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KR101312721B1 - 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치 - Google Patents

냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치 Download PDF

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KR101312721B1
KR101312721B1 KR1020130041329A KR20130041329A KR101312721B1 KR 101312721 B1 KR101312721 B1 KR 101312721B1 KR 1020130041329 A KR1020130041329 A KR 1020130041329A KR 20130041329 A KR20130041329 A KR 20130041329A KR 101312721 B1 KR101312721 B1 KR 101312721B1
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KR
South Korea
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fan
motor
cooling fan
motor housing
blade member
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English (en)
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이기호
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(주)모터일일사
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 모터 하우징, 상기 모터 하우징의 내부에 지지되는 고정자, 상기 고정자의 내측에 위치되고 중심에 회전축이 압입된 회전자, 및 상기 회전축에 결합되어 회전하는 냉각팬을 포함하는 모터 장치에 있어서, 상기 냉각팬은, 중앙의 회전중심이 상기 회전축에 축결합되는 원판 형상의 회전판; 및 상기 회전판의 회전중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 다수의 팬날개부재를 포함하되, 상기 팬날개부재는 상기 모터 하우징을 향하여 에어 방향성 및 압력 증가를 위해 상기 모터 하우징 측으로 폭 단면적이 점차 감소하는 테이퍼 형상을 가지는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치에 따르면, 모터 냉각팬의 팬날개부재 판체의 양측면에 모터 몸체를 향하여 폭 단면적이 점차 감소하도록 경사 곡면을 대칭적으로 형성하여 모터 몸체를 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시키도록 구성함으로써 모터에서 발생하는 열을 효과적으로 강제 냉각시킬 수 있다.

