KR20140079881A - 냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기 - Google Patents

냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기 Download PDF

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Abstract

냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기가 개시된다. 상기 냉각유채 공급 회수 장치는 전동기의 회전축 내경을 따라 삽입되는 냉각유체 공급 회수 장치에 있어서, 일측에 통공부가 형성된 중공 원통 형상의 제1몸체부; 상기 제1몸체부에 삽입 고정되며 내경을 따라 유체의 이동경로를 제공하는 중공 원통 형상의 제2몸체부 및 상기 제1몸체부의 내주면과 제2몸체부의 외주면 사이에 형성되어 상기 통공 방향으로 유체의 이동경로를 제공하는 채널부를 포함한다.

Description

냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기{COOLANT SUPPLYING AND COLLECTING APPARATUS AND MOTOR COMPRISING THR SAME}
본 발명은 냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원을 공급받아 고속 회전력을 발생시키는 전동기에 이용되는 냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 자력을 가지는 코일이 권선된 스테이터와 회전자 역할을 하는 로터를 포함하며, 스테이터에 권선된 코일에 인가된 전류에 의해 발생된 자속과 로터의 전자기유도에 의해 로터가 회전함에 따른 회전축의 동력을 이용하는 기기이다.
전동기는 구동 중에 스테이터와 로터로부터 고온의 열이 발생함에 따라 냉각수단이 요구된다.
전동기 냉각방식은 크게 냉각팬을 이용한 공냉식과 냉각수를 이용한 수냉식으로 구분될 수 있다. 수냉식의 경우 이중 하우징 구조를 이용하여 하우징의 내주면과 외주면 사이에 냉각부재를 삽입하여 조립하는 방법과 스테이터의 외주면을 따라 냉각부재를 삽입하여 결합하는 방법이 있다.
그러나 전동기가 구동되는 동안 회전축은 고속으로 회전하게 되며 이로 인하여 많은 양의 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 열은 회전축의 형상 변형, 회전축을 지지하기 위하여 장착되는 고정링의 마모 현상 및 전동기 내부에 장착되는 자석의 감자(減磁)효과를 유발할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 기존의 냉각방식은 하우징과 스테이터에 대한 냉각 효과는 어느 정도 기대할 수 있으나, 고속 진동하는 회전축에 의하여 발생되는 열을 냉각시키기기에는 미흡한 실정이다.
한국공개특허 2012-0121851에서는 스테이터의 외면에 냉각유닛이 결합된 전동기를 개시하고 있으나, 냉각유닛이 스테이터에만 결합되기 때문에 냉각유닛에 의한 냉각 효과가 회전축에 전달되지 않는다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전동기가 구동되는 동안 고속으로 회전하는 회전축으로부터 발생되는 열을 효율적으로 신속하게 냉각 시킬 수 있는 냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 전동기의 회전축 내경을 따라 삽입되는 냉각유체 공급 회수 장치에 있어서, 일측에 통공부가 형성된 중공 원통 형상의 제1몸체부; 상기 제1몸체부에 삽입 고정되며 내경을 따라 유체의 이동경로를 제공하는 중공 원통 형상의 제2몸체부 및 상기 제1몸체부의 내주면과 제2몸체부의 외주면 사이에 형성되어 상기 통공 방향으로 유체의 이동경로를 제공하는 채널부를 포함하는 냉각유체 공급 회수 장치를 제공한다.
상기 통공부는 복수개의 관통공이 상기 제1몸체부의 측벽을 두께 방향으로 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제1몸체부의 일측 말단은 둘레가 내경방향으로 연장되어 상기 제2몸체부의 외주면과 접촉하도록 형성될 수 있다.
상기 제1몸체부의 타측에 형성되며 외경이 상기 제1몸체부 중심부의 외경보다 작은 제1단턱부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 통공부의 외경은 상기 제1몸체부의 중심부 외경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제1몸체부의 중심부와 상기 통공부 사이에 형성되며, 외경이 상기 중심부의 외경보다는 작고 상기 통공부의 외경보다는 큰 제2단턱부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 하우징; 상기 하우징 내부에 위치하며 스테이터 코어와 상기 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일을 포함하는 스테이터; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 상기 로터의 내주면에 결합되는 회전축 및 상기 회전축 내경을 따라 삽입되며, 일측에 통공부가 형성된 중공 원통 형상의 제1몸체부, 상기 제1몸체부에 삽입 고정되며 내경을 따라 유체의 이동경로를 제공하는 중공 원통 형상의 제2몸체부 및 상기 제1몸체부의 내주면과 제2몸체부의 외주면 사이에 형성되어 상기 통공 방향으로 유체의 이동경로를 제공하는 채널부를 구비한 냉각유체 공급 회수 장치를 포함하는 전동기를 제공한다.
