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KR102694353B1 - Apparatus for Driving Propeller and Vehicle Using the Same - Google Patents

Apparatus for Driving Propeller and Vehicle Using the Same Download PDF

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KR102694353B1
KR102694353B1 KR1020210053706A KR20210053706A KR102694353B1 KR 102694353 B1 KR102694353 B1 KR 102694353B1 KR 1020210053706 A KR1020210053706 A KR 1020210053706A KR 20210053706 A KR20210053706 A KR 20210053706A KR 102694353 B1 KR102694353 B1 KR 102694353B1
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propeller
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이정훈
최승진
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주식회사 아모텍
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Abstract

본 발명은 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)를 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성함에 따라 방열 효과가 우수한 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 프로펠러 구동장치는 싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 BLDC 모터; 및 상기 모터의 회전축에 프로펠러를 장착하기 위한 프로펠러 설치 브라켓;을 포함하며, 상기 모터는 원통형 케이스의 상부와 하부에 상부 커버와 하부 커버가 각각 결합된 하우징의 내측에 스테이터, 로터 및 회전축이 순차적으로 배치되어 있으며, 상기 스테이터는 자기회로를 형성하도록 소정의 폭을 갖는 환형의 백요크와 상기 백요크로부터 복수의 티스가 중심방향으로 뻗어 있는 스테이터 코어; 상기 복수의 티스 각각에서 코일이 권선될 외주면을 감싸도록 형성되는 인슐레이터; 및 상기 복수의 티스 각각에서 인슐레이터의 외주면에 권선되는 스테이터 코일;을 포함하며, 상기 인슐레이터는 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a propeller drive device having excellent heat dissipation effect and an aircraft using the same by forming an insulator (or bobbin) that insulates between a stator core and a coil with an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance.
A propeller driving device according to the present invention comprises: a BLDC motor of a single rotor-single stator type; and a propeller installation bracket for mounting a propeller on a rotational shaft of the motor; wherein the motor has a stator, a rotor, and a rotational shaft sequentially arranged inside a housing in which an upper cover and a lower cover are respectively joined to the upper and lower portions of a cylindrical case, and wherein the stator comprises: an annular back yoke having a predetermined width to form a magnetic circuit; and a stator core having a plurality of teeth extending toward the center from the back yoke; an insulator formed to surround an outer surface on which a coil is wound around each of the plurality of teeth; and a stator coil wound on an outer surface of the insulator around each of the plurality of teeth; wherein the insulator is characterized in that it is formed of an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation performance and insulation performance.

Description

프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기{Apparatus for Driving Propeller and Vehicle Using the Same}{Apparatus for Driving Propeller and Vehicle Using the Same}

본 발명은 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)를 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성함에 따라 방열 효과가 우수한 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기에 관한 것이다.The present invention relates to a propeller drive device and an aircraft using the same, and more specifically, to a propeller drive device having excellent heat dissipation effect and an aircraft using the same by forming an insulator (or bobbin) that insulates between a stator core and a coil with an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance.

통상적으로 항공기에 사용되는 브러시리스 전동모터는 배터리가 연결되는 고정자와, 회전자를 포함하고, 프로펠러가 장착되는 케이스로 구성된다.Typically, brushless electric motors used in aircraft consist of a stator to which a battery is connected, a rotor, and a case in which a propeller is mounted.

이 경우 항공기용 전동모터의 경우에는 케이스가 회전자 역할을 하기 때문에 케이스 자체가 회전하여 프로펠러를 회전시킴으로써 항공기의 추진력을 생성하게 된다.In this case, in the case of an aircraft electric motor, the case acts as a rotor, so the case itself rotates to rotate the propeller, thereby generating propulsion for the aircraft.

또한 항공기용 전동모터의 경우 케이스 자체가 회전을 하기 때문에 높은 토크를 가지는 것이 특징이고, 또한 감속기 없이도 대형 프로펠러를 직접 돌릴 수 있으며, 감속기와 같은 부속품이 필요 없기 때문에 전동모터를 경량화할 수 있게 된다.In addition, in the case of electric motors for aircraft, since the case itself rotates, they are characterized by high torque, and can directly rotate large propellers without a reducer, and since there is no need for accessories such as reducers, the electric motor can be made lighter.

다만 전동모터의 경우에는 케이스 자체가 회전자로서 회전하기 때문에 케이스 내부에 배치된 고정자로부터 많은 열이 발생하게 되는데, 이 경우 항공기의 속도가 빠르면 공기의 흐름에 의하여 전동모터가 냉각되지만, 정지비행을 주로하는 헬기의 경우에는 공기흐름이 거의 없어 전동모터가 과열되기 때문에 전동모터를 냉각시킬 필요가 있다.However, in the case of an electric motor, since the case itself rotates as a rotor, a lot of heat is generated from the stator placed inside the case. In this case, if the speed of the aircraft is fast, the electric motor is cooled by the air flow, but in the case of a helicopter that mainly hovers, there is almost no air flow, so the electric motor overheats, so it is necessary to cool the electric motor.

