KR20210050491A - 모터 샤프트 베어링용 열 소산을 갖는 전기 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 샤프트 (4)를 수용하기 위한 샤프트 섹션과 모터 전자 기기(electronics) (5) 및 모터 권선(windings) (6)을 수용하기 위한 모터 섹션을 갖는 모터 하우징 (2)을 갖는 전기 모터에 관한 것으로, 상기 샤프트 섹션과 상기 모터 섹션은 상기 모터 하우징 (2) 안에 배열된 상기 분리 포트(separating pot) (7)에 의해 밀봉된 방식으로 서로 분리되고, 상기 분리 포트 (7) 안에는, 금속 볼 베어링 포트 (8)가 배열되고, 그 안에는 볼 베어링 (9)이 고정되고, 상기 볼 베어링 포트 (8)는 상기 분리 포트 (7)를 통해 외부 환경에 연결되는 모터 하우징 섹션에 간접적으로 맞닿게 놓여 있어서, 상기 모터 하우징은 냉각체(cooling body) 역할을 하고 동작 동안에 상기 볼 베어링 (9)에서 발생된 열은 상기 볼 베어링 포트 (8)와 상기 분리 포트 (7)를 통해 상기 모터 하우징과 상기 외부 환경으로 소산된다.

Description

모터 샤프트 베어링용 열 소산을 갖는 전기 모터

본 발명은 모터 샤프트 베어링용 열 소산(heat dissipation)을 갖는 콤팩트한 디자인의 전기 모터에 관한 것이다.

모터 샤프트의 높은 회전 속도를 생성하는 전기 모터에서, 강한 열 발생으로 인해 모터 샤프트가 장착된 볼 베어링의 전력 손실이 상당히 증가한다. 특히 볼 베어링이 수많은 다른 컴포넌트와 바로 인접하여 배열된 전기 모터의 콤팩트한 디자인에서는, 발생된 열을 충분히 소산시킬 수 없다.

따라서, 본 발명의 근본적인 목적은 전기 모터에서 모터 샤프트가 장착된 볼 베어링에 대해 개선된 열 소산을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 따른 특징의 조합에 의해 달성된다.

본 발명에 따라, 모터 샤프트를 수용하기 위한 샤프트 섹션과 모터 전자 기기(motor electronics) 및 모터 권선(winding)을 수용하기 위한 모터 섹션을 갖는 모터 하우징을 갖는 전기 모터가 제안된다. 샤프트 섹션과 모터 섹션은 모터 하우징 안에 배열된 분리 포트(separating pot)에 의해 밀봉된 방식으로 서로 분리되며, 상기 분리 포트 안에는, 금속 볼 베어링 포트가 배열되고, 그 안에는 볼 베어링이 고정된다. 볼 베어링 포트는 분리 포트를 통해 외부 환경에 연결된 모터 하우징 섹션에 간접적으로 맞닿게 놓여 있어서 모터 하우징이 냉각체로서 기능하고 동작 동안에 볼 베어링에서 발생하는 열은 볼 베어링 포트와 분리 포트를 통해 모터 하우징과 외부 환경으로 소산된다.

분리 포트는 샤프트 섹션과 모터 섹션을 분리하고 크랭크 케이스(crankcase)와 전자 기기 또는 모터 권선 사이의 가스 교환을 방지하기 위해 사용된다.

그러나, 볼 베어링 포트가 내부에 배열된 분리 포트는 볼 베어링이 중앙에 고도로 패킹되어야 하고 동작 동안에 발생하는 열을 거의 방출할 수 없는 디자인으로 이어진다. 본 발명에 따르면, 모터 하우징으로의 열 소산은 분리 포트와 볼 베어링 포트를 그 안에 수용된 볼 베어링에 연결하기 때문에 발생한다.

전기 모터의 변형 실시예에서, 분리 포트는 모터 샤프트의 회전 축 주변에 모터 하우징을 통해 단일 부품(single piece)으로 형성된다. 특히, 모터 하우징은 축 방향 벽 안으로 분리 포트가 내려 앉은(sink) 축 방향 벽에 의해 축 방향 측면에서 접합된 원주 외벽을 형성한다. 분리 포트는 바람직하게는 상이한 직경의 섹션을 갖는 중공 실린더의 형상으로 디자인되며, 상기 볼 베어링 포트는 모터 하우징 내로 가장 멀리 축 방향에서 돌출된 볼 베어링 포트의 섹션에 배열된다.

여기서, 바람직한 실시예는 분리 포트와 볼 베어링 포트가 볼 베어링 포트가 배열된 분리 포트의 단면에서 동일한 형상으로 되는 것이다. 즉, 볼 베어링 포트와 분리 포트가 동일한 외부 윤곽을 결정한다.