상기 제1몸체부의 일측 말단은 둘레가 내경방향으로 연장되어 상기 제2몸체부와 접촉하도록 형성될 수 있다.
상기 제1몸체부의 타측에 형성되며 외경이 상기 제1몸체부 중심부의 외경보다 작은 제1단턱부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 통공부의 외경은 상기 제1몸체부의 중심부 외경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제1몸체부의 중심부와 상기 통공부 사이에 형성되며, 외경이 상기 중심부의 외경보다는 작고 상기 통공부의 외경보다는 큰 제2단턱부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체 공급 회수 장치는 상기 제1단턱부 및 제2단턱부에 끼워지는 베어링을 통하여 상기 회전축에 고정될 수 있다.
본 발명인 냉각유체 공급 회수 장치 및 이를 구비한 전동기는 전동기가 구동되는 동안 고속으로 회전하는 회전축으로부터 발생되는 열을 효율적으로 신속하게 냉각 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치의 사시도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치의 단면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치와 회전축의 분리도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치와 회전축의 결합도 및
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치의 사시도, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치의 단면도이다.
도 1및 도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치(100)는 제1몸체부(10), 제2몸체부(20) 및 채널부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 제1몸체부(10)는 중공 원통 형상으로 일측 말단(15)은 둘레가 내경 방향으로 연장 형성되어 제2몸체부(20)의 외주면과 직접 접촉하며, 타측 말단에는 개구부가 형성되어 있다.
제1몸체부(10)의 일측에는 통공부(11)가 형성되어 있으며, 통공부(11)는 복수개의 관통공이 제1몸체부(10)의 측벽을 두께 방향으로 관통하여 형성될 수 있다. 통공부(11)는 예를 들면, 복수개의 관통공이 제1몸체부(10)의 둘레를 따라 일렬로 형성될 수 있다. 그러나, 관통공이 복수열로 배열되거나 불규칙한 형태로 배열되어 통공부가 형성될 수 있음은 본 발명의 기술사상에 포함되는 범주라 할 것이다.
제1몸체부(10)의 통공부(11) 외경은 제1몸체부의 중심부(13) 외경보다 작게 형성될 수 있다.
제1몸체부(10)의 타측 외경은 중심부(13)의 외경보다 작게 형성되어 중심부(13)로부터 일정한 단차를 가지는 제1단턱부(12)를 형성한다. 제1단턱부(12)의 외경은 예를 들면, 결합되는 베어링(미도시)의 내경과 동일하거나 조금 작게 형성될 수 있다.
제1몸체부의 중심부(13)와 통공부(11) 사이에는 제2단턱부(14)가 형성될 수 있다. 제2단턱부(14)의 외경은 제1몸체부의 중심부(13) 외경보다는 작고 통공부(11)의 외경보다는 크게 형성될 수 있다.
제2단턱부(14)의 외경은 예를 들면 결합되는 베어링의 내경과 동일하거나 조금 작게 형성될 수 있다.
제2단턱부(14)의 외경은 예를 들면 제1단턱부(12)의 외경과 동일하게 형성될 수 있다.
제2몸체부(20)는 중공 원통 형상으로 제1몸체부(10)의 내경을 따라 삽입되어 고정되며, 예를 들면 제1몸체부의 일측 말단(15)과 용접 방식으로 고정될 수 있다.
제2몸체부(20)의 외경은 제1몸체부의 통공부(11) 외경보다 작게 형성될 수 있으며, 제1몸체부(10)와 제2몸체부(20) 사이에는 유체가 이동할 수 있는 소정의 간극을 가지는 채널부(30)가 형성될 수 있다.
채널부(30)를 통하여 유입된 냉각유체는 통공부(11)의 관통공을 통하여 회전축(미도시)에 공급될 수 있다. 이 때 제1몸체부의 일측 말단(15)은 제2몸체부(20)의 외주면과 직접 접촉하여 냉각유체의 이동경로를 제한하게 된다.
