KR20150144294A

KR20150144294A - 히트 싱크를 갖는 회전자

Info

Publication number: KR20150144294A
Application number: KR1020150085100A
Authority: KR
Inventors: 제임스 칭 식 라우; 팅 헤; 체옹 윙 유엔; 유 잉 리; 양 큉 호우
Original assignee: 존슨 일렉트릭 에스.에이.
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN105207380A; DE102015109467A1; JP2016005431A; US20150364975A1

Abstract

히트 싱크를 갖는 회전자
모터용 회전자(50)는 샤프트(51), 회전자 코어(54) 및 회전자 권선을 포함한다. 상기 회전자 코어(54)는 상기 샤프트에 고정되며, 복수개의 티쓰(56)를 갖는다. 인접 티쓰 사이에 권선 슬롯이 형성된다. 상기 회전자(50)가 열도전성 재료로 제조된 히트 싱크(60)를 포함한다. 상기 히트 싱크가 2개의 환형부(61, 65) 및 상기 2개의 환형부를 연결하는 복수개의 연결 부재(63)를 포함한다. 상기 환형부는 상기 회전자 코어의 각 축방향 단부에 위치된다. 상기 연결 부재(63)는 각 권선 슬롯 내에 배치되며 상기 회전자 권선과 열적으로 연결된다. 상기 히트 싱크는 상기 회전자를 냉각하기 위한 팬을 형성하는 블레이드(66)를 갖는다.

Description

히트 싱크를 갖는 회전자{ROTOR WITH HEAT SINK}

본 발명은 모터에 관한 것이며, 특히 일체형 히트 싱크를 갖는 전기 모터용 회전자에 관한 것이다.

브러시 모터는 샤프트를 갖는 회전자, 상기 샤프트에 고정된 정류자 및 회전자 코어, 및 상기 회전자 코어의 티쓰 둘레로 감기며 정류자의 세그먼트와 전기적으로 연결되는 회전자 권선을 포함한다. 모터의 동작 동안, 회전자 권선은 열을 발생한다. 모터의 열이 적시에 방출될 수 없다면, 모터의 수명 외에도 효율이 감소될 수 있다.

그러므로, 개선된 열 방출 메카니즘을 갖는 모터에 대한 필요성이 있다.

따라서, 일 측면에서, 본 발명은 모터용 회전자를 제공하고, 이는 샤프트, 상기 샤프트에 고정된 회전자 코어 및 상기 회전자 코어에 감긴 회전자 권선을 포함하며, 상기 회전자 코어는 외부로 연장하는 복수개의 티쓰를 포함하며, 인접 티쓰 사이에 권선 슬롯이 형성되며, 상기 회전자 권선의 유효부가 상기 권선 슬롯내에 배치되며, 상기 회전자가 열도전성 재료로 제조된 히트 싱크를 더 포함하며, 상기 히트 싱크가 2개의 환형부 및 상기 2개의 환형부를 상호 연결하는 복수개의 연결 부재를 포함하며, 상기 2개의 환형부는 상기 회전자 코어의 각 축방향 단부에 위치되며, 상기 연결 부재는 각 권선 슬롯 내에 수용되며 상기 회전자 권선의 유효부와 열적으로 연결된다.

바람직하게는, 상기 회전자 권선의 축방향 단부는 상기 회전자 코어의 각 축방향 단부에 위치되며, 상기 히트 싱크의 상기 환형부와 열적으로 연결된다.

바람직하게는, 상기 히트 싱크는 상기 회전자 코어와 회전자 권선 상에 형성된 모놀리식 구조체이다.

바람직하게는, 상기 히트 싱크의 연결 부재의 방사상 최외측은 상기 회전자 코어의 방사상 최외측 표면과 실질적으로 동일한 높이이다.

다르게는, 상기 히트 싱크의 연결 부재의 방사상 최외측 및 상기 회전자 코어의 상기 티쓰의 방사상 최외측 표면은 실질적으로 동일한 원주면 상에 위치된다.

바람직하게는, 상기 샤프트에 고정된 정류자를 더 포함하며, 상기 정류자는 상기 회전자의 원주 방향으로 배치된 복수개의 정류자 세그먼트를 포함하며, 상기 정류자 세그먼트는 상기 회전자 권선과 전기적으로 연결되는 연결부를 포함하며, 상기 히트 싱크의 환형부 중 하나는 상기 연결부로 연장하며 열적으로 연결되는 축방향 연장부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 히트 싱크의 상기 환형부 중 하나는 상기 회전자가 회전하는 경우 기류를 생성하기 위한 복수개의 블레이드를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 블레이드는 상기 회전자의 방사상으로 연장하며, 원심 팬을 형성한다.

