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KR101176952B1 - 전동기 및 이를 구비한 전기 차량 - Google Patents

전동기 및 이를 구비한 전기 차량 Download PDF

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KR101176952B1
KR101176952B1 KR1020100129476A KR20100129476A KR101176952B1 KR 101176952 B1 KR101176952 B1 KR 101176952B1 KR 1020100129476 A KR1020100129476 A KR 1020100129476A KR 20100129476 A KR20100129476 A KR 20100129476A KR 101176952 B1 KR101176952 B1 KR 101176952B1
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stator
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thermoelectric element
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cooling
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한승도
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Abstract

본 발명은,전동기 및 이를 구비한 전기 차량에 관한 것이다. 본 발명의 전동기는, 스테이터와, 로터와, 저온부가 스테이터를 향하여 배치되는 열전소자를 구비하여 스테이터를 냉각시키는 냉각유닛을 구비하여 구성된다. 이에 의해, 냉각 성능을 제고할 수 있고 고출력 및 고효율의 전동기를 구현할 수 있다.

Description

전동기 및 이를 구비한 전기 차량{ELECTRIC MOTOR AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은, 전동기 및 이를 구비한 전기 차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 냉각 성능을 제고시켜 고출력밀도 및 고효율을 구현할 수 있도록 한 전동기 및 이를 구비한 전기 차량에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전동기는 전기에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치이다.
전동기는 그 사용 전원에 따라 직류전동기와 교류전동기로 구별될 수 있다.
또한, 상기 교류 전동기는 3상교류용과 단상교류용으로 구분될 수 있으며, 각각에 유도전동기와 동기전동기가 있다.
이 중 유도전동기는 전원에 바로 연결이 가능하고 구조가 간단하며 튼튼한데 비해 염가이고 취급이 쉬워 널리 이용되고 있다.
한편, 최근에는 자동차 등 차량의 연료 연소시 발생하는 유해 가스에 기인한 환경오염을 방지하고자 차량의 구동원으로 전동기가 일부 이용되고 있다.
차량의 구동원으로 이용되는 전동기, 즉 전기 차량용 전동기는 고열이 발생하기 때문에 별도의 냉각수단이 구비될 수 있다.
이러한 전기 차량용 전동기의 냉각수단으로는 전동기에 공기를 강제 송풍하는 공냉식 및 전동기에 물을 공급하여 냉각시키는 수냉식이 이용될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 전기 차량용 전동기에 있어서는, 공냉식 냉각수단을 이용할 경우 팬 및/또는 덕트 등이 구비됨으로써 크기가 증가하게 될 뿐만 아니라 전동기의 발열에 비해 공기의 냉각 성능이 상대적으로 미흡하게 되어 전동기의 출력을 제고시키는데에 한계가 있다.
또한, 수냉식 냉각수단을 이용할 경우, 구성이 복잡하게 되고 프레임의 냉각유로의 크랙(균열) 발생의 우려가 있다. 프레임의 크랙 발생 시 프레임의 내부로 누수가 될 수 있고, 이에 기인하여 전동기의 손상이 발생될 수도 있다.
따라서, 본 발명은, 냉각 성능을 제고할 수 있고 고출력 및 고효율을 구현할 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기 차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 누수 발생 시 누수의 내부 유입을 차단하여 스테이터의 손상을 억제할 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기 차량을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 스테이터를 직접 냉각할 수 있는 전동기 및 이를 구비한 전기 차량을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 스테이터; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 저온부가 상기 스테이터를 향하여 배치되는 열전소자를 구비하여 상기 스테이터를 냉각시키는 냉각유닛; 및 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 스테이터 및 상기 로터를 수용하는 프레임;을 포함하고, 상기 프레임은, 관통부를 구비한 제1프레임과, 상기 제1프레임의 외측에 배치되는 제2프레임을 포함하며, 상기 열전소자는 상기 관통부에 구비되며, 상기 냉각유닛은 상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기를 제공한다.
여기서, 상기 냉각유닛은 상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되어 상기 스테이터의 열이 상기 열전소자에 전달되는 것을 촉진시키는 열전달부를 더 포함하고, 상기 냉각유닛은 상기 스테이터의 열을 상기 제2프레임으로 전달하여 상기 스테이터를 냉각시키게 구성될 수 있다.