Description

냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치{MOTOR DEVICE IMPROVING FAN STRUCTURE OF COOLING FAN}
본 발명은 모터 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 모터의 구동 시에 발생되는 고온의 열을 냉각시키기 위해 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 DC 모터와 AC 모터로 나누어진다. DC 모터에서 브러시(Brush)가 부착된 모터는 정류자와 브러시의 접촉에 의해서 코일에 전류를 흐르게 함과 동시에 정류시키는 기능을 하지만, 브러시가 마모되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 브러시를 사용하지 않는 BRUSHLESS DC(BLDC) 모터가 알려져 있다. 이와 같은 BLDC 모터는, 토크가 크고 제어성이 우수할 뿐만 아니라 신속성을 도모할 수 있기 때문에 근래 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 모터는 모터 구동 시 모터 몸체에서 고온의 열이 발생하게 되므로 모터 부품 손상 및 발열에 의한 에너지 손실이 발생하게 된다. 또한, 모터 내부의 자석의 열에 의한 감자(자기력 감소)로 인해 모터의 수명이 단축되고 효율이 저하된다. 특히, 소형모터(200W 이하)에서는 더 많은 열이 발생하므로 열손실을 개선하지 않으면 소형모터는 구현이 불가능하다. 그러므로, 모터 구동 시 모터에서 발생하는 열을 강제 냉각시키기 위해 모터 회전축에 축결합되어 회전하는 냉각팬을 설치한다. 냉각팬은 그 중앙의 회전중심이 회전축에 고정되는 원판 형상의 회전판에 판체 형상을 갖는 다수 개의 팬날개부재가 방사상으로 형성된다.
그러나, 종래의 냉각팬은 팬날개부재 판체의 폭 단면적이 전체적으로 일정하게 형성되므로 냉각팬 회전 시 모터 몸체를 향하여 에어 방향성이 부족하고 그에 따라 모터 몸체에 가해지는 강제 냉각의 에어 압력이 낮아 냉각효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 냉각팬의 에어 압력을 증가시키기 위해서는 팬날개부재의 높이를 크게 형성하여야 하는데 이럴 경우에 냉각팬의 크기가 증가하여 소형모터의 구현이 불가능하다. 이러한 문제를 해소하기 위한 발명으로 공개특허공보 제10-2006-0077345호(2006.07.05. 공개)가 개시되어 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 모터 냉각팬의 팬날개부재 판체의 양측면에 모터 몸체를 향하여 폭 단면적이 점차 감소하도록 경사 곡면을 대칭적으로 형성하여 모터 몸체를 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시키도록 구성함으로써 모터에서 발생하는 열을 효과적으로 강제 냉각시킬 수 있는, 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 냉각팬의 팬 구조를 개선하여 에어 방향성 및 압력을 증가시킬 수 있도록 구성하여 모터 냉각팬의 팬날개부재의 높이를 기존 팬날개부재의 높이 보다 낮게 할 수 있어 냉각팬의 크기를 감소시킬 수 있는, 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치는,
모터 하우징, 상기 모터 하우징의 내부에 지지되는 고정자, 상기 고정자의 내측에 위치되고 중심에 회전축이 압입된 회전자, 및 상기 회전축에 결합되어 회전하는 냉각팬을 포함하는 모터 장치에 있어서,
상기 냉각팬은,
중앙의 회전중심이 상기 회전축에 축결합되는 원판 형상의 회전판; 및
상기 회전판의 회전중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 다수의 팬날개부재를 포함하되,
상기 팬날개부재는 상기 모터 하우징을 향하여 에어 방향성 및 압력 증가를 위해 상기 모터 하우징 측으로 폭 단면적이 점차 감소하는 테이퍼 형상을 가지는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 팬날개부재는,
상기 모터 하우징을 향하는 방향을 기준으로 후단부의 폭 단면적이 전단부의 폭 단면적보다 크게 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 팬날개부재는,
판체 형상으로 이루어지고, 판체의 양측면에 상기 모터 하우징을 향하여 폭 단면적이 점차 감소하도록 경사 곡면이 대칭적으로 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 팬날개부재는,
상기 냉각팬이 시계방향(CW)으로 회전 시 상기 팬날개부재의 시계 회전방향에 위치하는 일측면부의 경사 곡면에 의해 상기 모터 하우징을 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 팬날개부재는,
상기 냉각팬이 반시계방향(CCW)으로 회전 시 상기 팬날개부재의 반시계 회전방향에 위치하는 타측면부의 경사 곡면에 의해 상기 모터 하우징을 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시킬 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치에 따르면, 모터 냉각팬의 팬날개부재 판체의 양측면에 모터 몸체를 향하여 폭 단면적이 점차 감소하도록 경사 곡면을 대칭적으로 형성하여 모터 몸체를 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시키도록 구성함으로써 모터에서 발생하는 열을 효과적으로 강제 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉각팬의 팬 구조를 개선하여 에어 방향성 및 압력을 증가시킬 수 있도록 구성하여 모터 냉각팬의 팬날개부재의 높이를 기존 팬날개부재의 높이 보다 낮게 할 수 있어 냉각팬의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치의 단면도 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치의 냉각팬의 사시도 구성을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 팬날개부재 부분의 확대도 구성을 도시한 도면.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선에 따른 단면도 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치의 냉각팬 팬날개부재의 에어 방향 상태를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치의 단면도 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치의 냉각팬의 사시도 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 팬날개부재 부분의 확대도 구성을 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선에 따른 단면도 구성을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치(100)는, 모터 하우징(110), 고정자(120), 회전자(130), 냉각팬(140) 및 팬 커버(150)를 포함하여 구성된다. 이하, 본 실시예에서는 브러시(Brush)를 사용하지 않는 BRUSHLESS DC(BLDC) 모터를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고 DC 모터, AC 모터, 일반 동력용 모터 등에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