바람직하게는, 각각의 블레이드는 L-형상이며 상기 대응하는 환형부의 축방향 단부면으로부터 상기 회전자의 축방향으로 돌출하며, 상기 대응하는 환형부의 방사상 표면으로부터 상기 회전자의 방사 방향으로 돌출한다.

제2 측면에 따르면, 본 발명은 고정자 및 회전자를 포함하는 모터를 제공하며, 상기 고정자는 모터 하우징 및 상기 모터 하우징의 개방 단부에 장착된 단부 캡을 포함하며, 상기 회전자는 샤프트, 상기 샤프트에 고정된 회전자 코어 및 상기 회전자 코어에 감긴 회전자 권선을 포함하며, 상기 회전자 코어는 외부로 연장하는 복수개의 티쓰를 포함하며, 인접 티쓰 사이에 권선 슬롯이 형성되며, 상기 회전자 권선의 유효부가 상기 권선 슬롯내에 배치되며, 상기 회전자가 열도전성 재료로 제조된 히트 싱크를 더 포함하며, 상기 히트 싱크가 2개의 환형부 및 상기 2개의 환형부를 상호 연결하는 복수개의 연결 부재를 포함하며, 상기 2개의 환형부는 상기 회전자 코어의 각 축방향 단부에 위치되며, 상기 연결 부재는 각 권선 슬롯 내에 수용되며 상기 회전자 권선의 유효부와 열적으로 연결된다.

바람직하게는, 상기 모터 하우징 및/또는 단부 캡은 공기 통과를 위한 관통 홀을 포함한다.

바람직하게는, 상기 히트 싱크의 상기 환형부 중 하나는 상기 회전자가 회전하는 경우 기류를 생성하기 위한 복수개의 블레이드를 더 포함하고, 상기 모터 하우징은 상기 블레이드와 방사 방향으로 정렬된 관통 홀을 포함한다.

바람직하게는, 상기 회전자의 방사상 외측면 및 상기 고정자가 그 사이에 공기 갭을 형성하며, 상기 모터 하우징은 상기 공기 갭과 소통하는 관통 홀을 가져서, 열 방출 기류 통로를 형성한다.

바람직하게는, 상기 고정자는 상기 모터 하우징의 일 단부에 배치된 브러시 조립체를 더 포함하며, 상기 브러시 조립체는 브러시를 포함하며, 상기 모터 하우징은 상기 브러시에 대응하는 관통 홀을 갖는다.

전술한 관점에서, 본 발명의 회전자에서는, 히트 싱크는 상기 회전자 권선과 열적으로 연결되며, 이는 상기 회전자 권선의 열 방출 효율을 증대시키고, 따라서 회전자의 열 방출을 개선한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 이제 수반하는 도면의 도면들을 참조하여 예를 들어서만 기재할 것이다. 도면들에서, 하나 보다 많은 도면에서 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 이들이 나타나는 도면들 모두에서 동일한 참조번호로 표시한다. 도면들에서 도시된 구성요소 및 특성의 치수는 일반적으로 표시의 편의와 명료성을 위해서 선택한 것이며, 반드시 실제 축적대로 도시되는 것은 아니다. 도면은 아래와 같다.
도 1은 양호한 실시예에 따른 모터의 투시도이다.
도 2는 도 1과 유사하나 다른 각도에서 본 투시도이다.
도 3은 단부 캡이 제거된 도 1의 모터를 도시한다.
도 4는 도 1의 모터의 전면도이다.
도 5는 도 4의 모터에서 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도이다.
도 6은 도 4의 모터에서 선 B-B를 따라 절취한 횡단면도이다.
도 7은 도 1의 모터의 회전자를 도시한다.
도 8은 도 7의 회전자의 히트 싱크의 투시도이다.
도 9는 도 8과 유사하나 다른 각도에서 본 투시도이다.

도면은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 모터(20)를 도시한다. 모터는 영구 자석 직류(PMDC) 브러시 모터이다. 모터(20)는 고정자(30) 및 회전자(50)를 포함한다.

