KR20180078386A - 방열 성능이 강화된 bldc 모터 - Google Patents

방열 성능이 강화된 bldc 모터 Download PDF

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Abstract

내측 방사 방향으로 돌출되는 복수 개의 티스와 상기 티스를 원주 방향으로 상호 연결하는 코어를 포함하는 원통 형상의 스테이터; 및 상기 스테이터 내부에 수용되며, 중심에 회전축이 형성되고 외주면에 영구자석이 교대 배열되는 로터;를 포함하며, 상기 스테이터의 외주면에는 외기와 열 교환되는 냉각유로가 형성되는 방열 성능이 강화된 BLDC 모터를 제공한다.

Description

방열 성능이 강화된 BLDC 모터{BLDC MOTOR HAVING REINFORCED HEAT DISSIPATION}
본 발명은 BLDC 모터에 관한 것이다.
모터는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 전환하는 장치이다. 모터는 모터에 공급되는 전류의 특성에 따라 크게 DC 모터와 AC 모터로 분류된다. DC 모터는 정류자와 브러쉬를 구비하여 정류자와 브러쉬의 접촉에 의해 작동한다. DC 모터는 속도, 토크 및 회전방향의 제어가 용이한 장점을 가진다.
하지만, 브러쉬가 마모되어 모터의 내구성을 저하시키고 작동성능을 악화시키는 문제점이 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해, 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC 모터(brushless direct current motor)가 개발되었다.
그러나, BLDC 모터는 모터가 구동할 때, 팬에 의한 공기가 스테이터와 로터 사이의 내부로만 유입, 유출되어 모터의 구동시 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 없는 문제점이 있었다. 이는 모터를 구성하는 부품의 내구성과 내열성을 저하시켜 모터 자체의 수명을 단축시켰다.
대한민국 등록특허 제10-1644359호 (2016.07.26. 등록) 대한민국 등록특허 제10-0764018호 (2007.09.28. 등록) 대한민국 등록특허 제10-0548429호 (2006.01.24. 등록)
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 BLDC 모터를 제공하고자 한다. 이를 통해, BLDC 모터의 내부 부품에 대한 내구성과 내열성을 향상시키고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 내측 방사 방향으로 돌출되는 복수 개의 티스와 상기 티스를 원주 방향으로 상호 연결하는 코어를 포함하는 원통 형상의 스테이터; 및 상기 스테이터 내부에 수용되며, 중심에 회전축이 형성되고 외주면에 영구자석이 교대 배열되는 로터;를 포함하며, 상기 스테이터의 외주면에는 외기와 열 교환되는 냉각유로가 형성되는 방열 성능이 강화된 BLDC 모터를 제공한다.
상기 냉각유로는 일정 패턴을 갖고 상기 스테이터의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
상기 냉각유로는 양단이 상기 스테이터의 전후면과 연통되는 사각홈 형상일 수 있다.
상기 냉각유로에는 내부에 냉각수가 수용되는 냉각파이프가 부착될 수 있다.
상기 냉각파이프는 양단이 절곡되어 상기 스테이터를 수용하는 모터하우징에 고정 결합될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
일 실시예에 따른 BLDC 모터는 냉각유로를 사용하여 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 BLDC 모터는 냉각유로 이외에 냉각수가 수용되는 냉각파이프를 더 부착하여 방열 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 그 결과, 내부 부품의 내구성과 내열성이 증가된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터의 내부 사시도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 1의 스테이터의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각파이프의 개략도.
도 5는 도 3의 스테이터에 도 4의 냉각파이프가 부착된 것을 도시한 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터의 내부 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1의 스테이터의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 BLDC 모터는 외측에 마련되는 스테이터(100)와 스테이터(100) 내측에서 회전 가능하게 배치되는 로터(200)를 포함한다. 스테이터(100)는 전체적으로 원통 형상이며, 코어(120)와 티스(110)로 이루어진다. 티스(110)는 복수 개가 일정 간격 이격되어 내측 방사 방향으로 돌출 형성된다.
티스(110) 사이에는 코일이 권선되는 슬롯(180)이 마련된다. 또한, 코일의 단부는 인쇄회로기판(미도시)에 연결된다. 코어(120)는 티스(110)를 원주 방향으로 상호 연결한다. 코어(120)는 일정 두께를 갖는 단위코어들이 적층되어 형성될 수 있다.
한편, 스테이터(100)의 외주면에는 외기와 열 교환되는 냉각유로(130)가 형성된다. 냉각유로(130)는 스테이터(100)의 전후 방향으로 유출입되는 외기와 열 교환을 하여 BLDC 모터의 내부 온도가 상승되는 것을 방지한다.
냉각유로(130)는 일정 패턴을 갖고 스테이터(100)의 길이 방향으로 형성된다. 다시 말해, 냉각유로(130)는 스테이터(100)의 높이 방향 즉 BLDC 모터의 회전축(210) 방향으로 형성된다. 일 실시예에 따른 냉각유로(130)는 양단이 스테이터(100)의 전후면과 연통되는 사각홈 형상일 수 있다. 이런 냉각유로(130)은 스테이터(100)의 외주면 중 일부 또는 전부에 형성될 수 있다. 다만, 냉각유로(130)의 형상은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상으로 설계 변경될 수 있다.
다만, 냉각유로(130) 중 특히 티스(110)가 형성된 부분의 코어(120) 외주면에 배치되는 냉각유로(130)는 다른 냉각유로(130)에 비해 그 폭이 더 넓게 형성될 수 있다. 이는 티스(110)의 형성으로 인해 해당 부분의 강도가 약해지거나 스트레스가 집중되어 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
외기는 모터팬(300)에 의해 냉각유로(130)를 통해 흐르면서 스테이터(100)와 열 교환을 하여 스테이터(100)의 열을 흡수할 수 있다.
또한, 냉각유로(130)에는 방열 효과를 보다 극대화할 수 있는 냉각돌기(미도시)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 냉각돌기는 외기와의 접촉 면적을 넓혀 열 교환되는 면적을 증가시킨다. 일 실시예에 따른 냉각유로(130)에는 그 바닥면과 양 측면에 냉각돌기가 형성될 수 있다.
또한, 냉각유로(130)는 스테이터(100)의 내주면에도 형성될 수 있다. 즉, 냉각유로(130)는 코일이 권선되는 즉 슬롯(180)과 마주보는 스테이터(100)의 내주면에 스테이터(100)의 길이 방향으로 더 형성될 수 있다. 이런 냉각유로(130)는 스테이터(100)의 외주면에 형성되는 것과 동일한 바, 이에 대한 구체적 설명은 생략한다. 이는 스테이터(100)와 외기 사이의 접촉 면적을 증가시켜 방열 성능을 보다 향상시키는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각파이프의 개략도이고, 도 5는 도 3의 스테이터에 도 4의 냉각파이프가 부착된 것을 도시한 사시도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 냉각유로(130)에는 냉각파이프(140)가 부착될 수 있다. 냉각파이프(140)는 냉각유로(130) 중 특히, 티스(110)로 인해 그 폭이 더 넓게 형성되는 일부 냉각유로(130)에 한해 배치될 수 있다.
냉각파이프(140)는 내부에 냉각수가 수용되는 얇은 플레이트 형상을 갖는다. 냉각파이프(140)는 그 특성상 알루미늄 등의 열 전도성이 우수한 금속 재질로 형성된다. 냉각파이프(140)는 냉각수의 열용량을 이용하여 스테이터(100) 표면의 열을 다량 흡수할 수 있다.
한편, 냉각파이프(140)는 양단이 절곡되어 스테이터(100)를 수용하는 모터하우징에 고정 결합될 수 있다. 즉, 냉각파이프(140)는 단부가 모터하우징에 고정되며, 일면이 접착 등의 방법으로 냉각유로(130)의 표면에 부착된다. 이와 달리, 냉각파이프(140)는 서로 연결되어 있는 단일 파이프 형상일 수 있다. 즉, 인접하는 냉각파이프(140)는 그 단부가 서로 연결되어 내부 냉각수가 서로 혼합될 수 있다.
로터(200)는 스테이터(100) 내부에 수용되며, 중심에 회전축(210)이 형성되고 외주면에 영구자석이 교대 배열되는 구조를 포함한다. 로터(200)는 금속 재질로 형성되며 회전축(210)이 관통되는 원통 형상을 갖는다. 로터(200)는 회전축(210)을 중심으로 회전한다.
BLDC 모터에 전원이 인가되면 전술한 티스(110)가 순차적으로 N극과 S극의 교번 극성을 갖고 이를 통해 스테이터(100)의 티스(110)와 로터(200)의 영구자석 사이의 자기력에 의해 인력과 척력이 로터(200)의 접선 방향으로 작용하여 로터(200)가 회전한다.
이 때, 외기는 스테이터(100)와 로터(200) 사이의 빈 공간 뿐만 아니라, 스테이터(100)와 모터하우징 사이의 냉각유로(130)를 통해서도 흐를 수 있다. 이 때, 외기는 스테이터(100)의 내주면에 형성된 냉각유로(130)를 통해서도 흐를 수 있어 BLDC 모터는 보다 효과적인 방열을 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100: 스테이터 200: 로터
110: 티스 120: 코어
130: 냉각유로 140: 냉각파이프
210: 회전축 300: 모터팬