이를 위해 항공기에 사용되는 전동모터의 경우 통상적으로 케이스의 상판은 뚫려 있거나, 또는 일정한 면적으로 절개되어 형성된 다수의 냉각홀이 구비된다. 따라서 전동모터가 구동되는 경우 프로펠러의 회전에 의한 공기 유동을 통하여 케이스의 냉각홀로 공기가 유입됨으로써 전동모터의 냉각이 이루어진다. For this purpose, in the case of electric motors used in aircraft, the upper plate of the case is usually provided with a number of cooling holes formed by being perforated or cut to a certain area. Accordingly, when the electric motor is driven, air is drawn into the cooling holes of the case through the air flow caused by the rotation of the propeller, thereby cooling the electric motor.

그러나 전동모터가 구동되어 케이스가 일정한 속도로 회전하는 경우에는 비나 습기, 기타 이물질 등은 케이스의 회전력에 의하여 유입될 염려가 없으나, 항공기가 정지하여 외부에 위치하는 경우 케이스의 냉각홀로 빗물이나 습기, 또는 먼지 등과 같은 이물질이 유입될 수 있다.However, when the electric motor is driven and the case rotates at a constant speed, there is no concern that rain, moisture, or other foreign substances will be introduced due to the rotational force of the case. However, when the aircraft is stopped and located outside, rainwater, moisture, or foreign substances such as dust may be introduced through the cooling holes of the case.

이렇게 유입된 빗물이나, 습기 또는 먼지 등과 같은 이물질은 합선으로 인한 전기적인 쇼트나 화재의 발생 원인으로 작용할 수 있다.Foreign substances such as rainwater, moisture, or dust that enter in this way can cause electrical shorts or fires due to short circuits.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 비닐 등과 같은 방수포로 전동모터를 덮는 등의 조치를 취하였지만, 이러한 조치는 임시방편적이고, 번거롭기 때문에 근본적인 문제의 해결 방안이 되지 못한다.Therefore, to solve these problems, measures such as covering the electric motor with a waterproof sheet such as vinyl were taken in the past, but these measures are only temporary and cumbersome, and do not solve the fundamental problem.

한국공개특허공보 제10-2017-0090037호(특허문헌 1)에는 전동모터를 냉각시키기 위해 형성된 케이스의 냉각홀을 열고 닫을 수 있는 개폐조절수단을 도입하여 항공기의 정지 시에는 개폐조절수단이 케이스의 냉각홀을 자동으로 닫아 습기나 이물질이 전동모터 내부로 유입되는 것을 차단할 뿐만 아니라, 항공기의 운항 시에는 케이스의 회전력에 따라 개폐조절수단이 케이스의 냉각홀의 개도량을 조절함으로써 전동모터의 냉각기능을 효과적으로 구현할 수 있는 습기침투방지 및 과열방지 기능이 구비된 항공기용 동력전달장치가 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-2017-0090037 (Patent Document 1) discloses an aircraft power transmission device equipped with moisture penetration prevention and overheating prevention functions, which introduces an opening/closing control means capable of opening and closing a cooling hole of a case formed to cool an electric motor, so that when the aircraft is stopped, the opening/closing control means automatically closes the cooling hole of the case to prevent moisture or foreign substances from entering the electric motor, and when the aircraft is in operation, the opening/closing control means adjusts the opening amount of the cooling hole of the case according to the rotational force of the case, thereby effectively implementing the cooling function of the electric motor.

일반적으로 전동모터는 로터보다 모터구동전류가 코일로 인가되는 스테이터에서 더 많은 열이 발생되고, 이렇게 발생된 열은 전동모터의 외부로 배출되지 못하는 경우 모터의 효율과 수명을 떨어트리는 요인으로 작용할 수 있다.In general, electric motors generate more heat in the stator, where the motor driving current is applied to the coil, than in the rotor. If the heat generated in this way cannot be discharged to the outside of the electric motor, it can act as a factor that reduces the efficiency and lifespan of the motor.

상기 특허문헌 1의 전동모터는 아우터 로터 방식으로 중앙부에 스테이터(고정자)가 위치한 구조를 가지고 있다. 특허문헌 1에서는 로터 역할을 하는 원통형 케이스의 전면과 후면에 공냉용 바람이 유입되어 배출되는 냉각홀을 구비하고 있다.The electric motor of the above patent document 1 has a structure in which the stator (stator) is located in the center in an outer rotor manner. In patent document 1, cooling holes are provided on the front and rear of the cylindrical case that functions as the rotor, through which air cooling wind is introduced and discharged.

특허문헌 1은 전동모터를 냉각시키기 위해 형성된 케이스의 냉각홀을 열고 닫을 수 있는 개폐조절수단을 도입하여 항공기의 정지 시에는 개폐조절수단이 케이스의 냉각홀을 자동으로 닫아 습기나 이물질이 전동모터 내부로 유입되는 것을 차단하는 기술을 개시하고 있다.Patent Document 1 discloses a technology that introduces an opening/closing control means capable of opening and closing a cooling hole of a case formed to cool an electric motor, and when the aircraft stops, the opening/closing control means automatically closes the cooling hole of the case to block moisture or foreign substances from entering the inside of the electric motor.