모터 하우징(110)은 일반적인 모터의 경우와 같이 모터의 외부를 감싸는 통 형상으로 형성되는 한편 그 양측에는 프런트 커버(111)와 리어 커버(113)가 형성된다. 또한, 프런트 커버(111)와 리어 커버(113)의 중앙부에는 모터 하우징(110)의 길이방향으로 길게 배치된 회전축(115)이 프런트 베어링(111a)과 리어 베어링(113a)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 또한, 모터 하우징(110)의 내부에는 전기에너지가 회전 운동력으로 변환되도록 하기 위한 수단으로서, 후술할 고정자(120)와 회전자(130)가 수용된다.
고정자(120)는 모터 하우징(110)의 내주연에 지지되는 스테이터(Stator)이며, 고정자(120)의 주변에는 코일(121)이 수회에 걸쳐 권선된다. 고정자(120)는 그 내측에 회전자(130)가 수용될 수 있도록 원통 형상으로 형성된다. 모터 하우징(110)의 내주연과 코일(121) 사이에는 전도되지 않도록 하기 위한 절연체(123)가 개재된다. 이러한 고정자(120)는 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
회전자(130)는 고정자(120)의 내측에 위치되어 회전하는 로터(Rotor)이며, 고정자(120)의 코일(121)을 흐르는 전류에 의해 발생된 전기장의 영향을 받아 회전하게 된다. 이때, 회전자(130)는 고정자(120)와의 상호 작용에 따른 플레밍 왼손 법칙에 의해 회전된다. 회전자(130)는 영구자석(131)이 구비되는데, 본 실시예에서는 회전자(130)의 외측면에 복수의 영구자석(131)이 구비되는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 회전자(130)의 내측면에 복수의 영구자석(131)이 구비될 수도 있다. 또한, 회전자(130)는 그 중심에 회전축(115)이 압입된다. 회전축(115)은 선단과 후단이 베어링(111a, 113a)에 의해 모터 하우징(110)의 프런트 커버(111)와 리어 커버(113)에 지지된다. 이러한 회전자(130)는 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
냉각팬(140)은 모터 구동 시 모터에서 발생하는 열을 강제 냉각시키기 위해 회전축(115)에 축결합되어 회전하도록 설치된다. 냉각팬(140)은 다양한 재질로 제작될 수 있지만, 바람직하게는 합성수지재로 제작된다. 이러한 냉각팬(140)은 회전할 때 후술할 팬 커버(150)의 외기 유입구(151)를 통해 팬 커버(150)의 내부로 외기를 흡입하여 모터 몸체의 후면에 냉각 공기를 공급할 수 있도록 강제 송풍시킨 후 모터 하우징(110)과 팬 커버(150)의 결합부위 사이에 형성된 에어 배출구(153)를 통해 모터 하우징(110)의 외측면으로 냉각 공기를 배출시킨다. 또한, 냉각팬(140)의 외주면은 팬 커버(150)의 내주면과 근접되도록 형성되어 밴츄리관의 효과에 의해 일정한 풍향이 형성되도록 구성된다.
냉각팬(140)은 회전판(141) 및 팬날개부재(143)를 포함할 수 있다. 회전판(141)은 중앙의 회전중심이 회전축(115)에 축결합되는 원판 형상으로 형성된다. 회전판(141)은 그 중심부분에 회전축(115)이 압입되어 축결합될 수 있도록 축연결구(142)가 형성된다. 팬날개부재(143)는 회전판(141)의 회전중심을 기준으로 방사상으로 일정 간격을 두고 다수 개 배치된다. 팬날개부재(143)는 모터 하우징(110)을 향하여(도 2 및 도 4의 화살표 M방향) 에어 방향성 및 압력 증가를 위해 모터 하우징(110) 측으로 폭 단면적(A)이 점차 감소하는 테이퍼 형상을 가진다. 또한, 팬날개부재(143)는 모터 하우징(110)을 향하는 방향(도 2 및 도 4의 화살표 M방향)을 기준으로 후단부(143b)의 폭 단면적이 전단부(143a)의 폭 단면적보다 크게 형성된다. 또한, 팬날개부재(143)는 판체 형상, 바람직하게는 직사각형 판제 형상으로 이루어지고, 판체의 양측면에 모터 하우징(110)을 향하여 폭 단면적(A)이 점차 감소하도록 경사 곡면(143c, 143d)이 대칭적으로 형성된다.
팬 커버(150)는 모터 하우징(110)의 후단부에 결합되며, 내부에 냉각팬(140)을 수용한다. 또한, 모터 하우징(110)의 후단부와 팬 커버(150)의 전단부의 결합부위 사이에는 에어 배출구(153)가 형성되는데, 냉각팬(140)에 의해 모터 몸체의 후면을 강제 송풍한 냉각 공기는 모터 하우징(110)의 후면 측방향으로 흘러서 에어 배출구(153)를 통해 모터 하우징(110)의 외측면으로 배출된다. 본 실시예에서는 팬 커버(150)를 사각통 형상으로 하는 구성을 예시하였으나, 원형통 형상으로 구성할 수도 있다. 또한, 팬 커버(150)는 냉각팬(140)의 회전 시 냉각팬(140)에 외기가 공급될 수 있도록 팬 커버(150)의 후면에 외기 유입구(151)가 다수 개 형성된다. 본 실시예에서는 외기 유입구(151)의 구멍 형상을 원형으로 형성하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 삼각형, 사각형 등과 같이 다각형으로 구성할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치(100)는, 고정자(120)의 코일(121)과 회전자(130)의 영구자석(131)이 상호 작용에 의해 회전축(115)이 회전되고, 회전축(115)과 연결된 냉각팬(140)이 함께 회전하게 된다. 이때, 냉각팬(140)은 모터의 회전축이 회전함에 따라 함께 회전하면서 팬 커버(150)의 외기 유입구(151)를 통해 팬 커버(150)의 내부로 외기를 흡입하여 모터 하우징(110)의 후면에 냉각 공기를 공급할 수 있도록 강제 송풍시킨 후 모터 하우징(110)과 팬 커버(150)의 결합부위 사이에 형성된 에어 배출구(153)를 통해 모터 하우징(110)의 외측면으로 냉각 공기를 배출시켜 모터 몸체를 강제 냉각시킨다. 본 발명에서는 냉각팬(140)의 팬 구조를 개선하여 모터 하우징(110)을 향하여 많은 양의 공기를 공급할 수 있도록 에어 방향성 및 압력을 증가시키게 되는데, 냉각팬 팬날개부재(143)의 에어 방향성 및 압력 증가에 대해서는 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치의 냉각팬 팬날개부재의 에어 방향 상태를 도시한 도면이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 팬날개부재(143)는 냉각팬(140)이 일방향 예컨대, 시계방향(CW)으로 회전 시 팬날개부재(143)의 시계 회전방향 측에 위치하는 일측면부의 폭 단면적(A)이 감소하는 경사 곡면(143c)에 의해 모터 하우징(110)을 향하여(화살표 M방향) 에어 방향성(화살표 a방향)을 유도함으로써 냉각 에어의 압력을 증가시키게 된다. 또한, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 팬날개부재(143)는 냉각팬(140)이 타방향 예컨대, 반시계방향(CCW)으로 회전 시 팬날개부재(143)의 반시계 회전방향 측에 위치하는 타측면부의 폭 단면적(A)이 감소하는 경사 곡면(143d)에 의해 모터 하우징(110)을 향하여(화살표 M방향) 에어 방향성(화살표 b방향)을 유도함으로써 냉각 에어의 압력을 증가시키게 된다.
따라서, 본 발명은 모터 장치(100)의 냉각팬(140)의 팬 구조를 개선하여 모터 하우징(110)을 향하여 많은 양의 공기를 공급할 수 있도록 에어 방향성 및 압력을 증가시킴으로써, 모터에서 발생하는 열을 30~40% 정도 낮출 수 있고, 강제 냉각으로 자석의 열에 의한 감자(자기력 감소)로 인한 모터 수명 단축 및 효율 저하를 예방할 수 있다. 또한, 냉각팬(140)의 팬 구조를 개선하여 에어 방향성 및 압력을 증가시킬 수 있으므로 냉각팬을 제작할 때 팬날개부재(143)의 높이(H)를 기존 팬날개부재의 높이 보다 낮게 할 수 있어 냉각팬(140)의 크기를 감소시킬 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치
110: 모터 하우징 111: 프런트 커버
113: 리어 커버 115: 회전축
120: 고정자 121: 코일
123: 절연체 130: 회전자
131: 영구자석 140: 냉각팬
141: 회전판 142: 축연결구
143: 팬날개부재 150: 팬 커버
151: 외기 유입구

