KR20190026160A - 모터 하우징 냉각장치 및 그 모터 하우징 냉각장치를 구비한 전기 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 모터가 수용되는 수용공간이 형성된 원통형의 하우징몸체와, 하우징몸체를 폐쇄하는 커버를 포함하는 모터하우징 및 하우징몸체의 외주 측면에 삽입 설치되고, 내부에 냉각유체가 유동하는 냉각배관을 포함하는 모터하우징용 냉각장치를 제공한다. 상기한 바에 따르면, 냉매의 누수가 없고(Leak free), 써멀 크로스-토크 현상을 방지할 수 있어 냉각성능을 유지 및 향상시킬 수 있으며, 종래의 다이캐스팅 후 별도 후가공 및 실링에 관련된 부품을 포함하고 실링을 위한 작업등으로 공정이 복잡하고 제조단가가 높았던 종래와는 달리 압출파이프를 가공 후 모터하우징 금형에 인서트(Insert) 사출하기 때문에 생산 시간을 절감할 수 있으며, 제조원가를 낮출 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

모터 하우징 냉각장치 및 그 모터 하우징 냉각장치를 구비한 전기 자동차{Cooling apparatus for motor housing and electric vehicle having the same}

본 발명은 모터 하우징 냉각장치 및 이를 구비한 전기 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차 또는 하이브리드차에 적용되는 모터에 적용되어 모터의 냉각효과를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 또한 인서트 사출 방법을 이용한 의해 제조가 용이한 모터 하우징 냉각장치 및 이를 구비한 전기 자동차에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드차 또는 전기차의 주요 부품인 모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 것으로서, 하우징과, 하우징에 장착되는 고정자(stator)와, 고정자의 내부에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 삽입되는 회전자(rotor)를 포함한다.

한편, 모터는 작동과정에서 회전자 및 고정자에서 고온의 열이 발생하게 되는데, 이렇게 모터 안의 코일 온도가 높아지면 모터의 구동과 발전 효율이 급격히 저하될 뿐만 아니라 부품이 손상될 우려가 있고, 모터의 구동과 발전 효율이 급격히 저하됨에 따른 동력 손실이 발생되어 관련 응용 동력계의 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 때문에 이러한 문제를 방지하기 위하여 모터를 냉각시켜 모터의 높은 구동 토크와 발전효율을 유지할 수 있도록 하고 있다.

종래에는 내부하우징과 외부하우징을 각각 별도로 주물 제작하고, 내부하우징과 외부하우징 사이에 냉각채널이 형성되도록 내부하우징과 외부하우징을 압입 및 실링(sealing)하거나, 용접하는 기술이 주로적용되고 있다.

그런데 상기한 종래의 모터의 냉각기술은 내부하우징과 외부하우징 간의 형합 갭(gap)이 발생하면서 냉각수가 누출(leak)되어 냉각효율이 저하되고, 또한 유로의 설계 자유도가 작음에 따라 입력단과 출력단의 유로가 서로 엇갈리게 배치되면서 써멀 크로스-토크(Thermal cross-talk)가 발생되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0023314호

본 발명은, 냉각효과를 향상시킬 수 있으며, 유로의 완전밀폐를 구현하고, 써멀 크로스-토크 현상을 방지할 수 있는 모터 하우징 냉각장치 및 그를 구비한 전기 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 내부에 모터가 수용되는 수용공간이 형성된 하우징몸체와, 상기 하우징몸체를 폐쇄하는 커버를 포함하는 모터하우징 및 상기 하우징몸체 내에 매립 설치되고 내부로 냉각유체가 유동하는 냉각배관을 포함하되, 냉각배관과 진동흡수관을 포밍하고, 냉각배관에는 제거가능한 지지소배를, 진동흡수관속에는 진동흡음재를 충진하고, 하우징몸체의 일부분을 지그몸체로 제작하여 지그몸체에 의해 상기 냉각배관과 진동흡수관을 지지하여 금형속에 설치하고, 용탕주입에 의해 하우징 몸체를 사출 성형하여 냉각배관속의 지지소재를 제거함으로써 제조되는 모터 하우징 냉각장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 내부에 모터가 수용되는 수용공간이 형성되는 하우징 몸체에 냉각배관을 매립 형성하고, 상기 냉각배관을 통해 냉각유체를 순환시켜 모터를 냉각시키는 모터 하우징 냉각장치 제조방법에 있어서,

냉각배관과 진동흡수관을 제조하여 하우징 몸체 내부에 매립시킬 형상으로 포밍하는 포밍단계와;

상기 냉각배관에는 제거가 가능한 지지소재를, 진동흡수관에는 진동 흡음재를 지지소재로서 충진시키는 지지소재 충진단계와;

하우징 몸체 사출금형 속에서 상기 냉각배관 및 진동흡수관을 지지할 수 있도록 하우징 몸체를 분할한 일부분을 지그몸체로 제조하는 지그몸체 제조단계와;