한편, 무인항공기(UAV; Unmamed Aerial Vehicle), 즉 드론은 택배 물품을 배송하는 물류 분야를 비롯하여, 감시/정찰/수색, 방역/방제/살포, 방송/공연, 환경 측량, 인명 구조 등의 다양한 용도로 다양하게 적용되고 있다. Meanwhile, unmanned aerial vehicles (UAVs), or drones, are being used for a variety of purposes, including logistics for delivering parcels, surveillance/reconnaissance/search, quarantine/disinfection/spraying, broadcasting/performance, environmental surveying, and rescue.

2인용 경비행기나 고중량 부하를 운반하는 대형 드론 등에 채용되고 있는 프로펠러 구동장치용 모터, 특히 BLDC 모터는 수십 Kw급의 구동모터가 요구되고 있으며, 이 경우 코일이 코어에 권선된 스테이터가 내측에 배치된 아우터 로터 방식의 모터(특허문헌 1)는 스테이터로부터 발생되는 많은 열을 효과적으로 냉각시키는 데 한계가 있다. Motors for propeller drives employed in two-seater light aircraft or large drones carrying heavy loads, especially BLDC motors, require drive motors of several tens of kilowatts, and in this case, an outer rotor type motor (Patent Document 1) in which a stator with coils wound around a core is arranged on the inside has limitations in effectively cooling the large amount of heat generated from the stator.

상기 스테이터로부터 발생되어 외부로 방열되지 못하고 내부에 축적된 열은 작동 수명을 단축하고, 작동 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여 히트싱크(heat sink), 열 교환기와 같은 방열부재나 방열장치가 발열이 있는 장치에 함께 사용이 되고 있다.Heat generated from the above stator and accumulated internally without being dissipated to the outside may shorten the operating life and reduce operating efficiency. To prevent this, heat dissipation components or heat dissipation devices such as heat sinks and heat exchangers are used together with devices that generate heat.

이에 최근에는 사출 성형이나 압출 가능한 고분자 수지를 이용하여 제조되는 방열부재가 제안되고 있으며, 고분자 수지 자체의 재질적 특성으로 인한 경량성, 저렴한 단가 등의 이점으로 인하여 많은 연구가 계속되고 있다.Recently, heat-radiating members manufactured using injection-molded or extrudable polymer resins have been proposed, and much research is being conducted on them due to their advantages, such as lightness and low unit cost due to the material properties of the polymer resin itself.

그러나, 고분자수지를 이용하여 제조된 방열부재는 열전도성 필러를 통해 방열성은 발현하는데, 통상적으로 방열성능이 우수한 열전도성 필러는 전기전도성도 함께 갖기에 이로 구현된 방열부재가 전기전도성을 발현함에 따라서 절연성이 요구되는 전자장치에 사용이 매우 부적절한 문제가 있다.However, heat dissipation members manufactured using polymer resins exhibit heat dissipation properties through thermally conductive fillers. However, thermally conductive fillers with excellent heat dissipation performance usually also exhibit electrical conductivity. Therefore, heat dissipation members implemented using such fillers exhibit electrical conductivity, and thus are highly unsuitable for use in electronic devices requiring insulation.

특히, 항공용 모터인 경우 낙뢰를 피할 수 있는 절연성능을 갖는 것이 요구된다.In particular, in the case of aircraft motors, it is required to have insulation performance that can avoid lightning strikes.

또한, AC 모터인 경우 BLDC 모터보다 더 큰 부피와 중량이 나가므로 항공용 모터로는 적합하지 못하다.Additionally, AC motors are larger and heavier than BLDC motors, making them unsuitable as aircraft motors.

: 한국공개특허공보 제10-2017-0090037호: Korean Patent Publication No. 10-2017-0090037

본 발명자는 로터보다 열발생이 많은 스테이터를 외측에 배치하면서 비행중에는 자연스로운 측면 케이싱을 통하여 외측 공냉과, 상부와 하부 커버 및 로터 본체와 회전축 사이를 연결하는 복수의 브릿지 사이에 복수의 관통구멍을 형성하여 내측 공냉을 동시에 실현하고, 내측 공냉에 따라 습기나 이물질이 모터 내부로 유입되어 전기적인 쇼트가 발생하는 문제는 절연성 방열복합재를 사용한 인서트 몰딩에 의해 스테이터를 분리 차단함에 의해 해결 가능하다는 점을 발견하였다. The inventor of the present invention has found that while arranging the stator, which generates more heat than the rotor, on the outside, external air cooling is achieved through natural side casings during flight, and internal air cooling is achieved simultaneously by forming a plurality of through holes between a plurality of bridges connecting the upper and lower covers and the rotor body and the rotating shaft, and that the problem of electrical short circuits occurring due to moisture or foreign substances entering the motor due to internal air cooling can be solved by isolating and blocking the stator by insert molding using an insulating heat-dissipating composite.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)를 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성함에 따라 방열 효과가 우수한 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the problems of the above-mentioned prior art, and its purpose is to provide a propeller drive device having excellent heat dissipation effect and an aircraft using the same by forming an insulator (or bobbin) that insulates between the stator core and the coil with an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance.

본 발명의 다른 목적은 스테이터의 인슐레이터(또는 보빈)에 권선된 코일을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 절연하도록 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩함에 따라 방열 효과와 함께 내측 공냉에 따라 습기나 이물질이 모터 내부로 유입되어 전기적인 쇼트가 발생하는 문제를 해결할 수 있는 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a propeller drive device and an aircraft using the same, which can solve the problem of electrical short-circuiting caused by moisture or foreign substances flowing into the motor due to internal air cooling, by insert molding an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance to surround a coil wound on an insulator (or bobbin) of a stator and insulate between the coils, while providing a heat dissipation effect.

