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KR102108194B1 - 냉각기능을 갖는 모터 - Google Patents

냉각기능을 갖는 모터 Download PDF

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KR102108194B1
KR102108194B1 KR1020140010128A KR20140010128A KR102108194B1 KR 102108194 B1 KR102108194 B1 KR 102108194B1 KR 1020140010128 A KR1020140010128 A KR 1020140010128A KR 20140010128 A KR20140010128 A KR 20140010128A KR 102108194 B1 KR102108194 B1 KR 102108194B1
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hole
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Abstract

본 발명은 모터의 구동시 상기 내부에 충전된 오일이 상기 모터를 순환하도록 하여 모터의 가열부위를 냉각시킬 수 있도록 하는 냉각기능을 갖는 모터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터는, 하우징(10)의 내부에서 스테이터(21)의 내부에 회전축(31)과 일체로 체결된 로터(25)가 설치되는 모터에 있어서, 상기 회전축(31)은 내부에 오일이 충전될 수 있도록 중공축(中空軸)으로 이루어지고, 상기 회전축(31)을 반경방향으로 관통하는 관통공(31a)이 형성되며, 상기 회전축(31)에 관통공(31a)이 형성된 부위의 외측에는 상기 관통공(31a)으로부터 배출된 오일을 반경방향으로 토출시키는 임펠러(33)가 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각기능을 갖는 모터{Motor having function of cooling}
본 발명은 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 구동시 상기 내부에 충전된 오일이 상기 모터를 순환하도록 하여 모터의 가열부위를 냉각시킬 수 있도록 하는 냉각기능을 갖는 모터에 관한 것이다.
전원이 공급되면 회전력을 발생시키는 모터는 다양한 구조를 갖고 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 유도형 모터(100)는, 스테이터(121)의 내부에 회전축(131)과 일체로 체결된 로터(125)가 구비되어, 상기 스테이터(121)에 설치된 스테이터 코일에 전류가 인가되면, 상기 로터(125)에 유도전류가 발생하여 상기 로터(125)가 회전함으로써, 회전력이 발생하는 구조이다.
이러한 유도형 모터(100)는 로터(125)에 발생하는 유도전류로 인하여, 도 1 및 도 2에 붉은 색으로 표시된 바와 같이, 상기 로터(125)에 높은 열이 발생되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 상기 로터(125)에서 고열이 발생하게 되므로, 상기 회전축(131)을 지지하는 베어링(135)도 일반사양의 베어링이 아닌 고열에서도 견딜 수 있는 특수사양의 베어링이 적용되어야 하므로, 모터(100)의 원가를 상승시키는 원인이 된다.
한편, 상기와 같이, 모터(100)에서 발생하는 열을 방열시키기 위해서, 상기 모터의 내부에 펌프와 오일탱크를 구비하고, 상기 모터(100)의 회전시 상기 모터(100)의 회전축(131)과 연결된 펌프를 구동시켜 오일탱크 내부에 저장된 오일을 순환시키는 기술이 제시되어 있다.
그러나, 상기와 같이, 펌프를 이용하여 냉각을 위한 오일을 강제로 순환되도록 하면, 모터(100)의 크기가 커지고, 제작비의 상승을 초래하는 또 다른 문제점이 있다.
아울러, 상기 모터(100)의 회전축(131)을 지지하는 베어링(135)은 윤활이 불가능하므로, 종래와 같이, 고열에서 사용가능한 특수사양의 베어링이 적용되어햐 하는 문제점이 있다.
