KR20220063353A - 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터에 관한 것으로, 회전자 코어와 함께 회전하는 샤프트를 냉각용 오일 비산 구조로 구현하여 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적을 증가시켜 모터 냉각 효율을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터{Motor with a shaft for scattering cooling oil}
본 발명은 모터 냉각 구조에 관련한 것으로, 특히 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터에 관한 것이다.
모터에 전류를 인가할 시 내부 코일이나 도체의 저항에 의해 동손, 저항, 철손 등의 전기적 손실이 발생되는데 이는 발열로 관찰된다, 발생된 열은 주위 온도와 함께 모터의 사용 한계를 제한하기 때문에 복사, 대류, 전도 등을 이용해 외부로 열을 발산하여 온도 상승을 억제하여야 한다.
모터 내부에서 발열되는 온도가 모터 외부의 공기에 의한 냉각 한계 온도를 벗어날 경우, 모터 성능 저하 및 과열에 의한 모터 손상으로 내구성에 문제가 발생하기 때문에 통상적으로 워터 자켓이나, 내부 오일 충진 등을 이용해 발열점 주위에 냉매를 순환시키는 방식으로 냉각 및 발열을 억제하고 있다.
본 발명 출원인에 의해 선출원되어 공개된 대한민국 공개특허 제10-2020-0093868호(2020.08.06)에서 모터의 고정자 코어 자체에 냉각 통로(Cooling path)를 형성하여 고정자 코어(Stator core)에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 한 모터의 냉각 구조를 제안하였다.
이러한 통상적인 모터 냉각 구조는 워터 자켓(냉각 통로)을 흐르는 냉각수가 하우징, 고정자 코어, 코일 순으로 냉각하며, 냉각용 오일은 고정자와 회전자 사이의 빈 공간에 충진되어 코일을 냉각한다. 그러나, 냉매인 냉각수 및 오일이 직/간접적으로 미치지 못하는 부위가 존재하므로, 이를 개선할 수 있는 모터 냉각 구조에 대한 필요성이 대두되었다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0093868호(2020.08.06)
본 발명은 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적을 증가시켜 모터 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가 내연에 코일 권선을 위한 다수의 치(tooth) 및 슬롯(slot)들이 형성되는 고정자 코어(Stator Core)와; 고정자 코어 내연에 이격 설치되되, 고정자 코어 내연에 권선된 코일에 흐르는 전류와 상호 작용하여 회전되는 회전자 코어(Rotor Core)와; 회전자 코어 중심에 축설되어 회전자 코어 회전에 따라 회전하되, 냉각용 오일 비산 구조를 구비하여 냉매가 영향을 미치는 면적을 증가시키는 냉각용 오일 비산 샤프트(Shaft)를 포함하되, 냉각용 오일 비산 샤프트가 일단에서 회전축 방향으로 일부 구간 천공되어, 냉각용 오일이 유입되는 오일 유입 중공홀과; 오일 유입 중공홀 종단에서 회전축과 수직한 방향으로 방사상(Radial)으로 천공되어, 냉각용 오일 비산 샤프트 회전시 냉각용 오일을 회전축 방향과 수직한 방향으로 비산시키는 다수의 오일 비산 홈들을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 오일 유입 중공홀이 냉각용 오일 비산 샤프트 일단에서 회전축 방향으로 엔드 코일(End Coil) 위치까지 천공되도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가 냉각수가 통과하는 지그 재그 형태의 냉각수 파이프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 냉각수 파이프가 고정자 코어 외곽 근방을 따라 방사상으로 형성되는 다수의 통공들을 통과하여 설치될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가 고정자 코어와 회전자 코어 사이에 냉각용 오일이 충진될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가 권선계자형 동기 모터(WRSM : Wound Rotor Synchronous Motor)일 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 회전자 코어가 외연에 코일(Coil) 권선을 위한 다수의 돌기들이 일체로 형성될 수 있다.
본 발명은 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적을 증가시켜 모터 냉각 효율을 증대시킬 수 있으므로, 모터 성능 및 내구성을 향상할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터의 일 실시예의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터의 냉각용 오일 비산 샤프트의 일 실시예의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3 은 도 2 에 도시한 냉각용 오일 비산 샤프트의 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터의 냉각용 오일 비산 샤프트에 형성되는 오일 유입 중공홀이 냉각 유로 역할을 하는 것을 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터에 설치되는 냉각수 파이프를 예시한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터 내부에 냉각용 오일이 충진된 것을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터의 일 실시예의 구성을 도시한 단면도이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터(100)는 고정자 코어(Stator Core)(110)와, 회전자 코어(Rotor Core)(120)와, 냉각용 오일 비산 샤프트(Shaft)(130)를 포함한다.
