KR20230068016A - 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치에 관한 것이다. 이는, 전기차용 모터하우징의 오일유로에 결합한 상태로 모터하우징의 외부로 연장되고, 오일유로에서 발생하는 열을 모터하우징의 외부로 이동시키는 히트파이프와; 히트파이프에 의해 모터하우징 외부로 배출되는 열을 제거하는 방열부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치는, 오일유로에서 발생하는 열을 히트파이프를 통해 모터 하우징 외부로 신속 이동시켜 제거하므로, 모터하우징 내부에서의 열의 응축이 없어 그만큼 냉각부하를 감소시킨다. 또한 냉각수를 통과시키는 냉각수코일을 오일유로에 감아 오일유로 자체를 수냉 시키므로 냉각 효율이 양호하다.

Description

전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치{Oil path mounted cooling device in electric vehicle motor housing}

본 발명은 전기차용 모터하우징의 냉각에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터하우징에 포함되는 오일유로를 효율적으로 냉각하여 모터의 성능을 최상으로 유지시킬 수 있는, 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치에 관한 것이다.

내연기관 차량을 대신하는 다양한 모델의 전기차가 생산 및 보급되고 있다. 전기차에는 배터리의 전력만을 이용하는 순수전기차, 수소 등의 연료로부터 생산된 전력을 사용하는 연료전지차, 모터와 내연기관을 함께 구동하는 하이브리드차가 포함된다. 전기차의 종류는 여러 가지 이지만, 모터를 구동하여 모터에서 출력되는 회전토크를 추진력으로 사용하는 것은 마찬가지이다.

전기차에서의 모터는 배터리팩과 더불어 차량의 핵심 부품에 포함되며, 차량의 출력 향상, 최대 주행거리 연장, 저소음화를 위한 다양한 기술이 적용되고 있다.

한편, 전기차에 탑재되는 모터에서의 중요한 것은 발열처리이다. 전기차용 모터는, 가령, 차량이 오르막길을 오른다거나 고속 주행할 때에 매우 높은 열을 발생하므로, 발생 열을 신속하고 효과적으로 제거해주어야 하는 것이다. 배열처리가 제대로 이루어지지 않는다면, 모터의 출력이 급격히 떨어짐은 물론 수명이 단축되고, 심할 경우, 내부 회로가 녹아 소손되기 마련이다.

이러한 이유로 전기차용 모터에는 다양한 형식의 냉각장치가 적용되어 있다. 가령, 냉각유체가 통과하는 냉각관이 전동부를 관통하도록 형성되어 스테이터 코일에서 발생되는 열을 냉각하는 비접촉식 냉각방식이나, 냉각유체를 스테이터 코일에 직접 접촉시켜 스테이터 코일의 열을 냉각하는 접촉식 냉각방식이 알려져 있다. 냉각유체에는 냉각용오일이나 냉매가 포함된다.

또한, 냉각유체를 이용한 냉각방식은, 전기모터의 외관을 이루는 모터하우징에 유로를 형성하고, 유로를 통해 냉각유체를 순환시키는 구조를 갖는다. 냉각유체 순환방식에는, 냉각유체를 모터하우징 내에서 순환시키는 내부순환 냉각방식이나, 냉각유체를 모터하우징 외부로 유도하여 외부에서 방열시킨 후 내부공간으로 회수하는 외부순환이 알려져 있다.

도 1은 일반적인 전기차용 모터하우징(10)을 나타내 보인도면이다.

도시한 바와 같이, 모터하우징(10)의 내부에 오일유로(11)가 형성되어 있다. 오일유로(11)는 냉각용 오일이 통과하는 통로이다. 오일유로(11)는, 순환방식에 따라 내부 순환경로를 가지거나, 모터하우징 외부의 유로에 연결될 수 있다.

냉각유체의 순환방식이 어떻든, 모터의 냉각효율을 상승시키기 위해서는, 냉각유체를 신속하고 효율적으로 냉각하는 것이 중요하다. 즉, 오일유로를 통과하는 오일에 냉기를 보다 효과적으로 전달하여야 하는 것이다.