상기 지그몸체에 의해 상기 냉각배관과 진동흡수관이 지지되게 하우징 몸체 사출금형 속에 설치하고, 하우징 몸체를 이루는 용융재료를 주입하여 사출 성형하는 성형단계와;

상기 성형 후, 상기 하우징 몸체 내부에 매립된 냉각배관 속의 지지소재를 제거하는 지지소재 제거단계;

를 포함하는 모터 하우징 냉각장치 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기와 같은 모터 하우징 냉각장치 제조방법에 의해 제조된 모터 하우징 냉각장치를 전기자동차의 동력원 모터 하우징으로 설치하여 전기자동차의 모터 냉각장치로서 제공할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 모터하우징용 냉각장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 냉매의 누수가 없고(Leak free), 유로의 완전 밀폐를 구현할 수 있으며, 써멀 크로스-토크 현상을 방지할 수 있어 냉각성능을 유지 및 향상시킬 수 있다.

둘째, 종래에는 다이캐스팅 후 별도 후 가공 및 실링에 관련된 부품을 포함하고 실링을 위한 작업 등으로 공정이 복잡하고 제조단가가 높았던 종래와는 달리 압출파이프를 가공 후 모터하우징 금형에 인서트(Insert) 사출하기 때문에 생산 시간을 절감할 수 있으며, 제조원가를 낮출 수 있어 생산적이다.

셋째, 냉각수 영역이 좁고 냉각수의 입구와 출구가 동일선상에 있어 냉각효과가 저하되는 종래와는 달리 냉각수 입구와 출구를 분리하여 냉각효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 모터하우징용 냉각장치를 나타내는 투과사시도이다.
도 2는 도 1의 모터하우징용 냉각장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 모터하우징용 냉각장치에서 냉각배관의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 모터하우징용 냉각장치의 종방향 단면도이다.
도 5는 도 3의 냉각배관과 진동흡수관의 종방향 단면도이다.
도 6은 도 3의 모터하우징용 냉각장치에서 냉각배관과 진동흡수관의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 7 내지 도 9는 도 3의 모터하우징용 냉각장치에서 냉각배관과 진동흡수관의 또 다른 실시예를 나타내는 사시
도이다.
도 10은 도 1의 모터하우징용 냉각장치에서 냉각배관의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 냉각배관의 종방향 단면도이다.
도 12는 도 10의 냉각배관의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12의 냉각배관의 종방향 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 모터하우징용 냉각장치를 나타내는 투과사시도이다.
도 15는 도 14의 냉각배관을 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 14의 냉각배관의 다른 실시예를 나타내는 투과사시도이다.
도 17은 도 16의 냉각배관의 평면도이다.
도 18은 도 16의 냉각배관의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 18의 냉각배관에서 진동흡수관이 설치된 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19의 냉각배관과 진동흡수관의 평단면도이다.
도 21은 도 19의 냉각배관과 결합부재를 통하여 결합된 진동흡수관의 결합구조를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 19의 진동흡수관의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 23은 도 22의 냉각배관과 진동흡수관의 평단면도이다.
도 24는 본 발명에 의한 모터 하우징 냉각장치 제조방법 설명도이다.
도 25는 본 발명을 설명하기 위한 인서트 사출시 지그몸체를 이용한 금형설치 설명도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터하우징용 냉각장치(601)는 모터하우징(100)과, 냉각배관(200)을 포함한다.

상기 모터하우징(100)은, 하우징몸체(110)와, 커버(120)를 포함한다. 상기 하우징몸체(110)는 내부에 모터(미도시)가 수용되는 수용공간(101)이 형성되고 원통형을 이루고 있다. 상기 커버(120)는 상기 하우징몸체(110)를 폐쇄하도록 상기 하우징몸체(110)와 연결되어 있다. 도면에서 상기 모터하우징(100)은 상부가 개방된 컵 형상의 하우징몸체(110)를 형성되고, 상기 하우징몸체(110)의 개방된 상부에 결합하는 커버(120)를 포함하고 있는 구조로 되어 있으나, 이는 일 실시예로 그 구조와 형상을 다양하게 형성할 수 있음은 물론이다.

상기 냉각배관(200)은 상기 하우징몸체(110) 내에 매립 설치되고, 내부로는 냉각유체가 유동하도록 되어 있어, 수용공간(101) 내부를 냉각시키는 역할을 한다. 상기 냉각배관(200)은 모터의 냉각효과를 높이기 위하여 상기 하우징몸체(110)의 외주 측면에 원주방향을 따라 매립 설치되는 것이 바람직하다. 상기 냉각배관(200)은, 상기 모터하우징(100)의 제조금형에 인서트(insert)사출되어 매립 설치된다.

