KR20160127271A - 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은, 내부에 작동유체가 내장된 히트파이프로 이루어지고, 모터의 길이방향을 형성하는 외주면에 설치되어 외주면의 적어도 일부를 감싸며, 내부의 작동유체가 모터의 열에 의해 작동되면서 증발 및 응축을 반복함에 따라 모터를 냉각시키는 환형의 방열 슬리브;를 포함한다. 본 발명은, 방열 슬리브가 모터의 외주면을 감싸므로 접촉면적이 확장된다.

Description

급속냉각이 가능한 모터용 열교환기 {RAPID COOLING CAPABLE HEAT EXCHANGER FOR MOTOR}

본 발명은 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 모터에 열교환이 가능하게 설치되어 모터의 열을 급속으로 냉각시키는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기에 관한 것이다. 특히, 차량의 주행에 사용되는 모터에 설치되어 모터의 열을 급속으로 방열하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 동손, 철손, 기계손 등의 손실로 인해 열을 발생하게 된다. 동손은 코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 저항손실이다. 그리고, 철손은 전기자 철심 내에서 자화의 방향이 교번적으로 변하여 철심 내부에서 생기는 손실이며, 히스테리시스 손실 및 와전류 손실로 구분된다.

모터는 최근들어 전기차나 하이브리드 차량에 설치되어 차륜을 구동시킨다. 이러한 모터는 차량의 엔진룸이나 격실에 설치되어 외부의 이물질로부터 보호된다. 하지만, 이러한 경우 모터는 엔진룸이나 격실에 의해 전술한 바와 같이 발생되는 열을 원활하게 외부로 방열하지 못한다. 따라서, 모터는 미흡한 방열로 인한 열적 스트레스로 인하여 수명과 성능이 저하된다.

이를 방지하고자, 대한민국 특허청에 특허등록된 등록 제10-665048호(히트파이프를 이용한 모터의 급속 냉각구조, 노상현)는 청구항 1에 기재된 바와 같이, 모터 본체의 표면에 설치된 복수의 제1 방열핀 사이에, 열전도성이 우수한 히트파이프를 설치하고, 이 히트파이프를 통해 모터 본체의 표면에서 발생한 열을 방출하며, 히트파이프에 전달된 열은 모터 뒷부분에 설치된 복수의 제2 방열핀으로 전달되고, 모터와 히트파이프와 제1 방열핀 및 제2 방열핀의 냉각을 도와주기 위해 제2 방열핀에 인접하게 송풍기를 설치하여 이루어지는 모터의 급속 냉각구조를 제안하고 있다. 즉, 종래기술에 의한 노상현 특허는 모터의 길이방향을 따라 모터의 표면에 형성된 제1 방열핀들 사이에 원통형의 히트파이프를 모터의 길이방향을 따라 설치하여 제1 방열핀의 열을 송풍기가 설치된 제2 방열핀으로 전달하는 발명을 제공하고 있다.

그러나, 이러한 종래기술은 원통형의 히트파이프를 제1 방열핀들 사이에 일일이 끼워지는 상태로 설치해야 하므로 설치가 까다롭고, 원통형의 히트파이프가 형상적 특성에 의해 사실상 선접촉하므로 모터의 열을 원활하게 방열할 수 없다.

이와 달리, 대한민국 특허청에 특허출원되어 공개된 공개 제10-2004-59944호(모터 방열 모듈, 주식회사 만도)는 청구항 1에 기재된 바와 같이, 내부에 고정자와 회전자가 수용되는 하우징과; 상기 회전자를 구성하는 회전자 프레임과, 상기 하우징의 중심에 상기 회전자 프레임과 일체로 회전되는 모터축과; 상기 모터축의 일단에 모터축과 일체로 회전되는 방열팬과; 상기 회전자 프레임의 외주에 회전자 프레임의 길이 방향으로 설치되어 일단이 외부로 노출되는 히트파이프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 방열 모듈을 제안하고 있다. 즉, 종래기술의 만도 특허는 원통형의 히트파이프를 회전자 프레임의 외측으로 돌출되도록 회전자 프레임에 설치하여 방열팬을 통해 히트파이프를 냉각시키는 발명을 제공한다.

하지만, 이러한 종래기술도 원통형 히트파이프를 회전자 프레임에 돌출상태로 일일이 설치해야 하므로 제조가 까다로울 뿐만 아니라 회전자 프레임에 원통형 히트파이프를 설치해야 하므로 설치가 더욱 까다롭다.

이와 또 달리, 대한민국 특허청에 특허출원되어 공개된 공개 제10-2013-66043호(4륜구동 차량용 구동모터의 냉각구조, 현대모비스 주식회사)는 청구항 1에 기재된 바와 같이, 4륜구동 차량용 구동모터의 냉각구조에 있어서, 구동모터의 방열을 위해 구동모터에 전체적으로 배치되고 일단이 상기 구동모터의 하우징의 외측으로부터 상기 구동모터 주위의 사전에 정해진 크기의 빈공간으로 연장되는 히트파이프; 및 상기 히트파이프의 일단과 연통되고 상기 빈공간에 배치되는 히트싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 구동모터의 냉각구조를 제안하고 있다. 즉, 종래기술의 현대모비스 특허는, 원통형 히트파이프를 구동모터의 길이방향을 따라 구동모터의 하우징에 설치하여 하우징의 외측으로 돌출되는 히트파이프를 통해 구동모터를 냉각시킨다.

