WO2020189826A1 - 지능형 동력생성모듈 - Google Patents

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WO2020189826A1
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motor housing
housing
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inverter
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강한별
이상철
이경훈
포실로버트
푸커겔놋
프레우스마커스
보덴스타이너플로리안
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엘지전자 주식회사
에이브이엘 소프트웨어 앤 펑션 지엠비에이치
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Definitions

  • the electric motor includes a rotor and a stator, and the rotor may be rotatably provided inside the stator.
  • the stator has a stator coil wound around the stator core, and when current is passed through the stator coil to rotate the rotor, heat is generated from the stator coil, and technologies for cooling the heat generated from the motor are being developed.
  • the direct cooling method using oil has an advantage of having high cooling efficiency and good cooling performance compared to the indirect cooling method using coolant, and thus, research and development on the direct cooling method has been actively conducted recently.
  • the cooling water flow path extends in the axial direction and is formed in a zigzag shape along the circumferential direction, so that the stator is not press-fitted into the motor housing, and the ear parts are formed in four places of the stator core. Even when the bolting is fastened, the cooling water passage structure can be formed by avoiding the position of the bolting hole and circulating.
  • the cooling performance of the inverter can be improved.
  • the length of the bus bar for connection with the three-phase AC power of the motor is reduced by mounting the electric components such as the capacitor of the inverter upside down, thereby reducing the amount of heat generated by the bus bar and increasing the cooling efficiency.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a path in which coolant moves in a zigzag shape along a coolant passage inside a motor housing in FIG. 5.
  • the intelligent power generation module (IPGM) of the present invention includes an electric motor (1), an inverter (21) and a gearbox (22).
  • the stator 24 and the rotor 25 are accommodated inside the motor housing 10.
  • the motor housing 10 may be configured in a cylindrical shape.
  • An accommodation space in which the stator 24 and the rotor 25 are accommodated is formed inside the motor housing 10.
  • An oil sump unit 16 may be formed on the bottom surface of the motor housing 10. The oil sump unit 16 communicates with the accommodation space of the motor housing 10 and may temporarily store oil.
  • the capacitor 215, the IGBT 216, and a plurality of bus bars 217 may be disposed in an order that is spaced farthest from the top end of the motor housing 10 in the tangential direction.
  • the three-phase terminal 244 of the power connection portion 243 of the electric motor 1 may be disposed at the uppermost end of the motor housing 10.
  • the protective cover 20 may be configured to cover the three-phase terminal 244 of the power connection unit 243.
  • the cooling water passage forming groove 2141 of this structure is in contact with the capacitor 215 and the IGBT 216 with a small amount of cooling water as wide as possible, thereby improving cooling performance of the cooling water.
  • the plurality of bus bars 217 may be disposed close to the three-phase terminal 244 of the power connection portion 243 of the electric motor 1.
  • One side of each of the plurality of bus bars 217 is connected to the capacitor 215 and the IGBT 216, and the other side of each of the plurality of bus bars 217 is a three-phase terminal of the power connector 243 of the electric motor 1 ( Connected to 244, the inverter 21 may drive the electric motor 1.
  • the coolant inlet 213 is disposed adjacent to the capacitor 215, and the coolant communication port 2143 is disposed adjacent to the plurality of bus bars 217.
  • the motor housing 10 may include a plurality of ear receiving portions 140.
  • the ear part accommodating part 140 may extend along the longitudinal direction of the motor housing 10 and protrude outward in the radial direction of the motor housing 10.
  • the ear part receiving part 140 may be formed to surround the ear part 241.
  • a heat exchange cell 110 connected in communication with the cooling water outlet 15 may be referred to as an eighth heat exchange cell 118.
  • the first heat exchange cell 111 and the eighth heat exchange cell 118 are disposed adjacent to each other in the circumferential direction, and the partition wall 120 disposed at the top of the motor housing 10 among the plurality of partition walls 120 is a first partition wall ( 121).
  • the sixth heat exchange cell 116 may be spaced apart from the fifth heat exchange cell 115 in a counterclockwise direction with the third ear receiving portion 143 therebetween.
  • the sixth heat exchange cell 116 may be formed on the right side of the motor housing 10 to face the third heat exchange cell 113.
  • the eighth heat exchange cell 118 may be spaced apart from the seventh heat exchange cell 117 in a counterclockwise direction with the fourth ear receiving portion 144 positioned at the upper right portion therebetween.
  • the communication hole 130 formed at the rear of the second ear receiving portion 142 may communicate the third heat exchange cell 113 and the fourth heat exchange cell 114 in the circumferential direction.
  • the coolant discharge port 172 may be connected to a radiator disposed in front of the vehicle by a coolant circulation line.
  • An oil suction part 221 may be formed on one side of the gearbox housing 220.
  • the oil suction part 221 extends radially from the first oil suction part 2211 and the first oil suction part 2211 extending axially from the rear of the motor housing 10 toward the gearbox housing 220 It may be composed of a second oil suction portion (2212).
  • the oil pump 230 may suck and pump oil from the oil sump unit 16.
  • Oil is sucked into the heat exchanger 17, cooled by heat exchange with cooling water, and then from the oil distribution passage 184 through the oil discharge port 173 toward the front end and the rear end in the longitudinal direction of the motor housing 10, respectively. Can be branched.
  • the oil manifold 193 may protrude along the longitudinal direction of the motor housing 10 and extend along the circumferential direction having a small diameter from one side of the housing 19 for oil injection.
  • the oil manifold 193 may be formed in a double wall structure.
  • the oil is injected directly to the end turn of the stator coil 242 protruding in the axial direction from the front end in the longitudinal direction of the stator core 240, and thus, may absorb heat generated from the stator coil 242.
  • Oil flows from the front end of the oil distribution channel 184 to the oil manifold 193 through the oil suction unit 190 of the oil injection housing 19 and then opposite each other at the suction point of the oil manifold 193 It is branched in the direction and is distributed to a plurality of second injection nozzles 196 while rotating and moving along the circumferential direction, and is injected to the stator coil 242 through a plurality of second injection nozzles 196, thereby oiling the motor 1 And cooling water at the same time.

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Abstract

본 발명은 지능형 동력생성모듈에 관한 것으로서, 내부에 스테이터 및 로터를 수용하는 모터 하우징을 구비한 전동기; 내부에 커패시터, IGBT 및 버스바를 수용하는 인버터 하우징을 구비한 인버터; 상기 모터 하우징의 내부에 냉각수가 흐르도록 형성되는 냉각수유로; 상기 모터 하우징의 길이방향으로 일단부에 오일이 흐르도록 원주방향을 따라 연장되는 제1오일유로; 상기 제1오일유로의 원주방향으로 이격 배치되고, 상기 오일을 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 제1분사노즐; 상기 모터 하우징의 길이방향으로 타단부에 장착되는 오일분사용 하우징; 상기 오일분사용 하우징의 내부에 오일이 흐르도록 원주방향을 따라 형성되는 제2오일유로; 및 상기 제2오일유로의 원주방향으로 이격 배치되고, 상기 오일을 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 제2분사노즐을 포함한다.

Description

지능형 동력생성모듈
본 발명은 유·수냉 복합방식의 모터 냉각 구조를 구비한 지능형 동력생성모듈에 관한 것이다.
최근 차량의 주행용 구동원으로 전동기를 구비하는 전기자동차(하이브리드 차량 포함)는 연비가 우수하여 미래형 자동차로 출시되고 있다.
일반적으로 IPGM(지능형 동력생성모듈; Intelligent Power Generation Module)은 전동기, 인버터 및 기어박스로 구성된 장치이다.
전동기는 로터와 스테이터를 구비하고, 스테이터의 내부에 로터가 회전 가능하게 구비될 수 있다.
스테이터는 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일을 구비하고, 로터를 회전시키기 위해 스테이터 코일에 전류를 흘려보내면, 스테이터 코일에서 열이 발생하고, 전동기에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 기술들이 개발되고 있다.
전기자동차의 전동기에 있어서, 전동기에서 발생하는 열을 냉각하는 것이 전동기의 소형화 및 효율 향상 측면에서 중요한 역할을 한다.