고정자 코어(Stator Core)(110)는 내연에 코일(111) 권선을 위한 다수의 치(tooth)(112)들 및 치들 사이의 공간인 슬롯(slot)들이 형성된다. 고정자 코어(110) 내연에 형성된 다수의 치(112)들에 코일(111)이 권선되며, 코일(111)은 각동선 코일일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
회전자 코어(Rotor Core)(120)는 고정자 코어(110) 내연에 이격 설치되되, 고정자 코어(110) 내연에 권선된 코일(111)에 흐르는 전류와 상호 작용하여 회전된다. 이 때, 회전자 코어가 권선계자형 동기 모터(WRSM : Wound Rotor Synchronous Motor)의 회전자 코어일 수 있다. 권선계자형 동기 모터(WRSM)의 회전자 코어는 외연에 코일(Coil) 권선을 위한 다수의 돌기(121)들이 일체로 형성된다.
권선계자형 동기 모터(WRSM : Wound Rotor Synchronous Motor)는 회전자 코어에 영구자석이 구비되지 않고, 코일을 권선하여 기자력을 발생시키는 구조로, 영구자석의 주원료인 값비싼 희토류를 사용하지 않으므로, 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
냉각용 오일 비산 샤프트(Shaft)(130)는 회전자 코어(120) 중심에 축설되어 회전자 코어(120) 회전에 따라 회전하되, 냉각용 오일 비산 구조를 구비하여 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적을 증가시킴으로써 모터 냉각 효율을 증대시킨다.
권선계자형 동기 모터(WRSM)의 회전자 외연에는 코일이 권선되므로, 이 코일 부분에서 발열이 많이 발생한다. 본 발명은 회전자와 함께 회전되는 샤프트를 냉각용 오일 비산 구조로 구현하여 권선계자형 동기 모터(WRSM)의 회전자 외연에 권선되는 코일에 의해 발생되는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터의 냉각용 오일 비산 샤프트의 일 실시예의 구성을 도시한 사시도, 도 3 은 도 2 에 도시한 냉각용 오일 비산 샤프트의 단면도이다. 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트(130)는 오일 유입 중공홀(131)과, 다수의 오일 비산 홈(132)들을 포함한다.
오일 유입 중공홀(131)은 일단에서 회전축 방향으로 일부 구간 천공되어, 냉매인 냉각용 오일이 유입된다. 이 때, 오일 유입 중공홀(131)이 냉각용 오일 비산 샤프트(130) 일단에서 회전축 방향으로 엔드 코일(End Coil) 위치까지 천공되도록 구현될 수 있다.
여기서, 엔드 코일(End Coil) 위치는 고정자 코어(110) 또는 회전자 코어(120)에 권선되는 코일이 고정자 코어(110) 또는 회전자 코어(120) 외부로 노출되는 첨단 부분을 말한다.
다수의 오일 비산 홈(132)들은 오일 유입 중공홀(131) 종단에서 회전축과 수직한 방향으로 방사상(Radial)으로 천공되어, 냉각용 오일 비산 샤프트(130) 회전시 냉각용 오일을 회전축 방향과 수직한 방향으로 비산시킨다.
도 4 는 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터의 냉각용 오일 비산 샤프트에 형성되는 오일 유입 중공홀이 냉각 유로 역할을 하는 것을 예시한 도면이다.
회전자 코어(120)에 냉각 유로를 형성하는 것은 거의 불가능하므로, 회전자 코어(120)와 함께 회전하는 샤프트를 냉각용 오일 비산 구조로 구현하고, 도 4 에 도시한 바와 같이 냉각용 오일 비산 샤프트(130)에 형성되는 오일 유입 중공홀(131)이 냉각 유로 역할을 하도록 하여 회전자 코어(120) 내부를 냉각시킨다. 이 오일 유입 중공홀(131)에 의해 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적이 증가된다.