그러나, 이러한 종래기술 또한 원통형 히트파이프를 하우징의 외측에 돌출상태로 설치해야 하므로 설치가 까다로울 뿐만 아니라 원통형 히트파이프가 사실상 선접촉하므로 구동모터의 열을 원활하게 방열할 수 없다.

KR 10-665048 KR 10-2004-59944 KR 0-2013-66043

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 모터를 감싸는 상태로 설치되어 모터에 대한 히트파이프의 접촉면적을 확장시킬 수 있고, 더 나아가 모터의 외측에 끼움상태로 설치되어 모터의 열을 방열할 수 있는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기를 제공하기 위함이 그 목적이다.

그리고, 평판형 히트파이프로 구성되어 모터와의 면접촉하면서 열교환을 실시할 수 있으며, 이에 더하여 모터를 감싸는 내측면의 폭(내경)을 조절할 수 있는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기를 제공하기 위함이 다른 목적이다.

또, 히트파이프와 연결되어 공기중에 노출되는 부재를 통해 공냉식으로 추가적인 방열이 가능하고, 이에 더하여 공기중에 노출되는 부재나 히트파이프를 수냉식으로 냉각시키는 메커니즘이 마련되며, 더 나아가 공기중에 노출되는 부재에 하중을 제공할 수 있는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기를 제공하기 위함이 다른 또 다른 목적이다.

또한, 히트파이프를 모터에 구속시켜서 유동을 방지할 수 있고, 이에 더하여 전술한 수냉식 메커니즘을 통해 히트파이프를 모터에 구속시키거나 히트파이프에 형성된 부재를 통해 히트파이프를 모터에 구속시킬 수 있는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기를 제공하기 위함이 또 다른 목적이다.

게다가, 히트파이프로부터 열을 전달받아서 방열하는 별개의 부재를 통해 히트파이프를 냉각시킬 수 있는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기를 제공하기 위함이 또 다른 목적이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 작동유체가 내장된 히트파이프로 이루어지고, 모터의 길이방향을 형성하는 외주면에 설치되어 외주면의 적어도 일부를 감싸며, 내부의 작동유체가 모터의 열에 의해 작동되면서 증발 및 응축을 반복함에 따라 모터를 냉각시키는 환형의 방열 슬리브;를 포함하고, 상기 방열 슬리브는, 상기 모터의 외주면에 대응하는 형상으로 형성되어 상기 모터의 외주면에 끼워진 상태로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열 슬리브는 예컨대, 상기 모터에 설치되고, 일측이 절개되어 개방됨에 따라 양단이 일측에서 이격상태로 대향하는 평판형 히트파이프로 이루어진 일측 개방형의 중공롤;로 구성될 수 있다.

상기 방열 슬리브는, 상기 중공롤의 열을 전달받아서 방열하는 보조 방열부재;를 더 포함하며, 상기 보조 방열부재는 예컨대, 상기 중공롤의 양단 중 적어도 어느 하나의 단부에서 절곡되어 상기 모터의 외측을 향해 돌출형성되고, 전도성 재질로 이루어진 방열 날개;로 구성될 수 있다.

상기 방열 날개는, 상기 중공롤에 형성되는 가상의 수평선에 대해 예각의 각도를 이루면서 상기 단부에서 연장형성될 수 있다.

본 발명은, 상기 방열 슬리브를 냉각시켜서 방열을 촉진하는 냉각유닛;을 더 포함하고, 상기 냉각유닛은 예컨대, 상기 방열 슬리브의 상기 중공롤에 형성된 상기 방열 날개에 설치되고, 내부에 냉매가 충전되어 상기 방열 날개를 냉각시키는 냉매 챔버;로 구성될 수 있다.

상기 냉매 챔버는, 상기 방열 날개의 상부나 하부 중 적어도 어느 한곳에 설치되어 상기 방열 날개에 하중을 제공할 수 있다.

본 발명은, 상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속시켜서 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함하고, 상기 패스너는, 상기 냉매 챔버에 돌출형성되고, 상기 냉매 챔버가 복수로 구성되어 일측이 개방된 상기 중공롤의 양단에 각각 연장형성된 상기 방열 날개에 제각기 설치됨에 따라 상기 중공롤의 양단에서 서로 대향하는 한쌍의 체결브래킷; 및 상기 체결브래킷들에 체결되어 상기 중공롤의 개방된 일측에서 이격되어 있는 상기 양단을 근접시켜서 상기 중공롤의 내경을 가변시킴에 따라 상기 중공롤의 내측면을 상기 모터에 긴밀하게 밀착시키는 체결부재;를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 방열 날개는, 상기 냉매 챔버가 설치되는 부위에 돌출형성되어 상기 냉매 챔버가 걸리는 걸림돌기;를 더 포함할 필요가 있다.

상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속하여 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함하고, 상기 방열 슬리브는, 상기 중공롤의 양단에 제각기 마련되어 상기 중공롤의 외측으로 돌출되는 한쌍의 스탬;을 더 포함하며, 상기 패스너는, 상기 스탬들에 체결되면서 상기 중공롤의 개방된 일측에서 이격된 상기 양단의 이격거리를 감소시켜서 상기 중공롤의 내경 축소를 통해 상기 중공롤을 상기 모터에 고정하는 체결부재;로 구성될 수 있다.