관통공을 통하여 회전축에 공급되었던 냉각유체는 제2몸체부(20)의 일측 개구부로 회수되어 타측 개구부를 통하여 외부로 빠져나가게 된다.
이와 같이 회전축에 내삽되어 냉각유체의 이동경로를 제공하는 장치를 통하여 회전축으로부터 발생되는 열을 높은 효율로 신속하게 냉각 시킬 수 있게 된다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치와 회전축의 분리도 및 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치와 회전축의 결합도이다.
도3 및 도4를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체 공급 회수 장치(100)는 제1단턱부(12) 및 제2단턱부(14)에 각각 베어링(40)이 끼워져 회전축(150) 내경을 따라 삽입 고정될 수 있다.
이 때, 제1몸체부(10)의 일측이 회전축(150)에 먼저 삽입되게 하여 채널부(30)를 통하여 유입되는 냉각유체가 회전축(150) 내부로 공급될 수 있도록 한다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 단면도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전동기는 하우징(11); 스테이터 코어와 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일(121)을 포함하는 스테이터(120); 스테이터(120)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(130); 로터(130)의 내주면에 결합되는 회전축(250) 및 회전축(250) 내경을 따라 삽입되는 냉각유체 공급 회수 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(110)은 내부에 수용공간을 구비하며 양단이 개방되어 길이방향으로 일정 직경을 가지는 단면이 원형인 관으로 형성될 수 있다. 하우징(110)의 개방된 양단은 한 쌍의 브라켓(111)에 의하여 커버될 수 있다. 하우징(110)의 양단에 브라켓(111)이 결합됨으로써 원기둥의 형상을 가질 수 있다.
그러나, 이와는 달리 하우징의 단면이 다각형으로 구성될 수 있으며, 스테이터의 형상에 따라 다양한 형상으로 제작될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
브라켓(111)은 하우징(110)의 양 단부에 각각 결합되며, 하우징의 단부 형상에 대응되는 형상일 수 있다.
브라켓(111)에는 회전축(250)이 회전 가능하게 지지할 수 있도록 고정링(160)이 구비될 수 있다.
스테이터(120)는 하우징(110)의 내부 수용공간에 설치되어 자력을 생성할 수 있다. 스테이터(120)는 하우징(110)의 내주면에 인접하여 설치되며, 코어와 코어에 권선되는 코일(121)을 포함하여 구성될 수 있다.
스테이터(120)는 양단이 개방되어 있으며, 중앙에는 로터(130)가 회전 가능하게 수용되는 원형의 수용공간이 형성될 수 있다. 스테이터(120)의 내경부에는 로터(130)를 수용하는 공간의 원주방향을 따라 복수의 슬롯 및 티스가 형성될 수 있다.
스테이터(120)에 전류가 인가되어 자력이 발생하면, 로터(130)의 전자기유도에 의해 회전자가 회전하게 되는데, 이 때 고출력 밀도로 인하여 스테이터(120) 및 로터(130)에 열이 발생하게 된다.
로터(130)는 로터코어와, 로터코어에 결합되는 복수의 도체바 및 도체바를 통전가능하게 연결하는 엔드링을 구비한 소위 인덕션 로터(induction rotor)로 구성될 수 있다.
로터코어의 중앙에는 회전축(250)이 일체로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 로터가 인덕션 로터로 구성된 경우를 예를 들고 있으나, 영구자석을 구비한 소위 영구자석로터로 구성될 수도 있다.
또한, 로터는 자기저항의 차를 이용한 동기로터로 구성될 수도 있으며, 자기저항 차 및 영구자석을 동시에 구비한 하이브리드 로터로 구성될 수도 있다.
냉각유체 공급 회수 장치(200)는 제1몸체부(210)와 제2몸체부(220)을 포함하며 회전축(250)의 내경을 따라 결합될 수 있다. 냉각유체 공급 회수 장치(200)는 일측 및 타측에 형성된 제1단턱부 및 제2단턱부에 각각 베어링(140)이 끼워져 회전축(250) 내경을 따라 삽입 고정될 수 있다.
이 때, 제1몸체부(210)의 일측이 회전축에 먼저 삽입되게 하여 채널부를 통하여 유입되는 냉각유체가 회전축(250) 내부로 공급될 수 있도록 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 210: 제1몸체부
11: 통공부
12: 제1단턱부
13: 중심부
14: 제2단턱부
20, 220: 제2몸체부
30: 채널부
40, 140: 베어링
100, 200: 냉각유체 공급 회수 장치
110: 하우징
120: 스테이터
121: 스테이터 코일
130: 로터
131: 로터 코일
150, 250: 회전축
160: 고정링