종래의 전동기 냉각방식에는, 냉각수를 하우징 내부에 순환시켜 모터를 간접 냉각하는 간접 냉각 방식과, 오일을 스테이터나 로터 등에 분사하여 모터를 직접적으로 냉각하는 직접 냉각 방식이 채용되고 있다.
종래의 IPGM 냉각 구조는 모터 냉각을 위해 오일(oil)을 사용하고 인버터 냉각을 위해 냉각수(water)를 사용하는 타입 1(type 1)과, 모터 및 인버터를 냉각하기 위해 냉각수를 사용하는 타입 2(type 2)가 있다.
그러나, 전술한 타입 1과 2모두 모터 냉각을 위해서 오일 및 냉각수 중 하나의 냉각유체를 선택적으로 적용하고 있으나, 두 타입을 동시에 적용하는 모터 냉각 구조는 없다.
한편, 오일을 이용한 직접 냉각 방식은 냉각수를 이용한 간접 냉각 방식에 비해 냉각효율이 높고 냉각성능이 좋은 장점이 있어서, 최근 직접 냉각 방식에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
특허문헌 1(US 8,629,586 B2)에는 스테이터 상부에 위치한 냉각수 공급파이프에 2개의 아웃렛(outlet)을 형성하여 모터가 기울어질 경우에도 엔드코일의 좌우로 오일이 공급되도록 하는 쿨링 메커니즘(cooling mechanism)을 구비한 회전전기기기가 개시되어 있다.
그러나, 종래 특허와 같이 스테이터 상부에서 오일을 떨어뜨리는(drop) 구조에서 차량의 선회, 등판, 가속 및 감속 시 모터가 어느 일측으로 기울어지는 경우에도 모터의 냉각성능을 위해 스테이터 코일의 원주방향을 따라 전구간에서 오일을 분사할 수 있는 구조가 필요하며, 전구간 오일 분사를 위해서는 새로운 매니폴드 구조의 설계가 요구된다.
또한, 오일 아웃렛의 분사 위치나 분사 각도에 따라 스테이터 코일의 엔드 턴(end turn)에서 오일이 적셔지지 않는 구간이 발생할 수 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 오일과 냉각수를 이용한 전동기의 동시 냉각구조를 구비한 지능형 동력생성모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스테이터의 원주방향을 따라 360도 전구간에서 스테이터 코일로 오일을 분사함으로써, 스테이터 코일의 오일이 적셔지지 않는 구간을 제거할 수 있는 지능형 동력생성모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 지능형 동력생성모듈은 내부에 스테이터 및 로터를 수용하는 모터 하우징을 구비한 전동기; 내부에 커패시터, IGBT 및 버스바를 수용하는 인버터 하우징을 구비한 인버터; 상기 모터 하우징의 내부에 냉각수가 흐르도록 형성되는 냉각수유로; 상기 모터 하우징의 길이방향으로 일단부에 오일이 흐르도록 원주방향을 따라 연장되는 제1오일유로; 상기 제1오일유로의 원주방향으로 이격 배치되고, 상기 오일을 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 제1분사노즐; 상기 모터 하우징의 길이방향으로 타단부에 장착되는 오일분사용 하우징; 상기 오일분사용 하우징의 내부에 오일이 흐르도록 원주방향을 따라 형성되는 제2오일유로; 및 상기 제2오일유로의 원주방향으로 이격 배치되고, 상기 오일을 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 제2분사노즐을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징은, 반경방향으로 이격된 외측벽과 내측벽을 구비하는 이중벽 구조로 구성되고, 상기 외측벽과 내측벽 사이에 상기 제1오일유로를 형성하는 제1오일유로형성부를 구비하고, 상기 복수의 제1분사노즐은 원주방향으로 360도 전구간에서 반경방향을 따라 연장될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 내부에 기어류를 수용하는 기어박스 하우징을 구비하고, 상기 전동기의 속도를 감속하는 기어박스를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 기어박스 하우징은, 상기 제1오일유로형성부와 서로 마주보게 배치되어, 상기 제1오일유로형성부와 함께 상기 제1오일유로를 형성하는 제2오일유로형성부를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 오일분사용 하우징은, 반경방향으로 이격된 외측벽과 내측벽을 구비하는 이중벽 구조로 구성되고, 상기 외측벽과 내측벽 사이에 상기 제2오일유로를 형성하는 오일 매니폴드; 스테이터 코일에 전원을 인가하기 위한 전원연결부를 감싸도록, 상기 제2오일 매니폴드의 상부에서 상방향으로 돌출 형성되는 전원연결부커버부; 및 상기 모터 하우징의 하부에 오일이 임시 저장되는 오일 섬프부를 덮도록, 상기 제2오일 매니폴드의 하부에서 하방향으로 돌출 형성되는 오일섬프커버부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 전방에 장착되고, 상기 모터 하우징의 하부에 임시 저장된 오일을 상기 복수의 제1분사노즐 및 상기 복수의 제2분사노즐로 이송하는 오일펌프를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 일측면에 설치되어, 상기 냉각수와 상기 오일을 열교환시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 열교환기를 길이방향으로 가로지르도록 상기 모터 하우징의 외주면에 길이방향을 따라 연장되어, 상기 제1오일유로와 상기 제2오일유로로 각각 오일을 분배하는 오일분배유로; 상기 열교환기의 내부에 상기 오일분배유로와 연통되게 형성되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 오일을 상기 오일분배유로로 토출하는 오일토출구를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징과 상기 인버터 하우징은 서로 일체형으로 형성되고, 상기 인버터 하우징은 상기 모터 하우징의 외주부 상단에서 접선방향으로 연장될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 인버터 하우징은 상방향으로 개방되고, 상기 인버터는, 상기 인버터 하우징의 개방된 상부를 덮도록 장착되고, 상기 냉각수가 흐르는 냉각수유로형성홈을 상면에 구비하여 상기 커패시터, IGBT 및 버스바를 냉각하는 냉각플레이트; 및 상기 냉각플레이트의 상부면을 덮도록 장착되는 인버터 커버를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 커패시터, IGBT 및 버스바는 상기 냉각플레이트의 저면에 거꾸로 매달린 채로 장착되고, 상기 전동기에 3상 전원을 인가하는 전원연결부가 스테이터 코일의 상부에 장착되고, 상기 버스바는 상기 접선방향으로 상기 전원연결부와 가깝게 배치되고, 상기 커패시터는 상기 접선방향으로 상기 전원연결부로부터 멀게 배치되고, 상기 IGBT는 상기 커패시터와 상기 버스바 사이에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 냉각수유로는, 상기 모터 하우징의 길이방향으로 연장되고, 상기 모터 하우징의 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 열교환 셀; 상기 복수의 열교환 셀 사이에 배치되어, 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및 상기 복수의 격벽에 형성되어, 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통시키는 복수의 연통홀을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 스테이터와 상기 모터 하우징을 복수의 볼트로 체결하기 위해 상기 스테이터는 스테이터 코어의 외주면에서 반경방향 외측으로 돌출 형성되고 상기 볼트를 내부에 수용하는 복수의 이어부를 포함하고, 상기 모터 하우징은 상기 복수의 이어부를 각각 수용하도록 상기 모터 하우징의 외주면에서 반경방향 외측으로 돌출 형성되는 복수의 이어부 수용부를 포함하고, 상기 복수의 격벽과 상기 복수의 이어부 수용부는 상기 모터 하우징의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 연통홀 각각은 상기 격벽의 전단부 또는 상기 이어부 수용부의 후단부에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 인버터 하우징을 덮도록 장착되는 인버터 커버에 냉각수 유입구가 형성되어, 상기 냉각수가 상기 냉각수 유입구를 통해 상기 인버터 하우징의 내측으로 유입되고, 상기 열교환기에 냉각수 토출구가 형성되어, 상기 오일과 열교환된 냉각수가 상기 냉각수 토출구를 통해 상기 열교환기에서 외부로 토출될 수 있다.
본 발명에 따른 지능형 동력생성모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 모터 하우징의 내부에 냉각수가 흐르도록 축방향으로 연장되는 냉각수유로와 오일이 흐르도록 원주방향으로 연장되는 오일유로를 구비하여 냉각수와 오일로 모터를 동시 냉각하여 모터 냉각 성능 및 모터 출력을 향상시킬 수 있다.
