KR20200142714A

KR20200142714A - 모터

Info

Publication number: KR20200142714A
Application number: KR1020190069868A
Authority: KR
Inventors: 허두석
Original assignee: 현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-23
Also published as: KR102222126B1

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터는 수용공간을 구비하는 프레임;과, 상기 프레임의 상기 수용공간에 구비된 샤프트;와, 상기 수용공간에서 상기 샤프트의 길이방향으로 적층되고, 외주의 적어도 일부가 상기 프레임과 접촉하는 고정자철심;과, 상기 고정자철심의 내부에 구비된 회전자철심;과, 상기 프레임의 외면에 형성된 외부냉각유닛; 및 상기 프레임의 내면에 형성된 내부냉각유닛;을 포함할 수 있다.

Description

모터{MOTOR}

본 발명은 모터에 관한 것이다.

도 1에서 보이듯, 통상의 전폐형 모터의 구조는 외관을 형성하는 방열프레임(10), 상기 방열프레임 내부에서 회전하게 구비되는 샤프트(12), 상기 샤프트의 외주에 구비된 회전자(13), 상기 회전자와 상기 방열프레임 사이에 구비되는 고정자(14)를 포함할 수 있다.

방열프레임(10)의 일측으로는 회전자의 로터바 회전에 의해 온도가 상승된 내부 공기(Air)를 순환하여 냉각하도록 내부 냉각팬(미도시)이 마련되어 있다.

또한, 방열프레임(10)의 외주로는 냉각핀(15)이 마련되어 방열프레임(10)을 냉각하도록 구성된다. 이 냉각핀(15)은 외부의 냉각팬(16)에 의해 냉각이 되고, 외부의 냉각팬(16)은 팬커버(17)로 보호되어 있다.

이때, 고정자(14)는 샤프트(12)의 축 방향으로 복수 개가 적층되는데, 이를 위해 도 2에서 보이듯 상기 고정자(14)의 외주에는 다수의 클램핑홈(14a)이 마련될 수 있다.

클램핑홈(14a)은 고정자(14)의 둘레를 따라 복수 개가 형성되는데 상기 클램핑홈(14a)에는 고정자(14)를 클램핑하는 클램핑부재(미도시)가 존재함으로써, 샤프트(12)의 축 방향으로 적층되는 복수 개의 고정자(14)를 고정할 수 있게 된다.

이와 같은 전동기의 냉각 방식은 두 가지로 이루어져 있다. 그 중 첫 번째는 고정자(14)의 외부 표면과 방열프레임(10)의 내부 표면이 접촉되어 고정자(14)에서 발생되는 열을 방열프레임(10)으로 전달하고, 그 열은 냉각핀(15)에서 방열프레임(10)의 외부의 냉각팬(16)에 의해 공기로 열이 방출되는 것이다.

두 번째로 고정자코일엔드(미도시) 및 회전자에서 발생되는 열은 내부냉각팬에 의해 채널(미도시) 및 회전자공기구멍(미도시)으로 순환하며 뜨거운 공기가 차가운 방열프레임(10) 및 엔드쉴드(19)에 의해 열을 전달하고, 그 열은 외부로 방출되는 것이다.

모터를 전술한 냉각팬(도 1의 16), 냉각핀(도 1의 15) 및 방열프레임(10)의 내부의 냉각팬(미도시)만으로는 충분히 냉각하기 어렵다는 문제가 있고, 모터의 냉각능 향상을 위해 다른 부품 또는 장치를 추가할 경우, 모터의 전체적인 중량 및 부피가 증가하게 된다는 문제가 있다.

KR 10-2013-0058341 (2013.05.23)

본 발명은 모터의 중량 및 부피의 증가 없이 모터의 냉각효율 및 냉각능을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 모터에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 모터는 수용공간을 구비하는 프레임;과, 상기 프레임의 상기 수용공간에 구비된 샤프트;와, 상기 수용공간에서 상기 샤프트의 길이방향으로 적층되고, 외주의 적어도 일부가 상기 프레임과 접촉하는 고정자철심;과, 상기 고정자철심의 내부에 구비된 회전자철심;과, 상기 프레임의 외면에 형성된 외부냉각유닛; 및 상기 프레임의 내면에 형성된 내부냉각유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정자철심은, 외주에 형성된 노치홈;을 포함하고, 상기 노치홈에 삽입되어 상기 고정자철심을 고정하는 클램프피스;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 내부냉각유닛은, 상기 프레임의 내면에서 오목하게 형성된 냉각홈;을 포함하고, 상기 냉각홈은, 상기 클램프피스의 외주와 대면할 수 있다.

또한, 상기 노치홈, 상기 클램프피스 및 상기 냉각홈은, 상기 샤프트의 둘레방향으로 복수개가 형성되며, 적어도 일부가 상기 샤프트의 직경 방향으로 동일 선상에 놓일 수 있다.

또한, 상기 냉각홈은, 상기 프레임의 길이방향으로 연속된 홈일 수 있다.

또한, 상기 냉각홈은, 상기 샤프트의 직경방향으로의 단면이 반원일 수 있다.