본 발명은, 상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속하여 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함하고, 상기 방열 슬리브는, 상기 중공롤의 양단에 제각기 마련되어 상기 중공롤의 외측으로 돌출되는 한쌍의 스탬;을 더 포함하며, 상기 패스너는, 상기 스탬들에 제각기 밀착되어 상기 중공롤의 양단에서 서로 대향하는 한쌍의 밀착부재; 및 상기 밀착부재들에 체결되어 상기 중공롤의 일측에서 이격된 상기 양단의 이격거리를 감소시켜서 상기 중공롤의 내경 축소를 통해 상기 중공롤을 상기 모터에 고정하는 체결부재;를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명은, 상기 방열 슬리브와 열교환이 가능하게 결합되고, 내부에 냉매가 충전되어 상기 방열 슬리브를 냉각시키는 냉매 챔버;를 더 포함할 필요가 있다.

본 발명은, 상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속하여 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함할 필요도 있다.

상기 패스너는, 상기 모터에 체결되어 상기 방열 슬리브의 일부분이 걸리는 체결부재;로 구성될 수 있다.

본 발명은, 상기 방열 슬리브와 열교환이 가능하게 연결되어 상기 방열 슬리브의 열을 방열하는 히트싱크;를 더 포함할 필요도 있다.

전술한 바와 같은 본 발명은, 방열 슬리브가 환형으로 형성되어 모터의 외주면에 끼워져서 설치되므로 모터에 대한 방열 슬리브의 접촉면적이 확장될 뿐만 아니라 이를 통해 모터의 열을 원활하게 방열할 수 있다.

특히, 방열 슬리브가 복수로 구성될 경우 서로 중첩되어 모터에 설치될 수 있으므로 방열 슬리브를 모터의 다양한 길이에 대응시킬 수 있으며, 더 나아가 모터의 외곽 케이스로 사용할 수도 있다.

그리고, 일측 개방형의 중공롤로 이루어지는 방열 슬리브가 평판형 히트파이프로 구성되어 모터와 면접촉하므로 안정적인 흡열이 가능하며, 이에 더하여 중공롤의 일측이 개방되므로 중공롤을 벌려서 모터의 외주면에 용이하게 끼울 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 중공롤을 오므리면서 중공롤의 내경(폭)을 조절하여 중공롤의 내주면을 모터에 긴밀하게 밀착시킬 수도 있다.

또, 중공롤에 보조 방열부재가 구비되므로 방열 슬리브의 방열효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보조 방열부재가 중공롤의 개방된 일측에 구비되는 중공롤의 단부에 연결되어 중공롤의 열을 방열하는 방열 날개로 구성되므로 중공롤을 공냉식으로 용이하게 냉각시킬 수 있고, 이에 더하여 방열 날개가 중공롤에서 연장형성되는 평판형의 히트파이프로 구성되므로 신속한 방열이 가능하며, 더 나아가 방열 날개가 중공롤의 상부에 소정의 각도로 돌출형성되므로 작동유체가 용이하게 상승하여 응축될 수 있다.

또한, 냉각유닛을 통해 방열 슬리브나 방열 날개를 냉각시킬 수 있으므로 이들의 신속한 냉각이 가능하고, 냉각유닛이 냉매가 충전된 냉매 챔버로 구성될 경우 이들을 수냉식으로 냉각시킬 수 있으므로 냉각효율을 향상시킬 수 있으며, 더 나아가 냉매 챔버가 방열 날개에 설치될 경우 방열 날개가 냉매 챔버의 하중에 의해 진동시 안정을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 소망하는 적당한 각도를 유지할 수 있다.

아울러, 패스너를 통해 방열 슬리브가 모터에 구속되어 유동이 방지되므로 방열 슬리브의 탈거를 방지할 수 있고, 패스너가 냉매 챔버의 체결브래킷 및 체결부재로 구성될 경우 냉매 챔버를 방열 날개에 용이하게 고정할 수 있을 뿐만 아니라 체결브래킷을 통한 중공롤의 양단을 근접시켜서 중공롤을 오므릴 수 있으므로 중공롤의 내측면을 모터에 긴밀하게 밀착시킬 수도 있다.

이에 더하여, 패스너가 중공롤의 양단에 형성된 스탬들에 체결될 경우 전술한 체결브래킷을 구비할 필요가 없고, 이와 달리 패스너가 전술한 스탬들에 제각기 밀착되는 한쌍의 밀착부재 및 밀착부재들에 체결되는 체결부재로 구성될 경우 전술한 냉매 챔버가 없는 상태에서도 중공롤을 오므려서 모터에 밀착상태로 고정할 수 있다.