한편, 도시하지 않았지만, 상기 모터하우징용 냉각장치(601)는 상기 냉각배관(200)과 연결되어 상기 냉각유체를 강제 유동시키는 펌프를 포함하며, 제어부를 통하여 펌프를 작동제어하고 이를 통해 상기 냉각유체의 유체특성 및 냉각성능을 고려하여 냉각유체의 유속을 조절할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 미리 세팅된 설정값에 따라 상기 펌프를 제어하거나, 냉각유체의 온도를 감지하는 온도센서를 통하여 냉각유체의 온도 등을 통하여 상기 펌프를 제어하여 냉각유체의 유량 및 유속 등을 제어할 수 있음은 물론이다.

이하에서는 상기 냉각배관(200)에 대하여 먼저, 나선타입(Helix type)의 냉각배관(200)에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 냉각배관(200)은, 상기 하우징몸체(110)의 외주측면 내부에 원주방향을 따라 나선형상으로 매립 설치되는 나선냉각배관(300)을 포함한다. 상기 나선냉각배관(300)은 상기 하우징몸체(110)의 외주측면 내부에 원주방향을 따라 감겨져 상기 하우징몸체(110)의 높이 방향을 따라 설정간격으로 적층된다.

상기 나선냉각배관(300)은 도면에서 상부의 단부로 냉각유체가 유입되고, 하부의 단부로 냉각유체가 유출된다.

여기서, 상기 냉각유체는 공지의 냉각수, 냉매, 공기 등 상기한 냉각목적을 달성할 수 있다면 다양한 유체가 적용될 수 있음은 물론이며, 취급이 용이하고 냉각효율 및 유동성을 고려하여 냉각수로 하는 것이 바람직하다.

상기 나선냉각배관(300)은 상기 냉각유체의 유동단면 형상이 원형으로 형성될 수 있으며, 또는 후술하는 상기 냉각유체의 유동단면 형상이 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 모터하우징용 냉각장치(602)는 상기 하우징몸체(110) 내에 매립 설치되어 진동을 흡수하는 진동흡수관(500a)을 포함한다. 상기 진동흡수관(500a)은 관형상의 몸체(520)와, 상기 몸체(520)의 내부에 충진되는 진동흡음재(530a)를 포함한다. 여기서, 상기 진동흡음재(530a)는 공지의 진동을 흡수할 수 있는 흡음재를 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 상기 진동흡음재는 상기 나선냉각배관(300)의 측면에 결합하며, 결합부재(510a)를 통하여 상기 나선냉각배관(300)으로부터 이격되게 결합된다. 상기 결합부재(510a)는 일단부는 상기 나선냉각배관(300)의 측면에 결합하고 타단부는 상기 진동흡수관(500a)이 상기 나선냉각배관(300)의 측면에 대하여 이격되게 결합하도록 상기 진동흡수관(500a)의 측면을 따라 결합한다.

상기 진동흡수관(500a)은 상기 나선냉각배관(300)의 외주측면에 결합하고, 상기 나선냉각배관(300)과 대응되도록 상기 원주방향을 따라 나선형상으로 형성되어 있다. 이때 도면에서, 상기 진동흡수관(500a)은 상기 나선냉각배관(300)의 외주측면에 결합하여 냉각효율을 향상시키도록 나선냉각배관(300)이 내측에 위치하는 경우를 나타내었으나, 이는 바람직한 실시예로 내주 측면 등 다양한 위치에 위치할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 진동흡수관(500a)은 도 6 내지 도 9에 나타난 바와 같이 반경방향의 단면 형상이 원형 또는 사각형상으로 형성될 수 있다. 이에 대하여 살펴보면, 도 6은 내측(도면에서 우측)의 나선냉각배관(300)은 단면형상이 사각형상이고, 외측(도면에서 좌측)의 진동흡수관(500a)은 단면형상이 사각형상으로 되어 있다.

또한, 도 7은 내측의 나선냉각배관(300)은 단면형상이 원형이고, 외측의 진동흡수관(500b)은 단면형상이 사각으로 되어 있다. 또한, 도 8의 경우에는 내측의 나선냉각배관(300)은 단면형상이 사각형상이고, 외측의 진동흡수관(500a)은 단면형상이 원형으로 되어 있다. 여기서, 미설명부호 510b,520b,530b는 각각 결합부재, 몸체, 진동흡음재를 나타낸다.

여기서, 상기 나선냉각배관(300)과 상기 진동흡수관(500b)은 상기 하우징몸체(110)의 반경방향에 대하여 얼라인(align)되게 배치될 수 있다. 또는 도 9에 나타난 바와 같이 상기 나선냉각배관(300)과 상기 진동흡수관(500b)이 상기 하우징몸체(110)의 반경방향에 대하여 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.

