KR20160053215A - Water-cooling device integrated housing for a motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 제작이 용이하면서 냉각수의 개선된 열교환 효율을 갖는 전동기용 수냉각장치 일체형 하우징에 관한 것이다.
The present invention relates to an integrated water cooling apparatus housing for an electric motor having an improved heat exchange efficiency of cooling water while being easy to manufacture.
현재 전동기 산업분야에서 고출력 소형·경량화 전동기의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 철도 및 전기·하이브리드차용 전동기로 기존의 고출력 밀도화 시키는데 한계가 있는 유도전동기에서 고출력 밀도화가 가능한 영구자석 동기전동기로 전환되고 있는 상황이다.Nowadays, there is a need for small and lightweight electric motors with high power output in the motor industry. As a result, induction motors, which have limitations in achieving high output densities, are being converted to permanent magnet synchronous motors capable of achieving high output density with railway and electric hybrid motors.
고출력 밀도화가 가능한 영구자석 동기전동기는 동일 출력 대비 유도전동기에 비해 최대 0.5배 소형화 시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 소형화 될수록 방열면적이 줄어들어 고정자 권선의 높은 전류밀도로 인해 발생한 열로 인하여 전동기 내부의 온도가 높아진다. 이로 인한 출력 감소뿐만 아니라 전동기의 수명에 악영향을 미칠 수 있다. The permanent magnet synchronous motor capable of high output density can be miniaturized up to 0.5 times as much as the induction motor compared to the same output. However, as the size becomes smaller, the heat dissipation area decreases, and the temperature inside the motor increases due to heat generated by the high current density of the stator winding. This may adversely affect the life of the motor as well as the power reduction.
따라서 전동기를 냉각시키기 위한 효율적인 수냉각장치의 필요성이 요구되고 있다. 수냉각장치 장착을 통해 구동 중 전동기 각 부품의 온도에 미치는 영향을 줄이기 위해 허용온도 이하로 유지하는 것이 중요하다. Therefore, there is a need for an efficient water cooling device for cooling the motor. It is important to keep the temperature below the permissible temperature to reduce the influence on the temperature of each part of the motor during driving through the water cooler installation.
기존의 수냉각장치는 나선형 수냉각방식을 기본으로 하고 있으며, 예를 들어, The existing water cooling apparatus is based on a spiral water cooling system. For example,
등록특허공보 제10-1062191호(공고일자: 2011.09.05)와 등록특허공보 제10-0948154호(공고일자: 2010.03.18)에서는 나선형 수냉각을 적용하고 있으며, 냉각 유로의 감는 방식을 다르게 적용하는 방식이 일반적이다.In Patent Publication No. 10-1062191 (Publication Date: 2011.09.05) and Patent Publication No. 10-0948154 (Publication Date: Mar. 18, 2010), spiral water cooling is applied and the cooling channel winding method is applied differently .
도 1은 일반적인 전동기의 수냉각장치를 보여주는 도면으로, 하우징(10) 내에는 원통형 나선으로 감긴 코일관(20)이 삽입되며, 코일관(20)의 입구(21)와 출구(22)를 통해 냉각수의 순환이 이루어져 냉각이 이루어진다.1 is a view showing a water cooling device of a general electric motor. A
한편, 등록특허공보 제10-0940606호(공고일자: 2010.02.05)와, 공개특허공보 제10-2009-0073791호(공개일자: 2009.07.03)에서는 수냉각장치 유로 사이에 돌기와 냉각유로 냉각 차폐막을 설치하여 단위면적당 열교환을 위한 표면적을 증가시켜, 냉각수의 열전달을 촉진시키는 것을 제안하고 있다.On the other hand, in Patent Document 10-0940606 (Published on Feb. 22, 2010) and Published Japanese Patent Application No. 10-2009-0073791 (Open Date: 2009.07.03), the protrusion and cooling channel cooling shielding film To increase the surface area for heat exchange per unit area, thereby promoting the heat transfer of the cooling water.
그러나 이러한 나선형 수냉각장치는 제작과정에서 형상 설계의 어려움이 있으며, 나선형 관을 매입시키거나 나선형 유로를 주조하는 과정에서 온도차로 인한 터짐 현상과 접촉 열저항으로 인한 열교환의 손실이 발생하게 된다. 또한 유로 사이에 돌기와 냉각 차폐막을 설치할 경우 국소 부분에 난류를 형성하게 되어 열전달을 촉진시킬 수 있지만, 이와 같은 방식은 제작과정의 형상설계에 큰 어려움으로 나타날 수 있다.