또한, 상기 냉각홈은, 상기 샤프트의 직경방향으로의 평면에서 원주가 상기 클램프피스의 외주 전체면을 덮을 수 있다.

또한, 상기 외부냉각유닛은, 상기 프레임의 외주에서 돌출된 적어도 하나의 냉각핀;을 포함할 수 있다

본 발명에 따르면 모터의 중량 및 부피의 증가없이 모터의 냉각효율 및 냉각능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 통상의 모터의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 통상의 모터의 고정자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 통상의 모터의 방열프레임의 사시도이다.
도 4는 통상의 모터의 열화상사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 모터의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 부분확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모터의 프레임의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 모터의 CFD해석결과이다.
도 9는 통상의 모터의 CFD해석결과이다.

본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저 도 3에서 보이듯, 통상의 방열프레임(10)은 그 내부에 회전자(미도시) 및 고정자(미도시)를 수용하도록 수용공간(10a)을 구비하며, 상기 방열프레임(10)의 외주에는 냉각핀(15)이 마련되어 냉각기능을 수행한다.

이러한 방열프레임(10)의 내면(10b)은 고정자(도 2의 14)의 외주와 접촉하는데, 상기 고정자(도 2의 14)의 클램핑홈(도 2의 14a)에는 고정자(도 2의 14)를 클램핑하는 클램핑부재(미도시)가 존재하므로 상기 방열프레임(10)의 내면(10b)과 고정자(도 2의 14) 사이에는 공기(Air)가 유동될 수 있는 공간이 사실상 없다.

따라서, 도 4에 도시된 통상의 모터(1)의 열화상 화면에는 방열프레임(도 3의 10)의 고온부(1a)가 상당수 존재하게 된다.

이에, 모터(1)의 방열프레임(도 3의 10)의 내부에서 공기의 유동을 원활하게 하고, 모터(1)의 냉각효율 및 냉각능을 향상시키기 위해서는 냉각채널, 히트파이프 등의 냉각을 위한 장치들이 추가되어야 한다.

그러나, 이들은 모터의 중량, 규격 등을 증가시키고, 제조원가 또한 상승시키는 원인이 된다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 사항들을 개선하기 위하여 아래와 같은 모터를 제공한다.

먼저, 도 5는 본 발명의 모터(100)의 회전축인 샤프트(120)의 직경방향의 단면도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 모터(100)는 내부에 샤프트(120), 회전자철심(135), 로터바(미도시), 고정자철심(130), 고정자코일(미도시)을 수용하는 프레임(110)을 포함한다.

그리고 상기 샤프트(120)의 외주로는 상기 고정자철심(130)이 상기 샤프트(120)의 길이 방향으로 복수 개 적층되며, 상기 고정자철심(130)의 내부와 상기 샤프트(120)의 외부 사이에는 회전자철심(135)이 존재한다.

그리고 복수 개 적층되는 고정자철심(130)을 고정하기 위해서 상기 고정자철심(130)의 외주에는 클램프피스(160)가 존재한다.

상기 프레임(110)은 모터(100)의 외관을 형성하며, 상기 프레임(110)의 외주로는 외부냉각유닛(140)이 마련되어 상기 프레임(110)의 냉각을 수행하고, 상기 프레임(110)의 내부에는 내부냉각유닛(150)이 마련되어 상기 프레임(110)의 냉각을 수행한다.

먼저, 외부냉각유닛(140)은 상기 프레임(110)의 외주에서 일정 높이 돌출된 냉각핀(141)을 포함할 수 있다.

냉각핀(141)은 프레임(110)의 둘레를 따라 복수 개가 마련될 수 있고, 열전도도가 높은 재질로 되어 프레임(110)의 냉각을 용이하게 수행할 수 있다.

그리고 내부냉각유닛(150)은 프레임(110)의 내면에 형성되며, 프레임(110)의 둘레를 따라 복수 개가 마련되어 상기 고정자철심(130)과 대면할 수 있다.

본 발명이 일 실시 예에서 상기 내부냉각유닛(150)은 프레임(110)의 내면에서 오목하게 형성된 홈인 냉각홈(151)을 포함할 수 있다.

상기 냉각홈(151)은 프레임(110)의 둘레 방향으로 복수 개가 마련되며, 클램프피스(160)와 일대일 대응되게 구비되어 하나의 냉각홈(151)이 하나의 클램프피스(160)와 대면할 수 있다.

위와 같은 본 발명의 냉각홈(151)에 따르면 별다른 냉각장치의 추가 없이도 프레임(110)에 공기(Air)가 유동될 수 있는 공간을 확보하여 모터(100)의 냉각능을 향상시킬 수 있게 된다.

보다 상세하게 도 6에서 보이듯, 상기 고정자철심(130)은 외주에 형성된 노치홈(131)을 포함하고 상기 노치홈(131)에는 상기 샤프트(120)의 길이방향으로 적층된 복수 개의 고정자철심(130)을 고정하는 클램프피스(160)가 존재한다.