상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 열전달부는 상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 전열판을 포함하여 구성되고, 상기 전열판은 상기 스테이터의 외면에 면접촉되는 접촉면을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 열전달부는 상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 전열판 및 써멀컴파운드를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부는 써멀 컴파운드를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 관통부에는 실링부재가 구비될 수 있다.
상기 제2프레임에는 냉각유체가 내부를 관통하여 유동할 수 있게 냉각유로가 구비될 수 있다.
상기 제2프레임에는 방열면적이 증가할 수 있게 복수의 냉각핀이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 전동기를 구비한 전기 차량이 제공된다.
그리고, 상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부는 전열판을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부는 전열판 및 써멀컴파운드를 동시에 구비하여 구성될 수 있다.
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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터의 표면을 직접 냉각하여 스테이터를 신속하게 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 전동기의 냉각 성능을 제고할 수 있고 고출력밀도 및 고효율의 전동기가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각수와 스테이터가 서로 분리되어 배치됨으로써 냉각수의 누수가 발생되어도 냉각수의 내부 유입이 억제될 수 있다. 이에 의해, 냉각수의 누수 발생시 누수로부터 스테이터(권선)를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 2는 도 1의 요부확대도,
도 3은 도 1의 스테이터 및 열전소자의 결합상태를 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 정면도,
도 5는 도 1의 냉각부재의 사시도,
도 6은 도 5의 전열판의 확대단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 8은 도 7의 요부확대도,
도 9는 도 7의 열전소자 및 전열판들의 분리사시도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 확대단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
[1]
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기는, 스테이터(110); 상기 스테이터(110)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(130); 및 저온부가 상기 스테이터(110)를 향하여 배치되는 열전소자(150)를 구비하여 상기 스테이터(110)를 냉각시키는 냉각유닛(180);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(110)는, 복수의 슬롯(116) 및 티스(117)를 구비한 스테이터코어(111)와, 상기 스테이터코어(111)에 권선되는 스테이터코일(121)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(111)는, 중앙에 로터수용공(114)이 관통되고, 상기 로터수용공(114)의 원주방향을 따라 복수의 슬롯(116) 및 티스(117)가 구비되는 복수의 전기강판(112)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 스테이터코일(121)은 3상 교류 전원과 연결되게 구성될 수 있다.
상기 로터수용공(114)의 내부에는 상기 로터(130)가 소정의 공극(air gap)(G)을 두고 회전 가능하게 배치될 수 있다.
상기 로터(130)는, 회전축(131)과, 상기 회전축(131)에 결합되는 로터코어(141), 상기 로터코어(141)에 삽입되는 복수의 도체바(146)를 구비한 인덕션 로터(INDUCTION ROTOR)로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 스테이터(110) 및 상기 로터(130)는 3상 유도 전동기로 구성될 수 있다. 또한, 상기 본 발명의 전동기는 배터리로부터 직류 전원을 공급받아 3상의 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터에 연결되어 전기 차량 또는 하이브리드 전기 차량의 동력원으로 이용될 수 있다.
상기 로터코어(141)는 중앙에 축공(144)이 관통된 복수의 전기강판(142)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 도체바(146)는 상기 로터코어(141)의 축선방향으로 삽입될 수 있다. 상기 로터코어(141)의 양 단부에는 상기 복수의 도체바(146)를 단락되게 연결하는 엔드링(147)이 구비될 수 있다.
상기 스테이터(110)의 외곽에는 프레임(160)이 구비될 수 있다.
상기 프레임(160)은 내부에 수용공간이 형성되게 금속부재 또는 플라스틱(plastic)으로 형성될 수 있다.
상기 프레임(160)은 원형 단면을 가지게 형성될 수 있다.
상기 프레임(160)은 양 측이 개방되게 형성될 수 있다.
상기 프레임(160)의 양 단부에는 커버(170)가 각각 구비될 수 있다.
상기 각 커버(170)에는 상기 회전축(131)을 각각 회전가능하게 지지할 수 있게 베어링(171)이 각각 구비될 수 있다.
한편, 상기 스테이터(110)의 외면에는 열전소자(TEC:thermoelectric cooler, 또는 thermoelectric element)(150)를 구비한 냉각유닛(180)이 구비될 수 있다.