한편, 상기 나선냉각배관(300)과 상기 진동흡수관(500b)은 상기 결합부재(510b) 없이 서로 접촉 결합할 수 있다. 이에 도 10 내지 도 13을 참조하여 살펴보면, 상기 나선냉각배관(300)과 상기 진동흡수관(500b)은 각각 단면형상이 사각형상으로 형성되고, 서로 마주하는 측면끼리 서로 접촉 결합되어 있다. 여기서, 상기 나선냉각배관(300)과 상기 진동흡수관(500b)은 도 10 및 도 11에 나타난 바와 같이 상기 하우징몸체(110)의 반경방향에 대하여 서로 얼라인되게 결합되어 있다. 또는 상기 나선냉각배관(300)과 상기 진동흡수관(500b)은 도 12 및 도 13에 나타난 바와 같이 상기 하우징몸체(110)의 반경방향에 대하여 서로 높이차를 두고 엇갈리게 결합될 수 있다.

상기한 바에 따르면, 상기 나선냉각배관(300)은 냉각유체의 입구와 출구를 분리하여 냉각효과를 향상시킬 수 있으며, 진동흡수관(500a,500b)을 통하여 진동을 흡수할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 나선냉각배관(300)은 압출 파이프를 나선형으로 가공한 후 하우징몸체(110) 가공 금형에 인서트 사출하기 때문에 생산시간을 절감시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

이하에서는 상기 냉각배관(200)에 대하여, 절곡형(U-shape type)의 냉각배관에 대하여 살펴보기로 한다.

도 14를 참조하면, 상기 모터하우징용 냉각장치(604)에서 상기 냉각배관(200)은, 상기 하우징몸체(110)의 외주 측면 내부에 원주방향을 따라 매립 설치되고, 상하방향으로 지그재그로 절곡되게 형성되는 절곡냉각배관(400)을 포함한다.

상기 절곡냉각배관(400)은, 직선배관(410)과, 상기 직선배관(410)과 연통되게 연결되는 곡선배관(420)을 포함한다. 상기 직선배관(410)은 복수개로 상하방향으로 세워지고 상기 모터하우징(100)의 원주방향을 따라 설정된 간격으로 이격되게 배치되어 있다.

이에, 상기 곡선배관(420)은 U형으로 절곡되게 형성되어 양단부가 서로 이웃하는 상기 직선배관(410)들의 상단부와 하단부에 각각 연통되게 연결되어 있다.

한편, 상기 절곡냉각배관(400)은 상기 직선배관(410)과 상기 곡선배관(420)이 일체로 형성될 수 있으나, 도 15에 나타난 바와 같이 제조성 및 생산성을 고려하여 상기 직선배관(410)과 상기 곡선배관(420)을 각각 분리하여 별도로 제조하고 서로 결합할 수 있다. 여기서, 상기 직선배관(410)과 상기 곡선배관(420)의 결합은 제조 및 조립성을 용이하게 하기 위하여 상기 직선배관(410)의 단부에 삽입부(411)를 형성하여 곡선배관(420)의 내부로 삽입 결합할 수 있다. 도면에서 상기 삽입부(411)는 직선배관(410)의 단부에 형성된 경우를 나타내었으나 이는 일 실시예로 곡선배관(420) 또는 직선배관(410) 및 곡선배관(420) 모두에 형성될 수 있는 등 조립 결합할 수 있는 구조라면 다양한 구성이 가능함은 물론이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 절곡냉각배관(400)은, 평면 방향에 대하여 반원형상으로 각각 형성되고, 평면 방향에 대하여 원형을 이루도록 서로 대칭되게 배치되는 제1절곡냉각배관(430)과 제2절곡냉각배관(440)을 포함한다.

여기서, 상기 제1절곡냉각배관(430)과 상기 제2절곡냉각배관(440)은 전술한 일체형으로 절곡되게 제조할 수 있으며, 또는 도 18에 나타난 바와 같이 절곡부와 직선부를 각각 분리 제조한 후 조립 결합하여 제조할 수 있다.

상기한 일체형 및 분리형에 의한 상기 제1절곡냉각배관(430)과 상기 제2절곡냉각배관(440)의 구성에 대해서는 전술한 절곡냉각배관(400)의 구성과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 제1절곡냉각배관(430)은, 전방 일측으로 상기 냉각유체가 유입되어 후방 타측으로 유입된 상기 냉각유체가 배출되게 하고, 상기 제2절곡냉각배관(440)은, 후방 타측으로 상기 냉각유체가 유입되어 전방 일측으로 유입된 상기 냉각유체가 배출되게 하여, 상기 제1절곡냉각배관(430)과 상기 제2절곡냉각배관(440)을 통하여 유동하는 냉각유체의 유체흐름을 달리할 수 있다.

상기 모터하우징용 냉각장치(607)는 상기 절곡냉각배관(400)의 측면에 결합하여 진동을 흡수하는 진동흡수관(500a)을 포함한다. 도 19 및 도 20을 참조하면 상기 진동흡수관(500c)은 결합부재(510c)를 통하여 상기 절곡냉각배관(400)의 측면에 이격되게 결합하는 관형상의 몸체(520)와, 상기 몸체(520)의 내부에 충진되는 진동흡음재(530c)를 포함한다. 여기서, 상기 진동흡수관(500c)의 몸체(520)와 진동흡음재(530c)는 전술한 나선냉각배관(300)의 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대별되는 부분만을 중점적으로 살펴보기로 한다.