본 발명의 또 다른 목적은 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)의 형성에 사용되는 제1절연성 방열복합재와 인슐레이터(또는 보빈)에 권선된 코일을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 절연하도록 인서트 몰딩방식으로 피복되는 제2절연성 방열복합재의 조성을 달리하여 방열성능을 극대화시킨 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a propeller drive device and an aircraft using the same in which heat dissipation performance is maximized by varying the composition of a first insulating heat-dissipating composite material used to form an insulator (or bobbin) that insulates between a stator core and a coil, and a second insulating heat-dissipating composite material that surrounds a coil wound on the insulator (or bobbin) and is covered by insert molding to insulate between the coils.

본 발명의 다른 목적은 스테이터 코어의 외주부와 케이싱 사이에 냉매 순환이 이루어질 수 있는 냉매순환회로를 갖는 워터 자켓을 구비함에 의해 수냉방식으로 효과적인 방열이 이루어질 수 있는 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a propeller driving device capable of effectively dissipating heat by a water cooling method by having a water jacket having a refrigerant circulation circuit capable of circulating refrigerant between the outer periphery of a stator core and a casing, and an aircraft using the same.

본 발명의 또 다른 목적은 인너 로터-아우터 스테이터 방식의 BLDC 모터를 이용하여 로터와 스테이터에 외측 공냉과 내측 공냉에 의해 효과적인 냉각이 이루어질 수 있는 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a propeller driving device capable of effectively cooling the rotor and stator by external air cooling and internal air cooling using a BLDC motor of the inner rotor-outer stator type, and an aircraft using the same.

본 발명의 다른 목적은 상부와 하부 커버에 복수의 관통구멍을 형성하고 이와 동시에 로터 본체와 회전축 사이에 복수의 브릿지를 통하여 연결함에 의해 복수의 관통구멍을 형성하여 내측 공냉에 의해 효과적인 냉각이 이루어질 수 있는 프로펠러 구동장치 및 이를 이용한 항공기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a propeller drive device and an aircraft using the same, which can effectively cool by internal air cooling by forming a plurality of through holes in upper and lower covers and connecting a rotor body and a rotating shaft through a plurality of bridges at the same time.

본 발명의 다른 목적은 로터 본체와 회전축 사이에 복수의 브릿지를 통하여 연결함에 의해 복수의 관통구멍을 형성하여 상부와 하부 커버에 형성된 복수의 관통구멍과 함께 내측 공냉이 이루어질 수 있는 프로펠러 구동장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a propeller driving device in which a plurality of through holes are formed by connecting a rotor body and a rotating shaft through a plurality of bridges, thereby enabling internal air cooling to be achieved together with a plurality of through holes formed in upper and lower covers.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 구동장치는 싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 BLDC 모터; 및 상기 모터의 회전축에 프로펠러를 장착하기 위한 프로펠러 설치 브라켓;을 포함하며, 상기 모터는 원통형 케이스의 상부와 하부에 상부 커버와 하부 커버가 각각 결합된 하우징의 내측에 스테이터, 로터 및 회전축이 순차적으로 배치되어 있으며, 상기 스테이터는 자기회로를 형성하도록 소정의 폭을 갖는 환형의 백요크와 상기 백요크로부터 복수의 티스가 중심방향으로 뻗어 있는 스테이터 코어; 상기 복수의 티스 각각에서 코일이 권선될 외주면을 감싸도록 형성되는 인슐레이터; 및 상기 복수의 티스 각각에서 인슐레이터의 외주면에 권선되는 스테이터 코일;을 포함하며, 상기 인슐레이터는 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a propeller driving device according to one embodiment of the present invention comprises: a BLDC motor of a single rotor-single stator type; and a propeller installation bracket for mounting a propeller on a rotational shaft of the motor; wherein the motor has a stator, a rotor, and a rotational shaft sequentially arranged inside a housing in which an upper cover and a lower cover are respectively coupled to the upper and lower portions of a cylindrical case, and the stator comprises: an annular back yoke having a predetermined width to form a magnetic circuit; and a stator core having a plurality of teeth extending toward the center from the back yoke; an insulator formed to surround an outer surface on which a coil is wound around each of the plurality of teeth; and a stator coil wound on an outer surface of the insulator around each of the plurality of teeth; wherein the insulator is characterized in that it is formed of an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation performance and insulation performance.

상기 인슐레이터는 티스 각각에서 코일이 권선될 외주면을 1/2씩 감싸는 상부 및 하부 인슐레이터를 포함하며, 상기 상부 및 하부 인슐레이터는 각각 소정 폭으로 이루어진 환형의 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임으로부터 돌출되어 티스의 권선영역을 상부와 하부에서 1/2씩 수용하는 복수의 티스수용부;를 포함할 수 있다.The above insulator may include upper and lower insulators each wrapping half of the outer surface of the teeth on which the coil is to be wound, and the upper and lower insulators may each include an annular base frame having a predetermined width; and a plurality of tooth receiving portions protruding from the base frame and receiving half of the winding area of the teeth at the upper and lower portions, respectively.