상기 열전소자(150)는 판 상으로 형성될 수 있다.
상기 열전소자(150)는 얇은 두께를 가지는 직육면체로 형성될 수 있다.
상기 열전소자(150)는 저온부(152) 및 고온부(153)를 구비한 펠티어(Peltier) 소자로 구성될 수 있다.
상기 열전소자(150)는 직류 전원이 공급될 수 있게 전선 또는 단자가 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 열전소자(150)의 일 측에 양(+),음(-) 단자(155)들이 형성된 것으로 간주하여 설명한다.
상기 스테이터(110)의 외면에는 복수의 열전소자(150)가 배치될 수 있다. 상기 열전소자(150)는 저온부(152)가 상기 스테이터(110)의 표면을 향하게 배치될 수 있다. 이에 의해 상기 스테이터(110)에서 발생된 열을 신속하게 흡수하여 외부로 방열되도록 함으로써 상기 스테이터(110)를 신속하게 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 스테이터(110)의 온도가 크게 상승하지 아니하므로 상기 프레임(160)의 내부 온도가 상승하지 아니한다.
상기 냉각유닛(180)은 상기 스테이터(110)와 상기 열전소자(150) 사이에 구비되는 열전달부(181)를 더 포함할 수 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 스테이터(110)의 외면과 상기 열전소자(150) 사이의 틈새에 존재하며 열전달율이 매우 낮은 공기(량)를 줄여 상기 스테이터(110)와 상기 열전소자(150) 간의 열전달량이 증가하게 구성될 수 있다.
상기 열전달부(181)는 써멀 그리스(thermal grease) 또는 써멀 컴파운드(thermal compound)(이하, "써멀 컴파운드"로 표기함)로 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열전달부(181)는 전열판(185)으로 구성될 수 있다.
상기 전열판(185)은 상기 열전소자(150) 및 스테이터(110)에 각각 면접촉될 수 있게 평탄한 접촉면과 오목한 접촉면(187)이 각각 형성될 수 있다.
상기 스테이터(110)에 접촉되는 오목 접촉면(187)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(110)의 외경에 대응되는 곡률반경을 가지게 구성될 수 있다.
상기 열전소자(150)의 고온부(153)에는 상기 열전소자(150)의 방열을 촉진할 수 있게 냉각부재(190)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 프레임(160)에는 상기 스테이터(110)의 표면으로부터 돌출되는 열전소자(150)들이 수용될 수 있게 관통부(162)가 형성될 수 있다.
상기 관통부(162)에는 상기 냉각부재(190)가 결합될 수 있다.
상기 냉각부재(190)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(110)의 외면에 원주방향을 따라 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
상기 냉각부재(190)는 상기 관통부(162)에 비해 더 크게 형성될 수 있다.
상기 냉각부재(190)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 스크류 또는 볼트 등의 체결부재(194)에 의해 상기 프레임(160)에 결합되게 구성될 수 있다.
상기 냉각부재(190)의 모서리영역에는 상기 체결부재(194)가 결합될 수 있게 관통하여 형성되는 체결부재삽입공(192)이 각각 구비될 수 있다.
상기 냉각부재(190)는 상기 관통부(162)에 삽입되는 삽입부(195)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 삽입부(195)는 상기 냉각부재(190) 본체에 대해 축소된 크기로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 삽입부(195)에는 상기 열전소자(150)가 수용될 수 있게 함몰된 열전소자수용부(196)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 열전소자수용부(196)에는 상기 열전소자(150)에 전원을 공급할 수 있게 전원공급부(157)가 구비될 수 있다. 상기 전원공급부(157)는 상기 열전소자(150)의 양, 음 단자(155)들과 각각 접촉되게 구성될 수 있다. 상기 전원공급부(157)는 전원 케이블(158)과 연결될 수 있다. 도 5에는 하나의 전원공급부(157)가 상기 전원 케이블(158)에 연결된 상태를 예시하고 있으나, 상기 각 열전소자수용부(196)들에 각각 형성되는 전원공급부(157)들은 도면에는 도시하지 아니하였으나 상기 전원 케이블(158)에 병렬로 각각 연결되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 열전소자수용부(196)의 내부에는 써멀 컴파운드 등이 구비되어 열전달계통(예를 들면 열전소자(150)와 주변부품 간에 형성되는 틈새)에 존재하는 공기가 배출되게 하여 열전달량이 증대되게 구성될 수 있다.