둘째, 모터 하우징의 길이방향으로 후단 내측에 원주방향을 따라 형성된 제1오일유로에 복수의 제1분사노즐이 원주방향으로 360도 전구간에 이격 배치되고, 모터 하우징의 길이방향으로 전단부에 장착되는 오일분사용 하우징의 내부에 원주방향을 따라 형성되는 제2오일유로에 복수의 제2분사노즐이 원주방향으로 전구간에 이격 배치되어, 복수의 제1분사노즐과 제2분사노즐을 통해 오일을 원주방향으로 360도 전구간에서 스테이터 코일의 엔드 턴에 직접 분사함으로써, 스테이터 코일의 방열 성능을 높일 수 있다.
또한, 360도 전구간에서 오일을 분사하여, 전기자동차의 차량 선회 시 또는 오르막길 및 내리막길 주행 시 또는 가감속 시에도 스테이터 코일의 원주방향을 따라 오일의 냉각성능을 균일하게 유지할 수 있고, 기존의 오일이 스테이터 코일의 일부 구간만을 적셔줌으로 인해 코일의 일부에는 오일이 적셔지지 않는 오일 냉각의 데드존(dead zone)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 모터 하우징의 냉각수유로를 축방향으로 연장되는 축방향 유로로 형성함으로써, 다이캐스팅으로 제작 가능하고, 기존의 나선형 유로 형성을 위해 모터 하우징을 중력주조로 성형하지 않아도 됨으로 생산성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 필요 시 전동기에 오일 냉각 구조 없이 냉각수로만 냉각하는 구조를 사용할 수 있다. 예를 들면, 저가형 제품의 경우에 오일펌프 및 열교환기 등은 불필요하고 냉각수로 냉각하는 구조로만 구성할 수 있다.
다섯째, 고출력 전동기에는 오일 및 냉각수로 동시 냉각하는 구조를 적용하여 최대출력대비 고출력(최대출력의 60%)을 연속적으로 유지하는 것이 가능하다.
여섯째, 인버터의 장착과 모터를 한 개의 통합 하우징으로 구성함으로써 비용을 절감하고 강도를 향상시킬 수 있다.
일곱째, 냉각수유로가 축방향으로 연장되고 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성됨으로써, 스테이터를 모터 하우징의 내측에 압입하지 않고 스테이터 코어의 4개소에 이어부(ear part)가 형성된 타입에서 스테이터를 모터 하우징에 볼팅 체결하는 경우에도 냉각수가 볼팅홀의 위치를 회피하여 순환하는 냉각수유로 구조를 형성할 수 있다.
여덟째, 인버터의 커패시터, IGBT, 버스바를 냉각플레이트의 저면에 컴팩트하게 거꾸로 매달린 채로 장착하여, 커패시터, IGBT 및 버스바를 함께 냉각수로 냉각함으로써, 인버터의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 인버터의 커패시터 등 전장부품을 거꾸로 실장하여 전동기의 3상 교류전원과 연결을 위한 버스바의 길이를 줄임으로써, 버스바의 발열량을 감소시켜 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
아홉째, 냉각수가 인버터 하우징과 모터 하우징의 내부유로를 따라 이동하면서 인버터 및 모터를 간접 냉각한 후 열교환기에서 오일과의 열교환을 통해 열을 흡수함으로써 오일의 방열 성능을 높일 수 있다.
열번째, 모터 하우징의 내부에 원주방향으로 360도 전구간에 형성된 복수의 분사노즐을 통해 오일을 분사함으로써, 오일 드롭핑(OIL DROPPING)을 위한 가이드 링을 추가할 필요가 없어서 부품수를 줄이고 조립 공정을 감소시킬 수 있고, 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IPGM(지능형 동력생성모듈)의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해도이다.
도 3은 도 1에서 인버터 커버 및 냉각플레이트를 제거 후 인버터의 내부에 IGBT, 커패시터 및 버스바가 장착된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2에서 스테이터 및 로터 어셈블리가 모터 하우징으로 장착되는 방향과 인버터 내부구성품이 인버터 하우징으로 장착되는 방향을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1에서 냉각수의 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 5의 인버터 하우징에서 냉각수의 유입 및 유출경로를 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 5에서 냉각수가 인버터 하우징에서 모터 하우징으로 이동하는 경로를 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 5에서 냉각수가 모터 하우징 내부의 냉각수유로를 따라 지그재그 형태로 이동하는 경로를 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 8에서 냉각수유로를 평면으로 펼친 전개도로서 냉각수의 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 10는 도 1에서 오일의 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 11은 도 9에서 모터 하우징의 원주방향을 따라 전구간에서 분사홀을 통해 오일이 분사되는 모습과 기어박스 하우징에 형성된 오일유로형성부를 보여주는 개념도이다.
도 12은 도 2의 오일분사용 하우징의 원주방향을 따라 전구간에서 오일이 분사되는 경로를 보여주는 개념도이다.
도 13은 도 4에서 "XIII" 부분을 확대하여 열교환기에서 모터 하우징의 내부로 오일이 분기되는 경로를 보여주는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 IPGM(지능형 동력생성모듈)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해도이고, 도 3은 도 1에서 인버터 커버(212) 및 냉각플레이트(214)를 제거 후 인버터(21)의 내부에 IGBT(216), 커패시터(215) 및 버스바(217)가 장착된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 2에서 스테이터(24) 및 로터(25) 어셈블리가 모터 하우징(10)으로 장착되는 방향과 인버터(21) 내부구성품이 인버터 하우징(210)으로 장착되는 방향을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1에서 냉각수의 이동경로를 보여주는 개념도이고, 도 6은 도 5의 인버터 하우징(210)에서 냉각수의 유입 및 유출경로를 보여주는 개념도이고, 도 7은 도 5에서 냉각수가 인버터 하우징(210)에서 모터 하우징(10)으로 이동하는 경로를 보여주는 단면도이고, 도 8은 도 5에서 냉각수가 모터 하우징(10) 내부의 냉각수유로(11)를 따라 지그재그 형태로 이동하는 경로를 보여주는 개념도이고, 도 9는 도 8에서 냉각수유로(11)를 평면으로 펼친 전개도로서 냉각수의 이동경로를 보여주는 개념도이다.
본 발명의 지능형 동력생성모듈(IPGM)은 전동기(1), 인버터(21) 및 기어박스(22)를 포함한다.
전동기(1)는 스테이터(24)와 로터(25)를 포함하여 동력을 생성하도록 구성된다.
스테이터(24)와 로터(25)는 모터 하우징(10)의 내측에 수용된다. 모터 하우징(10)은 원통형으로 구성될 수 있다. 모터 하우징(10)의 내측에 스테이터(24)와 로터(25)가 수용되는 수용공간이 형성된다. 모터 하우징(10)의 저면에 오일섬프부(16)가 형성될 수 있다. 오일섬프부(16)는 모터 하우징(10)의 수용공간과 연통되며 오일을 일시 저장할 수 있다.
스테이터(24)는 스테이터 코어(240)와 스테이터 코일(242)로 구성될 수 있다. 스테이터 코일(242)은 스테이터 코어(240)의 원주방향을 따라 이격되게 배치되는 슬롯에 권선될 수 있다. 스테이터 코일(242)의 일부는 스테이터 코어(240)의 길이방향으로 양단에서 축방향으로 돌출될 수 있다. 스테이터 코어(240)의 양단에서 돌출된 스테이터 코일(242)의 일부는 엔드 턴(END TURN)이라고 명명할 수 있다.
스테이터 코일(242)은 3상(U, W, V 상) 코일로 구성되어 3상 교류 전원과 연결될 수 있다. 스테이터 코일(242)의 3상 코일에 전원을 인가하기 위한 전원연결부(243)와 3상코일 각각의 끝에 형성된 중성선을 연결하기 위한 버스바(217)를 구비하는 커넥션 링이 장착될 수 있다.
전원연결부(243)는 3상의 터미널(244)을 구비할 수 있다. 전원연결부(243)는 커넥션 링과 일체로 형성될 수 있다.