상기 인슐레이터는 티스 각각에서 코일이 권선될 외주면을 1/2씩 감싸는 상부 및 하부 인슐레이터를 포함하며, 상기 상부 및 하부 인슐레이터는 각각 소정 폭으로 이루어진 환형의 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임으로부터 돌출되어 티스의 권선영역을 상부와 하부에서 1/2씩 수용하는 복수의 티스수용부;를 포함할 수 있다.The above insulator may include upper and lower insulators each wrapping half of the outer surface of the teeth on which the coil is to be wound, and the upper and lower insulators may each include an annular base frame having a predetermined width; and a plurality of tooth receiving portions protruding from the base frame and receiving half of the winding area of the teeth at the upper and lower portions, respectively.

상기 인슐레이터는 사전에 미리 상부 및 하부 인슐레이터로 제작된 후, 스테이터 코어에 조립되거나, 방열성능 및 절연성능을 갖는 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩방식으로 일체로 형성될 수 있다.The above insulator may be manufactured in advance as upper and lower insulators and then assembled to the stator core, or may be integrally formed by insert molding using an insulating heat-dissipating composite material having heat dissipation and insulation performance.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 구동장치는 상기 인슐레이터에 권선된 스테이터 코일을 둘러싸면서 인접한 코일과 코일 사이를 절연하면서 방열 특성을 갖는 스테이터 지지체를 더 포함하며, 상기 스테이터 지지체는 방열성능 및 절연성능을 갖는 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩하여 일체로 형성될 수 있다.A propeller driving device according to one embodiment of the present invention further includes a stator support having heat dissipation properties while surrounding the stator coils wound on the insulator and insulating between adjacent coils, and the stator support can be integrally formed by insert molding with an insulating heat-dissipation composite material having heat dissipation performance and insulation performance.

이 경우, 상기 방열용 스테이터 지지체의 직경방향 외측면은 스테이터의 외측에 설치되는 워터 자켓과 접촉하며, 상기 워터 자켓은 수냉방식으로 냉각이 이루어질 수 있다.In this case, the diametrically outer surface of the heat-dissipating stator support is in contact with a water jacket installed on the outer side of the stator, and the water jacket can be cooled by a water-cooling method.

또한, 상기 절연성 방열복합재는 연속 사용온도가 150℃ 이상이며 바인더 역할을 하는 고분자 매트릭스; 열전도성 향상을 위해 고분자 매트릭스에 첨가되어 분산되는 세라믹으로 이루어진 절연성 방열필러; 및 강도 보강을 위해 고분자 매트릭스에 첨가되는 보강 섬유;를 포함할 수 있다.In addition, the insulating heat-dissipating composite may include a polymer matrix having a continuous use temperature of 150°C or higher and acting as a binder; an insulating heat-dissipating filler made of ceramic added and dispersed in the polymer matrix to improve thermal conductivity; and reinforcing fibers added to the polymer matrix to reinforce strength.

상기 절연성 방열복합재는 적어도 10Kv 이상의 절연성능과 3W/mK 이상의 열전도도를 가질 수 있다.The above insulating heat-dissipating composite material can have an insulating performance of at least 10Kv or more and a thermal conductivity of at least 3W/mK.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 구동장치에서 상기 모터는 외부로부터 상부 커버에 구비된 복수의 관통구멍, 회전축과 로터 사이를 연결하는 복수의 브릿지 사이에 형성된 복수의 공간 및 하부 커버에 구비된 복수의 관통구멍을 경유하여 배출되는 공기흐름을 이용하여 내측 공냉이 이루어질 수 있다.In addition, in a propeller driving device according to one embodiment of the present invention, the motor can be internally cooled by using airflow discharged through a plurality of through holes provided in the upper cover from the outside, a plurality of spaces formed between a plurality of bridges connecting the rotating shaft and the rotor, and a plurality of through holes provided in the lower cover.

더욱이, 상기 프로펠러 설치 브라켓은 중앙부에 중앙관통구멍이 형성된 링 형상으로 이루어지고, 상기 중앙관통구멍에는 모터의 회전축과 결합을 위해 환형의 돌기부가 하측에 배치되어 있으며, 상기 회전축의 상단부와 상기 상단부를 수용하여 면접합되는 상기 돌기부의 저면은 단차 구조로 결합이 이루어질 수 있다.Furthermore, the propeller installation bracket is formed in a ring shape with a central through hole formed in the central portion, and an annular protrusion is positioned on the lower side of the central through hole for coupling with the rotation shaft of the motor, and the upper end of the rotation shaft and the lower surface of the protrusion that receives and faces the upper end can be coupled in a step structure.