상기 냉각부재(190)에는 냉각유체가 유동할 수 있게 냉각유로(205)가 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 열전소자(150)의 고온부(153)와 상기 냉각부재(190)의 온도차를 더욱 크게하여 상기 열전소자(150)의 고온부(153)의 방열을 현저하게 촉진시킬 수 있다.
상기 냉각유체는 냉각수일 수 있다. 여기서, 상기 냉각부재(190)의 일 측에는 상기 냉각유로(205)의 냉각유체의 유동을 촉진하는 펌프(미도시) 및 상기 냉각유체를 냉각시키는 냉각유체냉각수단(미도시) 등이 더 구비될 수 있다.
상기 냉각부재(190)와 상기 프레임(160)의 상호 접촉영역에는 실링부재(166)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체의 누설 시 상기 냉각유체가 상기 관통부(162)를 통해 상기 프레임(160)의 내부로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
상기 실링부재(166)는 상기 삽입부(195)의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
상기 관통부(162)에는 상기 실링부재(166)가 안착될 수 있게 안착부(164)가 형성될 수 있다. 상기 안착부(164)는 상기 관통부(162)에 비해 소정 폭 확장되게 형성될 수 있다.
상기 냉각유로(205)는 상기 냉각부재(190)를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 냉각유로(205)는 상기 냉각부재(190)를 관통하는 직선구간부(206a)와, 상기 직선구간부(206a)를 상호 연통되게 연결하는 연결부(206b)를 구비할 수 있다. 상기 연결부(206b)는, 도 5에 도시된 바와 같이, "U"형상을 가지는 관(pipe)으로 구성될 수 있다.
상기 냉각유로(205)에는 냉각유체가 유입되는 유입관(207) 및 냉각유체가 유출되는 유출관(208)이 각각 구비될 수 있다. 여기서, 본 실시예에서는 상기 냉각유로(205)는 하나의 유입관(207) 및 유출관(208)을 구비한 단일의 냉각유체의 이동경로를 형성한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 상기 냉각유로(205)는 복수의 유입관 및 유출관을 구비하여 복수의 냉각유체의 이동경로를 형성하게 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터코일(121)에 전원이 인가되면 자기장이 발생하고, 상기 로터(130)는 상기 자기장과 상호 작용하여 상기 회전축(131)을 중심으로 회전한다. 상기 스테이터코일(121)에 전원이 인가되면 열이 발생하여 온도가 상승하게 된다.
한편, 상기 스테이터(110)의 냉각을 위해 상기 열전소자(150)에는 직류전원이 공급될 수 있다. 상기 열전소자(150)에 전원이 공급되면 상기 저온부(152)는 냉각되고 상기 고온부(153)는 온도가 상승하게 된다.
이에 따라, 상기 스테이터(110)에서 발생된 열은 상기 열전소자(150)의 저온부(152)를 통해 흡열되고, 상기 고온부(153)를 통해 방열된다. 이때, 상기 열전소자(150)의 저온부(152)와 상기 스테이터(110)의 온도차가 매우 크므로 열교환이 신속하게 이루어져 상기 스테이터(110)가 매우 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 열전소자(150)의 고온부(153)와 상기 상기 냉각유체에 의해 냉각되는 냉각부재(190)는 온도차가 매우 크므로 상기 열전소자(150)의 고온부(153)는 매우 신속하게 방열될 수 있다.
이에 의해, 발열원인 스테이터(110)에 열전소자(150)가 직접 작용함으로써 상기 스테이터(110)를 매우 신속하게 냉각시킬 수 있다. 또한, 스테이터(110)에서 발생된 열을 지속적으로 제거함으로써 스테이터(110)의 열이 주변으로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 상기 프레임(160)의 내부 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 상기 스테이터(110) 및 로터(130)의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있어 고출력밀도 및 고효율의 전동기를 구현할 수 있다.