하기의 선행기술문헌은 '차량의 전기 모터를 위한 냉각 시스템'에 관한 것으로서, 모터의 일츠에 상기 모터의 회전축에 감속기로 연결된 펌프를 구비하여, 상기 펌프에 의해 모터의 내부에서 오일을 순환시켜 모터를 냉각시키는 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 오일을 순환시키기 위한 별도의 구성요소 없이 회전축이 회전함에 따라 내부에 충전된 오일이 자동으로 순환되도록 함으로써, 모터의 구동에 따라 발생하는 열을 방열시킬 수 있는 냉각기능을 갖는 모터를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터는, 하우징의 내부에서 스테이터의 내부에 회전축과 일체로 체결된 로터가 설치되는 모터에 있어서, 상기 회전축은 내부에 오일이 충전될 수 있도록 중공축(中空軸)으로 이루어지고, 상기 회전축을 반경방향으로 관통하는 관통공이 형성되며, 상기 회전축에 관통공이 형성된 부위의 외측에는 상기 관통공으로부터 배출된 오일을 반경방향으로 토출시키는 임펠러가 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전축은 상기 회전축의 단부에 인접된 부위에 상기 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 관통공은 상기 회전축에 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러는 상기 임펠러의 서로 인접한 두 날개 사이에 상기 관통공이 위치하도록 상기 회전축에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전축에 형성되는 관통공과 상기 임펠러의 날개는 동수(同數)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러의 외측과 상기 하우징의 내측면 사이에는 오일이 순환할 수 있도록 간극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징에는, 상기 임펠러로부터 배출된 오일이 상기 회전축으로 다시 유입되는 오일유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징에서 상기 임펠러가 설치되는 부위에는, 상기 회전축을 지지하는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 베어링은 그 일측면이 상기 오일유로으로 노출되는 것을 특징으로 한다.
상기 오일유로의 중간에는 상기 오일이 저장되는 오일탱크가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징에는 냉각수가 순환하는 냉각수 채널이 형성되고, 상기 오일유로는 상기 냉각수 채널의 외측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터에 따르면, 모터가 구동되기 시작하면, 회전축의 내부에 충전된 오일이 자동으로 상기 모터의 내부를 순환함으로써, 상기 모터의 로터와 회전축에서 발생한 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 오일을 상기 모터의 내부에서 강제로 순환시키기 위한 별도의 구성이 필요하지 않으므로, 상기 모터를 구성하는 부품수를 감소시킬 수 있고, 모터의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 상기 오일이 순환하는 동안 상기 회전축을 지지하는 베어링으로도 오일이 공급되므로, 상기 베어링을 윤활 시킬 수 있다.
아울러, 오일의 순환으로 상기 회전축의 온도가 낮아지기 때문에 상기 회전축을 지지하기 위한 베어링이 고온용 베어링이 아닌 일반 사양의 베어링을 사용할 수 있으므로, 모터의 제작단가를 낮출 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 모터에서 발열된 상태를 도시한 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 모터에서 로터, 회전축 및 베어링이 가열된 상태를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터를 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터에서 회전축과 임펠러를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터에서 회전축과 임펠러를 도시한 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터는, 하우징(10)의 내부에서 스테이터(21)의 내부에 회전축(31)과 일체로 체결된 로터(25)가 설치되는 모터에서, 상기 회전축(31)은 내부에 오일이 충전될 수 있도록 중공축(中空軸)으로 이루어지고, 상기 회전축(31)을 반경방향으로 관통하는 관통공(31a)이 형성되며, 상기 회전축(31)에 관통공(31a)이 형성된 부위의 외측에는 상기 관통공(31a)으로부터 배출된 오일을 반경방향으로 토출시키는 임펠러(33)가 결합된다.
하우징(10)은 상기 모터(1)의 외형을 형성하고, 내부에 스테이터(21), 로터(25) 및 회전축(31) 등이 설치된다.
상기 하우징(10)에는 외부로부터 공급된 냉각수가 순환되는 냉각수 채널(11)이 형성되어, 상기 모터(1)에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.
스테이터(21)는 상기 하우징(10)의 내부에 고정된 상태로 설치된다. 상기 스테이터(21)에는 코일이 감겨진 상태로 존재하여, 전원이 인가되면 상기 코일이 자화(磁化)되어 모터(1)로부터 회전력이 출력된다.
로터(25)는 상기 스테이터(21)의 내부에 회전가능하게 설치된다. 상기 로터(25)는 알루미늄 잉곳(ingot)의 형태로 형성되고, 상기 스테이터(21)의 코일이 자화되면, 상기 로터(25)에 유도전류가 발생하여, 상기 로터(25)가 상기 스테이터(21)에 대하여 회전한다.
회전축(31)은 상기 로터(25)의 회전중심에 상기 로터(25)와 일체로 형성된다. 상기 회전축(31)은 내부가 중공으로 형성된 중공축(中空軸)의 형태로 형성되는데, 상기 회전축(31)의 내부에는 오일이 충전된다.
또한, 상기 회전축(31)의 일측에는 상기 회전축(31)의 내부와 외부를 관통하는 관통공(31a)이 형성된다. 상기 관통공(31a)은 상기 회전축(31)의 둘레를 따라 간격을 두고 형성되는데, 상기 관통공(31a)을 통하여 상기 회전축(31)의 내부에 충전된 오일이 상기 회전축(31)의 외부로 배출된다.