상기 진동흡수관(500c)은 결합부재(510c)를 통하여 상기 직선배관(410)의 외측면에 결합하여 방사상으로 배치되고, 도 21에 나타난바와 같이 상기 직선배관(410)과 대응되도록 상하방향으로 세워져 위치하고 있다.

상기 진동흡수관(500c)은 반경방향의 단면 형상이 원형으로 형성될 수 있으며, 또는 상기 진동흡수관(500d)은 도 22 및 도 23에 나타난 바와 같이 단면 형상이 사각형상으로 형성될 수 있다.

상기한 바에 따르면, 상기 절곡냉각배관(400)은 냉각유체의 입구와 출구를 분리하여 냉각효과를 향상시킬 수 있으며, 진동흡수관(500b,500c,500d)을 통하여 진동을 흡수할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 절곡냉각배관(400)은 냉각유체의 유동거리를 최소화하여 모터의 열을 흡수하여 가열된 냉각수의 배출을 신속하게 하여 냉각성능을 향상시키고, 압출파이프를 모듈타입으로 조립하는 방식으로 인서트 사출 시 필요한 제품의 공차를 확보 가능하며 인서트 사출로 불량 감소로 인한 제조비용을 절감할 수 있다.

한편, 상기와 같은 모터 하우징용 냉각장치를 제조하는 방법은 인서트 사출방식으로 제조함에 특징이 있다.

도 24는 본 발명에 의한 모터 하우징 냉각장치 제조방법을 설명하는 설명도이다. 이에 도시된 바와 같이,

냉각배관과 진동흡수관을 제조하여 하우징 몸체 내부에 매립시킬 형상으로 포밍하는 포밍단계(S10)와, 상기 냉각배관에는 제거가 가능한 지지소재를, 진동흡수관에는 진동 흡음재를 지지소재로서 충진시키는 지지소재 충진단계(S20)와, 하우징 몸체 사출금형 속에서 상기 냉각배관 및 진동흡수관을 지지할 수 있도록 하우징 몸체를 분할한 일부분을 지그몸체로 제조하는 지그몸체 제조단계(S30)와, 상기 지그몸체에 의해 상기 냉각배관과 진동흡수관이 지지되게 하우징 몸체 사출금형 속에 설치하고, 하우징 몸체를 이루는 용융재료를 주입하여 사출 성형하는 성형단계와(S40)와, 상기 성형 후, 상기 하우징 몸체 내부에 매립된 냉각배관 속의 지지소재를 제거하는 지지소재 제거단계(S50)를 수행하여 하우징 몸체를 제조한다.

이후, 모터를 하우징몸체 내부에 안착시켜 설치하고, 커버를 설치한 후, 상기 냉각배관의 유입구 및 배출구를 냉각수 순환 라인에 연결하여 펌프에 의해 냉각유체를 순환시켜 모터를 냉각시키도록 구성한다. 냉각수 순환라인에는 열교환기를 설치해 냉각유체와 열교환함으로써 모터 하우징 냉각장치로 유동되는 냉각유체를 냉각시킨다.

본 발명은, 상기 냉각배관과 진동흡수관은, 다양한 형태로 구성할 수 있는데 이는 도 3 내지 도 23을 통해 상세하게 설명되었다. 예를 들어, 단일 배관을 나선형으로 포밍한 나선냉각배관과, 직선배관과 곡선배관을 연결하여 수직으로 세워서 매립형성하는 절곡냉각배관의 형상을 예로 한다.

냉각배관과 진동흡수관을 하우징 몸체 내에 매립형성하는 방법으로 인서트 사출 방식으로 형성하는데, 인서트 사출 성형시 용탕의 가압 압력으로 배관의 변형이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위한 방법으로 본 발명에서는 제품 성형시의 용탕 압력에 냉각배관 및 진동흡수관이 견딜 수 있도록 상기 냉각배관 및 진동흡수관 내부에 지지소재(300a)를 충전하는 단계(S20)를 수행한다. 지지소재(300a)로는 입자상 물질을 이용할 수 있으며, 세라믹, 샌드, 볼(금속볼, 다시 말해 강구)와 같이 용탕의 고온과 배관의 용융 온도보다 더 용융 온도가 높은 재질로 구성할 수 있다.

냉각배관의 내부에 충전되는 지지소재(300a)는, 물에 녹을 수 있는 수용성 물질일 수 있다. 이 경우, 상기 하우징 몸체 성형 이후에 냉각배관의 내부에 물을 주입하면, 물에 의해 냉각배관 내부의 지지소재를 녹여주어 냉각배관을 비우고, 내부에 중공이 있는 하우징 몸체를 성형할 수 있다.