However, such a spiral water cooling apparatus has a difficulty in designing the shape during the manufacturing process. In the process of embedding the spiral tube or casting the spiral channel, heat transfer due to the temperature difference and the contact heat resistance occurs. In addition, when the projections and the cooling shielding film are provided between the flow paths, turbulence is formed in the local portion, thereby promoting the heat transfer. However, such a method may be a great difficulty in designing the shape of the manufacturing process.
등록특허공보 제10-1062191호(공고일자: 2011.09.05)Patent Registration No. 10-1062191 (Date of Notification: 2011.09.05)
등록특허공보 제10-0948154호(공고일자: 2010.03.18)Patent Registration No. 10-0948154 (Publication Date: Mar. 18, 2010)
등록특허공보 제10-0940606호(공고일자: 2010.02.05)Registered Patent Publication No. 10-0940606 (Date of Notification: 2010.02.05)
공개특허공보 제10-2009-0073791호(공개일자: 2009.07.03)
Open Patent Publication No. 10-2009-0073791 (Published date: 2009.07.03)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제작이 용이하면서 냉각수의 개선된 열교환 효율을 갖는 전동기용 수냉각장치 일체형 하우징(이하, "일체형 하우징"으로도 약칭함)을 제공하고자 한다.
An object of the present invention is to provide a housing for an electric motor water cooling apparatus (hereinafter abbreviated as "integral housing") having an improved heat exchange efficiency of cooling water with easy fabrication.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기용 수냉각장치 일체형 하우징은, 전동기의 고정자 코어가 내삽되는 원통 형상의 하우징으로써, 원주 방향으로 복수개의 냉각유로가 나란하게 형성되고 서로 이웃하는 냉각유로가 최소한 하나 이상의 연결유로에 의해 연결되는 냉각수용 유로가 일체로 형성됨을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a housing integrated with a water cooling apparatus for an electric motor, comprising: a cylindrical housing into which a stator core of an electric motor is inserted; a plurality of cooling passages arranged in a circumferential direction, And at least one cooling flow passage connected by at least one connection flow passage is integrally formed.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 냉각유로를 형성하도록 원주 방향으로 나란하게 돌출 형성되되, 일부가 절개되어 상기 연결유로를 제공하게 되는 복수의 격벽이 일체로 형성된 하우징 몸체와; 상기 하우징 몸체와 조립되어 상기 격벽의 상단과 기밀을 이루게 되며, 냉각수의 공급과 배출을 위한 입수포트와 출수포트를 갖는 하우징 커버;를 포함한다.Preferably, in the present invention, a housing body is formed integrally with a plurality of partition walls protruding in a circumferential direction so as to form the cooling passage, the partition walls being partially cut to provide the connection passage; And a housing cover which is assembled with the housing body to be hermetically sealed with the upper end of the partition wall and has an inlet port and an outlet port for supplying and discharging cooling water.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 서로 이웃한 연결유로의 사잇각은 180°를 포함한 둔각 범위인 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the angle of the adjacent connecting flow paths is an obtuse angle range including 180 degrees.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 냉각수용 유로는 좌우 대칭되게 2채널로 구성되어 각 채널 별로 냉각수의 공급과 배출이 이루어지는 입수포트와 출수포트가 마련됨을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the cooling water channel is symmetrically formed in two channels, and an inlet port and an outlet port are provided for supplying and discharging cooling water for each channel.
보다 바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 입수포트는 각 채널의 출수포트 사이에 배치됨을 특징으로 한다.
More preferably, in the present invention, the inlet port is disposed between the outlet ports of each channel.
본 발명에 따른 전동기용 수냉각장치 일체형 하우징은, 수냉각을 위한 냉각수용 유로가 일체로 형성됨으로써, 제작이 용이하고 종래의 나선형 수냉각장치와 비교하여 접촉 열저항을 줄일 수 있는 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The integrated housing for a motor-driven water cooling system according to the present invention has an effect that it is easy to manufacture and the contact thermal resistance can be reduced compared with a conventional spiral water cooling device by integrally forming a cooling water flow path for water cooling.
또한 본 발명은 냉각수용 유로를 2채널 구조로 구성함으로써, 보다 효율적인 냉각이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, a cooling channel is formed in a two-channel structure, whereby more efficient cooling can be achieved.