고정자(30)는 개방 단부를 갖는 원통형 모터 하우징(31), 모터 하우징(31)의 내부면에 장착된 4개의 영구 자석(41), 및 모터 하우징(31)의 개방 단부에 장착된 브러시 조립체(43) 및 단부 캡(38)을 포함한다. 모터 하우징(31)의 개방 단부에 클림프(crimp) 또는 연결 탭(34)이 형성된다. 단부 캡(38)이 장착된 이후에, 연결 탭(34)이 내부로 구부러져 단부 캡(38)을 모터 하우징(31)에 고정시킨다. 모터 하우징(31)은 그 다른 단부에 바닥부(35)를 포함한다. 바닥부(35) 및 단부 캡(38) 각각은 베어링(47, 48)을 장착하기 위한 베어링 홀더를 형성한다. 브러시 조립체(43)는 적어도 한 쌍의 브러시(44)를 포함한다. 적어도 한 쌍의 브러시(44)가 외부 전원과 연결하기 위하여 전원 케이블(45)과 연결된다.

도 5 내지 도 7을 참조로, 회전자(50)는 샤프트(51), 샤프트(51)에 고정적으로 장착된 정류자(53) 및 회전자 코어(54), 및 회전자 권선(59)을 포함한다. 정류자(53)는 샤프트(51)의 원주 방향을 따라 배치된 복수개의 정류자 세그먼트를 포함한다. 회전자 코어(54)는 허브부(55) 및 허브부(55)로부터 방사상으로 연장하는 6개의 티쓰(56)를 포함한다. 6개의 티쓰는 샤프트(51)의 원주 방향으로 균일하게 분포되며, 인접 티쓰(56) 사이에 권선 슬롯이 형성된다. 자극편(57)이 각 투쓰(56)의 방사상 외곽 단부에 배치된다. 자극편(57)은 공기 갭을 가로질러 영구 자석(41)과 마주하여, 고정자에 대한 회전자의 회전을 허용한다. 인접한 자극편(57)은 권선 슬롯 중 대응하는 하나에 대한 슬롯 개구를 규정한다. 회전자 권선(59)의 유효부가 권선 슬롯 내에 수용되고, 회전자 권선(59)의 단부가 회전자 코어(54)의 축방향 단부에 위치된다. 회전자 권선은 정류자의 세그먼트에 전기적으로 및 물리적으로 연결된다. 회전자 권선(59)은 클림프 연결, 용접 등에 의해 정류자 세그먼트에 연결될 수 있어, 이들 사이에 전기적 연결을 달성한다. 본 발명은 다른 수의 티쓰, 영구 자석 및 정류자 세그먼트를 갖는 모터에 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 본 발명이 PMDC 브러시 모터와 결부하여 설명되었지만, 유니버셜 모터의 회전자와 같은 다른 유형의 모터의 회전자에 이용될 수 있다.

회전자(50)는 열 도전 재료로 제조된 히트 싱크(60)를 더 포함한다. 히트 싱크(60)는 2개의 환형부(61, 65) 및 2개의 환형부(61, 65) 사이에 연결된 복수개의 연결 부재(63)를 포함한다. 2개의 환형부(61, 65)는 회전자 코어(54)의 2개의 축방향 단부에 배치되고 회전자 권선(59)의 단부와 열적으로 연결된다. 연결 부재(63)는 각 권선 슬롯내에 수용되고, 회전자 권선의 유효부와 열적으로 연결된다. 이 실시예에서, 히트 싱크(60)는 PA6와 같은 1W/(mk) 보다 크거나 같은 열 도전성을 갖는 도전성 플라스틱으로 제조된다. 히트 싱크(60)는 주입 몰딩에 의해 회전자 코어에 걸쳐 일체로 형성된다.

바람직하게는, 연결 부재(63)는 권선 슬롯의 나머지 공간을 채운다(즉, 연결 부재(63) 및 회전자 권선(59)의 유효부가 함께 각각의 권선 슬롯을 채움). 연결 부재(63)의 공기보다 더 우수한 열 도전 성능으로 인하여, 회전자 권선(59)에 의해 생성되는 열은 연결 부재(63)에 의해 신속하게 배출될 수 있다. 또한, 연결 부재(63)가 회전자 권선의 외부면에 배치되므로 인하여, 종래 공정과 같이 회전자 권선(59)의 배선을 고정하기 위한 접착제가 필요하지 않다.