본 발명의 다른 실시예에 따른 항공기는 동체; 상기 동체의 선단부에 배치된 콘트롤 박스; 및 상기 콘트롤 박스의 전면에 간격을 두고 설치되며 프로펠러를 구동하는 프로펠러 구동장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, an aircraft is characterized by including: a fuselage; a control box arranged at a forward end of the fuselage; and a propeller driving device installed at a spaced distance in front of the control box and driving a propeller.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)를 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성함에 따라 우수한 방열 효과가 있어 모터 효율 향상을 도모할 수 있다. 더욱이, 절연성 방열복합재로 인슐레이터(또는 보빈)를 형성함에 따라 방열성능 및 절연성능은 물론 외력을 지탱할 수 있는 인장강도, 굴곡탄성률 등 기계적 강도가 담보된 항공용 모터를 제공할 수 있다.As described above, in the present invention, the insulator (or bobbin) that insulates between the stator core and the coil is formed of an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance, thereby achieving excellent heat dissipation effects and improving motor efficiency. Furthermore, by forming the insulator (or bobbin) of an insulating heat-dissipating composite material, it is possible to provide an aviation motor that not only has heat dissipation and insulation performance, but also mechanical strength such as tensile strength and flexural modulus that can withstand external force.

또한, 본 발명에서는 스테이터의 인슐레이터(또는 보빈)에 권선된 코일을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 절연하도록 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩함에 따라 방열 효과와 함께 내측 공냉시에 습기나 이물질이 모터 내부로 유입되어 전기적인 쇼트가 발생하는 문제를 동시에 해결할 수 있다. 상기 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩될 때, 스테이터는 로터의 마그넷과 대향한 스테이터 코어의 슈 부분을 제외한 외부로 노출되는 모든 부분을 커버하도록 형성된다.In addition, in the present invention, by insert molding with an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance to surround a coil wound on an insulator (or bobbin) of a stator and insulate between coils, the problem of moisture or foreign substances flowing into the motor during internal air cooling, causing an electrical short circuit, can be solved simultaneously with the heat dissipation effect. When insert molding with the insulating heat-dissipating composite material, the stator is formed to cover all parts exposed to the outside except for the shoe portion of the stator core facing the magnet of the rotor.

더욱이, 본 발명에서는 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)의 형성에 사용되는 제1절연성 방열복합재와 인슐레이터(또는 보빈)에 권선된 코일을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 절연하도록 인서트 몰딩방식으로 피복되는 제2절연성 방열복합재의 조성을 달리하여 방열성능을 극대화시킬 수 있다.Furthermore, in the present invention, the composition of the first insulating heat-dissipating composite material used to form an insulator (or bobbin) that insulates between the stator core and the coil and the second insulating heat-dissipating composite material that surrounds the coil wound on the insulator (or bobbin) and is coated by insert molding to insulate between the coils can be varied to maximize the heat dissipation performance.

본 발명의 프로펠러 구동장치에서는 인너 로터-아우터 스테이터 방식의 BLDC 모터를 이용하며 로터와 스테이터에 외측 공냉과 내측 공냉에 의해 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.In the propeller driving device of the present invention, a BLDC motor of the inner rotor-outer stator type is used, and effective cooling can be achieved through external air cooling and internal air cooling of the rotor and stator.

또한, 본 발명에서는 상부와 하부 커버에 복수의 관통구멍을 형성하고 이와 동시에 로터 본체와 회전축 사이에 복수의 브릿지를 통하여 연결함에 의해 복수의 관통구멍을 형성하여 내측 공냉에 의해 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.In addition, in the present invention, a plurality of through holes are formed in the upper and lower covers, and at the same time, a plurality of bridges are connected between the rotor body and the rotating shaft, thereby forming a plurality of through holes, so that effective cooling can be achieved through internal air cooling.

더욱이, 본 발명에서는 스테이터 코어의 외주부와 케이싱 사이에 냉매 순환이 이루어질 수 있는 냉매순환회로를 갖는 워터 자켓을 구비함에 의해 수냉방식으로 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.Furthermore, in the present invention, effective heat dissipation can be achieved through water cooling by providing a water jacket having a refrigerant circulation circuit that can circulate refrigerant between the outer peripheral portion of the stator core and the casing.

도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치가 적용된 프로펠러 경비행기를 나타내는 사시도, 프로펠러 구동장치가 콘트롤 박스에 설치된 사진 및 프로펠러 구동장치에 프로펠러가 결합된 것을 나타낸 확대측면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치를 나타내는 평면 및 도 2a의 A-A선 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치의 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치의 로터 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치의 스테이터 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따라 절연성 방열복합재로 인슐레이터(또는 보빈)를 형성한 실시예와 방열 플라스틱을 적용하지 않은 비교예의 각 상별 온도를 나타내는 그래프이다.
FIGS. 1A to 1C are a perspective view showing a propeller light aircraft to which a propeller drive device according to the present invention is applied, a photograph showing the propeller drive device installed in a control box, and an enlarged side view showing a propeller coupled to the propeller drive device, respectively.
FIG. 2a and FIG. 2b are a plan view and a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2a, respectively, showing a propeller driving device according to the present invention.
Figure 3 is a partially cut-away perspective view of a propeller drive device according to the present invention.
Figure 4 is an exploded perspective view of a propeller driving device according to the present invention.
Figure 5 is an exploded perspective view of a rotor of a propeller driving device according to the present invention.
Figure 6 is an exploded perspective view of a stator of a propeller driving device according to the present invention.
Figure 7 is a graph showing the temperature of each phase of an example in which an insulator (or bobbin) is formed with an insulating heat-dissipating composite according to the present invention and a comparative example in which a heat-dissipating plastic is not applied.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. In this process, the size and shape of the components depicted in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. The definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

본 발명에 따른 프로펠러 구동장치는 예를 들어, 2인용 경비행기나 고중량 부하를 운반하는 대형 드론 등에 적용될 수 있으며, 프로펠러 구동장치에 구비된 모터는 수십 Kw급의 대형 BLDC 구동모터가 요구되고 있다.The propeller drive device according to the present invention can be applied to, for example, a two-person light aircraft or a large drone carrying a heavy load, and a motor equipped in the propeller drive device is required to be a large BLDC drive motor of several tens of kW.