Claims (12)

  1. 전동기의 회전축 내경을 따라 삽입되는 냉각유체 공급 회수 장치에 있어서,
    일측에 통공부가 형성된 중공 원통 형상의 제1몸체부;
    상기 제1몸체부에 삽입 고정되며 내경을 따라 유체의 이동경로를 제공하는 중공 원통 형상의 제2몸체부 및
    상기 제1몸체부의 내주면과 제2몸체부의 외주면 사이에 형성되어 상기 통공부 방향으로 유체의 이동경로를 제공하는 채널부를 포함하는 냉각유체 공급 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통공부는 복수개의 관통공이 상기 제1몸체부의 측벽을 두께 방향으로 관통하여 형성되는 냉각유체 공급 회수 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 일측 말단은 둘레가 내경방향으로 연장되어 상기 제2몸체부의 외주면과 접촉하는 냉각유체 공급 회수 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 타측에 형성되며 외경이 상기 제1몸체부 중심부의 외경보다 작은 제1단턱부를 더 포함하는 냉각유체 공급 회수 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통공부의 외경은 상기 제1몸체부의 중심부 외경보다 작게 형성되는 냉각유체 공급 회수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 중심부와 상기 통공부 사이에 형성되며, 외경이 상기 중심부의 외경보다는 작고 상기 통공부의 외경보다는 큰 제2단턱부를 더 포함하는 냉각유체 공급 회수 장치.
  7. 하우징;
    상기 하우징 내부에 위치하며 스테이터 코어와 상기 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일을 포함하는 스테이터;
    상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터;
    상기 로터의 내주면에 결합되는 회전축 및
    상기 회전축 내경을 따라 삽입되며, 일측에 통공부가 형성된 중공 원통 형상의 제1몸체부, 상기 제1몸체부에 삽입 고정되며 내경을 따라 유체의 이동경로를 제공하는 중공 원통 형상의 제2몸체부 및 상기 제1몸체부의 내주면과 제2몸체부의 외주면 사이에 형성되어 상기 통공 방향으로 유체의 이동경로를 제공하는 채널부를 구비한 냉각유체 공급 회수 장치를 포함하는 전동기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 일측 말단은 둘레가 내경방향으로 연장되어 상기 제2몸체부와 접촉하는 전동기
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 타측에 형성되며 외경이 상기 제1몸체부 중심부의 외경보다 작은 제1단턱부를 더 포함하는 전동기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통공부의 외경은 상기 제1몸체부의 중심부 외경보다 작게 형성되는 전동기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 중심부와 상기 통공부 사이에 형성되며, 외경이 상기 중심부의 외경보다는 작고 상기 통공부의 외경보다는 큰 제2단턱부를 더 포함하는 전동기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각유체 공급 회수 장치는 상기 제1단턱부 및 제2단턱부에 끼워지는 베어링을 통하여 상기 회전축에 고정되는 전동기.
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