예를 들면, 수용성 지지소재(300a)는, 솔트로 구성될 수 있다. 이때, 냉각배관이 알루미늄이고 용탕도 고온의 알루미늄 용융 원액일 경우, 솔트의 용융 온도가 알루미늄의 용융 온도보다 높아서 냉각배관의 표면 일부가 녹아서 용탕과 일체형으로 성형되는 한편, 솔트는 그 형상 그대로 유지되어, 냉각배관이 용탕의 주입 압력에 견딜 수 있도록 한다.

도 25는 본 발명 사출금형 내부에 냉각배관을 투입한 상태를 보여주는 예시도이다.

금형(4) 내의 캐비티(4C)속에 냉각배관(300)을 설치할 때, 낸각배관(300)의 양단부는 캐비티(4C)의 외측으로을 인출되어 하부금형(4B)에 의해 고정지지 된다. 그러나 캐비티(4C) 내부의 공간에서는 지지되는 수단이 없다. 그러므로 용탕을 가압 주입하는 경우, 공간상에 띄워져 있는 부분의 냉각배관(300)은 주입되는 용탕에 의해 정렬된 위치를 벗어나 틀어질 수도 있고, 냉각배관(300)의 포밍 형태가 변형될 수도 있다. 배관 자체는 속에 지지소재(300a)를 충진하였으므로 변형이 방지된다.

따라서, 본 발명에서는 도 25에 도시된 바와 같이, 하우징 몸체 사출금형(4)의 캐비티(4C) 내에서 상기 냉각배관(300)을 지지하고 고정하기 위한 지그몸체(110a)를 미리 제조한다(S30). 지그몸체(110a)는 하우징 몸체(110)와 동일한 재질로 몸체 일부분을 미리 제작하는 것이다. 물론 특별한 경우에 다른 재질로 제작할 수도 있다.

냉각배관(300)은, 하우징 몸체(110) 속에 존재하게 되는 것이므로, 캐비티 내에서 공간에 띄워져 설치되고, 이 때문에 일반 사출방식과 같은 별도의 지그를 설치하지 못한다. 이에 따라 본 발명에서는 냉각배관(300)을 캐비티(4C) 내부에서 지지하고, 성형 후 하우징 몸체와 일체화될 수 있는 지그몸체(110a)를 제작하여 지그로 사용하고자 한다. 즉, 하우징 몸체(300)의 일부분을 미리 지그몸체(110a)로 제작한다.

지그몸체(110a)는, 단순히 캐비티 내부의 공간상에서 냉각배관을 받쳐주는 구조일수도 있고, 냉각배관(300)을 중심으로 분할된 인너 몸체 또는 아웃터 몸체 중 어느 하나일 수도 있고, 냉각배관을 제외한 하우징 몸체를 다수의 조각으로 분할 제작한 적어도 하나 이상 복수의 지그몸체(110a)로 제작할 수도 있다. 이는 냉각배관의 형상이나 크기 등을 감안하여 변형방지 및 위치고정을 위하여 설계할 수 있다.

또한, 상기 지그몸체(110a)는, 하나 또는 복수 개로 구성하고, 복수 개로 이루어진 지그몸체(110a)는, 서로 대향하는 부분이 충분한 유격을 갖도록 원래 몸체 폭에서 일부가 부족한 폭을 갖도록 구성할 수 있다. 또한, 지지면에는 주입홈을 형성하여 지그몸체와 접촉되는 냉각배관이나 진동흡수관의 표면에도 용탕이 주입되어 표면이 녹으면서 한몸이 되게 하기 위한 것이다. 즉, 용탕이 접촉면에서 쉽게 주입되게 하기 위함이다.

도 25를 참조한 설명에서는 나선냉각배관(300)만 구비되는 구조에 대해 설명하였으나, 절곡냉각배관만 있는 구조, 나선냉각배관에 진동흡수관이 연결된 구조, 절곡냉각배관에 진동흡수관이 있는 구조 등 다양한 실시예의 형태에 대해서 각각의 형상에 맞는 지그몸체(110a)를 하나 또는 복수개로 제작하여 캐비티 속에서 안정적으로 배관들을 지지 고정하여, 용탕 주입시 정렬상태가 틀어지거나 변경되지 않도록 구성한다.

이와 같이 하우징 몸체(110)의 일부를 분할하여 지그몸체(110a)로 미리 제작하고, 그 지그몸체(110a)와 냉각배관(300)을 결합하여 도 25와 같이 캐비티(4C)내에 설치한다.

상기 캐비티(4C) 속에 상기 지그몸체(110a)와 동일한 재료의 용탕을 투입하여 상기 냉각배관(300)을 감싸고 상기 지그몸체(110a)와 일체화되는 하우징 몸체(110)를 성형한다(S50).