스테이터 코어(240)의 내측에 공극을 두고 로터(25)가 회전 가능하게 설치될 수 있다. 로터(25)는 로터코어와 영구자석(미도시)으로 구성될 수 있다. 로터코어의 내측에 회전축(26)이 로터코어와 함께 회전 가능하게 결합될 수 있다.
회전축(26)의 양단부는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
회전축(26)의 길이방향으로 일측에 레졸버(Resolver)가 설치될 수 있다.
회전축(26)의 타측은 기어박스(22)의 구동샤프트와 연결될 수 있다.
기어박스(22)는 기어박스 하우징(220)과 기어박스 하우징(220)의 내측에 구비되는 기어류를 포함할 수 있다. 기어류는 전동기(1)의 회전축(26)에서 발생하는 회전수를 감속하고 토크를 증가시키도록 구성될 수 있다. 기어류는 유성기어세트로 구성될 수 있다. 유성기어세트는 링기어, 선기어, 유성기어 및 캐리어 등을 포함할 수 있다.
모터 하우징(10)은 원통형으로 형성되고, 모터 하우징(10)의 길이방향으로 양측은 개방되게 형성될 수 있다.
모터 하우징(10)의 개방된 일단부는 오일분사용 하우징(19)과 보호커버(20; Shield Cover)가 체결될 수 있다.
모터 하우징(10)의 타단부는 기어박스 하우징(220)에 의해 덮이도록 구성될 수 있다. 모터 하우징(10)의 일단부에 복수의 체결부가 형성되어, 기어박스 하우징(220)과 체결될 수 있다.
인버터(21)는 커패시터(215) 및 IGBT(216)를 포함하여 전동기(1)를 구동하도록 구성된다.
인버터 하우징(210)은 모터 하우징(10)의 길이방향을 따라 연장되는 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 인버터 하우징(210)의 일측면에서 모터 하우징(10)의 최상부를 덮도록 연장되는 연결부(211)를 구비할 수 있다.
연결부(211)는 모터 하우징(10)의 원주면 상부에 일체로 형성될 수 있다. 인버터 하우징(210)은 모터 하우징(10)의 원주면에 대하여 접선방향으로 연장될 수 있다.
모터 하우징(10)과 인버터 하우징(210)은 일체형으로 형성되어, 전동기(1)와 인버터(21)가 일체화 될 수 있다. 인버터(21)와 모터를 한 개의 하우징으로 구성하는 경우에 비용을 절감할 수 있고, 강도를 향상시킬 수 있다.
인버터 하우징(210)의 상부는 개방되고, 인버터 하우징(210)의 개방측 상부에 인버터 커버(212)가 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
인버터 하우징(210)의 상부에 냉각플레이트(214)가 장착될 수 있다. 냉각플레이트(214)는 인버터 하우징(210)의 형상과 대응되게 형성될 수 있다. 인버터 커버(212)는 냉각플레이트(214)의 상부에 장착되어, 냉각플레이트(214)의 일부 또는 전부를 덮도록 장착될 수 있다.
인버터 하우징(210)의 내측에 커패시터(215) 및 IGBT(216) 등의 인버터(21) 어셈블리가 수용될 수 있다.
커패시터(215), IGBT(216) 및 복수의 버스바(217)는 냉각플레이트(214)의 저면에 거꾸로 매달린 채로 인버터 하우징(210)의 내부에 장착될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 커패시터(215), IGBT(216) 및 복수의 버스바(217) 각각의 상단부와 냉각플레이트(214) 사이의 온도차에 의해 커패시터(215), IGBT(216) 및 복수의 버스바(217) 각각에서 발생된 열을 냉각플레이트(214)를 통해 효율적으로 방열할 수 있다.
모터 하우징(10)의 최상단으로부터 접선방향으로 가장 멀리 이격된 순서로 커패시터(215), IGBT(216) 및 복수의 버스바(217)가 배치될 수 있다. 전동기(1)의 전원연결부(243)의 3상 터미널(244)은 모터 하우징(10)의 최상단부에 배치될 수 있다.
보호커버(20)는 전원연결부(243)의 3상 터미널(244)을 덮도록 구성될 수 있다.
냉각플레이트(214)의 내측에 냉각수유로가 형성될 수 있다. 냉각플레이트(214)의 내측에 냉각수유로형성홈(2141)이 형성될 수 있다. 냉각수유로형성홈(2141)은 냉각플레이트(214)의 전체 면적에 걸쳐 형성되고, 깊이가 얕게 형성될 수 있다.
이러한 구조의 냉각수유로형성홈(2141)은 적은 양의 냉각수로 커패시터(215) 및 IGBT(216)와 최대한 넓은 면적으로 접촉되어, 냉각수의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
IGBT(216)의 일측면에 흡열면이 형성될 수 있다. 흡열면은 냉각플레이트(214)와 접촉하거나 냉각수와 직접 접촉 가능하게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 냉각플레이트(214)의 저면에 IGBT(216)와 냉각수가 직접 접촉 가능하게 개구부(2142)가 형성되어, 개구부(2142)를 통해 냉각수와 흡열면이 접촉될 수 있다. 개구부(2142)와 흡열면은 동일한 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 이 경우 냉각플레이트(214)와 흡열면 사이에 실링부재가 배치되어, 냉각수가 냉각플레이트(214)에서 인버터 하우징(210)의 내측공간으로 누수되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 냉각수는 흡열면을 통해 IGBT(216)로부터 열을 직접 흡수하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
복수의 버스바(217)는 전동기(1)의 전원연결부(243)의 3상 터미널(244)과 가깝게 배치될 수 있다. 복수의 버스바(217) 각각의 일측은 커패시터(215) 및 IGBT(216)에 연결되고, 복수의 버스바(217) 각각의 타측은 전동기(1)의 전원연결부(243)의 3상 터미널(244)과 연결되어, 인버터(21)는 전동기(1)를 구동할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 버스바(217)는 연결 길이가 줄어듦으로써 버스바(217)의 발열이 감소하고, 동일한 냉각수로 더 많은 열량을 방열시킴으로 방열성능을 향상시킬 수 있다.
인버터 커버(212)의 일측에 냉각수 유입구(213)가 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(213)는 일측이 냉각플레이트(214)의 냉각수유로와 연통되게 연결되고, 타측이 차량 전방에 배치되는 라디에이터와 연결되어, 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 냉각수 유입구(213)를 통해 인버터 하우징(210) 내부의 냉각수유로로 유입될 수 있다.
냉각플레이트(214)의 일측 저면에 냉각수 연통구(2143)가 형성될 수 있다.
냉각수 연통구(2143)는 일측이 냉각수유로와 연통되게 연결되고, 타측이 모터 하우징(10) 내부의 냉각수유로와 연통되게 연결될 수 있다.
냉각수 유입구(213)는 커패시터(215)와 인접하게 배치되고, 냉각수 연통구(2143)는 복수의 버스바(217)와 인접하게 배치된다.
냉각수 유입구(213)를 통해 유입된 냉각수는 커패시터(215), IGBT(216) 및 복수의 버스바(217) 순서로 냉각한 후, 냉각수 연통구(2143)를 통해 모터 하우징(10)의 내부로 이동할 수 있다.
모터 하우징(10)은 길이방향을 따라 양측이 개방된 원통형으로 형성될 수 있다.
모터 하우징(10)의 개방된 일측을 통해 스테이터(24) 및 로터(25) 등이 모터 하우징(10)의 내측에 수용될 수 있다.
스테이터 코어(240)는 원통형으로 형성되고, 복수의 이어부(241; EAR PART)가 스테이터 코어(240)의 외주면에서 반경방향으로 돌출 형성될 수 있다. 복수의 이어부(241) 각각은 스테이터 코어(240)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 복수의 이어부(241)는 스테이터 코어(240)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
복수의 이어부(241)는 볼트체결홀을 내부에 구비하여, 스테이터 코어(240)의 길이방향을 따라 연장되는 복수의 볼트가 복수의 이어부(241) 각각의 볼트체결홀을 통해 관통하여 스테이터 코어(240)와 모터 하우징(10)을 체결할 수 있다.