전기차용 모터의 냉각과 관련되는 발명의 배경이 되는 기술로서, 국내 공개특허공보 제10-2021-0128114호를 통해 모터 샤프트 오일 분사 냉각 구조를 구비한 전기차 구동모듈이 개시된 바 있다.

개시된 전기차 구동모듈은, 복수의 기어를 수용하는 기어하우징, 중공부가 형성되고, 반경방향으로 관통되어 상기 중공부 내부의 오일을 외부로 분사하는 분사홀을 가지는 모터샤프트를 포함하는 모터, 모터샤프트의 중공부로 기어하우징의 오일을 연통시키는 오일 공급유로, 모터가 수용되는 모터수용부를 제공하며, 일단이 기어하우징과 연결되는 모터하우징의 구조를 갖는다.

그런데, 상기한 종래 전기차 구동모듈은, 기어의 회전에 의한 오일 처닝작용을 통해, 오일을 냉각유체로 삼아 모터구동모듈을 냉각하기는 하지만, 하우징에 형성된 유로를 통과하는 오일을 냉각시키지 못한다는 단점을 갖는다.

국내 공개특허공보 제10-2021-0128114호 (모터 샤프트 오일 분사 냉각 구조를 구비한 전기차 구동모듈)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 모터하우징 내부에서의 열의 응축을 방지하여 냉각부하를 감소시키며, 오일유로 자체를 수냉 시키므로 냉각 효율이 양호한, 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치는, 전기차용 모터하우징의 오일유로에 결합한 상태로 모터하우징의 외부로 연장되고, 오일유로에서 발생하는 열을 모터하우징의 외부로 이동시키는 히트파이프와; 히트파이프에 의해 모터하우징 외부로 배출되는 열을 제거하는 방열부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부는; 히트파이프의 연장단부를 수용하는 케이싱과, 케이싱의 내부에 구비되며 히트파이프의 열을 전달받는 히트싱크와, 히트싱크를 냉각하는 냉각팬을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이싱의 내부에는, 일정두께의 플레이트의 형상을 취하며, 히트파이프의 연장단부에 결합하는 전열플레이트와, 전열플레이트에 면접한 상태로 전열플레이트를 냉각하는 열전소자가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 오일유로에 냉각수의 냉기를 제공하여 냉각을 유도하는 수냉수단이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수냉수단은; 중공튜브를 나선형으로 구부려 형성한 것으로서 오일유로를 감싸는 냉각수코일과, 냉각수코일에 연결되고 모터하우징의 외부로 연장된 순환튜브와, 순환튜브에 연결되고 냉각수코일로 냉각수를 순환시키는 냉각수공급부를 갖는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 오일유로의 측부에는, 오일유로내의 유동공간을 측부로 개방하는 측부구멍이 형성되고, 히트파이프의 단부는 측부구멍에 삽입 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측부구멍은 내주면에 암나사산이 형성되어 있는 암나사구멍이고, 히트파이프의 단부에는 수나사부가 형성되며, 히트파이프는 암나사구멍에 나사식으로 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트파이프의 선단부는, 측부구멍을 통과해 오일유로의 내주면에 대해 0.5mm 내지 1.0mm 돌출된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일유로와 히트파이프의 사이에, 측구구멍에 대해 히트파이프를 고정시키는 커넥터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 측부구멍은 암나사산이 형성되어 있는 암나사구멍이고, 커넥터는, 히트파이프의 단부를 수용하는 링형 부재로서 외주면에 수나사산이 형성되고 암나사구멍에 나사 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커넥터에는, 커넥터를 암나사구멍에 결합 시 오일유로의 외주면에 걸려, 히트파이프의 유동공간 내부로의 삽입 정도를 제한하는 스토퍼가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치는, 오일유로에서 발생하는 열을 히트파이프를 통해 모터 하우징 외부로 신속 이동시켜 제거하므로, 모터하우징 내부에서의 열의 응축이 없어 그만큼 냉각부하를 감소시킨다.