전기 모터의 바람직한 실시예는 또한 분리 포트를 통해 볼 베어링 포트에 간접적으로 연결되는 모터 하우징의 섹션과 분리 포트 사이에 히트 싱크 페이스트(heat sink paste)가 제공되는 것이다. 히트 싱크 페이스트는 바람직하게는 중간 층을 형성하고 컴포넌트가 접촉하지 않고 분리 포트에 모터 하우징의 열적 연결을 제공한다. 따라서, 개별 컴포넌트의 진동은 서로 결합되지 않은 채로 유지된다.

전기 모터의 개발은 모터 하우징이 분리 가능한 하우징 커버를 갖는 것을 특징으로 하고, 이는 모터 하우징의 나머지 축 방향 측면에 놓을 수 있고 그리고 분리 포트를 통해 볼 베어링 포트에, 결국 볼 베어링에 간접적으로 연결되는 모터 하우징의 섹션을 형성한다. 분리 포트가 모터 하우징과 단일 부품을 형성하는 경우에, 전기 모터의 컴포넌트의 장착은 분리 포트를 축 방향에서 마주하는 측면을 통해 발생할 수 있으며, 그 측면에 하우징 커버가 착탈 가능하게 위치된다. 동시에, 하우징 커버를 냉각체로 사용하는 솔루션은 열 소산을 위한 넓은 표면을 제공한다.

하우징 커버가 볼 베어링 포트의 방향의 축 방향에서 돌출한 냉각 엘리먼트를 갖는 변형예에서 전기 모터에서 열 소산의 성능이 추가로 개선되며, 이는 분리 포트를 통해 간접적으로 볼 베어링 포트에 연결하기 위한 표면을 국부적으로 증가시킨다.

바람직한 실시예로서, 냉각 엘리먼트는 분리 포트의 축 방향 외벽에 연결하기 위한 축 방향 표면을 갖는 원통형 또는 원추형으로 디자인되는 것이 제공된다. 따라서, 볼 베어링의 열은 볼 베어링 포트에서 분리 포트로 전달된 다음 그 축 방향 외벽 표면에서 원통형 냉각 엘리먼트의 연결 표면으로, 마지막으로 하우징 커버의 전체 표면으로 전달된다.

바람직한 실시예에서, 볼 베어링 포트는 볼 베어링이 압착(press)되는 볼 베어링 시트를 형성한다.

추가하여, 전기 모터의 변형예는 볼 베어링 포트가 외부 환경에 연결된 모터 하우징의 섹션과 볼 베어링 사이에 자유 공간(free space)을 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서 볼 베어링은 열을 공기 중 자유 공간으로 직접 소산시킬 수 있으며 분리 포트와 냉각체에 인접한 볼 베어링 포트의 축 방향 표면에 직접 연결되지 않는다.

더욱이, 전기 모터에서, 개발에서, 분리 포트가 모터 하우징을 통해 하우징 커버까지 축 방향으로 연장되는 것이 제공된다. 따라서 분리 포트는 축 방향, 즉, 모터 샤프트의 회전 축을 따라 회전 축 주위의 중앙 내부 모터 하우징의 상당 부분을 결정한다. 바람직하게는, 분리 포트는 축 방향에서 모터 하우징의 전체 축 방향 범위의 60-95% 이상, 보다 바람직하게는 70-95% 이상, 더욱 바람직하게는 80-90% 이상 연장된다.

바람직한 실시예의 예는 모터 하우징 및 분리 포트가 플라스틱으로 만들어지고 금속 볼 베어링 포트가 사출 성형 공정(injection molding process)에서 플라스틱으로 직접 오버 몰딩(over mold)되는 것이다.

콤팩트한 디자인을 위해, 전기 모터에서, 바람직하게는 권선이 원주 방향에서 분리 포트를 봉입(enclose)하는 것이 제공된다. 동시에, 권선이 볼 베어링으로부터 축 방향에서 이격되어 배열되는 것이 바람직하다. 따라서 모터 권선의 열 발생은 볼 베어링의 열 발생과 분리되어 있다.

모터 전자 기기가 중앙 개구를 갖는 회로 기판에 배열되고 하우징 커버로부터 돌출된 냉각 엘리먼트가 중앙 개구를 통해 연장되는 전기 모터의 콤팩트한 디자인이 바람직하다. 이에 대한 대안으로, 분리 포트가 중앙 개구를 통해 연장되는 것이 제공된다. 더욱이 대안적으로, 열 소산은 회로 기판을 통해 직접 발생할 수도 있다. 그런 다음, 중앙 개구는 또한 제거될 수도 있다.