기어박스 하우징(220)은 모터 하우징(10)의 후단부를 덮도록 구성될 수 있다. 기어박스 하우징(220)의 전단부와 모터 하우징(10)의 후단부 각각에 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 체결부가 형성될 수 있다. 볼트 등과 같은 체결부재는 체결부를 관통하여 기어박스 하우징(220)과 모터 하우징(10)을 체결할 수 있다.
모터 하우징(10)은 복수의 이어부 수용부(140)를 구비할 수 있다. 이어부 수용부(140)는 모터 하우징(10)의 길이방향을 따라 연장되고, 모터 하우징(10)의 반경방향 외측으로 돌출 형성될 수 있다. 이어부 수용부(140)는 이어부(241)를 감싸도록 형성될 수 있다.
복수의 이어부(241)와 복수의 이어부 수용부(140)는 모터 하우징(10)을 스테이터 코어(240)가 삽입되는 방향으로 전방에서 볼 때 모터 하우징(10)의 좌상부, 좌하부, 우상부, 우하부에 각각 한 개씩 대략 90도 간격으로 이격 배치될 수 있다.
이어부(241)는 반원형으로 형성되고, 복수의 이어부 수용부(140) 중 상부의 두 이어부 수용부(140)는 이어부(241)보다 직경이 크게 반원형으로 형성될 수 있다. 복수의 이어부 수용부(140) 중 하부의 두 이어부 수용부(140)는 오일섬프부(16)의 상부와 연통되게 형성될 수 있다.
이어부 수용부(140)는 모터 하우징(10)의 길이방향으로 전방을 향해 개방되어, 이어부(241)가 이어부 수용부(140)의 개방된 전방으로부터 삽입될 수 있다.
스테이터 및 로터 조립체가 모터 하우징(10)의 길이방향으로 삽입되어 장착될 수 있다. 이때, 이어부(241)는 이어부 수용부(140)를 따라 슬라이딩 결합될 수 있다. 이어부(241)와 이어부 수용부(140)의 결합은 스테이터 및 로터 조립체가 모터 하우징(10)의 길이방향으로 슬라이드 이동을 허용하지만, 원주방향을 따라 이동하는 것을 방지할 수 있다.
이어부 수용부(140)의 후단부에 체결홈(145)이 형성되어, 이어부(241)를 관통하는 볼트가 체결홈(145)에 체결됨으로써, 스테이터 코어(240)가 모터 하우징(10)에 체결될 수 있다.
이어부 수용부(140)는 길이방향을 따라 후방에서 전방으로 갈수록 단면적의 크기가 넓어지게 형성되어, 다이캐스팅에 의해 성형 시 금형 빼기가 원활하게 이루어지도록 형성될 수 있다.
모터 하우징(10)은 이중벽으로 구성될 수 있다. 이중벽 중 반경방향으로 외측벽과 내측벽 사이에 냉각수유로(11)가 형성될 수 있다. 냉각수유로(11)는 복수의 열교환 셀(110), 복수의 격벽(120), 복수의 연통홀(130)로 구성될 수 있다. 복수의 열교환 셀(110)은 모터 하우징(10)의 내부에 원주방향으로 이격 배치될 수 있다.
복수의 열교환 셀(110) 각각은 모터 하우징(10)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 원주방향으로 인접한 두 이어부 수용부(140) 사이에 두 개의 열교환 셀(110)이 배치될 수 있다.
복수의 열교환 셀(110)은 복수의 격벽(120)에 의해 원주방향을 따라 복수개로 구획될 수 있다. 복수의 격벽(120) 각각은 모터 하우징(10)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 복수의 격벽(120) 각각은 원주방향으로 이격 배치될 수 있다.
복수의 격벽(120)은 반경방향으로 돌출되어, 복수의 격벽(120) 각각의 외측단은 모터 하우징(10)의 외측벽에 연결되고, 복수의 격벽(120) 각각의 내측단은 모터 하우징(10)의 내측벽에 연결될 수 있다.
복수의 연통홀(130)은 원주방향을 따라 복수의 격벽(120)의 전단부에 교대로 형성되어, 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(110)을 연통시킬 수 있다.
복수의 열교환 셀(110)은 제1열교환 셀(111) 내지 제N열교환 셀(110)로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 8개의 열교환 셀(110)로 구성될 수 있다.
복수의 열교환 셀(110) 중 냉각수 연통구(2143)와 연통되게 연결되는 열교환 셀(110)은 제1열교환 셀(111)로 명명될 수 있다.
복수의 열교환 셀(110) 중 냉각수 유출구(15)와 연통되게 연결되는 열교환 셀(110)은 제8열교환 셀(118)로 명명될 수 있다.
제1열교환 셀(111)과 제8열교환 셀(118)은 원주방향으로 인접하게 배치되고, 복수의 격벽(120) 중 모터 하우징(10)의 최상단에 배치되는 격벽(120)은 제1격벽(121)이라고 명명될 수 있다.
제1격벽(121)은 제1열교환 셀(111)과 제8열교환 셀(118) 사이에 배치되어, 제1열교환 셀(111) 및 제8열교환 셀(118)을 구획할 수 있다. 제1격벽(121)의 전단부 또는 후단부에는 연통홀(130)이 형성되지 않는다. 왜냐하면, 제1격벽(121)에 연통홀(130)이 있으면, 냉각수가 의도한 바와 다르게 연통홀(130)을 통해 제1열교환 셀(111)에서 제8열교환 셀(118)로 바로 이동하여 열교환을 거의 하지 않고 냉각수 유출구(15)를 통해 유출될 수 있기 때문이다.
제2열교환 셀(112)은 모터 하우징(10)의 전방에서 볼 때 반시계방향으로 이격 배치될 수 있다. 제1열교환 셀(111)과 제2열교환 셀(112) 사이에 좌상부의 제1이어부 수용부(141)가 배치될 수 있다.
제3열교환 셀(113)은 제2열교환 셀(112)로부터 반시계방향으로 이격 배치되고, 제2열교환 셀(112)과 제3열교환 셀(113)을 구획하는 제2격벽(122)의 전단부에 연통홀(130)이 형성될 수 있다.
제4열교환 셀(114)은 좌하부에 위치하는 제2이어부 수용부(142)를 사이에 두고 제3열교환 셀(113)로부터 반시계방향으로 이격 배치될 수 있다.
제5열교환 셀(115)은 제4열교환 셀(114)로부터 반시계방향으로 이격 배치되고, 제4열교환 셀(114)과 제5열교환 셀(115)을 구획하는 제3격벽(123)의 전단부에 연통홀(130)이 형성될 수 있다.
모터 하우징(10)의 하부에 오일섬프부(16)가 형성될 수 있다. 오일섬프부(16)는 사각형 또는 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
오일섬프부(16)는 모터 하우징(10)의 원형내측공간과 연통되게 연결되어, 모터 하우징(10)의 내측공간으로 분사된 오일이 오일섬프부(16)의 하부에 임시 저장될 수 있다. 오일섬프부(16)와 원형내측공간은 복수의 열교환 셀(110) 중 하부에 배치되는 제4 및 제5열교환 셀(115)에 의해 구획될 수 있다.
제4열교환 셀(114) 또는 제5열교환 셀(115)의 저면에 지지리브(1151)가 모터 하우징(10)의 길이방향으로 연장되어, 제4열교환 셀(114)과 제5열교환 셀(115)을 지지할 수 있다. 지지리브(1151)의 상단은 제4열교환 셀(114) 또는 제5열교환 셀(115)의 저면에 연결되고, 지지리브(1151)의 하단은 오일섬프부(16)의 저면에 연결될 수 있다.
제6열교환 셀(116)은 제3이어부 수용부(143)를 사이에 두고 제5열교환 셀(115)로부터 반시계방향으로 이격 배치될 수 있다. 제6열교환 셀(116)은 제3열교환 셀(113)과 대향되게 모터 하우징(10)의 우측면에 형성될 수 있다.
제7열교환 셀(117)은 제6열교환 셀(116)로부터 반시계방향으로 이격 배치될 수 있다. 제4격벽(124)은 제6열교환 셀(116)과 제7열교환 셀(117)을 구획하고, 제4격벽(124)의 전단부에 연통홀(130)이 형성될 수 있다.