특히, 상기 회전축(31)에서 상기 관통공(31a)은 상기 회전축(31)에서 일측으로 치우쳐 일단에 인접한 부위에 형성됨으로써, 상기 회전축(31)의 내부에서는 관통공(31a)이 형성되지 않은 부위에서 상기 관통공(31a)이 형성된 부위를 향하는 방향(도 3에서 우측에서 좌측방향)로 오일이 유동한다.
임펠러(33)는 상기 회전축(31)에서 관통공(31a)이 형성된 부위의 외측에 결합된다. 상기 임펠러(33)는 둘레를 따라 서로 같은 간격으로 날개가 형성되어 있어서, 상기 임펠러(33)가 회전함에 따라 상기 임펠러(33)의 중심에 위치한 유체를 외측으로 배출하는 작용을 한다.
상기 임펠러(33)는 상기 회전축(31)에 결합될 때, 서로 인접한 날개 사이에 상기 관통공(31a)이 위치하도록 상기 임펠러(33)와 상기 회전축(31)이 결합된다.
또한, 상기 회전축(31)에 형성되는 관통공(31a)의 개수와 상기 임펠러(33)의 날개의 개수는 서로 같은 수[同數]로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(31)이 관통공(31a)이 90도의 간격으로 4개가 형성된다면, 상기 임펠러(33)에도 날개가 4개가 형성되고, 서로 인접한 날개 사이에 관통공(31a)이 위치한다.
그리고, 상기 임펠러(33)의 외측 둘레와 상기 하우징(10)의 내측면 사이에는 간극이 형성되어 있어서, 상기 임펠러(33)에서 토출된 오일이 상기 간극을 따라 유동할 수 있다.
따라서, 상기 회전축(31)으로부터 관통공(31a)을 통하여 배출된 오일은 상기 임펠러(33)에 의해서, 외측으로 배출된다.
오일유로(12)는 상기 하우징(10)에 형성되어, 상기 회전축(31)의 일단으로부터 배출된 오일이 상기 회전축(31)의타단으로 유입되도록 하는 통로를 형성한다. 상기 오일유로(12)는 상기 회전축(31)으로부터 배출된 오일이 상기 하우징(10)을 따라 유동하면서, 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)으로부터 흡수한 열을 외부로 방열한다.
한편, 상기 하우징(10)에서 상기 회전축(31)을 지지하기 위해서 베어링(35)이 설치되는데, 상기 베어링(35)의 일측은 상기 오일유로(12)에 노출되도록 상기 하우징(10)에 설치된다.
상기 오일유로(12)의 중간에는 상기 오일을 저장되는 오일탱크(13)가 형성된다.
아울러, 상기 오일유로(12)는 상기 하우징(10)에서 냉각수 채널(11)의 외측에 위치한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 모터의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 모터(1)에 전원이 인가되면, 상기 스테이터(21)에 대하여 로터(25)와 회전축(31)이 회전하면서 상기 모터(1)로부터 회전력이 출력된다.
상기 회전축(31)이 회전하면, 상기 회전축(31)에 체결된 임펠러(33)도 함께 회전하면서, 상기 회전축(31)이 내부에 위치한 오일을 상기 임펠러(33)의 외측으로 배출시킨다. 상기 임펠러(33)가 회전하면, 상기 임펠러(33)와 상기 회전축(31)의 회전중심의 압력은 낮아져 부압이 발생되고, 상기 임펠러(33)의 외측에는 정압이 형성되므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 오일은 상기 회전축(31)의 중심으로부터 관통공(31a)을 통하여 상기 임펠러(33)의 날개를 따라 상기 임펠러(33)의 외측으로 배출된다.
한편, 상기 회전축(31)에서 임펠러(33)는 일단에 인접한 부위에 체결되어 있기 때문에 상기 회전축(31)의 내부에서는 타단으로부터 일단을 향하는 방향으로 오일이 유동되고, 상기 임펠러(33)로부터 배출된 오일은 상기 오일유로(12)를 통하여 상기 회전축(31)의 타단으로 다시 유입되면서, 상기 모터(1)의 내부에서는 오일이 순환한다.