[2]
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하고, 일부 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기는, 프레임(160); 상기 프레임(160)의 내부에 배치되는 스테이터(110); 상기 스테이터(110)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(130); 및 저온부(152)가 상기 스테이터(110)를 향하여 배치되는 열전소자(150)를 구비하여 상기 스테이터(110)를 냉각시키는 냉각유닛(180);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 프레임(160)은, 관통부(212)를 구비한 제1프레임(210)과, 상기 제1프레임(210)의 외측에 배치되는 제2프레임(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1프레임(210)은 상기 스테이터(110)와 접촉되게 구성될 수 있다.
상기 제1프레임(210)은 상기 스테이터(110)의 외경에 대응되는 내경을 가지게 원통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1프레임(210)은 양 측이 개방되게 형성될 수 있다.
상기 제1프레임(210)의 원주면에는 내외가 연통되게 복수의 관통부(212)가 형성될 수 있다. 상기 제1프레임(210)의 원주면에는 축방향 및 원주방향을 따라 서로 이격되게 복수의 관통부(212)가 형성될 수 있다.
상기 관통부(212)의 내부에는 상기 열전소자(150)가 배치될 수 있다. 상기 관통부(212)는 그 내부에 하나의 열전소자(150)가 수용되게 형성될 수 있다. 상기 관통부(212)에는 상기 열전소자(150)에 직류 전원을 공급할 수 있게 전원공급부(157)가 구비될 수 있다. 상기 전원공급부(157)는 상기 열전소자(150)의 전원단자와 각각 접촉되게 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은 상기 스테이터(110)와 상기 열전소자(150) 사이에 개재되는 열전달부(181)를 구비할 수 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 스테이터(110)와 면접촉되는 오목 접촉면(187)을 구비한 전열판(185)을 포함할 수 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 스테이터(110)와 상기 열전소자(150) 사이에 개재되는 써멀 컴파운드로 구성될 수도 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 전열판(185) 및 상기 써멀 컴파운드를 동시에 구비할 수도 있다.
한편, 상기 제2프레임(220)은 상기 제1프레임(210)의 외경에 대응되는 내경을 가지게 형성될 수 있다. 상기 제2프레임(220)은 양 측이 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제2프레임(220)은 상기 제1프레임(210)과 면접촉되게 결합될 수 있다. 여기서, 상기 제1프레임(210)과 제2프레임(220)은 결합 전에 상호 접촉영역에 써멀 컴파운드를 도포하여 결합될 수 있다. 이에 의해 상기 제1프레임(210)과 제2프레임(220)의 열교환량이 증가할 수 있다.
여기서, 상기 제1프레임(210) 및 제2프레임(220)은 동일한 길이로 형성될 수 있다.
상기 제1프레임(210) 및 제2프레임(220)의 양 단부에는 커버(170)가 각각 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1프레임(210) 및 제2프레임(220)의 양 단부가 각각 차단될 수 있다. 상기 커버(170)에는 상기 회전축(131)을 지지하는 베어링(171)이 각각 구비될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은 상기 제2프레임(220)과 상기 열전소자(150) 사이에 개재되는 열전달부(181)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 열전소자(150)의 고온부(153) 및 상기 제2프레임(220)의 내면(내경)에 면접촉되는 접촉면(233)을 구비한 전열판(231)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 열전달부(181)는 써멀 컴파운드로 구성될 수 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 전열판(231) 및 상기 써멀 컴파운드를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 전열판(231)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제2프레임(220)의 내면에 면접촉될 수 있게 일 측에 외측으로 볼록한 호형상의 접촉면(233)이 구비될 수 있다.
상기 제2프레임(220)에는 냉각유체가 유동할 수 있게 냉각유로(225)가 구비될 수 있다.
상기 냉각유로(225)는, 상기 제2프레임(220)을 축선방향으로 관통하는 직선구간부(226a)와, 상기 직선구간부(226a)를 연통되게 연결하는 연결부(226b)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 연결부(226b)는 상기 커버(170)의 내면에 각각 함몰되게 형성될 수 있다. 상기 연결부(226b)는 서로 인접한 두 직선구간부(226a)를 상호 연통되게 연결하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 연결부(226b)는 상기 커버(170)를 관통하여 결합되는 "U"형상의 연결관으로 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되면 상기 스테이터코일(121) 및 상기 열전소자(150)에는 각각 전원이 인가될 수 있다.