제8열교환 셀(118)은 우상부에 위치하는 제4이어부 수용부(144)를 사이에 두고 제7열교환 셀(117)로부터 반시계방향으로 이격 배치될 수 있다.
제1이어부 수용부(141) 내지 제4이어부 수용부(144) 각각의 체결홈(145)의 후방에 연통홀(130)이 각각 형성될 수 있다. 제1이어부 수용부(141)의 후방에 형성된 연통홀(130)은 제1열교환 셀(111)과 제2열교환 셀(112)을 원주방향으로 연통시킬 수 있다.
제2이어부 수용부(142)의 후방에 형성된 연통홀(130)은 제3열교환 셀(113)과 제4열교환 셀(114)을 원주방향으로 연통시킬 수 있다.
제3이어부 수용부(143)의 후방에 형성된 연통홀(130)은 제5열교환 셀(115)과 제6열교환 셀(116)을 원주방향으로 연통시킬 수 있다.
제4이어부 수용부(144)의 후방에 형성된 연통홀(130)은 제7열교환 셀(117)과 제8열교환 셀(118)을 원주방향으로 연통시킬 수 있다.
모터 하우징(10)의 상부에 냉각수 유출구(15)가 형성될 수 있다. 냉각수 유출구(15)의 하단부는 제8열교환 셀(118)과 연통되고, 냉각수 유출구(15)의 상단부는 외부와 연통될 수 있다.
모터 하우징(10)의 외측면 일측에 열교환기(17)가 설치될 수 있다. 열교환기(17)는 오일과 냉각수가 열교환하도록 구성될 수 있다. 열교환기(17)의 일부는 제6열교환 셀(116)의 외측면 반경방향으로 중첩되게 배치되고, 열교환기(17)의 다른 일부는 오일섬프부(16)의 일측면과 두께방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.
열교환기(17)에 냉각수 흡입구(170)가 형성될 수 있다. 모터 하우징(10)의 냉각수 유출구(15)는 열교환기(17)의 냉각수 흡입구(170)와 연결될 수 있다. 냉각수 연결파이프(171)의 일측은 냉각수 유출구(15)와 연결되고, 냉각수 연결파이프(171)의 타측은 열교환기(17)의 냉각수 흡입구(170)에 연결될 수 있다.
열교환기(17)의 내부에 냉각수유로(11)가 형성될 수 있다. 냉각수 흡입구(170)는 냉각수유로(11)와 연결되고, 열교환기(17)에 냉각수 토출구(172)가 냉각수유로(11)와 연통되게 형성될 수 있다.
냉각수 토출구(172)는 냉각수 순환라인에 의해 차량의 전방에 배치되는 라디에이터와 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 냉각수는 라디에이터에서 냉각된 후, 인버터 커버(212)에 형성된 냉각수 유입구(213)로 유입되어 냉각플레이에 형성된 냉각수유로(11)를 따라 이동하면서 인버터 하우징(210)의 내부에 수용된 커패시터(215), IGBT(216) 및 버스바(217) 모두를 순차적으로 냉각할 수 있다.
계속해서, 냉각수는 냉각수 연통구(2143)를 통해 인버터 하우징(210)에서 모터 하우징(10)으로 이동한다. 냉각수 연통구(2143)는 모터 하우징(10)의 제1열교환 셀(111)과 연통되어, 냉각수는 제1열교환 셀(111)로 이동할 수 있다.
이어서, 냉각수는 제1열교환 셀(111) 내지 제8열교환 셀(118) 순서로 원주방향(반시계방향)을 따라 지그재그 형태로 이동함으로, 전동기(1)를 냉각할 수 있다.
그 다음, 제8열교환 셀(118)의 냉각수 유출구(15)를 통해 유출된 냉각수는 냉각수 연결파이프(171)를 통해 열교환기(17)로 이동하여 오일과 열교환함으로 오일을 냉각할 수 있다.
이후, 냉각수는 열교환기(17)의 냉각수 토출구(172)를 통해 토출되고 라디에이터로 이동하여 라디에이터에서 공기로 열을 방출한 다음 다시 인버터 커버(212)의 냉각수 유입구(213)로 재순환되어 인버터(21)를 냉각할 수 있다. 차량의 워터펌프는 냉각수에 순환동력을 제공하여 냉각수 토출구(172)를 통해 토출된 냉각수를 라디에이터로 이송하고, 라디에이터에서 냉각수 유입구(213)로 재순환 시킬 수 있다.
도 10는 도 1에서 오일의 이동경로를 보여주는 개념도이고, 도 11은 도 9에서 모터 하우징(10)의 원주방향을 따라 전구간에서 분사홀을 통해 오일이 분사되는 모습과 기어박스 하우징(220)에 형성된 제2오일유로형성부(182)를 보여주는 개념도이고, 도 12은 도 2의 오일분사용 하우징(19)의 원주방향을 따라 전구간에서 오일이 분사되는 경로를 보여주는 개념도이고, 도 13은 도 4에서 “XIII” 부분을 확대하여 열교환기(17)에서 모터 하우징(10)의 내부로 오일이 분기되는 경로를 보여주는 개념도이다.
모터 하우징(10)과 기어박스 하우징(220) 각각의 내부에 오일이 흐르도록 오일유로(180)가 형성될 수 있다. 오일유로(180)는 모터 하우징(10) 및 기어박스 하우징(220) 각각에 길이방향으로 서로 마주보게 배치되는 제1오일유로형성부(181)와 제2오일유로형성부(182)로 구성될 수 있다.
제1오일유로형성부(181)는 모터 하우징(10)의 후단부에 원주방향으로 연장되고, 모터 하우징(10)의 후방으로 개방되게 형성될 수 있다.
제1오일유로형성부(181)는 모터 하우징(10)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 제1오일유로형성부(181)는 모터 하우징(10)의 내측에 형성될 수 있다.
제1오일유로형성부(181)는 이중벽으로 구성될 수 있다. 제1오일유로형성부(181)는 외측벽으로 모터 하우징(10)의 내측벽 후단부를 공유할 수 있다. 제1오일유로형성부(181)의 내측벽은 모터 하우징(10)의 내측벽 후단부로부터 반경방향 내측으로 이격 배치될 수 있다.
제2오일유로형성부(182)는 기어박스 하우징(220)의 내측면에 원주방향을 따라 오목하게 연장될 수 있다. 제2오일유로형성부(182)는 이중벽으로 구성될 수 있다. 제2오일유로형성부(182)의 이중벽은 제1오일유로형성부(181)의 이중벽과 서로 길이방향으로 마주하게 배치되어, 하나의 오일유로(180)를 형성할 수 있다. 하나의 오일유로(180)는 원주방향을 따라 형성될 수 있다.
제1오일유로형성부(181)의 내측벽에 복수의 제1분사노즐(183)이 반경방향으로 관통 형성될 수 있다. 복수의 제1분사노즐(183)은 제1오일유로형성부(181)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
기어박스 하우징(220)의 일측에 오일흡입부(221)가 형성될 수 있다. 오일흡입부(221)는 모터 하우징(10)의 후방에서 기어박스 하우징(220)을 향해 축방향으로 연장되는 제1오일흡입부분(2211)과 제1오일흡입부분(2211)에서 반경방향으로 연장되는 제2오일흡입부분(2212)으로 구성될 수 잇다.
오일흡입부(221)를 통해 오일유로(180)로 유입된 오일은 오일유로(180)의 일지점에서 서로 반대방향으로 1/2씩 분기되고, 상기 일지점에서 180도로 이격된 반대의 다른 일지점으로 회전이동하면서 복수의 제1분사노즐(183)로 분배되어 모터 하우징(10)의 내측공간으로 반경방향으로 분사될 수 있다.
오일은 스테이터 코어(240)의 길이방향으로 후단부에서 축방향으로 돌출된 스테이터 코일(242)의 엔드턴에 직접 분사되어, 스테이터 코일(242)에서 발생되는 열을 흡수할 수 있다.
서로 반대방향으로 회전이동한 오일은 상기 반대의 다른 일지점에서 합류할 수 있다.