상기와 같이, 오일이 상기 모터(1)의 내부를 순환하면서, 상기 로터(25) 및 회전축(31)을 냉각시킨다. 상기 모터(1)는 작동에 따라 발열되는데, 종래에는 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)에서 발생된 열을 냉각시키기 위해서 추가적으로 펌프 등이 설치되어 강제로 오일을 순환시켜 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)에서 발생한 열을 냉각되도록 하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 모터(1)가 작동하기만 하면, 강제로 오일을 순환시키지 않아도 자동으로 오일이 순환하면서, 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)을 냉각시킨다. 상기 오일은 상기 회전축(31)의 내부를 유동한 후, 상기 회전축(31)의 일단에 형성된 관통공(31a)으로 배출된 후, 오일유로(12)를 통하여 다시 상기 회전축(31)의 타단으로 유입되는 과정을 통행 상기 오일이 순환된다. 상기 오일이 상기 회전축(31)을 내부를 유동하는 과정에는 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)에서 발생한 열을 상기 오일이 흡수하게 된다. 한편, 상기 오일은 상기 하우징(10)에 형성된 오일유로(12)를 통하여 유동하는 동안에는 상기 하우징(10)을 통하여 외부로 방열함으로써, 상기 오일은 냉각된다. 상기와 같이 냉각된 오일이 상기 회전축(31)의 내부로 다시 유입됨으로써, 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)에서 발생한 열을 흡수한다. 상기와 같은 과정이 반복되면서, 상기 모터(1)의 중심부위, 즉 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)을 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 회전축(31)을 지지하는 베어링(35)은 일측이 상기 오일유로(12)상에 노출되어 있는 바, 상기 오일유로(12)를 순환하는 오일이 상기 베어링(35)으로 공급됨으로써, 상기 베어링(35)을 냉각시킬 수 있음은 물론, 상기 베어링(35)을 윤활시킨다.
상기 스테이터(21)에서 발생된 열은 상기 하우징(10)에 상기 하우징(10)의 둘레방향으로 형성된 냉각수 채널(11)로 유동하는 냉각수의 의해 냉각시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 회전축(31)의 내부에 충전된 오일을 강제로 순환시키지 않고, 상기 모터(1)가 작동하면 자동으로 순환되도록 하여, 상기 로터(25)와 상기 회전축(31)을 냉각시킴으로써, 상기 모터의 효율을 향상시킨다.
또한, 상기 오일을 강제로 순환시키기 위한 구성요소가 필요하지 않고, 상기 회전축(31)을 지지하는 베어링(35)을 고온용이 아닌 일반사양의 베어링을 적용할 수 있어서, 모터의 제작원가를 낮출 수 있다.
1 : 모터 10 : 하우징
11 : 냉각수 채널 12 : 오일유로
13 : 오일탱크 21 : 스테이터
25 : 로터 31 : 회전축
31a : 관통공 33 : 임펠러
35 : 베어링 100 : 모터
121 : 스테이터 125 : 로터
131 : 회전축 135 : 베어링

Claims (11)

  1. 하우징의 내부에서 스테이터의 내부에 회전축과 일체로 체결된 로터가 설치되는 모터에 있어서,
    상기 회전축은 내부에 오일이 충전될 수 있도록 중공축으로 이루어지고, 상기 회전축을 반경방향으로 관통하는 관통공이 형성되며,
    상기 회전축에 관통공이 형성된 부위의 외측에는 상기 관통공으로부터 배출된 오일을 반경방향으로 토출시키는 임펠러가 결합되며,
    상기 하우징에는,
    상기 임펠러로부터 배출된 오일이 상기 회전축으로 다시 유입되는 오일유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 회전축의 단부에 인접된 부위에 상기 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 회전축에 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 임펠러의 서로 인접한 두 날개 사이에 상기 관통공이 위치하도록 상기 회전축에 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전축에 형성되는 관통공과 상기 임펠러의 날개는 동수로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러의 외측과 상기 하우징의 내측면 사이에는 오일이 순환할 수 있도록 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에서 상기 임펠러가 설치되는 부위에는, 상기 회전축을 지지하는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 베어링은 그 일측면이 상기 오일유로으로 노출되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 오일유로의 중간에는 상기 오일이 저장되는 오일탱크가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는 냉각수가 순환하는 냉각수 채널이 형성되고,
    상기 오일유로는 상기 냉각수 채널의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 모터.
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