상기 스테이터코일(121)에 전원이 인가되면 자기장이 형성되고, 상기 로터(130)는 상기 스테이터(110)와 상호 작용하여 상기 회전축(131)을 중심으로 회전한다.
상기 스테이터코일(121)에 전원이 인가되면 열이 발생되고, 상기 스테이터(110)의 온도가 상승한다.
한편, 상기 열전소자(150)에 전원이 인가되면 상기 스테이터(110)측을 향한 저온부(152)는 온도가 저하되고, 상기 제2프레임(220)측을 향한 고온부(153)는 온도가 상승하게 된다. 이에 따라, 상기 스테이터(110)와 상기 열전소자(150)의 저온부(152)는 온도차가 매우 크게 발생되므로 열교환이 신속하게 될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(110)가 매우 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 열전소자(150)의 고온부(153)와 냉각유체에 의해 냉각된 제2프레임(220)은 온도차가 매우 크게 되므로 상기 열전소자(150)의 고온부(153)의 방열이 매우 신속하게 이루어질 수 있다. 이러한 과정을 반복적으로 수행함으로써 상기 스테이터(110)에서 발생된 열이 신속하게 이동 및 제거되어 상기 스테이터(110)가 항상 낮은 온도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 스테이터(110)의 온도가 상승하지 아니하므로 로터(130)의 온도도 낮은 상태에서 운전될 수 있다.
[3]
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기는, 프레임(160); 상기 프레임(160)의 내부에 배치되는 스테이터(110); 상기 스테이터(110)에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터(130); 및 저온부(152)가 상기 스테이터(110)를 향하여 배치되는 열전소자(150)를 구비하여 상기 스테이터(110)를 냉각시키는 냉각유닛(180);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 프레임(160)은, 관통부(212)를 구비한 제1프레임(210)과, 상기 제1프레임(210)의 외측에 배치되는 제2프레임(240)을 구비할 수 있다.
상기 제1프레임(210)은 상기 스테이터(110)의 외경에 대응되는 내경을 가지게 원통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1프레임(210)은 양 측이 개방되게 형성될 수 있다.
상기 제1프레임(210)의 원주면에는 내외가 연통되게 복수의 관통부(212)가 형성될 수 있다.
상기 관통부(212)의 내부에는 상기 열전소자(150)가 배치될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은 상기 스테이터(110)와 상기 열전소자(150) 사이에 개재되는 열전달부(181)를 구비할 수 있다.
상기 열전달부(181)는 상기 스테이터(110)와 면접촉되는 오목 접촉면(187)을 구비한 전열판(185)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2프레임(240)은 상기 제1프레임(210)의 외경에 대응되는 내경을 가지게 형성될 수 있다. 상기 제1프레임(210) 및 제2프레임(240)은 각각 양 측이 개방된 원통형상을 가지게 동일한 길이로 형성될 수 있다. 상기 제1프레임(210) 및 제2프레임(240)의 양 단부에는 커버(170)가 각각 구비될 수 있다.
상기 냉각유닛(180)은 상기 열전소자(150)와 상기 제2프레임(240)의 내경 사이에 개재되는 열전달부(251)를 구비할 수 있다.
상기 열전소자(150)의 고온부(153)와 상기 제2프레임(240)의 내면 사이에 개재되는 열전달부(251)는 써멀 컴파운드로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2프레임(240)의 외면에는 방열 면적이 증가할 수 있게 복수의 냉각핀(fin)(242)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 제2프레임(240)의 전체 방열면적이 증가할 수 있으며, 결국 상기 열전소자(150)의 고온부(153)의 방열이 촉진될 수 있다.
상기 냉각핀(242)은 상기 제2프레임(240)의 외면으로부터 돌출되고 길이방향으로 연장되게 구성될 수 있다. 상기 냉각핀(242)은 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 서로 이격 배치되게 구성될 수 있다.
상기 냉각핀(242)의 주변에는 상기 제2프레임(240) 및 상기 냉각핀(242)의 방열을 촉진할 수 있게 송풍팬(미도시)이 더 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되면 상기 스테이터코일(121) 및 상기 열전소자(150)에는 각각 전원이 인가될 수 있다.
상기 열전소자(150)에 전원이 인가되면 상기 열전소자(150)의 저온부(152)는 온도가 저하되고 고온부(153)는 온도가 상승하게 된다.