상기 프로펠러 구동장치에 채용되는 수십 Kw급의 대형 BLDC 구동모터는 스테이터로부터 많은 열이 발생될 때, 적절한 냉각과 방열이 이루어지지 못하는 경우 모터의 효율 저하와 고장이 발생할 수 있다.When a large BLDC drive motor of several tens of kilowatts used in the above propeller drive device generates a lot of heat from the stator, if proper cooling and heat dissipation are not achieved, the motor efficiency may decrease and failure may occur.

본 발명에서는 많은 열이 발생되는 스테이터가 로터의 외측에 배치된 인너 로터-아우터 스테이터 방식의 BLDC 모터를 채용하며, 경비행기의 프로펠러 구동에 적용된 것을 예를 들어 설명한다.In the present invention, a BLDC motor of the inner rotor-outer stator type, in which a stator that generates a lot of heat is placed on the outside of the rotor, is used, and its application to driving a propeller of a light aircraft is explained as an example.

상기 실시예 설명에서는 프로펠러 구동장치의 회전축이 수평방향으로 배치된 것이나, 수직방향으로 배치된 경우에도 적용될 수 있다. 이 경우, 토크를 증대시키도록 모터의 출력에 감속기가 결합될 수도 있다.The above embodiment can be applied to cases where the rotation axis of the propeller drive device is arranged horizontally or vertically. In this case, a reducer may be coupled to the output of the motor to increase torque.

첨부한 도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치가 적용된 프로펠러 경비행기를 나타내는 사시도, 프로펠러 구동장치가 콘트롤 박스에 설치된 사진 및 프로펠러 구동장치에 프로펠러가 결합된 것을 나타낸 확대측면도이다. 또한, 도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치를 나타내는 평면 및 도 2a의 A-A선 단면도이다. The attached FIGS. 1a to 1c are a perspective view showing a propeller light aircraft to which a propeller drive device according to the present invention is applied, a photograph showing the propeller drive device installed in a control box, and an enlarged side view showing a propeller coupled to the propeller drive device, respectively. In addition, FIGS. 2a and 2b are a plan view showing the propeller drive device according to the present invention and a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2a, respectively.

도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치(10)는 경비행기(200)의 동체(210) 중 선단부에 배치된 콘트롤 박스(220)의 전면에 간격을 두고 설치되며, 회전축의 선단부에 프로펠러(70)가 결합되어 프로펠러(70)를 회전 구동하며, 프로펠러 구동장치(10)의 회전축은 수평방향으로 배치되어 있다. Referring to FIGS. 1A to 1C, a propeller drive device (10) according to the present invention is installed at a distance from the front of a control box (220) positioned at the front end of a fuselage (210) of a light aircraft (200), a propeller (70) is coupled to the front end of a rotational shaft to rotate the propeller (70), and the rotational shaft of the propeller drive device (10) is positioned in a horizontal direction.

상기 콘트롤 박스(220)에는 경비행기(200)의 운항을 제어하는 각종 전자장치들을 제어하는 제어부와 프로펠러 구동장치(10)에 구비된 BLDC 모터(100)를 구동하기 위한 모터구동장치를 포함할 수 있다.The above control box (220) may include a control unit for controlling various electronic devices for controlling the operation of a light aircraft (200) and a motor drive device for driving a BLDC motor (100) equipped in a propeller drive device (10).

이 경우, 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치(10)는 경비행기(200)에 한정되지 않고 복수의 프로펠러를 각각 구동하는 멀티콥터형 드론 뿐 아니라 단일의 프로펠러를 구동하는 드론에도 적용될 수 있다.In this case, the propeller drive device (10) according to the present invention is not limited to a light aircraft (200), and can be applied not only to a multicopter type drone that drives multiple propellers, but also to a drone that drives a single propeller.

도 2a 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 프로펠러 구동장치(10)는 싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 모터(100) 및 상기 모터(100)의 회전축(50)에 프로펠러(70)를 장착하기 위한 프로펠러 설치 브라켓(20)을 포함하고 있다.Referring to FIGS. 2a to 3, a propeller driving device (10) according to the present invention includes a single rotor-single stator type motor (100) and a propeller installation bracket (20) for mounting a propeller (70) on the rotation shaft (50) of the motor (100).