도 1은 일반적인 전동기의 수냉각장치를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 일체형 하우징의 하우징 몸체의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 일체형 하우징의 하우징 몸체의 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 일체형 하우징에서의 냉각수 흐름을 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 일체형 하우징의 유로 구조에 대한 냉각수 유동 해석 결과를 보여주는 도면.1 is a view showing a water cooling device of a general motor,
2 is a perspective view of a housing body of the integral housing according to the present invention,
3 is a front view of the housing body of the integral housing according to the present invention,
4 is a view showing the flow of cooling water in the integral housing according to the present invention,
5 is a view showing a result of cooling water flow analysis for a flow path structure of an integral housing according to the present invention.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
The specific structure or functional description presented in the embodiment of the present invention is merely illustrative for the purpose of illustrating an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments described herein, but should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 및 도 3에 예시된 것과 같이, 본 발명의 일체형 하우징은, 영구자석 동기전동기의 고정자 코어가 내삽되는 원통 형상의 하우징으로써, 원주 방향으로 복수개의 냉각유로(111a)가 나란하게 형성되고 서로 이웃하는 냉각유로가 최소한 하나 이상의 연결유로(111b)에 의해 연결되는 냉각수용 유로(111a)(111b)가 일체로 형성됨을 특징으로 한다.As illustrated in Figs. 2 and 3, the integral housing of the present invention is a cylindrical housing into which a stator core of a permanent magnet synchronous motor is inserted, in which a plurality of
구체적으로, 본 발명의 일체형 하우징은 냉각유로를 형성하도록 원주 방향으로 나란하게 돌출 형성된 격벽(112)이 일체로 형성된 하우징 몸체(110)와, 하우징 몸체(110)와 조립되어 격벽의(111) 상단과 기밀을 이루게 되는 하우징 커버(120)를 포함한다.Specifically, the integral housing of the present invention includes a
격벽(112)은 하우징 몸체(110)의 외주면을 따라서 원주 방향으로 돌출 형성되며, 그 일부가 절개되어 이웃하는 냉각유로(111a)를 연결하게 되는 연결유로(111b)를 제공한다.The
연결유로(111b)는 격벽(112)에 대해 일정한 경사각을 갖고 형성될 수 있으나, 본 발명에서 연결유로(111b)는 격벽(112)과 수직하게 형성되며, 따라서 냉각유로(111a)와 연결유로(111b)는 수직하게 연결되어 연결유로(111b) 주변에 난류유동이 형성되어 냉각수 유동에 의해 정체 구간 형성에 도움을 주어 열 교환량을 증가시킬 수 있을 것이다.The
바람직하게는, 본 발명에 있어서 냉각수용 유로(111a)(111b)는 좌우 대칭되게 2개의 채널로 구성됨을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the cooling
구체적으로 도 3 및 도 4를 참고하면, 냉각수용 유로(111)(111b)는 하우징 몸체(110)의 중심축(C)에 대해 좌우 대칭되는 제1채널(C1)과 제2채널(C)로 구성될 수 있으며, 각 채널 별로 냉각수의 공급과 배출이 이루어지는 입수포트(121a)(122a)와 출수포트(121b)(122b)가 마련된다.3 and 4, the
바람직하게는, 입수포트(121a)(122a)는 각 채널의 출수포트(121b)(122b) 사이에 배치되며, 따라서 양측 끝단보다 상대적으로 온도가 높은 전동기의 중심부로 냉각수가 유입되어 양측 끝단으로 냉각수의 배출이 이루어져 보다 효율적인 냉각 성을 얻을 수 있다.The
격벽(112)에 형성된 연결유로(111b)는 최소한 하나 이상 마련될 수 있으며, 예를 들어, 각 격벽(112)에 하나의 연결유로가 마련되는 경우에 전체 냉각수용 유로는 직렬로 연결되어 냉각수가 흐르게 되며, 한편 각 격벽(112)에 두 개 이상의 연결유로가 마련되는 경우에는 전체 냉각수용 유로는 병렬로 연결되어 냉각수가 흐를 수 있다.At least one
하우징 커버(120)는 하우징 몸체(110) 바깥에 조립되어 격벽(112) 상단과 기밀을 이루게 되며, 냉각수의 공급과 배출을 위하여 하나의 냉각 채널에 대해 한 쌍의 입수포트와 배수포트가 마련된다.The
하우징 커버(120)는 열처리로 팽창시켜 하우징 몸체(110)의 격벽(112) 상단과 밀폐가 이루어져 하우징 몸체(110)와 조립이 이루어지며, 따라서 냉각수용 유로(111a)(111b)를 따라서 순환하게 되는 냉각수의 누수를 방지하고 접촉 열저항을 최소화한다.
The
바람직하게는, 서로 이웃한 연결유로의 사잇각은 180°를 포함한 둔각 범위인 것을 특징으로 한다.Preferably, the angle of the adjacent connecting flow paths is an obtuse angle range including 180 degrees.