게다가, 히트싱크를 통해 방열 슬리브나 냉매 챔버의 열을 방열할 수 있으므로 더욱 원활하게 모터를 냉각시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기의 분해 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 방열 슬리브의 사시도;
도 3은 도 1에 도시된 방열 슬리브의 정면도;
도 4는 도 3에 도시된 방열 슬리브가 모터에 고정된 상태를 도시한 정면도;
도 5는 도 3에 도시된 방열 슬리브의 다른 실시예를 도시한 정면도;
도 6은 도 3에 도시된 방열 슬리브의 또 다른 실시예를 도시한 정면도;
도 7은 도 6에 도시된 방열 슬리브가 모터에 고정된 상태를 도시한 정면도;
도 8은 도 1에 도시된 방열 슬리브에 제1 실시예에 의한 냉매 챔버가 설치된 상태를 도시한 사시도;
도 9는 도 8에 도시된 방열 슬리브의 정면도;
도 10은 도 8에 도시된 냉매 챔버의 제2 실시예를 도시한 사시도;
도 11은 도 8에 도시된 냉매 챔버의 제3 실시예를 도시한 정면도;
도 12는 도 8에 도시된 냉매 챔버의 제4 실시예를 도시한 정면도; 및
도 13은 도 12에 도시된 방열 슬리브가 모터에 고정된 상태를 도시한 정면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 의한 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기는, 도 1에 도시된 바와 같이 환형의 방열 슬리브(50)로 구성된다. 방열 슬리브(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 모터(M)의 길이방향을 형성하는 모터(M)의 외주면에 설치되어 외주면의 적어도 일부를 감싼다. 이러한 방열 슬리브(50)는 도시된 바와 같이 모터(M)의 외주면에 대응하는 형상으로 형성되어 모터의 외주면에 끼워진 상태로 설치된다. 방열 슬리브(50)는 내부에 작동유체가 내장된 히트파이프로 구성되어 내부의 작동유체가 모터(M)의 열에 의해 작동되면서 증발 및 응축을 반복함에 따라 모터를 냉각시킨다.

방열 슬리브(50)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 중첩상태로 모터(M)에 설치되는 것이 바람직하다. 하지만, 방열 슬리브(50)는 복수로 구성된 것과 거의 유사한 크기로 제조될 경우 단수로 구성될 수 있다.

방열 슬리브(50)는 작동유체가 내장된 통상의 원통형 히트파이프로 구성될 수 있으나, 모터(M)와의 면접촉이 가능하도록 도 2에 도시된 바와 같이 평판형 히트파이프로 구성되는 것이 바람직하다. 방열 슬리브(50)는 도 7에 확대 도시된 바와 같이 다수의 채널(CH)이 구비되어 채널(CH)에 작동유체가 내장된다.

방열 슬리브(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 단일체로 구성되어 환형을 형성할 수 있으나, 이와 달리 반원형으로 분할구성되어 합체에 의해 환형을 형성할 수도 있다. 하지만, 방열 슬리브(50)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일측이 개방된 환형의 중공롤(50a)로 구성되는 것이 바람직하다. 중공롤(50a)은 일측이 절개되어 개방됨에 따라 양단의 단부가 개방된 일측에서 이격상태로 대향한다. 특히, 중공롤(50a)은 도시된 바와 같이 상부가 개방된다.

중공롤(50a)은 일측이 개방됨에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 개방된 일측이 벌어지므로 이격된 양단의 단부에 의해 이격거리(G)을 갖는다. 중공롤(50a)은 이격거리(G)에 의해 탄성력을 갖는다. 따라서, 중공롤(50a)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 양단의 이격거리(G)가 가변될 경우 이격거리(G)를 중심으로 벌어지거나 오므려질 수 있다. 즉, 중공롤(50a)은 가변되는 이격거리(G)에 의해 내경이 조절된다.

중공롤(50a)은 도 4에 도시된 바와 같이 오므려져서 이격거리(G)가 감소할 경우 내경이 축소되면서 내측면이 모터(M)의 외주면에 긴밀하게 밀착된다. 따라서, 중공롤(50a)은 모터(M)와 확실하게 면접촉될 뿐만 아니라 모터(M)에 견고하게 고정된다.

방열 슬리브(50)는 모터(M)의 외주면에 밀착되므로 모터(M)의 열을 흡열한다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 내부의 작동유체가 모터(M)의 열에 의해 증발되므로 순식간에 가열된다. 그리고, 방열 슬리브(50)는 작동유체가 외부의 공기에 의해 냉각되어 응축됨에 따라 모터(M)의 열을 방열한다.

방열 슬리브(50)는 도시된 바와 달리 모터(M)의 케이스로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 방열 슬리브(50)는 모터(M)의 외주면을 이루는 고정자의 표면에 설치되어 고정자에 밀착된다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 모터(M)의 열을 직접적으로 흡열하여 방열할 수 있다.

한편, 중공롤(50a)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 보조 방열부재가 구비된다. 보조 방열부재는 중공롤(50a)의 열을 전달받아서 방열한다. 이러한 보조 방열부재는 예컨대, 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 양단 중 적어도 어느 하나의 단부에서 절곡되어 모터(M)의 외측을 향해 돌출형성되고, 전도성 재질로 이루어진 방열 날개(50b)로 구성하는 것이 바람직하다. 방열 날개(50b)는 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 단부에서 연장형성되는 평판형 히트파이프로 구성되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 방열 날개(50b)는 중공롤(50a)의 작동유체가 내부에 관류함에 따라 신속하게 중공롤(50a)의 열을 방열한다.

방열 날개(50b)는 증발하면서 상승하는 작동유체의 특성에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 상부에 구비되는 것이 바람직하다. 따라서, 작동유체는 중공롤(50a)에서 모터(M)의 열에 의해 증발되어 방열 날개(50b)로 상승한 후, 대기중에 펼쳐진 방열 날개(50b)에 의해 공냉식으로 냉각되어 응축된 다음 다시 중공롤(50a)의 내부로 복귀한다.

