다. 또한, 오일만을 이용하여 열을 소산시키도록 이루어짐으로써 모터 및 모터의 구성품을 가공하여야하는 불편함을 제거하여 모터의 제조비용 및 가공시간을 감소시킬 수 있다. 즉, 모터를 가공하지 않더라도 코일의 열을 소산시켜 자석의 자력이 감소되는 것을 방지함으로써 요구되는 모터의 회전력을 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 모터의 냉각 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 구조를 갖는 모터를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 로터가 회전됨에 따라 오일이 비산된 상태를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 구조를 갖는 모터를 나타내는 단면도이다.

도면을 참조하면, 모터(110)는 내부에 소정 공간이 형성된 모터 하우징(120)과, 모터 하우징(120)의 내부에 마련되어 환형의 계철에 다수의 자석(미도시)이 장착된 로터(130)와, 소정 길이를 가지며 일단은 로터(130)의 중심에 결합되고 타단은 모터 하우징(120)을 관통하도록 배치된 회전축(140)과, 모터 하우징(120) 내부에 설치되고 로터(130)와 일정간격 이격되어 로터(130)에 대한 회전 구동력을 발생시키기 위한 스테이터(150)를 구비한다. 이때, 스테이터(150)에는 코일(160)이 권선되며, 이 코일(160)에 전원이 인가되면 전자기력에 의해 로터(130)가 회전축(140)과 함께 회전하게 된다.

이러한 모터(110)에는 회전축(140)을 회전가능하게 지지하도록 회전축(140)과 모터 하우징(120) 사이에 볼베어링(122,123)이 장착된다. 도시된 바와 같이, 볼베어링(122,123)은 회전축(140)의 안정적인 지지를 위해 회전축(140)이 관통 설치되는 모터 하우징(120)의 전방측과 후방측에 각각 설치되어 회전축(140)을 지지하게 된다.

상기와 같은 모터(110)는 발명의 배경이 되는 기술에서 전술된 모터(10)와 동일한 기능 및 동일한 구조를 가지며, 일반적으로 사용되는 공지의 기술로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 모터 하우징(120) 내에 형성된 수용공간에는 회전축(140), 로터(130), 코일(160)이 권선된 스테이터(150)가 설치되며, 이 각 구성요소와 모터 하우징(120) 내면 사이에 공기층이 형성되는데, 종래에는 이 공기층(도 1의 'S' 참조) 즉, 공기를 통하여 모터(도 1의 '10' 참조)로부터 발생된 열을 모터 하우징(도 1의 '20' 참조)에 전달하여 방열시키도록 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터 하우징(120) 내의 공기층 즉, 모터 하우징(120)의 내부에는 오일(100)이 충전되어 모터(110)로부터 발생된 열을 모터 하우징(120)에 전달하여 방열시키도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 오일(100)은 밀폐된 모터 하우징(120) 내의 소정 공간 즉, 모터(110)를 구성하는 부품 이외의 공간에 채워진다. 이때, 오일(100)은 모터 하우징(120) 내의 공간 전체가 채워지도록 충진될 수 있으나, 로터(130)가 회전됨에 따라 발생되는 회전력에 의해 오일(100)이 비산되어 코일(160)과 접촉될 수 있을 정도로 채워지는 것이 바람직하다. 이는, 모터(110)의 구성요소 중 코일(160)에서 가장 많은 열이 발생하고, 이 코일(160)의 열을 소산(消散)시키는 것이 효과가 가장 크기 때문이다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 로터(130)가 회전시 오일(100)이 비산되어 모터 하우징(120)의 내부면 측으로 비산하게 되며, 비산된 오일(100)은 코일(160) 및 모터 하우징(120)과 접촉된 상태를 유지함으로써, 코일(160)로부터 발생된 열을 모터 하우징(120)에 전달하여 열을 소산(消散)시키는 역할을 수행한다.

한편, 도 2에 도시된 모터의 냉각 구조에 있어서, 모터 하우징(120) 내에 오일(100)이 전체적으로 채워진 것으로 도시되어 있으나, 이는 전술한 바와 같이, 로터(130)가 회전되어 오일(100)의 비산시 코일(160)과 접촉되는 위치까지 충진된 것으로 이해되어야 한다.

부가적으로, 오일은 공기의 열전도도 보다 높은 열전도도를 갖는 재질로 이루어진다. 즉, 알려진 바와 같이 공기의 열전도도는 0.025W/mK이다. 이에 비해 본 발명에 따른 오일(100)의 열전도도는 대략 1W/mK 내지 3W/mK를 갖는다. 따라서, 오일(100)의 열전도도는 공기의 열전도도에 비하여 대략 40배 내지 120배 높은 열전도도를 갖는다. 이에 따라 오일(100)이 공기에 비해 높은 열전도도를 갖춤으로써 열전도의 효과가 증가한다는 것은 이 기술에 속한 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 냉각 구조를 갖는 모터는 종래의 공기를 이용한 냉각 구조에 비해 열전도도가 높은 오일(100)을 이용함으로써 코일(160)로부터 발생된 열을 모터 하우징(120)에 전달하여 원활한 방열 성능을 확보할 수 있게 된다. 즉, 코일(160)로부터 발생된 열에 의해 로터(130)에 마련된 자석(미도시)의 자력이 감소되는 것을 최소화함으로써 요구되는 모터(110)의 회전력을 제공할 수 있음은 물론, 모터(110)로부터 발생된 열을 소산시킴으로써 모터(110)의 내구성이 향상되는 효과가 발생하게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 오일 110 : 모터
120 : 모터 하우징 130 : 로터
140 : 회전축 150 : 스테이터
160 : 코일

Claims

회전력을 제공하며 냉각 구조를 갖는 모터에 있어서,
내부에 소정 공간이 형성된 모터 하우징;
상기 모터 하우징 내부에 마련되어 환형의 계철에 다수의 자석이 장착된 로터;
소정 길이를 가지며 일단은 상기 로터의 중심에 결합되고, 타단은 상기 모터 하우징을 관통하며 베어링에 의해 지지되는 회전축;
상기 모터 하우징 내부에 설치되고 상기 로터와 일정간격 이격되어 상기 로터를 감싸는 코일이 권선된 스테이터; 및
상기 코일로부터 발생된 열을 소산(消散)시키도록 상기 모터 하우징 내부의 소정 공간에 충진된 열전도율이 높은 오일;을 포함하는 냉각 구조를 갖는 모터.
제1항에 있어서,
상기 오일은 로터의 회전시 비산되어 상기 모터 하우징의 내부면과의 접촉에 의해 열을 전달하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각 구조를 갖는 모터.
제2항에 있어서,
상기 오일은 상기 코일로부터 발생된 열을 모터 하우징에 전달하도록 상기 오일의 비산시 코일과 접촉되는 위치까지 충진된 것을 특징으로 하는 냉각 구조를 갖는 모터.