또한 냉각수를 통과시키는 냉각수코일을 오일유로에 감아 오일유로 자체를 수냉시키므로 냉각 효율이 양호하다.

도 1은 일반적인 전기차용 모터하우징을 나타내 보인도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 장착형 냉각장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 냉각수코일을 따로 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 방열부의 내부 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 오일유로에 대한 히트파이프의 결합방식의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 7은 오일유로에 대한 히트파이프의 결합방식의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 오일유로 장착형 냉각장치는, 모터하우징의 오일유로에 히트파이프와 수냉수단을 모두 장착하여, 오일에 대한 냉각을 보다 효과적으로 수행할 수 있는 것으로서, 전기차용 모터하우징의 오일유로에 결합한 상태로 모터하우징의 외부로 연장되고, 오일유로에서 발생하는 열을 모터하우징의 외부로 이동시키는 히트파이프와; 히트파이프에 의해 모터하우징 외부로 배출되는 열을 제거하는 방열부의 기본 구성을 갖는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치(20)의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시한 냉각장치의 세부 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 도 3의 냉각수코일을 따로 도시한 도면이며, 도 5는 도 2의 방열부의 내부 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치(20)는, 다수의 히트파이프(25), 방열부(30), 수냉수단을 포함한다.

히트파이프(25)는 세 개가 일정간격으로 평행하게 이격되며, 일단부가 오일유로(11)에 고정된 상태로 모터하우징(10) 외부로 연장된 구조를 갖는다. 히트파이프(25)는 오일유로(11)에서 발생하는 열을 모터하우징(10)의 외부의 방열부(30)로 빠르게 이동시키는 역할을 한다. 히트파이프(25) 자체는 일반적인 것이다.

오일유로(11)는, 모터하우징(10)의 일부분으로서 오일이 통과하는 유로를 제공하는 부분이다. 모터하우징(10) 자체가 주조 방식으로 제작되는 것이므로, 오일유로(11)는 모터하우징(10)에 일체를 이룬다.

오일유로(11)에 히트파이프(25)를 연결시키기 위해, 오일유로(11)의 측부에는 세 개의 암나사구멍(11c)이 형성되어 있다. 암나사구멍(11c)은 내주면에 암나사산이 형성되어 있는 구멍으로서, 오일유로내의 유동공간(11a)을 측부로 개방한다. 유동공간(11a)은 오일이 통과하는 통로이다.

아울러, 각 히트파이프(25)의 단부에는 수나사부(25a)가 형성되어 있다. 수나사부(25a)는 히트파이프(25)의 단부를 기계 가공하여 형성한 것으로서, 암나사구멍(11c)에 나사 결합한다. 이와 같이 히트파이프(25)가 오일유로(11)에 나사식으로 결합함으로써, 진동이 발생하더라도 히트파이프(25)가 분리되지 않는다. 경우에 따라, 오일통로(11)와 히트파이프(25)의 사이에 시일을 추가 적요할 수도 있다.

또한, 히트파이프(25)의 단부는 유동공간(11a)으로 돌출될 수 있다. 즉, 오일유로(11)의 내주면으로부터 유동공간(11a) 측으로 돌출되는 것이다. 가령, 오일유로 내주면으로부터 안쪽으로 0.5mm 내지 1.0mm 돌출 될 수 있다.

방열부(30)는, 히트파이프(25)를 통해 모터하우징 외부로 이동하는 열을 전달받아 제거하는 것으로서, 케이싱(31), 단열시트(32), 전열플레이트(33), 열전소자(35), 히트싱크(37), 냉각팬(39)을 포함한다.

케이싱(31)은 모터하우징(10) 측부의 적절한 지점에 고정되는 구조체로서 히트파이프(25)의 단부를 수용한다. 히트파이프(25)의 연장단부가 케이싱(31)에 삽입되는 것이다. 케이싱(31)에는 다수의 통풍구(31a)가 마련되어 있다. 통풍구(31a)는 히트싱크(39)로부터 배출되는 열이 빠져나가는 통로이다.