Claims (5)

  1. 모터 하우징(110), 상기 모터 하우징(110)의 내부에 지지되는 고정자(120), 상기 고정자(120)의 내측에 위치되고 중심에 회전축(115)이 압입된 회전자(130), 및 상기 회전축(115)에 결합되어 회전하는 냉각팬(140)을 포함하는 모터 장치(100)에 있어서,
    상기 냉각팬(140)은,
    중앙의 회전중심이 상기 회전축(115)에 축결합되는 원판 형상의 회전판(141); 및
    상기 회전판(141)의 회전중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 다수의 팬날개부재(143)를 포함하되,
    상기 팬날개부재(143)는 상기 모터 하우징(110)을 향하여 에어 방향성 및 압력 증가를 위해 상기 모터 하우징(110) 측으로 폭 단면적이 점차 감소하는 테이퍼 형상을 가지도록 구성하고,
    상기 팬날개부재(143)는 상기 모터 하우징(110)을 향하는 방향을 기준으로 후단부(143b)의 폭 단면적이 전단부(143a)의 폭 단면적보다 크게 형성되도록 구성하며,
    상기 팬날개부재(143)는 판체 형상으로 이루어지고, 판체의 양측면에 상기 모터 하우징(110)을 향하여 폭 단면적이 점차 감소하도록 경사 곡면(143c, 143d)이 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 팬날개부재(143)는,
    상기 냉각팬(140)이 시계방향(CW)으로 회전 시 상기 팬날개부재(143)의 시계 회전방향에 위치하는 일측면부의 경사 곡면(143c)에 의해 상기 모터 하우징(110)을 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 팬날개부재(143)는,
    상기 냉각팬(140)이 반시계방향(CCW)으로 회전 시 상기 팬날개부재(143)의 반시계 회전방향에 위치하는 타측면부의 경사 곡면(143d)에 의해 상기 모터 하우징(110)을 향하여 에어 방향성 및 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치.
KR1020130041329A 2013-04-15 2013-04-15 냉각팬의 팬 구조를 개선한 모터 장치 Active KR101312721B1 (ko)

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