이때 지그몸체(110a)는 용탕과 동일한 재질로 제작한 것이므로, 용탕을 주입하게 되면 지그몸체(110a)는 표면이 녹으면서 용탕과 일체화되어 단일 몸체를 이루고, 냉각배관(300)을 감싸고서 성형된다. 물론 냉각배관(300)도 동일한 재질로 제작된 것인 경우, 표면이 녹으면서 몸체와 일체화된다.

또한, 지그몸체를 용탕의 재료와 다른 재료로 구성함으로써 지그몸체를 나머지 몸체 부분과 서로 다른 강도의 재료로 구성할 수도 있다. 냉각배관과 지그몸체는 하우징 몸체와 동일한 금속으로 구성한 경우 하우징 몸체와 한몸으로 성형된다.

물론 다른 재료로 구성하여 하우징 몸체(110) 내에 서로 다른 재료의 냉각배관(300) 및 지그몸체(110a)가 일체형으로 성형되게 할 수도 있으나 바람직하기로는 동일재료인 것이 바람직하다. 성형 후, 냉각배관(300) 속에 있는 지지소재(300a)를 제거하여 속이 빈 냉각배관으로 냉각유체를 유동시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 제조방법 설명에서 냉각배관만 있는 구조를 간단히 예를 들어 설명하고 있으나, 냉각배관과, 진동흡수관이 함께 구비되는 구조에서도 동일한 제조방법으로 구현 가능하다. 또한, 지지소재 충진 및 제거의 실시예로서, 냉각배관에는 지지소재를, 진동흡수관에는 진동흡수재를 충진하여 하우징 몸체에 인서트 사출 성형하고, 냉각배관 속의 지지소재만 제거하고 진동흡수관 속의 진동흡수재는 그대로 두는 방법으로도 가능하다.

또한, 냉각배관과 진동흡수관에 모두 지지소재를 충진하고, 성형후 냉각배관과 진동흡수관 속의 지지소재를 모두 제거하고, 진동흡수관 속에 진동흡음재를 충진하는 제조방법으로도 적용할 수 있다.

성형 후 진동흡수관 속의 지지소재를 제거하고, 진동흡음재를 충진하기 위해서는 진동흡수관의 양단부가 하우징 몸체 외부로 인출된 구조여야 한다. 나선냉각배관에 결합되는 동일형상의 나선 진동흡수관인 경우에는 하우징 몸체의 외부로 진동흡수관의 양단부를 인출시켜 성형하여 지지소재 제거후 진동흡음재를 충진할 수 있다.

그러나 절곡냉각배관의 구조에서 수직으로 다수의 직선형 진동흡수관을 배치하는 경우는, 성형전에 진동흡수관 속에 진동흡음재를 충진 해야만 한다. 절곡냉각배관의 구조에서는 성형전에 절곡냉각배관에는 제거가 가능한 지지소재를, 진동흡수배관에는 제거할 필요없는 진동흡음재를 충진하여두고, 인서트 사출 성형후 절곡냉각배관 속의 지지소재만 제거하는 것이다.

한편, 상기에서 설명된 모터 하우징 냉각장치 및 그의 제조방법을 이용하여 제조된 모터 하우징 냉각 장치는, 하우징 몸체 중앙에 모터를 삽입안착시켜 설치하고 상면에 커버를 결합하여 모터 하우징으로 설치한다.

그리고 모터 하우징 외측으로 인출된 냉각배관의 양단을 냉각유체 유입구와 배출로구 연결하고, 냉각유체는 펌프에 의해 순환시키도록 하며, 펌프에 의해 순환되는 냉각유체는 열교환기를 통해 열교환하게 한다. 이때 온도센서를 이용하고, 펌프와 밸브를 이용해 설정된 온도범위로 모터를 냉각시키는 모터 냉각장치로서 설치되는 것이다.

이러한 모터하우징 냉각장치는 하우징 몸체 외면에 냉각배관을 설치한 외정형구조나 공냉식구조 등의 기존의 냉각장치에 비교해 콤팩트한 구조를 제공할 수 있고, 더욱이 모터하우징 몸체 내부에 매립된 냉각배관으로 냉각유체를 유동시키기 때문에 냉각효율을 향상할 수 있다, 그러므로 이러한 구조의 모터 하우징 냉각장치는 전기차의 모터 즉, 전기차의 동력원으로 사용되는 모터의 하우징 냉각장치로서 설치할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 모터 하우징 냉각장치 및 그 제조방법에 의해 제조되는 모터 하우징 냉각장치를 전기 자동차의 모터 냉각장치로 설치하면, 콤팩트한 구조와 냉각효율 향상이라는 장점을 적용할 수 있어서 전기 자동차의 중량감소에 효과적이고 모터냉각 효율 상승 등의 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 모터하우징 110 : 하우징몸체
101 : 수용공간 120 : 커버
200 : 냉각배관 300,310 : 나선냉각배관
400 : 절곡냉각배관 410 : 직선배관
411 : 삽입부 420 : 곡선배관
430 : 제1절곡냉각배관 440 : 제2절곡냉각배관
500a,500b : 진동흡수관 510a,510b : 결합부재
520,520b : 몸체 530a,530b : 진동흡음재
601,602,603,604,605,606,607 : 모터하우징용 냉각장치