오일펌프(230)는 오일분사용 하우징(19)의 전면 하부에 장착될 수 있다. 오일펌프(230)의 일측에 펌프입구(231)가 형성되고, 펌프입구(231)는 오일흡입파이프를 통해 오일섬프부(16)의 저면에 연통되게 연결될 수 있다.
오일펌프(230)는 오일섬프부(16)로부터 오일을 흡입하여 펌핑할 수 있다.
오일펌프(230)의 다른 일측에 펌프출구(232)가 형성되고, 펌프출구(232)는 오일토출파이프를 통해 열교환기(17)의 일측에 형성된 오일흡입구와 연통되게 연결될 수 있다. 펌핑된 오일은 열교환기(17)로 유입될 수 있다.
오일분배유로(184)는 모터 하우징(10)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 오일분배유로(184)의 길이방향으로 전단부는 오일분사용 하우징(19)의 오일흡입부(221)와 연통되게 연결되고, 오일분배유로(184)의 길이방향으로 후단부는 기어박스 하우징(220)의 오일흡입부(221)와 연통되게 연결될 수 있다.
열교환기(17)의 내부에 오일토출구(173)가 형성될 수 있다. 오일토출구(173)는 오일분배유로(184)의 중간부분과 연통되게 형성될 수 있다.
열교환기(17)는 오일유로(180)와 냉각수유로(11)를 구비하여 오일과 냉각수를 서로 열교환시키도록 구성된다.
오일은 열교환기(17) 내부로 흡입되고, 냉각수와 열교환에 의해 냉각된 후 오일토출구(173)를 통해 오일분배유로(184)에서 모터 하우징(10)의 길이방향으로 전단부와 후단부를 향해 각각 분기될 수 있다.
오일은 오일분배유로(184)의 후단부에서 기어박스 하우징(220)의 오일흡입부(221)를 통해 제2오일유로형성부(182)로 유입된 후 제2오일유로형성부(182)의 흡입지점에서 서로 반대방향으로 1/2씩 분기되어 원주방향을 따라 회전 이동하면서 복수의 제1분사노즐(183) 각각으로 분배되고, 복수의 제1분사노즐(183)을 통해 스테이터 코일(242)로 분사되어, 전동기(1)를 오일과 냉각수로 동시 냉각할 수 있다.
모터 하우징(10)의 전단부에 오일분사용 하우징(19)이 체결될 수 있다. 오일분사용 하우징(19)은 오일 매니폴드(193), 전원연결부커버부(194), 오일섬프커버부(195)를 포함할 수 있다.
오일 매니폴드(193)는 오일분사용 하우징(19)의 일측면에서 직경이 작게 모터 하우징(10)의 길이방향을 따라 돌출되고 원주방향을 따라 연장될 수 있다. 오일 매니폴드(193)는 이중벽 구조로 형성될 수 있다.
오일 매니폴드(193)의 외측벽과 내측벽은 반경방향으로 이격되어, 외측벽과 내측벽 사이에 오일이 흐를 수 있도록 오일유로(180)를 형성할 수 있다. 오일 매니폴드(193)의 내측벽에 복수의 제2분사노즐(196)이 반경방향으로 관통 형성될 수 있다.
복수의 제2분사노즐(196)은 원주방향으로 이격 배치되어, 원주방향으로 360도 전구간에서 오일을 분사할 수 있도록 구성된다.
오일분사용 하우징(19)은 모터 하우징(10)의 냉각수유로(11)를 덮도록 구성될 수 있다.
전원연결부커버부(194)는 오일분사용 하우징(19)의 상부에 전원연결부(243)를 감싸도록 상방향으로 돌출 형성될 수 있다.
오일섬프커버부(195)는 오일분사용 하우징(19)의 하부에 하방향으로 돌출 형성되고, 오일섬프부(16)의 전방으로 개방된 부분을 덮도록 구성된다.
보호커버(20)는 오일분사용 하우징(19)의 전원연결부커버부(194)와 오일 매니폴드(193)를 덮도록 체결될 수 있다.
오일분사용 하우징(19)의 일측에 오일흡입부(190)가 반경방향으로 연장될 수 있다. 오일흡입부(190)의 일측은 오일 매니폴드(193)와 연통되게 연결되고, 오일흡입부(190)의 다른 일측은 오일펌프(230)와 연결될 수 있다.
오일흡입부(190)는 축방향으로 연장되는 제1오일흡입부분(191)과 반경방향으로 연장되는 제2오일흡입부분(192)으로 구성될 수 있다. 제2오일흡입부분(192)은 오일 매니폴드(193)와 연결될 수 있다.
오일흡입부(190)를 통해 오일 매니폴드(193)로 유입된 오일은 오일 매니폴드(193)의 원주방향으로 일지점에서 1/2씩 서로 반대방향으로 분기되고, 상기 일지점에서 180도로 이격된 반대의 일지점으로 이동할 수 있다.
서로 반대방향으로 회전 이동하는 두 오일은 상기 반대의 일지점에서 합류함으로써, 복수의 제2분사노즐(196)을 통해 360도 전구간에서 오일을 모터 하우징(10)의 내측공간으로 반경방향으로 분사할 수 있다.
오일은 스테이터 코어(240)의 길이방향으로 전단부에서 축방향으로 돌출된 스테이터 코일(242)의 엔드턴에 직접 분사되어, 스테이터 코일(242)에서 발생되는 열을 흡수할 수 있다.
오일은 오일분배유로(184)의 전단부에서 오일분사용 하우징(19)의 오일흡입부(190)를 통해 오일 매니폴드(193)로 유입된 후 오일 매니폴드(193)의 흡입지점에서 서로 반대방향으로 분기되어 원주방향을 따라 회전 이동하면서 복수의 제2분사노즐(196)로 분배되고, 복수의 제2분사노즐(196)을 통해 스테이터 코일(242)로 분사되어, 전동기(1)를 오일과 냉각수로 동시 냉각할 수 있다.
보호커버(20)와 오일분사용 하우징(19) 사이에 제1개스킷이 설치되어, 보호커버(20)와 오일분사용 하우징(19) 사이를 밀봉하고, 오일분사용 하우징(19)과 모터 하우징(10) 사이에 제2개스킷이 설치되어, 오일분사용 하우징(19)과 모터 하우징(10) 사이를 밀봉하고, 모터 하우징(10)과 기어박스 하우징(220) 사이에 제3개스킷(GASKET)이 설치되어, 모터 하우징(10)과 기어박스 하우징(220) 사이를 밀봉할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 모터 하우징(10)의 내부에 냉각수가 흐르도록 축방향으로 연장되는 냉각수유로(11)와 오일이 흐르도록 원주방향으로 연장되는 오일유로(180)를 구비하여 냉각수와 오일로 모터를 동시 냉각함에 따라 모터 냉각 성능 및 모터 출력을 향상시킬 수 있다.
또한, 모터 하우징(10)의 길이방향으로 후단 내측에 원주방향을 따라 형성된 제1오일유로형성부(181)에 복수의 제1분사노즐(183)이 원주방향으로 360도 전구간에 이격 배치되고, 모터 하우징(10)의 길이방향으로 전단부에 장착되는 오일분사용 하우징(19)의 내부에 원주방향을 따라 형성되는 오일 매니폴드(193)에 복수의 제2분사노즐(196)이 원주방향으로 전구간에 이격 배치되어, 복수의 제1분사노즐(183)과 제2분사노즐(196)을 통해 오일을 원주방향으로 360도 전구간에서 스테이터 코일(242)의 엔드 턴에 직접 분사함으로써, 스테이터 코일(242)의 방열 성능을 높일 수 있다.
