KR20230023311A - 고정자 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 모터의 고정자에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 고정자는 고정자 코어; 및 상기 고정자 코어에 권취되고, 내부에 냉매가 충진되는 와이어를 포함한다.

Description

고정자 및 이를 포함하는 모터{STATOR AND MOTOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 모터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 모터의 고정자에 관한 것이다.
내연기관을 갖는 차량과 더불어, 최근에는 모터에 의해 구동되는 친환경차량이 많은 관심을 받고 있다. 차량용 구동모터로는 주로 영구자석 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)가 적용되고 있다.
도 1에는 차량에 적용 가능한 예시적인 모터(300)가 도시되어 있다. 모터(300)는 중심부에 회전하는 회전자(310) 및 회전자(310)의 반경방향 외측에 장착되는 고정자(330)를 포함한다. 회전자(310)에는 영구자석(320)이 둘레를 따라 장착되고, 고정자(330)에는 코일(340)이 권취된다. 코일(340)에 전류가 인가되면 코일(340)과 영구자석(320) 사이에 발생하는 인력과 척력에 의해 회전자(310)가 회전하게 된다.
이와 같이 모터는 영구자석, 코어, 코일 등 출력을 위한 부품들을 포함한다. 이러한 부품들은 작동 시 전기저항 등에 의해 모터에 열을 발생시킨다. 모터의 성능 확보를 위하여, 모터는 발생된 열을 식혀줄 수 있는 냉각구조를 포함하고 있다.
현재 적용되고 있는 냉각 방식으로는 냉각수를 활용하는 수냉식과 오일을 이용하는 유냉식이 있다. 수냉식에서는 일반적으로 차량의 공조시스템에 사용되는 냉각수가 활용된다. 냉각수가 모터 주변을 냉각시킴으로써 간접적으로 고정자와 회전자의 온도를 낮추게 된다. 즉, 고정자와 회전자는 냉각수와 직접적인 접촉을 피해야 하므로 냉각이 미치는 범위가 다소 한정적이다.
유냉식에서는 오일을 직접 고정자 및/또는 회전자에 분사하는 것이 가능하여 수냉식보다 냉각이 가능한 면적을 넓힐 수 있다. 그러나 여전히 고정자나 회전자의 한 가운데서 발생하는 열을 식히는 데에는 한계가 있다.
종합적으로, 수냉식은 대체로 모터의 하우징 부분에, 유냉식은 고정자 또는 회전자 바깥 측에 적용되고 있어서, 두 방식의 냉각수 및 오일 모두 구동모터와 직접적으로 닿는 면적이 한정적이라 할 수 있다. 따라서, 기존 냉각 구조에서 모터의 중앙 또는 내측에서 발생하는 열을 빠르게 식히는 것에는 한계가 있다.
여전히 모터의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 개선된 설계안이 필요하다.
공개특허공보 제10-2019-0035108호 (공개일자: 2019.04.03)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
모터, 특히, 차량용 구동모터의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 냉각 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 고정자는 고정자 코어; 및 상기 고정자 코어에 권취되고, 내부에 냉매가 충진되는 와이어를 포함한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 모터는 둘레에 복수의 영구자석이 장착되는 회전자; 및 상기 회전자의 반경방향 외측에 장착되는 고정자를 포함하고, 상기 고정자는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어에 권취되고 내부에 냉매가 충진되는 와이어를 포함한다.
본 발명에 따르면, 냉각성능이 향상된 구조를 포함하는 고정자 및 이를 포함하는 모터를 제공한다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 차량용 구동모터를 도시하고,
도 2는 모터의 개괄적인 측방향 단면도이고,
도 3은 모터의 고정자 코어로서, 도 2의 모터를 축방향을 따라 바라본 모습이고,
도 4a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 모터의 와이어의 단면도이고,
도 4b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 모터의 와이어의 단면도이고,
도 5 및 6은 본 발명의 와이어의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명에 의한 고정자에 권취되는 코일 또는 와이어 내부에는 냉매가 주입된다. 이와 같이 구성되는 와이어는 히트 파이프로 기능하여 모터의 내측 또는 중심에서 발생하는 열을 빠르게 외부로 발산시키고 모터 중심부의 열 소손을 방지할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 모터(1)의 개괄적인 단면도를 도시한다.
도 2와 같이, 본 발명에 따르면, 모터(1)는 회전자(2) 및 고정자(4)를 포함한다. 회전자(2)는 회전축(C)을 중심으로 회전하며, 회전자(2)의 둘레에는 영구자석(미도시)이 장착된다. 고정자(4)는 회전자(2)의 반경방향 외측에 배치되어 회전자(2)를 둘러싼다.
고정자(4)는 고정자 코어(10) 및 와이어(20)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(10)에는 내측 둘레를 따라 티스(12)가 마련된다. 각 티스(12)에는 와이어(20)가 권취될 수 있다.
와이어(20)는 고정자 코어(10)에 권취되고, 보다 구체적으로는, 티스(12)에 권취될 수 있다. 와이어(20)에는, 일반적인 모터의 코일과 같이, 전류가 인가되고 자화되어 회전자(2)의 영구자석과의 상호작용을 통해 회전자(2)를 회전시킨다. 와이어(20)는 열 및 전기 전도가 가능한 재료로 구성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 와이어(20)는 구리로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 와이어(20)에는 냉매가 주입된다. 와이어(20) 내부를 진공 상태로 만들고 냉매가 주입된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 와이어(20)에는 중공(22)이 형성된다. 중공(22)은 와이어(20)의 길이방향 적어도 일부를 따라 연장하며, 중공(22)은 진공으로 형성되어 냉매를 보유한다. 도면에는 원형 또는 사각형 단면의 중공만이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형태가 적용될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 와이어(20)는 히트 파이프와 같이 기능할 수 있다. 도 5를 참조하면, 히트 파이프(500)는 열전달 장치로서, 구리, 알루미늄 등으로 구성되는 밀폐된 파이프 등의 닫힌 시스템의 내부에 작동유체가 주입되어 구성될 수 있다. 또한, 파이프(510) 등의 내측면에는 메쉬, 그루브 형성 등 표면 처리가 될 수 있다.
히트 파이프(500)는 주위 온도가 비교적 높은 고온 영역(증발 영역)과 주위 온도가 비교적 낮은 저온 영역(응축 영역)을 포함한다. 증발 영역에서 작동유체가 열을 흡수하여 기화되고 압력으로 인해 응축 영역으로 이동하여 작동유체는 냉각되면서 다시 응축된다. 응축된 작동유체는 다시 증발 영역으로 순환한다. 본 발명에서 냉매는 희망 작동 온도에 기반하여 알려진 냉매가 선택될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 와이어(20)는 이러한 히트 파이프(500)와 같이 작동할 수 있다.
고정자(4)에 권취되는 와이어(20) 중 고정자(4) 중심부의 보다 온도가 높은 부분이 증발 영역, 외기 또는 오일 등으로 냉각된 고정자(4)의 외곽이 응축 영역이 된다. 이로 인하여 와이어(20) 내부의 냉매는 계속 순환할 수 있다. 모터 중심부의 높은 온도 영역에서 냉매는 기화되어 상대적으로 온도가 낮은 모터 외부로 빠르게 열을 이동시킨 후 다시 액화되는 과정을 순환하게 된다.
기존에 모터 중심부의 열을 발산시키기 위하여 코일의 열 전도만 이용된 것과는 달리, 본 발명에 따르면, 히트 파이프로 구성되는 와이어(20)를 적용함으로써 모터의 중심부의 열이 빠르게 모터 외측으로 퍼져가나면서 전체적인 냉각 성능이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 고정자(4)는 다양한 권선 방식을 갖는 모터에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 대상 모터는 헤어핀 권선 방식 또는 환선 방식을 갖는 모터일 수 있다. 보다 바람직하게는, 대상이 되는 모터는 헤어핀 권선 방식을 갖는 모터일 수 있다. 와이어(20)가 히트 파이프의 형태를 취해야 하므로 와이어의 단면적이 커질 수 있고 이로 인해 점적률이 감소할 수 있다. 따라서, 히트 파이프 내부 구조 고려 시 환선 방식으로 여러 번 구부리는 구조인 경우 점적률이 헤어핀 타입에 비하여 낮아질 수 있으므로 헤어핀 구조가 보다 바람직할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
1: 모터 2: 회전자
4: 고정자 10: 고정자 코어
12: 티스 20: 와이어
22: 중공 500: 히트 파이프
510: 파이프 C: 회전축