Claims (5)

  1. 내측 방사 방향으로 돌출되는 복수 개의 티스와 상기 티스를 원주 방향으로 상호 연결하는 코어를 포함하는 원통 형상의 스테이터; 및
    상기 스테이터 내부에 수용되며, 중심에 회전축이 형성되고 외주면에 영구자석이 교대 배열되는 로터;를 포함하며,
    상기 스테이터의 외주면에는 외기와 열 교환되는 냉각유로가 형성되는 방열 성능이 강화된 BLDC 모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각유로는 일정 패턴을 갖고 상기 스테이터의 길이 방향으로 형성되는 방열 성능이 강화된 BLDC 모터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각유로는 양단이 상기 스테이터의 전후면과 연통되는 사각홈 형상인 방열 성능이 강화된 BLDC 모터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 냉각유로에는 내부에 냉각수가 수용되는 냉각파이프가 부착되는 방열 성능이 강화된 BLDC 모터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 냉각파이프는 양단이 절곡되어 상기 스테이터를 수용하는 모터하우징에 고정 결합되는 방열 성능이 강화된 BLDC 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102213883B1 (ko) * 2020-09-08 2021-02-08 주식회사 모텍 냉각효율이 개선된 냉매파이프를 구비한 전기차 모터 냉각시스템
CN116094199A (zh) * 2023-04-10 2023-05-09 湖南大学 一种复用型模块化永磁风力发电机定子结构

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