이에 대한 구체적인 실시예로써, 도 3에서 제2채널(C2)을 참고하여 설명하도록 하며, 제2채널(C2)에서 중심축(C)을 기준으로 좌측부터 격벽의 순서에 따라서 알파벳 대문자 순서로 도면부호를 표기하고 해당 격벽의 연결유로는 알파벳 소문자 순서로 도면부호를 표기하여 설명한다.As a concrete example of this, it will be described with reference to the second channel (C2) in Fig. 3, and in the order of the partition walls from the left side with respect to the central axis C in the second channel (C2) And the connection flow path of the corresponding barrier is described in alphabetical lower case order with the reference numerals.
본 실시예에서 제1격벽(A)의 연결유로(a)와 제2격벽(B)의 연결유로(b)는 사잇각이 180°를 갖고 각 격벽의 서로 반대 방향 배치되며, 또한 제2격벽(B)의 연결유로(b)와 이웃한 제3격벽(C)의 연결유로(c)는 사잇각이 180°를 갖고 각 격벽의 서로 반대 방향 배치된다.In the present embodiment, the connection flow path a of the first partition A and the connection flow path b of the second partition B have an angle of 180 ° and are arranged in opposite directions to each other, B and the connection channel c of the third partition C adjacent to each other are arranged at opposite sides of the partition walls with an angle of 180 °.
도 4를 참고하면, 이러한 연결유로 구조를 갖는 하우징에서는 서로 이웃하는 냉각유로의 냉각수 흐름이 서로 반대 방향으로 흐르면서 전동기에서 발생되는 열을 흡수한다.Referring to FIG. 4, in the housing having such a connection channel structure, the cooling water flows of the adjacent cooling channels flow in opposite directions to absorb heat generated in the motor.
한편 본 실시예에서는 각 격벽에 하나의 연결유로가 형성되어 이웃하는 격벽의 연결유로가 180°인 것으로 예시하여 설명하였으나, 각 격벽의 연결유로의 숫자에 따라서는 이웃하는 격벽 사이의 연결유로 사잇각은 둔각의 범위 내에서 결정될 수 있다.In the present embodiment, one connection passage is formed in each partition wall, and the connection passage of the adjacent partition walls is 180. However, depending on the number of the connection passage of each partition wall, Can be determined within the range of the obtuse angle.
도 5는 본 발명에 따른 일체형 하우징의 유로 구조에 대한 냉각수 유동 해석 결과를 보여주는 도면으로, 하우징의 외측면 원주 방향으로 형성된 두 냉각유로를 연결하게 되는 연결유로 주변에서 난류유동이 형성되어 냉각수 유동에 대한 정체구간 형성에 도움을 주어 열 교환량이 증가될 수 있음을 알 수가 있다.
FIG. 5 is a view showing a result of a cooling water flow analysis for a channel structure of an integral type housing according to the present invention, wherein a turbulent flow is formed around a connection channel connecting two cooling channels formed in a circumferential direction of a housing, It can be seen that heat exchange capacity can be increased by helping to form the stagnation zone.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
110 : 하우징 몸체
111a : 냉각유로
111b : 연결유로
112 : 격벽
120 : 하우징 커버110:
111b: connecting passage 112: partition wall
120: housing cover
Claims (6)
원주 방향으로 복수개의 냉각유로가 나란하게 형성되고 서로 이웃하는 냉각유로가 최소한 하나 이상의 연결유로에 의해 연결되는 냉각수용 유로가 일체로 형성됨을 특징으로 하는 수냉각장치 일체형 하우징.As a cylindrical housing in which a stator core is inserted,
Wherein a plurality of cooling flow paths are formed in parallel in the circumferential direction and cooling flow paths in which adjacent cooling flow paths are connected by at least one or more connection flow paths are integrally formed.
상기 하우징 몸체와 조립되어 상기 격벽의 상단과 기밀을 이루게 되며, 냉각수의 공급과 배출을 위한 입수포트와 출수포트를 갖는 하우징 커버;를 포함하는 수냉각장치 일체형 하우징.[2] The apparatus of claim 1, further comprising: a housing body protruding in a circumferential direction so as to form the cooling channel, the housing body partially formed with a plurality of partitions to provide the connection channel;
And a housing cover which is assembled with the housing body so as to be hermetically sealed with the upper end of the partition wall and has an inlet port and an outlet port for supplying and discharging cooling water.
상기 하우징은, 원주 방향으로 복수개의 냉각유로가 나란하게 형성되고 서로 이웃하는 냉각유로가 최소한 하나 이상의 연결유로에 의해 연결되는 냉각수용 유로가 일체로 형성됨을 특징으로 하는 전동기.An electric motor including a housing in which a stator core is housed,
Wherein the housing is integrally formed with a plurality of cooling flow paths in the circumferential direction and cooling flow paths in which neighboring cooling flow paths are connected by at least one or more connection flow paths.
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