바람직하게는, 연결 부재(63)의 방사상 최외측은 대응하는 인접 투쓰(56)의 방사상 최외단부(자극편(57))와 실질적으로 동일한 높이이다. 보다 바람직하게는, 연결 부재(63)의 방사상 최외측과 회전자 코어의 방사상 최외측 표면은 실질적으로 동일한 원주면 상에 위치된다. 따라서, 회전자는 평활한 외측 원주면을 가져서, 공기 마찰로 인한 회전 저항을 감소한다.

동작 동안, 정류자(53)의 세그먼트가 또한 이를 통과하여 흐르는 전류 및 브러시로 인한 마찰로 인하여 열을 생성한다. 이 실시예에서, 히트 싱크(60)의 환형부(65)는 정류자(53) 쪽으로 연장하며 감소된 외곽 직경을 갖는 축방향 연장부(68)를 포함한다. 축방향 연장부(68)는 권선(59)과 연결된 정류자 세그먼트의 탱 또는 연결부를 둘러싸고 열적으로 연결하여, 정류자 세그먼트로부터 열을 신속하게 방출한다.

이 실시예에서, 히트 싱크의 환형부(65)는 원심 팬을 형성하는 복수개의 블레이드(66)를 포함한다. 회전자의 회전 동안, 블레이드(66)는 기류를 생성하여 히트 싱크(60)의 열 방출을 촉진한다. 블레이드(66)는 회전자로부터 방사상으로 연장한다. 각각의 블레이드는 L-형상이며, 환형부(65)의 축방향 단부면으로부터 회전자의 축방향으로 돌출하며, 환형부(65)의 방사상 표면으로부터 회전자의 방사상 방향으로 돌출하여, 회전자가 회전하는 경우 회전자에 걸쳐 기류를 생성하는 원심 팬을 형성한다.

바람직하게는, 정류자(53) 및 브러시 조립체(43) 특히 브러시(44)로부터 열을 보다 효과적으로 방출하기 위하여 블레이드(66)는 정류자(53)에 인접한 히트 싱크(60)의 환형부(65) 상에 일체로 형성된다.

모터 하우징(31)은 팬으로부터 방사상 기류를 배기하여 열 방출을 촉진하기 위하여 블레이드(66)에 대응하는 관통 홀(32)을 갖는다. 모터 하우징(31)의 바닥부(35)는 관통 홀(36)을 가지며, 단부 캡(38)은 관통 홀(39)을 갖는다. 관통 홀(36, 39)은 공기가 모터 하우징(31)으로 축방향으로 흐르도록 하여 팬에 공급되어 회전자를 냉각한다. 팬은 홀(39)로부터 정류자 및 브러시 조립체에 걸쳐 공기를 끌어내고, 홀(36)로부터 고정자와 회전자 사이의 공기 갭을 통해 회전자 코어 및 자석에 걸쳐 공기를 끌어낸다.

또한, 모터 하우징(31)은 브러시(44)의 열 방출을 촉진하기 위하여 브러시 조립체(43)의 브러시(44)와 정렬된 관통 홀(33)을 더 포함한다. 바람직하게는, 모터 하우징(31)의 관통 홀(33)은 팬의 블레이드(66)에 의해 생성된 열 방출 기류와 흐름 소통한다.

본 발명의 상세한 설명 및 청구의 범위에서, 동사 "comprise", "include", "contain" 및 "have" 각각 및 그 변형은 언급된 아이템 또는 특징의 존재를 규정하도록 포괄적 개념으로 이용되나, 추가 아이템 또는 특징의 존재를 배제하지는 않는다.

명료성을 위해 별개 실시예들의 맥락으로 설명된 본 발명의 특정 특징들이 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다는 것이 이해되어진다. 역으로, 간략성을 위해 단일 실시예의 맥락으로 설명된 본 발명의 다양한 특징들이 또한 임의의 적절한 하위-조합(sub-combination)으로 또는 개별적으로 제공될 수 있다.

상기한 실시예들은 예시로서만 제공되었고, 다양한 다른 변형들이 본 명세서에 규정된 바와 같은 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에게 명백할 것이다.