본 발명의 다른 바람직한 발전은 종속항에서 특징화되고 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 함께 더 상세히 표현된다. 도면에서:
도 1은 일 실시예의 전기 모터를 통과하는 측 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 상세도를 도시한다.

도 1 및 2에서, 본 발명의 전기 모터 (1)의 실시예는 각각 측 단면도 및 상세도로 도시된다.

전기 모터 (1)는 모터 하우징 (2)에 축 방향에서 분리 가능한 방식으로 고정될 수 있고 고정된 상태에서 모터 하우징의 일부를 형성하는 하우징 커버 (3)를 갖는 단일 부품 모터 하우징 (2)을 포함한다. 하우징 커버 (3)를 축 방향에서 마주하는 측면에서, 모터 하우징 (2)은 단일 부품으로서 모터 하우징 (2)의 내부로 연장되는 분리 포트 (7)를 형성한다. 모터 하우징 (2)의 내벽과 분리 포트 (7)의 외부 쉘 사이에 모터 섹션이 위치되고, 그 안에 모터 권선 (6) 및 회로 기판 (14)에 고정된 모터 전자 기기 (5)가 수용된다. 분리 포트 (7)를 통해 밀봉 구획된 모터 샤프트 (4)가 회전축을 따라 연장되는 샤프트 섹션은 분리 포트 (7) 안에 위치된다. 분리 포트 (7)는 실질적으로 전체 모터 하우징 (2)을 통해 하우징 커버 (3)까지 축 방향에서 연장된다.

축 방향에서 볼 때 분리 포트 (7)의 가장 깊은 섹션에는, 열 전도 재료, 특히 금속으로 만들어진 볼 베어링 포트 (8)가 배열된다. 분리 포트 (7)가 있는 모터 하우징 (2)은 사출 성형 공정에서 볼 베어링 포트 (8) 주위에 플라스틱으로 사출 성형되어, 분리 포트 (7) 및 볼 베어링 포트 (8)는 동일한 형상 또는 내부 및 외부 윤곽을 가지며 서로 직접 인접된다. 볼 베어링 포트 (8)는 모터 샤프트 (4)가 장착된 압입(pressed-in)된 볼 베어링 (9)에 대한 베어링 시트를 결정한다. 볼 베어링 (9)과 분리 포트 (7)의 축 방향 내벽 표면 사이에 자유 공간 (13)이 형성되고, 모터 샤프트 (4)는 자유 단부에 의해 연장된다.

단일 부품을 형성하도록 디자인된 하우징 커버 (3)의 회전축 주위에는, 볼 베어링 포트 (8) 방향의 축 방향에서 돌출된 고체 재료로 만들어진 실린더 형태의 냉각 엘리먼트 (11)가 있다. 히트 싱크 페이스트 (10)의 층이 축 방향에서 냉각 엘리먼트 (11)와 분리 포트 (7)의 축 방향 외벽 표면 사이에 제공된다.

볼 베어링 (9)에 의한 동작 동안 생성된 열의 열 소산(heat dissipation)은 볼 베어링 (9)에서 볼 베어링 포트 (8)로, 더 나아가 분리 포트 (7)로 그리고 축 방향에서 히트 싱크 페이스트 (10)를 통해 모터 하우징 (2)의 하우징 커버 (3)의 냉각 엘리먼트 (11)로 발생한다. 하우징 커버 (3)로부터, 열은 외부 환경으로 더 소산된다. 따라서 모터 하우징 및 특히 그 하우징 커버 (3)는 냉각체로서 기능한다. 도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 히트 싱크 페이스트 (10)가 제거되고 냉각 엘리먼트 (11)가 분리 포트 (7)와 직접 접촉한다.

분리 포트 (7)는 중공 원통형이며 각각 다른 내경을 가진 3 개의 축 방향 섹션으로 세분된다. 직경이 가장 작은 영역에는, 자유 공간 (13)이 배열되고, 중앙 영역에는, 볼 베어링 (9)을 갖는 베어링 시트가 배열되고, 내경이 가장 큰 영역에서, 모터 권선 (6)은 분리 포트 (7) 주위에 방사상으로 배열된다. 따라서 볼 베어링 (9)은 축 방향에서 볼 때 모터 권선 (5)에 대해 중첩되지 않는다.