이에 따라, 온도가 상승한 스테이터(110)와 상기 열전소자(150)의 저온부(152)는 온도차가 매우 크게 발생하므로 상기 스테이터(110)와 상기 저온부(152)의 열교환이 매우 신속하게 이루어질 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(110)가 매우 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 열전소자(150)의 고온부(153)와 접촉된 제2프레임(240)은 냉각핀(242)에 의해 표면적(방열면적)이 현저하게 확장된 상태로 상기 열전소자(150)의 고온부(153)에 비해 상대적으로 매우 낮은 온도를 유지할 수 있다. 이에 따라 상기 열전소자(150)의 고온부(153)의 방열이 매우 신속하게 이루어질 수 있다.
이러한 과정을 반복적으로 수행함으로써 상기 스테이터(110)에서 발생된 열이 신속하게 제거되어 상기 스테이터(110)가 항상 낮은 온도를 유지할 수 있다.
또한, 상기 스테이터(110)의 온도가 높게 상승하지 아니하므로 상기 로터(130)의 온도도 상승하지 아니하여 상기 스테이터(110) 및 로터(130)가 상대적으로 낮은 온도에서 운전될 수 있다. 이에 의해, 온도 상승에 의한 효율저하가 방지될 수 있고, 온도 상승에 기인한 부품의 강제 열화가 거의 발생하지 아니하므로 부품의 수명이 연장될 수 있다.
전술 및 도시한 실시예에서는, 스테이터와 열전소자 사이에 전열판이 구비된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 상기 전열판 대신에 상기 스테이터의 외면에 상기 열전소자와 면접촉될 수 있게 평탄접촉면을 구성할 수도 있다.
또한, 열전소자와 제2프레임 사이에 전열판이 구비된 경우를 예를 들고 있지만, 제2프레임에 상기 열전소자와 면접촉될 수 있게 평탄접촉면을 구성할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 스테이터 111 : 스테이터코어
121 : 스테이터코일 130 : 로터
131 : 회전축 141 : 로터코어
150 : 열전소자 152 : 저온부
153 : 고온부 155 : 단자
160 : 프레임 162 : 관통부
164 : 안착부 166 : 실링부재
170 : 커버 181 : 열전달부
185 : 전열판 187 : 접촉면
190 : 냉각부재 195 : 삽입부
196 : 열전소자수용부 205 : 냉각유로
206a : 직선구간부 206b : 연결부
207 : 유입관 208 : 유출관

Claims (18)

  1. 스테이터;
    상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터;
    저온부가 상기 스테이터를 향하여 배치되는 열전소자를 구비하여 상기 스테이터를 냉각시키는 냉각유닛; 및
    내부에 수용공간이 구비되고, 상기 스테이터 및 상기 로터를 수용하는 프레임;을 포함하고,
    상기 프레임은, 관통부를 구비한 제1프레임과, 상기 제1프레임의 외측에 배치되는 제2프레임을 포함하며, 상기 열전소자는 상기 관통부에 구비되며,
    상기 냉각유닛은 상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유닛은 상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되어 상기 스테이터의 열이 상기 열전소자에 전달되는 것을 촉진시키는 열전달부를 더 포함하고, 상기 냉각유닛은 상기 스테이터의 열을 상기 제2프레임으로 전달하여 상기 스테이터를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 열전달부는 상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 전열판을 포함하여 구성되고, 상기 전열판은 상기 스테이터의 외면에 면접촉되는 접촉면을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 열전달부는 상기 열전소자와 상기 스테이터 사이에 개재되는 전열판 및 써멀컴파운드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부는 써멀 컴파운드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 관통부에는 실링부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  13. 제1항 내지 제5항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2프레임에는 냉각유체가 내부를 관통하여 유동할 수 있게 냉각유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  14. 제1항 내지 제5항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2프레임에는 방열면적이 증가할 수 있게 복수의 냉각핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  15. 제1항 내지 제5항 또는 제12항 중 어느 한 항의 전동기를 구비한 전기 차량.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부는 전열판을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자와 상기 제2프레임 사이에 구비되는 열전달부는 전열판 및 써멀컴파운드를 동시에 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  18. 제16항 또는 제17항의 전동기를 구비한 전기차량.
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