Claims

모터용 회전자로서, 샤프트(51), 상기 샤프트에 고정된 회전자 코어(54) 및 상기 회전자 코어 상에 감기는 회전자 권선(59)을 포함하며, 상기 회전자 코어(54)는 외부로 연장하는 복수개의 티쓰(56)를 포함하며, 인접 티쓰 사이에 권선 슬롯이 형성되며, 상기 회전자 권선(59)의 유효부가 상기 권선 슬롯내에 배치되며,
상기 회전자(50)가 열도전성 재료로 제조된 히트 싱크(60)를 더 포함하며, 상기 히트 싱크가 2개의 환형부(61, 65) 및 상기 2개의 환형부(61, 65)를 상호 연결하는 복수개의 연결 부재(63)를 포함하며, 상기 2개의 환형부는 상기 회전자 코어(54)의 각 축방향 단부에 위치되며, 상기 연결 부재(63)는 각 권선 슬롯 내에 수용되며 상기 회전자 권선(59)의 유효부와 열적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 회전자.
청구항 1에 있어서, 상기 회전자 권선(59)의 축방향 단부는 상기 회전자 코어(54)의 각 축방향 단부에 위치되며, 상기 히트 싱크(60)의 상기 환형부(61, 65)와 열적으로 연결되는, 회전자.
청구항 1에 있어서, 상기 히트 싱크(60)는 상기 회전자 코어(54)와 회전자 권선(59) 상에 형성된 모놀리식 구조체인, 회전자.
청구항 1에 있어서, 상기 히트 싱크(60)의 연결 부재(63)의 방사상 최외측은 상기 회전자 코어(54)의 방사상 최외측 표면과 실질적으로 동일한 높이인, 회전자.
청구항 1에 있어서, 상기 히트 싱크(60)의 연결 부재(63)의 방사상 최외측 및 상기 회전자 코어(54)의 상기 티쓰(56)의 방사상 최외측 표면은 실질적으로 동일한 원주면 상에 위치되는, 회전자.
청구항 1에 있어서, 상기 샤프트(51)에 고정된 정류자(53)를 더 포함하며, 상기 정류자(53)는 상기 회전자의 원주 방향으로 배치된 복수개의 정류자 세그먼트를 포함하며, 상기 정류자 세그먼트는 상기 회전자 권선(59)과 전기적으로 연결되는 연결부를 포함하며, 상기 히트 싱크의 환형부(65) 중 하나는 상기 정류자(53)의 연결부 위로 연장하며 열적으로 연결되는 축방향 연장부(68)를 더 포함하는, 회전자.
청구항 1에 있어서, 상기 히트 싱크(60)의 상기 환형부(65) 중 하나는 상기 회전자가 회전하는 경우 기류를 생성하기 위한 복수개의 블레이드(66)를 더 포함하는, 회전자.
청구항 7에 있어서, 상기 블레이드(66)는 상기 회전자(50)의 방사상으로 연장하며, 원심 팬을 형성하는, 회전자.
청구항 7에 있어서, 각각의 블레이드(66)는 L-형상이며 상기 대응하는 환형부(65)의 축방향 단부면으로부터 상기 회전자(50)의 축방향으로 돌출하며, 상기 대응하는 환형부(65)의 방사상 표면으로부터 상기 회전자의 방사 방향으로 돌출하는, 회전자.
고정자(30) 및 회전자(50)를 포함하는 모터로서, 상기 고정자는 모터 하우징(31) 및 상기 모터 하우징의 개방 단부에 장착된 단부 캡(38)을 포함하며,
상기 회전자(50)는 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에서 규정되는 것을 특징으로 하는, 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 히트 싱크의 상기 환형부(65) 중 하나는 상기 회전자가 회전하는 경우 기류를 생성하기 위한 복수개의 블레이드(66)를 더 포함하며, 상기 모터 하우징(31)은 상기 블레이드와 방사 방향으로 정렬된 관통 홀(32)을 포함하는, 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 회전자(50)의 방사상 외측면 및 상기 고정자가 그 사이에 공기 갭을 형성하며, 상기 모터 하우징(31)은 상기 공기 갭과 소통하는 관통 홀(36)을 가져서, 열 방출 기류 통로를 형성하는, 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 고정자(30)는 상기 모터 하우징(31)의 일 단부에 배치된 브러시 조립체(43)를 더 포함하며, 상기 브러시 조립체는 브러시(44)를 포함하며, 상기 모터 하우징은 상기 브러시와 방사상으로 정렬된 관통 홀(33)을 갖는, 모터.