전열플레이트(33)은 일정두께의 사각판으로서, 히트파이프의 연장단부에 결합한다. 전열플레이트(33)는 각 히트파이프(25)를 통해 전달된 열을 모아 열전소자(35)로 내보내는 역할을 한다. 전열플레이트(33)는 구리나 알루미늄으로 제작 가능하다.

열전소자(35)는 전력선(35a)을 통해 공급된 전력에 의해 동작하여 열기와 냉기를 동시에 출력하는 것으로서, 일측면은 전열플레이트(33)에, 타측면은 히트싱크(37)에 밀착 고정된다. 전열플레이트(33)에 접하는 면에서는 냉기가 출력되고, 히트싱크(37)에 접하는 면에서는 열기가 출력된다. 열전소자(35)는 전열플레이트(33)의 열을 빼앗아 히트싱크(37)로 넘김으로서 히트파이프(25)의 성능을 최상으로 유지시킨다.

전열플레이트(33)와 케이싱(31)의 사이에는 단열시트(32)가 위치한다. 단열시트(32)는 전열플레이트(33)의 열이 케이싱(31)으로 전달되는 것을 차단한다.

히트싱크(37)는 열전소자(35)의 열을 방열하는 역할을 한다. 히트싱크(37)는, 열전소자(35)가 적용되지 않을 때에는 전열플레이트(33)에 밀착 결합한다.

냉각팬(39)은 히트싱크(37)에 냉각풍을 가하여 히트싱크(37)를 냉각시키는 역할을 한다. 냉각팬(39)에서 생성된 공기는 히트싱크(37)와 열교환을 마친 후 통풍구(31a)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 수냉수단은, 오일유로(11)의 외주면에 냉각수의 냉기를 제공하여 오일유로(11)의 냉각을 도모하는 것으로서, 냉각수코일(21), 순환튜브(23a), 냉각기(24), 냉각수공급부(23)를 포함한다.

냉각수코일(21)은 구리로 이루어진 중공튜브를 나선형으로 감아 형성한 것으로서, 오일유로(11)의 외주면을 감싼다. 냉각수코일(21)의 양단부는 순환튜브(23a)를 통해 냉각수공급부(23)에 연결된다. 냉각수공급부(23)는 냉각용수를 펌핑하여 냉각수코일(21)을 통과시키는 역할을 한다. 냉각수는 냉각수코일(21)을 통과하면서 오일유로(11)의 외주면에 냉기를 전달한다.

또한 냉각기(24)는 순환튜브(23a)를 통과하는 냉각수를 냉각시키는 역할을 한다. 즉, 오일유로(11)와의 열교환을 통해 가열된 냉각수를 냉각시키는 것이다. 이러한 역할을 할 수 있는 한 냉각기(24)의 냉각방식은 얼마든지 달라질 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 오일유로(11)에 대한 히트파이프(25)의 결합방식의 다른 예를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 오일유로(11)와 히트파이프(25)의 사이에 커넥터(26)가 개재됨을 알 수 있다. 커넥터(26)는, 히트파이프(25)의 단부를 수용하는 링형 부재로서 외주면에 수나사부(26b)를 갖는다. 외주면에 수나사부(26b)가 구비되어 있으므로 암나사구멍(11c)에 나사식으로 결합한다. 커넥터(26)는 구리나 알루미늄으로 제작 가능하다.

커넥터(26)의 선단부는, 오일유로(11)의 내주면(11e)으로부터 유동공간(11a) 측으로 돌출되며, 돌출부에 오일패스(26a)를 갖는다. 오일패스(26a)는 유동공간(11a)을 통과하는 오일이 통과하는 통로이다. 이와 같이 오일패스(26a)가 형성되어 있으므로, 오일의 유동저항이 최소화 된다. 커넥터(26) 선단부의, 내주면(11e)으로부터의 돌출높이(Z)는 0.5mm 내지 1.0mm 일 수 있다.