회로 기판 (14)은 모터 샤프트 (4)의 회전축 주위에서 중앙 개구 (15)를 결정하고, 그것을 통과하여, 축 방향에서 하우징 커버 (3)로부터 축 방향으로 돌출된 냉각 엘리먼트 (11)가 분리 포트 (7)까지 연장된다. 도시되지 않은 대안적인 변형예에서, 냉각 엘리먼트 (11) 대신에, 분리 포트 (7)의 가장 작은 직경의 영역이 개구 (15)를 통해 연장될 수 있어서, 분리 포트 (7)와 냉각 엘리먼트 (11) 사이의 컨택이 회로 기판 (14) 위에서 축 방향으로 발생한다. 또한 냉각 엘리먼트 (11) 없이 하우징 커버 (3)를 디자인하고 분리 포트 (7)를 직접 또는 히트 싱크 페이스트 (10)를 통해 하우징 커버 (3)의 축 방향 내벽에 맞닿게 이동시키는 것이 제공될 수 있다.

Claims (14)

1. 모터 샤프트(motor shaft) (4)를 수용하기 위한 샤프트 섹션(shaft section)과 모터 전자 기기(electronics) (5) 및 모터 권선(windings) (6)을 수용하기 위한 모터 섹션(motor section)을 갖는 모터 하우징 (2)을 갖는 전기 모터에 있어서,
   상기 샤프트 섹션과 상기 모터 섹션은 상기 모터 하우징 (2) 안에 배열된 분리 포트(separating pot) (7)에 의해 밀봉된 방식으로 서로 분리되고, 상기 분리 포트 (7) 안에는, 금속 볼 베어링 포트(metal ball bearing pot) (8)가 배열되고, 그 안에는 볼 베어링(ball bearing) (9)이 고정되고, 상기 볼 베어링 포트 (8)는 상기 분리 포트 (7)를 통해 외부 환경에 연결되는 모터 하우징 섹션에 간접적으로 맞닿게 놓여 있어서, 상기 모터 하우징은 냉각체(cooling body) 역할을 하고 동작 동안에 상기 볼 베어링 (9)에서 발생된 열은 상기 볼 베어링 포트 (8)와 상기 분리 포트 (7)를 통해 상기 모터 하우징과 상기 외부 환경으로 소산되는, 전기 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 포트 (7)는 상기 모터 샤프트 (4)의 회전축 주변에 상기 모터 하우징 (2)을 통해 단일 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분리 포트 (7) 및 상기 볼 베어링 포트 (8)는 그 안에 상기 볼 베어링 포트(8)가 배열된 상기 분리 포트 (7)의 섹션에서 동일한 형상으로 디자인되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 포트 (7)와 상기 분리 포트 (7)를 통해 상기 볼 베어링 포트 (8)에 간접적으로 연결된 모터 하우징 섹션 (2) 사이에, 히트 싱크 페이스트(heat sink paste) (10)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 하우징은 상기 모터 하우징 (2)의 나머지 축 방향 측면에 놓을 수 있고, 상기 분리 포트 (7)를 통해 상기 볼 베어링 포트 (8)에 간접적으로 연결되는 상기 모터 하우징의 섹션을 형성하는 분리 가능한 하우징 커버 (3)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 커버 (3)는 상기 분리 포트 (7)를 통해 간접적으로 볼 베어링 포트 (8)에 연결하기 위해 표면을 국부적으로 증가시키는 상기 볼 베어링 포트 (8)의 방향으로 축 방향에서 돌출된 냉각 엘리먼트(cooling element) (11)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 엘리먼트 (11)는 상기 분리 포트 (7)의 축 방향 외벽 표면에 연결하기 위한 축 방향 표면을 갖는 원통형 또는 원추형 형상으로 디자인되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼 베어링 포트 (8)는 그 안으로 상기 볼 베어링 (9)이 압착(press)되거나 삽입되는 볼 베어링 시트를 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼 베어링 포트 (8)는 상기 볼 베어링 (9)과 상기 외부 환경에 연결된 상기 모터 하우징 (2)의 섹션 사이에 자유 공간(free space) (13)을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 포트 (7)는 상기 모터 하우징 (2)을 통해 상기 하우징 커버 (3)까지 축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 하우징 (2) 및 상기 분리 포트 (7)는 플라스틱으로 제조되고, 상기 금속 볼 베어링 포트 (8)는 상기 플라스틱으로 직접 오버 몰딩되는(overmolded) 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 권선 (6)은 원주 방향으로 상기 분리 포트 (7)를 봉입(enclose)하고 상기 볼 베어링 (9)으로부터 축 방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
13. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 전자 기기(5)는 중앙 개구 (15)를 갖는 회로 기판 (14) 상에 배열되고, 상기 하우징 커버 (3)로부터 돌출된 상기 냉각 엘리먼트(11)는 상기 중앙 개구 (15)를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
14. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 전자 기기는 상기 중앙 개구를 갖는 회로 기판 상에 배열되고, 상기 분리 포트 (7)가 상기 중앙 개구를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.

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