방열 날개(50b)는 도 5에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)에 형성되는 가상의 수평선에 대해 예각의 각도(θ)를 이루면서 중공롤(50a)의 단부에서 연장형성되는 것이 바람직하다. 특히, 방열 날개(50b)는 작동유체가 원활하게 상승하도록, 도 5에 도시된 바와 같이 가상의 수평선에 대해 대략 15도 내지 50도의 각도(θ)로 형성되는 것이 바람직하다. 하지만, 방열 날개(50b)는 도 3에 도시된 바와 같이 전술한 수평선과 동일하게 수평상태로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 작동유체는 방열 날개(50b)가 상승방향과 직교하는 수평상태로 형성되므로 다소 원활하게 상승하지 못하지만, 소망하는 정도로 상승할 수는 있다. 즉, 작동유체는 미소한 미량이 방열 날개(50b)의 단부까지 도달하지 못할 수 있으나, 거의 대부분이 도달한다.

방열 날개(50b)는 도 6에 도시된 바와 같이 전술한 수평선에 대해 수직으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 작동유체는 상승방향과 방열 날개(50b)의 형성방향이 일치하므로 매우 원활하게 이동한다. 하지만, 방열 슬리브(50)는 방열 날개(50b)가 수직으로 형성될 경우 방열 날개(50b)에 의해 설치공간이 과도하게 소요된다.

이와 달리, 방열 날개(50b)는 전술한 수평선에 대해 둔각의 각도(θ)로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 방열 날개(50b)는 도 6에 도시된 상태에서 단부가 모아져서 마주할 수 있으나, 거의 수직을 형성하므로 작동유체가 원활하게 이동할 수 있다.

한편, 방열 슬리브(50)는 패스너에 의해 모터(M)에 구속될 수 있다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 유동을 방지되어 모터(M)에서 탈거되지 않는다. 이러한 패스너는 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 모터(M)에 체결되는 체결부재(BT)로 구성할 수 있다. 체결부재(BT)는 모터(M)에 체결되면서 헤드에 방열 슬리브(50)의 일부분이 걸림에 따라 방열 슬리브(50)를 모터(M)에 구속한다.

패스너는 도 3에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 양단에 스탬(Stem: 50c)이 제각기 마련될 경우 스탬(50c)에 체결되는 체결부재(BT)로 구성할 수 있다. 이때, 체결부재(BT)는 도시된 바와 같이 스탬(50c)에 체결된 후 너트(NT)가 나사결합된다. 스탬(50c)은 중공롤(50a)과 별개로 구성되어 중공롤(50a)의 양단에 부착되는 통상의 판재형 브래킷으로 구성할 수 있으나, 중공롤(50a)의 작동유체가 관류되어 방열이 가능하도록 도 3에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 양단에서 절곡상태로 연장형성되는 평판형 히트파이프로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 스탬(50c)은 도 3에 도시된 바와 같이 전술한 방열 날개(50b)와 연결된다. 스탬(50c)은 중공롤(50a)의 성형시 방열 날개(50b)와 함께 중공롤(50a)에 형성되는 것이 바람직하다.

스탬(50c)은 도 7에 확대 도시된 바와 같이 내부에 작동유체가 충전되는 복수의 채널(CH)이 형성될 경우, 체결부재(BT)의 체결을 위해 어느 하나 또는 몇 개의 채널(CH)에 작동유체가 충전되지 않을 수 있다. 스탬(50c)은 작동유체가 체결되지 않은 부위에 도 7에 확대 도시된 바와 같이 체결공이 형성된다. 따라서, 체결부재(BT)는 이러한 스탬(50c)들을 관통하여 도 4에 도시된 바와 같이 체결될 수 있다. 이때, 중공롤(50a)은 체결부재(BT)의 체결에 의해 내경이 축소되므로 모터(M)에 긴밀하게 밀착된 상태로 견고하게 고정된다. 즉, 중공롤(50a)은 전술한 이격거리(G)가 감소되므로 내경이 축소됨에 따라 모터(M)에 밀착상태로 고정된다.

여기서, 전술한 패스너는 도 8에 도시된 바와 같은 통상의 "C"형 클립(CL)으로 구성할 수도 있다. 이러한 클립(CL)은 중공롤(50a)의 양단에 제각기 돌출형성되어 서로 마주하는 전술한 스탬(50c)들에 끼워져서 전술한 이격거리(G)를 감소시킬 수 있다.

이와 달리, 패스너는 전술한 바와 같이 중공롤(50a)의 양단에 한쌍의 스탬(50c)이 마련될 경우, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같은 밀착부재(60) 및 체결부재(BT)로 구성할 수 있다. 밀착부재(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 한쌍으로 구성되어 스탬(50c)들에 제각기 밀착되어 중공롤(50a)의 양단에서 서로 대향한다. 밀착부재(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 대략 'U'형의 부재로 구성되어 한쌍으로 구성될 수 있다. 체결부재(BT)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 서로 마주하는 밀착부재(60)에 체결되어 중공롤(50a)의 전술한 이격거리(G)를 감소시킨다. 따라서, 중공롤(50a)은 내경이 축소됨에 따라 모터(M)의 외주면에 견고하게 고정된다.

한편, 방열 슬리브(50)는 냉각유닛에 의해 냉각되어 방열이 촉진될 수 있다. 이러한 냉각유닛은 방열 슬리브(50)에 냉기를 제공하여 방열 슬리브(50)를 냉각시킨다. 냉각유닛은 예컨대, 도 8에 도시된 냉매 챔버(70)로 구성할 수 있다. 냉매 챔버(70)는 내부에 냉매가 충전되어 방열 슬리브(50)와 열교환한다.