Claims (11)

  1. 고정자 코어; 및
    상기 고정자 코어에 권취되고, 내부에 냉매가 충진되는 와이어;
    를 포함하는 고정자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 와이어의 내부에 형성되는 중공에 냉매가 충진되는 것인 고정자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 고정자 코어는 둘레를 따라 상기 와이어가 권취되는 티스를 포함하는 것인 고정자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 와이어는 사각형의 단면 또는 원형의 단면을 포함하는 것인 고정자.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 와이어의 중공은 사각형의 단면 또는 원형의 단면을 포함하는 것인 고정자.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 중공은 진공 상태로 구성되는 것인 고정자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 와이어는 열 및 전기 전도가 가능한 재료로 구성되는 것인 고정자.
  8. 둘레에 복수의 영구자석이 장착되는 회전자; 및
    상기 회전자의 반경방향 외측에 장착되는 고정자;를 포함하고,
    상기 고정자는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어에 권취되고 내부에 냉매가 충진되는 와이어를 포함하는 것인 모터.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 와이어에 전류가 인가되면 상기 영구자석과의 자기 상호작용에 의해 상기 회전자가 회전하도록 구성되는 것인 모터.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 냉매는, 상기 와이어 내부에 진공 상태로 구성되는 중공 내 충진되는 것인 모터.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 고정자 코어는 상기 와이어가 권취되는 티스를 포함하고, 상기 티스는 상기 고정자 코어의 내측 둘레를 따라 일정 간격 이격하여 마련되는 것인 모터.
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