아울러, 360도 전구간에서 오일을 분사하여, 전기자동차의 차량 선회 시 또는 오르막길 및 내리막길 주행 시 또는 가감속 시에도 스테이터 코일(242)의 원주방향을 따라 오일의 냉각성능을 균일하게 유지할 수 있고, 기존의 오일이 스테이터 코일(242)의 일부 구간만을 적셔줌으로 인해 코일의 일부에는 오일이 적셔지지 않는 오일 냉각의 데드존(dead zone)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 모터 하우징(10)의 냉각수유로(11)를 축방향으로 연장되는 축방향 유로로 형성함으로써, 다이캐스팅으로 제작 가능하고, 기존의 나선형 유로 형성을 위해 모터 하우징(10)을 중력주조로 성형하지 않아도 됨으로 생산성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 필요 시 전동기(1)에 오일 냉각 구조 없이 냉각수로만 냉각하는 구조를 사용할 수 있다. 예를 들면, 저가형 제품의 경우에 오일펌프(230) 및 열교환기(17) 등은 불필요하고 냉각수로 냉각하는 구조로만 구성할 수 있다.
뿐만 아니라, 고출력 전동기(1)에는 오일 및 냉각수로 동시 냉각하는 구조를 적용하여 최대출력대비 고출력(최대출력의 60%)을 연속적으로 유지하는 것이 가능하다.
또한, 인버터(21)의 장착과 모터를 한 개의 통합 하우징으로 구성함으로써 비용을 절감하고 강도를 향상시킬 수 있다.
아울러, 냉각수유로(11)가 축방향으로 연장되고 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성됨으로써, 스테이터(24)를 모터 하우징(10)의 내측에 압입하지 않고 스테이터 코어(240)의 4개소에 이어부(241)(ear part)가 형성된 타입에서 스테이터(24)를 모터 하우징(10)에 볼팅 체결하는 경우에도 냉각수가 볼팅홀의 위치를 회피하여 순환하는 냉각수유로(11) 구조를 형성할 수 있다.
더욱이, 인버터(21)의 커패시터(215), IGBT(216), 버스바(217)를 냉각플레이트(214)의 저면에 컴팩트하게 거꾸로 매달린 채로 장착하여, 커패시터(215), IGBT(216) 및 버스바(217)를 함께 냉각수로 냉각함으로써, 인버터(21)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 인버터(21)의 커패시터(215) 등 전장부품을 거꾸로 실장하여 전동기(1)의 3상 교류전원과 연결을 위한 버스바(217)의 길이를 줄임으로써, 버스바(217)의 발열량을 감소시켜 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
게다가, 냉각수가 인버터 하우징(210)과 모터 하우징(10)의 내부유로를 따라 이동하면서 인버터(21) 및 모터를 간접 냉각한 후 열교환기(17)에서 오일과의 열교환을 통해 열을 흡수함으로써 오일의 방열 성능을 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 모터 하우징(10)의 내부에 원주방향으로 360도 전구간에 형성된 복수의 분사노즐을 통해 오일을 분사함으로써, 오일 드롭핑(OIL DROPPING)을 위한 가이드 링을 추가할 필요가 없어서 부품수를 줄이고 조립 공정을 감소시킬 수 있고, 원가를 절감할 수 있다.

Claims (15)

  1. 내부에 스테이터 및 로터를 수용하는 모터 하우징을 구비한 전동기;
    내부에 커패시터, IGBT 및 버스바를 수용하는 인버터 하우징을 구비한 인버터;
    상기 모터 하우징의 내부에 냉각수가 흐르도록 형성되는 냉각수유로;
    상기 모터 하우징의 길이방향으로 일단부에 오일이 흐르도록 원주방향을 따라 연장되는 제1오일유로;
    상기 제1오일유로의 원주방향으로 이격 배치되고, 상기 오일을 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 제1분사노즐;
    상기 모터 하우징의 길이방향으로 타단부에 장착되는 오일분사용 하우징;
    상기 오일분사용 하우징의 내부에 오일이 흐르도록 원주방향을 따라 형성되는 제2오일유로; 및
    상기 제2오일유로의 원주방향으로 이격 배치되고, 상기 오일을 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 제2분사노즐을 포함하는 지능형 동력생성모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징은,
    반경방향으로 이격된 외측벽과 내측벽을 구비하는 이중벽 구조로 구성되고, 상기 외측벽과 내측벽 사이에 상기 제1오일유로를 형성하는 제1오일유로형성부를 구비하고,
    상기 복수의 제1분사노즐은 원주방향으로 360도 전구간에서 반경방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    내부에 기어류를 수용하는 기어박스 하우징을 구비하고, 상기 전동기의 속도를 감속하는 기어박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기어박스 하우징은,
    상기 제1오일유로형성부와 서로 마주보게 배치되어, 상기 제1오일유로형성부와 함께 상기 제1오일유로를 형성하는 제2오일유로형성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오일분사용 하우징은,
    반경방향으로 이격된 외측벽과 내측벽을 구비하는 이중벽 구조로 구성되고, 상기 외측벽과 내측벽 사이에 상기 제2오일유로를 형성하는 오일 매니폴드;
    스테이터 코일에 전원을 인가하기 위한 전원연결부를 감싸도록, 상기 제2오일 매니폴드의 상부에서 상방향으로 돌출 형성되는 전원연결부커버부; 및
    상기 모터 하우징의 하부에 오일이 임시 저장되는 오일 섬프부를 덮도록, 상기 제2오일 매니폴드의 하부에서 하방향으로 돌출 형성되는 오일섬프커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 전방에 장착되고, 상기 모터 하우징의 하부에 임시 저장된 오일을 상기 복수의 제1분사노즐 및 상기 복수의 제2분사노즐로 이송하는 오일펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 일측면에 설치되어, 상기 냉각수와 상기 오일을 열교환시키는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열교환기를 길이방향으로 가로지르도록 상기 모터 하우징의 외주면에 길이방향을 따라 연장되어, 상기 제1오일유로와 상기 제2오일유로로 각각 오일을 분배하는 오일분배유로;
    상기 열교환기의 내부에 상기 오일분배유로와 연통되게 형성되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 오일을 상기 오일분배유로로 토출하는 오일토출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징과 상기 인버터 하우징은 서로 일체형으로 형성되고, 상기 인버터 하우징은 상기 모터 하우징의 외주부 상단에서 접선방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인버터 하우징은 상방향으로 개방되고,
    상기 인버터는,
    상기 인버터 하우징의 개방된 상부를 덮도록 장착되고, 상기 냉각수가 흐르는 냉각수유로형성홈을 상면에 구비하여 상기 커패시터, IGBT 및 버스바를 냉각하는 냉각플레이트; 및
    상기 냉각플레이트의 상부면을 덮도록 장착되는 인버터 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커패시터, IGBT 및 버스바는 상기 냉각플레이트의 저면에 거꾸로 매달린 채로 장착되고,
    상기 전동기에 3상 전원을 인가하는 전원연결부가 스테이터 코일의 상부에 장착되고,
    상기 버스바는 상기 접선방향으로 상기 전원연결부와 가깝게 배치되고, 상기 커패시터는 상기 접선방향으로 상기 전원연결부로부터 멀게 배치되고, 상기 IGBT는 상기 커패시터와 상기 버스바 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수유로는,
    상기 모터 하우징의 길이방향으로 연장되고, 상기 모터 하우징의 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 열교환 셀;
    상기 복수의 열교환 셀 사이에 배치되어, 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및
    상기 복수의 격벽에 형성되어, 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통시키는 복수의 연통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스테이터와 상기 모터 하우징을 복수의 볼트로 체결하기 위해 상기 스테이터는 스테이터 코어의 외주면에서 반경방향 외측으로 돌출 형성되고 상기 볼트를 내부에 수용하는 복수의 이어부를 포함하고,
    상기 모터 하우징은 상기 복수의 이어부를 각각 수용하도록 상기 모터 하우징의 외주면에서 반경방향 외측으로 돌출 형성되는 복수의 이어부 수용부를 포함하고,
    상기 복수의 격벽과 상기 복수의 이어부 수용부는 상기 모터 하우징의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 연통홀 각각은 상기 격벽의 전단부 또는 상기 이어부 수용부의 후단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 인버터 하우징을 덮도록 장착되는 인버터 커버에 냉각수 유입구가 형성되어, 상기 냉각수가 상기 냉각수 유입구를 통해 상기 인버터 하우징의 내측으로 유입되고,
    상기 열교환기에 냉각수 토출구가 형성되어, 상기 오일과 열교환된 냉각수가 상기 냉각수 토출구를 통해 상기 열교환기에서 외부로 토출되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
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