냉매 챔버(70)는 도 9에 도시된 바와 같이 전술한 방열 날개(50b)에 설치되어 중공롤(50a)과 간접적으로 열교환할 수 있으나, 이와 달리 중공롤(50a)에 설치되어 직접적으로 열교환할 수도 있다. 냉매 챔버(70)는 도시된 바와 같은 클립(CL)이나 볼트 또는 솔더링에 의해 중공롤(50a)이나 방열 날개(50b)에 고정된다. 냉매 챔버(70)는 도시된 바와 같이 일측 및 타측에 냉매가 공급 및 배출되는 공급관(70a) 및 배출관(70b)이 구비될 수 있다. 냉매 챔버(70)는 공급관(70a) 및 배출관(70b)을 통해 미도시된 라디에이터에서 냉각되는 냉매가 순환된다.

냉매 챔버(70)는 도 10에 도시된 바와 같이 중앙에 방열공(70c)이 형성될 수 있다. 방열공(70c)은 방열 날개(50b)나 중공롤(50a)의 공냉되도록 외부로 노출시킨다.

냉매 챔버(70)는 도 7, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 복수로 구성될 수 있다. 특히, 냉매 챔버(70)는 설치공간이 감소되도록 박형으로 구성되어 복수를 이룰 수 있다. 이러한 경우, 냉매 챔버(70)는 도시된 바와 같이 한쌍을 이루는 방열 날개(50b)에 각각 설치된다. 따라서, 냉매 챔버(70)는 각각의 방열 날개(50b)를 제각기 냉각시키므로 방열 날개(50b)의 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 냉매 챔버(70)는 도시된 바와 같이 각각의 방열 날개(50b)들 사이에 방열을 위한 이격공간을 제공한다.

냉매 챔버(70)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)의 상부나 하부 중 적어도 어느 한곳에 설치될 수 있다. 냉매 챔버(70)는 방열 날개(50b)에 하중을 제공한다. 따라서, 방열 날개(50b)는 냉매 챔버(70)의 하중에 의해 약간 가압되거나 약간 하강하여 설정된 각도를 형성한다. 그리고, 방열 날개(50b)는 냉매 챔버(70)의 하중에 의해 진동이 발생하여도 쉽게 떨리지 않는다.

냉매 챔버(70)는 도 11에 도시된 바와 같이 사각의 단면으로 구성될 수 있으나, 도 12에 도시된 바와 같이 대략 삼각의 단면으로 구성될 수도 있다. 냉매 챔버(70)는 도 12에 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)의 하부에 설치될 경우 방열 날개(50b)의 절곡부위, 즉 전술한 스탬(50c)에 밀착되는 일단에 곡선이 형성될 수 있다. 따라서, 냉매 챔버(70)는 일단이 방열 날개(50b)의 절곡부위에 밀착되므로 원활하게 열교환된다.

냉매 챔버(70)는 도 11에 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)의 하부에 위치한 중공롤(50a)이 대기에 노출되도록 대략 직삼각형의 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 냉매 챔버(70)는 방열 날개(50b)의 하부에 위치한 중공롤(50a)의 표면에 하부면이 밀착되어 열교환되도록, 도 11의 하부에 확대 도시된 바와 같이 대략 정삼각형의 형태로 형성될 수도 있다. 이와 또 달리, 냉매 챔버(70)는 두께가 얇아져서 공장에서 보관이 용이하도록 도 11의 상부에 확대 도시된 바와 같이 일단에 곡면을 갖는 대략 직사각형의 형태로 형성될 수도 있다.

방열 날개(50b)는 도 11에 확대 도시된 바와 같이 걸림돌기(51)가 구비될 수 있다. 걸림돌기(51)는 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)의 냉매 챔버(70)가 설치되는 부위에 돌출형성된다. 걸림돌기(51)는 도시된 바와 같이 냉매 챔버(70)가 걸림에 따라 냉매 챔버(70)의 일부분을 지지한다. 따라서, 냉매 챔버(70)는 방열 날개(50b)에서 쉽게 이탈되지 않을 뿐만 아니라 정위치에 고정될 수 있다.

걸림돌기(51)는 예컨대, 도 11에 확대 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)의 단부에 절곡상태로 연장형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 걸림돌기(51)는 중공롤(50a)의 작동유체가 방열 날개(50b)를 통해 유입되는 히트파이프로 구성된다. 이러한 걸림돌기(51)는 냉매 챔버(70)를 지지할 뿐만 아니라 중공롤(50a)의 열을 방열한다.

한편, 냉매 챔버(70)가 복수로 구성될 경우 전술한 패스너는 도 7 및 도 13에 도시된 바와 같이 냉매 챔버(70)의 일단에 돌출형성되어 한쌍을 이루는 체결브래킷(71) 및 이러한 체결브래킷(71)들에 체결되는 체결부재(BT)로 구성될 수 있다. 한쌍의 체결브래킷(71)은 냉매 챔버(70)가 한쌍의 방열 날개(50b)에 각각 설치되므로 중공롤(50a)의 양단에서 서로 대향한다. 체결브래킷(71)들은 체결부재(BT)의 체결시 서로간의 이격거리가 감소된다. 이때, 중공롤(50a)은 개방된 일측의 양단에 제각기 형성된 방열 날개(50b)들이 밀착되므로 전술한 이격거리(G)가 도 4에 도시된 바와 같이 감소된다. 따라서, 중공롤(50a)은 오므려지면서 내경이 축소됨에 따라 모터(M)에 밀착상태로 견고하게 고정된다.