그리고 상기 클램프피스(160)는 노치홈(131)의 외부로 돌출되지 않으므로 냉각홈(151)은 빈공간이 되어 공기가 이동할 수 있는 유로가 된다.

냉각홈(151)은 클램프피스(160)의 외주와 대면하도록 상기 프레임(110)에 오목한 홈으로 형성되고, 상기 샤프트(120)의 직경방향으로의 단면의 형상이 반원일 수 있다.

그리고 상기 냉각홈(151)의 원주(152)는 클램프피스(160) 전체를 덮을 수 있고, 이를 위해 바람직하게는 상기 냉각홈(151)의 직경이 상기 클램프피스(160)의 너비(161)보다 클 수 있다. 또한, 상기 노치홈(131), 상기 클램프피스(160) 및 상기 냉각홈(151)의 적어도 일부가 상기 샤프트(120)의 직경 방향으로 동일 선상에 놓일 수 있다.

이때, 상기 냉각홈(151)의 단면은 반원으로 구비될 수 있는데, 이처럼 냉각홈(151)의 단면이 반원으로 구비되면 프레임(110)의 단면2차모멘트가 감소하는 것을 최대한 억제할 수 있고, 또한, 프레임(110)의 강성이 저하되는 것을 최대한 억제하면서도 냉각을 위한 공기의 유로를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉각홈(151)의 원주(152)는 냉각홈(151)의 와류 발생을 최대한 억제하여 냉각홈(151)에서의 냉각 공기의 유동을 원활하게 하는 효과가 있다.

이와 같은 냉각홈(151)은 도 7에서 보이듯, 프레임(110)의 길이방향으로 일정 구간 연속된 홈으로 제공되어 프레임(110)의 내부로 외부 공기의 유입을 원활하게 함과 동시에 프레임(110)의 외부로 공기의 배출을 원활하게 하는 효과를 창출할 수 있다.

따라서 프레임(110)의 수용공간(111)에 존재할 수 있는 모터의 다른 구성품들(고정자철심, 회전자 철심 등)이 냉각홈(151)을 따라 유동되는 공기에 의해 더욱 효과적으로 냉각될 수 있게 된다.

한편, 도 8에는 본 발명의 모터(100)의 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석 결과가 도시되어 있다. 이를 참조하면 본 발명에 따른 모터(100)의 고정자철심(130)의 고정자 코일부(130a)가 존재하는 영역의 온도가 약 91.2K임을 알 수 있다.

반면, 도 9에 도시된 종래의 모터(1)의 고정자 코일부(14b)가 존재하는 영역의 온도는 약 92.1K임을 알 수 있는데, 이를 본 발명에 따른 모터(도 8의 100)와 대비하면, 본 발명에 따른 모터는 별다른 장치의 추가 없이 즉, 모터의 중량, 규격 등의 증가 없이도 모터의 냉각능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 이는 궁극적으로 모터의 제조원가 절감에도 기여할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시 예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10 : 방열프레임 12 : 샤프트
13 : 회전자 14 : 고정자
15 : 냉각핀 16 : 냉각팬
17 : 팬커버 100 : 모터
110 : 프레임 120 : 샤프트
130 : 고정자철심 131 : 노치홈
135 : 회전자철심 140 : 외부냉각유닛
141 : 냉각핀 150 : 내부냉각유닛
151 : 냉각홈 152 : 원주
160 : 클램프피스

Claims

수용공간을 구비하는 프레임;
상기 프레임의 상기 수용공간에 구비된 샤프트;
상기 수용공간에서 상기 샤프트의 길이방향으로 적층되고, 외주의 적어도 일부가 상기 프레임과 접촉하는 고정자철심;
상기 고정자철심의 내부에 구비된 회전자철심;
상기 프레임의 외면에 형성된 외부냉각유닛; 및
상기 프레임의 내면에 형성된 내부냉각유닛;
을 포함하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 고정자철심은, 외주에 형성된 노치홈;을 포함하고,
상기 노치홈에 삽입되어 상기 고정자철심을 고정하는 클램프피스;
를 더 포함하는 모터.
제2항에 있어서,
상기 내부냉각유닛은,
상기 프레임의 내면에서 오목하게 형성된 냉각홈;을 포함하고,
상기 냉각홈은,
상기 클램프피스의 외주와 대면하는 것을 특징으로 하는 모터.
제3항에 있어서,
상기 노치홈, 상기 클램프피스 및 상기 냉각홈은,
상기 샤프트의 둘레방향으로 복수개가 형성되며, 적어도 일부가 상기 샤프트의 직경 방향으로 동일 선상에 놓이는 것을 특징으로 하는 모터.
제3항에 있어서,
상기 냉각홈은,
상기 프레임의 길이방향으로 연속된 홈인 것을 특징으로 하는 모터.
제3항에 있어서,
상기 냉각홈은,
상기 샤프트의 직경방향으로의 단면이 반원인 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서,
상기 냉각홈은,
상기 샤프트의 직경방향으로의 평면에서 원주가 상기 클램프피스의 외주 전체면을 덮는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부냉각유닛은,
상기 프레임의 외주에서 돌출된 적어도 하나의 냉각핀;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.