아울러, 커넥터(26)의 후단부에는 스토퍼(26c)가 마련되어 있다. 스토퍼(26c)는, 커넥터(26)를 암나사구멍(11c)에 결합 시 오일유로(11)의 외주면에 걸려, 커넥터(26)가 더 이상 유동공간(11a) 측으로 들어가는 것을 방지한다. 스토퍼(26c)가 없다면, 커넥터(26)의 선단부가 높이 Z보다 더 깊이 삽입되어 오일의 유동저항을 증가시킬 수 있다.

이러한 커넥터(26)는 히트파이프(25) 자체에 수나사부(25a)를 기계 가공하기 곤란한 때 사용되는 것이다.

도 7은 오일유로에 대한 히트파이프의 결합방식의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 커넥터(26)의 선단부를 생략하여, 커넥터(26)와 히트파이프(25)의 단부가 내주면(11e)으로부터 돌출되지 않도록 구성할 수 있다. 이러한 구조는 커넥터에 의한 오일의 유동저항을 야기하지 않는다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:모터하우징 11:오일유로 11a:유동공간
11c:암나사구멍 11e:내주면 20:냉각장치
21:냉각수코일 23:냉각수공급부 23a:순환튜브
25:히트파이프 25a:수나사부 26:커넥터
26a:오일패스 26b:수나사부 26c:스토퍼
30:방열부 31:케이싱 31a:통풍구
32:단열시트 33:전열플레이트 35:열전소자
35a:전력선 37:히트싱크 39:냉각팬

Claims (11)

1. 전기차용 모터하우징의 오일유로에 결합한 상태로 모터하우징의 외부로 연장되고, 오일유로에서 발생하는 열을 모터하우징의 외부로 이동시키는 히트파이프와;
   히트파이프에 의해 모터하우징 외부로 배출되는 열을 제거하는 방열부가 포함되는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방열부는;
   히트파이프의 연장단부를 수용하는 케이싱과,
   케이싱의 내부에 구비되며 히트파이프의 열을 전달받는 히트싱크와,
   히트싱크를 냉각하는 냉각팬을 갖는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 케이싱의 내부에는,
   일정두께의 플레이트의 형상을 취하며, 히트파이프의 연장단부에 결합하는 전열플레이트와,
   전열플레이트에 면접한 상태로 전열플레이트를 냉각하는 열전소자가 더 구비된 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 오일유로에 냉각수의 냉기를 제공하여 냉각을 유도하는 수냉수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수냉수단은;
   중공튜브를 나선형으로 구부려 형성한 것으로서 오일유로를 감싸는 냉각수코일과,
   냉각수코일에 연결되고 모터하우징의 외부로 연장된 순환튜브와,
   순환튜브에 연결되고 냉각수코일로 냉각수를 순환시키는 냉각수공급부를 갖는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 오일유로의 측부에는, 오일유로내의 유동공간을 측부로 개방하는 측부구멍이 형성되고,
   히트파이프의 단부는 측부구멍에 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 측부구멍은 내주면에 암나사산이 형성되어 있는 암나사구멍이고, 히트파이프의 단부에는 수나사부가 형성되며,
   히트파이프는 암나사구멍에 나사식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 히트파이프의 선단부는,
   측부구멍을 통과해 오일유로의 내주면에 대해 0.5mm 내지 1.0mm 돌출된 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
9. 제6항에 있어서,
   상기 오일유로와 히트파이프의 사이에, 측구구멍에 대해 히트파이프를 고정시키는 커넥터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 측부구멍은 암나사산이 형성되어 있는 암나사구멍이고,
    커넥터는, 히트파이프의 단부를 수용하는 링형 부재로서 외주면에 수나사산이 형성되고 암나사구멍에 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 커넥터에는, 커넥터를 암나사구멍에 결합 시 오일유로의 외주면에 걸려, 히트파이프의 유동공간 내부로의 삽입 정도를 제한하는 스토퍼가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전기차 모터하우징 내 오일유로 장착형 냉각장치.
    

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