여기서, 전술한 냉매 챔버(70)는 도 8에 확대 도시된 바와 같이 히트싱크(80)가 부착될 수 있다. 히트싱크(80)는 방열핀(80a)을 통해 냉매 챔버(70)의 열을 방열하여 방열 슬리브(50)를 더욱더 신속하게 냉각시킨다. 히트싱크(80)는 전술한 방열 날개(50b)에 설치되어 방열 날개(50b)를 통해 방열 슬리브(50)의 열을 방열할 수도 있고, 중공롤(50a)에 설치되어 중공롤(50a)의 열을 방열할 수도 있다. 다만, 히트싱크(80)는 방열 슬리브(50)와 열교환이 가능하게 방열 슬리브(50)에 직접 또는 간접적으로 연결되면 어느 위치에 설치되든 만족한다.

한편, 방열 슬리브(50)는 도 4에 확대 도시된 바와 같이 모터(M)와 대향하는 내측면에 통상의 열전도성 물질로 이루어진 전열재(90)를 더 포함한다. 예를 들어, 전열재(90)는 써멀 그리스나 써멀 페이스트 등으로 이루어진 써멀 컴파운드(Thermal compound) 또는 이러한 열전도성 물질로 이루어짐에 따라 부착가능하게 구성된 전열재 시트나 패치 등과 같은 면상의 부재로 구성할 수 있다. 이때, 전열재(90)는 면상의 부재로 구성될 경우, 대략 연질의 고무판과 같이 구성되어 자체적인 점성에 의해 모터(M)의 표면에 점착될 수 있으며, 이와 달리 점착면에 점착재가 마련되어 점착재를 통해 설치부위에 점착될 수도 있다. 이러한 전열재(90)는 예컨대, 실리콘이나 열전도성 엘라스토머 또는 플라스틱이나 수지 등을 주성분으로 하는 절연성의 열계면재로 구성할 수도 있다.

전열재(90)는 방열 슬리브(50)의 내주면 및 모터(M)의 표면 사이에 발생하는 공극을 차폐한다. 따라서, 전열재(90)는 공극을 차단하면서 모터(M)의 열을 방열 슬리브(50)에 전이하므로 좀더 많은 열을 방열 슬리브(50)에 전달할 수 있다. 이러한 전열재(90)는 전술한 냉각 챔버(70)에 마련되어 방열 날개(50b)나 중공롤(50a)의 열을 좀더 많이 냉각 챔버(70)에 전달할 수도 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기는, 도 3에 도시된 바와 같이 방열 슬리브(50)가 모터(M)에 끼워져서 설치되므로 모터(M)의 외주면을 감싼다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 모터(M)에 대한 접촉면적이 종래에 비해 대폭적으로 확장된다. 특히, 방열 슬리브(50)는 모터(M)에 끼워지므로 설치가 간편하다.

방열 슬리브(50)는 모터(M)와 접촉되는 내주면을 통해 모터(M)의 열이 전달된다. 이때, 방열 슬리브(50)는 히트파이프로 구성되므로 내부의 작동유체가 모터(M)의 열에 의해 증발 및 응축을 반복함에 따라 모터(M)의 열을 방열한다.

방열 슬리브(50)는 일측이 개방된 중공롤(50a)로 구성될 경우, 중공롤(50a)이 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 개방된 일측을 중심으로 벌어지거나 오므려지므로 용이하게 모터(M)에 설치되거나 모터(M)에서 제거된다. 방열 슬리브(50)는 중공롤(50a)이 오므려진 상태로 모터(M)에 고정될 경우 중공롤(50a)의 내경이 축소됨에 따라 내주면이 모터(M)에 긴밀하게 밀착될 뿐만 아니라 모터(M)에 견고하게 고정된다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 모터(M)의 열을 원활하게 공급받을 수 있다.

방열 슬리브(50)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)이 평판형 히트파이프로 구성되므로 내주면이 모터(M)의 표면과 면접촉된다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 증발부를 이루는 중공롤(50a)을 통해 모터(M)의 열을 좀더 많이 흡열하여 방열할 수 있다.

방열 슬리브(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)이 전술한 패스너에 의해 오무려져서 모터(M)에 고정될 경우 내경이 축소되므로 모터(M)에 용이하게 고정된다. 방열 슬리브(50)는 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 개방된 일측에 위치하는 중공롤(50a)의 양단에 응축부를 제공하는 방열 날개(50b)가 형성되므로 방열 날개(50b)에서 작동유체가 냉각되어 응축된다. 따라서, 방열 슬리브(50)는 방열 날개(50b)에 의해 방열효율이 향상된다.

방열 슬리브(50)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)가 중공롤(50a)의 상부에 연장형성됨에 따라 증발된 작동유체가 원활하게 상승하여 응축될 수 있다. 방열 슬리브(50)는 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)에 냉각유닛의 냉매 챔버(70)가 설치되므로 방열 날개(50b)의 작동유체를 수냉식으로 신속하게 냉각시킬 수 있다. 특히, 방열 슬리브(50)는 복수의 방열 날개(50b)에 복수의 냉매 챔버(70)가 설치될 경우 방열 날개(50b)들이 제각기 수냉식으로 냉각되므로 작동유체가 좀더 원활하게 냉각된다. 방열 슬리브(50)는 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이 냉매 챔버(70)가 다양한 형태로 구성되므로 요구되는 방열성능에 적합한 냉매 챔버(70)를 선택적으로 설치할 수 있다. 방열 슬리브(50)는 도 8에 확대 도시된 바와 같이 히트싱크(80)가 구비될 경우 공냉식으로 모터(M)의 열을 방열할 수도 있다.