Claims (17)

1. 내부에 모터가 수용되는 수용공간이 형성된 하우징몸체와, 상기 하우징몸체를 폐쇄하는 커버를 포함하는 모터하우징:
   상기 하우징몸체 내에 매립 설치되고 내부로 냉각유체가 유동하며, 상기 하우징몸체의 길이방향에 대하여 나선형상으로 매립 설치되는 나선냉각배관을 포함하는 냉각배관; 및
   상기 나선냉각배관의 측면에 결합하는 관 형상의 몸체와, 상기 몸체의 내부에 충진되는 진동흡음재를 포함하여 진동을 흡수하는 진동흡수관을 포함하되,
   상기 나선냉각배관과 진동흡수관이 매립된 하우징몸체는,
   나선냉각배관에는 제거가 가능한 지지소재를, 진동흡수관에는 진동 흡음재를 충진하여 하우징 몸체 사출금형에 설치하고, 인서트 사출방식으로 나선냉각배관과 진동흡수관이 매립된 하우징 몸체를 성형하고, 상기 성형 후, 상기 나선냉각배관 속에 충진된 지지소재를 제거하며, 상기 나선냉각배관을 통해 냉각유체를 순환시켜 모터를 냉각시키는 모터 하우징 냉각장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 나선냉각배관은,
   상기 냉각유체의 유동단면 형상이 원형 또는 사각형인 모터 하우징 냉각장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 진동흡수관은,
   반경방향의 단면 형상이 원형 또는 사각형상으로 형성되는 모터 하우징 냉각장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   일단부는 상기 나선냉각배관의 측면에 결합하고 타단부는 상기 진동흡수관이 상기 나선냉각배관의 측면에 대하여 이격되게 결합하도록 상기 진동흡수관의 측면에 결합하는 결합부재를 더 포함하는 모터 하우징 냉각장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동흡수관은 상기 냉각배관의 내주측면 또는 외주측면에 결합하고, 상기 나선냉각배관과 대응되도록 나선형상으로 형성되는 모터하우징 냉각장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 나선냉각배관과 상기 진동흡수관은 상기 하우징몸체의 길이방향의 직각인 방향에 대하여 얼라인(align)되게 배치되는 모터하우징 냉각장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 나선냉각배관과 상기 진동흡수관은 상기 하우징몸체의 길이방향의 직각인 방향에 대하여 서로 엇갈리게 배치되는 모터하우징 냉각장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 나선냉각배관과 상기 진동흡수관은 상기 하우징몸체의 길이방향에 대하여 상하 교대로 배치되는 모터하우징 냉각장치.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 나선냉각배관과 진동흡수관은,
   상기 하우징 몸체를 이루는 재료와 동일한 재료로 이루어지는 모터하우징 냉각장치.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 나선냉각배관과 진동흡수관은,
    상기 하우징 몸체를 이루는 재료와 다른 재료로 이루어진 모터하우징 냉각장치.
    
11. 청구항 1에 있어서, 상기 지그몸체는,
    하나 또는 복수 개로 구성하고,
    복수 개로 이루어진 지그몸체는, 서로 대향하는 부분이 충분한 유격을 갖도록 원래 몸체 폭에서 일부가 부족한 폭을 갖는 모터 하우징 냉각장치.
    
12. 청구항 1에 있어서, 상기 지그몸체는,
    하우징 몸체 사출시 용탕이 주입되는 복수의 주입홈이 형성되는 모터 하우징 냉각장치.
    
13. 청구항 1에 있어서, 상기 지그몸체는,
    하우징 몸체를 이루는 재료와 동일 재료로 이루어진 모터 하우징 냉각장치.
    
14. 청구항 1에 있어서, 상기 지그몸체는,
    하우징 몸체를 이루는 재료와 다른 재료로 이루어진 모터 하우징 냉각장치.
    
15. 제 1 항에 있어서, 상기 지지소재는,
    물에 녹는 수용성 물질로 이루어져, 상기 하우징 몸체 성형 이후에 상기 냉각배관 내부에 물을 주입하여 상기 물에 의해 지지소재를 녹여 제거하는 모터 하우징 냉각장치.
    
16. 제 1 항에 있어서, 상기 나선냉각배관과 진동흡수관은,
    냉각배관과 진동흡수관이 결합부재에 의해 연결된 일체형으로 압출성형하여, 하우징 몸체 내부에 매립하기 위한 나선배관으로 포밍하여 인서트 사출에 의해 하우징 몸체 내부의 중공으로 형성한 모터 하우징 냉각장치.
    
17. 모터를 동력원으로 구비한 전기 자동차에 있어서,
    상기 청구항 1 내지 청구항 16중 어느한 항의 모터 하우징 냉각장치를 구비한 전기 자동차.

Images