그리고, 냉각 유로 역할을 하는 오일 유입 중공홀(131) 종단에서 회전축과 수직한 방향으로 방사상(Radial)으로 천공되는 다수의 오일 비산 홈(132)들 통해 회전축 방향과 수직한 방향으로 냉매인 냉각용 오일을 비산시켜 고정자 코어(110) 또는 회전자 코어(120) 외부로 노출되는 첨단 부분인 엔드 코일(End Coil) 위치를 냉각시킨다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 회전자 코어와 함께 회전하는 샤프트를 냉각용 오일 비산 구조로 구현함으로써 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적을 증가시켜 모터 냉각 효율을 증대시킬 수 있으므로, 모터 성능 및 내구성을 향상할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터(100)가 냉각수 파이프(140)를 더 포함할 수 있다. 냉각수 파이프(140)는 냉매인 냉각수가 통과하는 지그재그 형태의 금속 파이프이다. 예컨대, 냉각수 파이프(140)가 고정자 코어(110) 외곽 근방을 따라 방사상으로 형성되는 다수의 통공들을 통과하여 설치되도록 구현될 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터에 설치되는 냉각수 파이프를 예시한 도면이다. 도 5 를 참조해 보면, 지그재그 형태의 냉각수 파이프(140)가 고정자 코어(110) 외곽의 하우징을 따라 방사상으로 설치되어 있음을 볼 수 있다. 냉각수 파이프(140)에 흐르는 냉각수에 의해 하우징, 고정자 코어, 회전자 코어 순으로 냉각이 이루어지게 된다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터(100)가 고정자 코어(110)와 회전자 코어(120) 사이에 냉각용 오일이 충진되도록 구현될 수도 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터 내부에 냉각용 오일이 충진된 것을 예시한 도면이다. 도 6 을 참조해 보면, 냉매인 냉각용 오일이 고정자 코어(110)와 회전자 코어(120) 사이에 충진되어 있음을 볼 수 있다. 냉각용 오일에 의해 고정자 코어(110)와 회전자 코어(120)에서 발생하는 열이 냉각된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 회전자 코어와 함께 회전하는 샤프트를 냉각용 오일 비산 구조로 구현함으로써 냉매가 직/간접적으로 영향을 미치는 면적을 증가시켜 모터 냉각 효율을 증대시킬 수 있으므로, 모터 성능 및 내구성을 향상할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 모터 냉각 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터
110 : 고정자 코어
111 : 코일
112 : 치
120 : 회전자 코어
130 : 냉각용 오일 비산 샤프트
131 : 오일 유입 중공홀
132 : 오일 비산 홈
140 : 냉각수 파이프

Claims (7)

  1. 내연에 코일 권선을 위한 다수의 치(tooth) 및 슬롯(slot)들이 형성되는 고정자 코어(Stator Core)와;
    고정자 코어 내연에 이격 설치되되, 고정자 코어 내연에 권선된 코일에 흐르는 전류와 상호 작용하여 회전되는 회전자 코어(Rotor Core)와;
    회전자 코어 중심에 축설되어 회전자 코어 회전에 따라 회전하되, 냉각용 오일 비산 구조를 구비하여 냉매가 영향을 미치는 면적을 증가시키는 냉각용 오일 비산 샤프트(Shaft)를;
    포함하되,
    냉각용 오일 비산 샤프트가:
    일단에서 회전축 방향으로 일부 구간 천공되어, 냉각용 오일이 유입되는 오일 유입 중공홀과;
    오일 유입 중공홀 종단에서 회전축과 수직한 방향으로 방사상(Radial)으로 천공되어, 냉각용 오일 비산 샤프트 회전시 냉각용 오일을 회전축 방향과 수직한 방향으로 비산시키는 다수의 오일 비산 홈들을;
    포함하는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    오일 유입 중공홀이:
    냉각용 오일 비산 샤프트 일단에서 회전축 방향으로 엔드 코일(End Coil) 위치까지 천공되는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가:
    냉각수가 통과하는 지그재그 형태의 냉각수 파이프를;
    더 포함하는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    냉각수 파이프가:
    고정자 코어 외곽 근방을 따라 방사상으로 형성되는 다수의 통공들을 통과하여 설치되는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가:
    고정자 코어와 회전자 코어 사이에 냉각용 오일이 충진되는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터가:
    권선계자형 동기 모터(WRSM : Wound Rotor Synchronous Motor)인 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    회전자 코어가:
    외연에 코일(Coil) 권선을 위한 다수의 돌기들이 일체로 형성되는 냉각용 오일 비산 샤프트를 구비한 모터.
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