방열 슬리브(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 중공롤(50a)의 개방된 일측에 스탬(50c)에 패스너의 체결부재(BT)가 체결될 경우 중공롤(50a)이 용이하게 오므려질 뿐만 아니라 오므려진 상태가 견고하게 유지된다. 이와 달리, 방열 슬리브(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 스탬(50c)에 밀착된 밀착부재(60)에 체결부재(BT)가 체결될 경우 스탬(50c)에 체결부재(BT)의 체결공을 형성할 필요가 없다. 이와 또 달리, 방열 슬리브(50)는 도 7 및 도 13에 도시된 바와 같이 방열 날개(50b)에 설치되는 냉매 챔버(70)에 체결브래킷(71)이 구비되어 체결부재(BT)가 체결브래킷(71)에 체결될 경우 냉매 챔버(70)를 방열 날개(50b)에 고정하면서 중공롤(50a)을 오므린 상태로 고정할 수 있다.

전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 본질적 특징이 충족될 수 있을 경우 동일 사상의 범주내에서 적절한 변형(구조나 구성의 변경이나 부분적 생략 또는 보완)이 가능하다. 또한, 전술한 실시예들은 특징의 일부 또는 다수가 상호 간에 조합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 구조 및 구성은 변형이나 조합에 의해 실시할 수 있으므로 이러한 구조 및 구성의 변형이나 조합이 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

50 : 방열 슬리브 50a : 중공롤
50b : 방열 날개 51 : 걸림돌기
60 : 밀착부재 70 : 냉매 챔버
71 : 체결브래킷 80 : 히트싱크
80a : 방열핀 90 : 전열재
BT : 체결부재 CH : 채널
CL : 클립 G : 이격거리
M : 모터

Claims (11)

1. 내부에 작동유체가 내장된 히트파이프로 이루어지고, 모터의 길이방향을 형성하는 외주면에 설치되어 외주면의 적어도 일부를 감싸며, 내부의 작동유체가 모터의 열에 의해 작동되면서 증발 및 응축을 반복함에 따라 모터를 냉각시키는 환형의 방열 슬리브;를 포함하고,
   상기 방열 슬리브는,
   상기 모터의 외주면에 대응하는 형상으로 형성되어 상기 모터의 외주면에 끼워진 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 슬리브는,
   상기 모터에 설치되고, 일측이 절개되어 개방됨에 따라 양단이 일측에서 이격상태로 대향하는 평판형 히트파이프로 이루어진 일측 개방형의 중공롤;로 구성된 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 방열 슬리브는,
   상기 중공롤의 열을 전달받아서 방열하는 보조 방열부재;를 더 포함하며,
   상기 보조 방열부재는,
   상기 중공롤의 양단 중 적어도 어느 하나의 단부에서 절곡되어 상기 모터의 외측을 향해 돌출형성되고, 전도성 재질로 이루어진 방열 날개;로 구성된 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 방열 슬리브를 냉각시켜서 방열을 촉진하는 냉각유닛;을 더 포함하고,
   상기 냉각유닛은,
   상기 방열 슬리브의 상기 중공롤에 형성된 상기 방열 날개에 설치되고, 내부에 냉매가 충전되어 상기 방열 날개를 냉각시키는 냉매 챔버;로 구성된 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 냉매 챔버는,
   상기 방열 날개의 상부나 하부 중 적어도 어느 한곳에 설치되어 상기 방열 날개에 하중을 제공하는 것을 특징으로 하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속시켜서 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함하고,
   상기 패스너는,
   상기 냉매 챔버에 돌출형성되고, 상기 냉매 챔버가 복수로 구성되어 일측이 개방된 상기 중공롤의 양단에 각각 연장형성된 상기 방열 날개에 제각기 설치됨에 따라 상기 중공롤의 양단에서 서로 대향하는 한쌍의 체결브래킷; 및
   상기 체결브래킷들에 체결되어 상기 중공롤의 개방된 일측에서 이격되어 있는 상기 양단을 근접시켜서 상기 중공롤의 내경을 가변시킴에 따라 상기 중공롤의 내측면을 상기 모터에 긴밀하게 밀착시키는 체결부재;를 포함하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속하여 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함하고,
   상기 방열 슬리브는,
   상기 중공롤의 양단에 제각기 마련되어 상기 중공롤의 외측으로 돌출되는 한쌍의 스탬;을 더 포함하며,
   상기 패스너는,
   상기 스탬들에 제각기 밀착되어 상기 중공롤의 양단에서 서로 대향하는 한쌍의 밀착부재; 및
   상기 밀착부재들에 체결되어 상기 중공롤의 일측에서 이격된 상기 양단의 이격거리를 감소시켜서 상기 중공롤의 내경 축소를 통해 상기 중공롤을 상기 모터에 고정하는 체결부재;를 포함하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 슬리브와 열교환이 가능하게 결합되고, 내부에 냉매가 충전되어 상기 방열 슬리브를 냉각시키는 냉매 챔버;를 더 포함하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 슬리브를 상기 모터에 구속하여 상기 방열 슬리브의 유동을 방지하는 패스너;를 더 포함하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 패스너는,
    상기 모터에 체결되어 상기 방열 슬리브의 일부분이 걸리는 체결부재;로 구성된 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열 슬리브와 열교환이 가능하게 연결되어 상기 방열 슬리브의 열을 방열하는 히트싱크;를 더 포함하는 급속냉각이 가능한 모터용 열교환기.

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