상기 프로펠러 설치 브라켓(20)은 크게 링 형상으로 이루어져서 중앙부에 대직경의 중앙관통구멍(21)이 형성되어 있다. 또한, 중앙관통구멍(21)의 주변에 동일 원주상에 복수개의 대직경의 주변관통구멍(23)과 복수개의 소직경의 주변관통구멍(24)이 배치되어 있다. 상기 복수개의 대직경의 주변관통구멍(23)과 복수개의 소직경의 주변관통구멍(24)은 살빼기용으로 배치된 것으로 무게를 감소시키기 위한 것이다.The above propeller installation bracket (20) is largely formed in a ring shape, and a large-diameter central through hole (21) is formed in the center. In addition, a plurality of large-diameter peripheral through holes (23) and a plurality of small-diameter peripheral through holes (24) are arranged on the same circumference around the central through hole (21). The plurality of large-diameter peripheral through holes (23) and the plurality of small-diameter peripheral through holes (24) are arranged for slimming purposes to reduce weight.

상기 모터(100)의 회전축(50) 또한 경량화를 위해 중앙부(50a)가 중공 형태로 이루어져 있고, 그의 외경은 상기 프로펠러 설치 브라켓(20)의 중앙관통구멍(21)에 대응하는 크기로 설정된다.The rotation shaft (50) of the above motor (100) is also formed in a hollow shape at the center (50a) to reduce weight, and its outer diameter is set to a size corresponding to the center through-hole (21) of the propeller installation bracket (20).

상기 프로펠러 설치 브라켓(20)의 중앙관통구멍(21)에는 모터(100)의 회전축(50)과 결합을 위해 환형의 돌기부(25)가 하측에 배치되어 있다. 또한, 상기 환형의 돌기부(25)에는 모터(100)의 회전축(50)에 복수개의 고정나사(22)를 체결하여 고정시키기 위한 복수개의 나사체결용 관통구멍이 형성되어 있다.A ring-shaped protrusion (25) is positioned on the lower side of the central through hole (21) of the propeller installation bracket (20) for coupling with the rotation shaft (50) of the motor (100). In addition, a plurality of screw fastening through holes are formed in the ring-shaped protrusion (25) for fastening a plurality of fixing screws (22) to the rotation shaft (50) of the motor (100).

상기 회전축(50)의 상단부(50b)와 이를 수용하여 면접합되는 환형의 돌기부(25)의 저면은 단차 구조로 결합이 이루어진다. 이러한 상기 회전축(50)의 상단부(50b)와 돌기부(25) 저면의 단차 구조 결합은 프로펠러(70)의 회전시에 발생되는 비틀림을 잡기 위한 것이다.The upper end (50b) of the above-mentioned rotation shaft (50) and the bottom surface of the annular projection (25) that receives and faces the upper end (50b) of the above-mentioned rotation shaft (50) are joined in a step structure. This step structure joining of the upper end (50b) of the above-mentioned rotation shaft (50) and the bottom surface of the projection (25) is intended to prevent twisting that occurs when the propeller (70) rotates.

상기 싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 모터(100)는 원통형 케이스(12)와, 원통형 케이스(12)의 상부와 하부에 각각 결합되는 상부 커버(16)와 하부 커버(18)를 포함한다. 그 결과 원통형 케이스(12)와, 상부 커버(16)와 하부 커버(18)는 모터(100)의 하우징 역할을 한다. The above single rotor-single stator type motor (100) includes a cylindrical case (12), and an upper cover (16) and a lower cover (18) which are respectively connected to the upper and lower portions of the cylindrical case (12). As a result, the cylindrical case (12), the upper cover (16), and the lower cover (18) serve as a housing for the motor (100).

상기 원통형 케이스(12)의 내측에는 모터(100)를 수냉방식으로 냉각시키기 위한 워터 자켓(46), 스테이터(40), 로터(30) 및 회전축(50)이 순차적으로 배치되어 있다. 상기 회전축(50)은 각각 상부 커버(16)와 하부 커버(18)의 중앙에 위치한 상부 및 하부 베어링 하우징(16c,18c)에 설치된 상부 베어링(51)과 하부 베어링(52)에 회전 가능하게 지지되어 있다.Inside the cylindrical case (12) above, a water jacket (46), a stator (40), a rotor (30), and a rotation shaft (50) for cooling the motor (100) by water cooling are sequentially arranged. The rotation shaft (50) is rotatably supported by an upper bearing (51) and a lower bearing (52) installed in upper and lower bearing housings (16c, 18c) located at the center of the upper cover (16) and the lower cover (18), respectively.

이 경우, 상부 베어링(51)은 예를 들어, 레이디얼 하중과 1개의 큰 축 방향 하중을 동시에 지지할 수 있는 복열 앵귤러(angular) 볼 베어링이 사용되고, 하부 베어링(52)은 단열 앵귤러 볼 베어링이 사용될 수 있다.In this case, the upper bearing (51) may be, for example, a double-row angular ball bearing capable of supporting a radial load and one large axial load simultaneously, and the lower bearing (52) may be a single-row angular ball bearing.

상기 워터 자켓(46)은 도 6에 도시된 바와 같이 원통부의 몸체 외주부에 나선형 통로를 형성하도록 나선형 돌기부(46a)가 형성되어 있으며, 나선형 돌기부(46a)는 원통형 케이스(12)의 내측면과 접촉이 이루어진다. 그 결과 나선형 돌기부(46a) 사이에는 모터(100)를 수냉방식으로 냉각시키기 위한 냉매가 순환되는 나선형 통로(46b)가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 냉매는 물이나 항공기의 냉각유가 사용될 수 있다. As shown in Fig. 6, the water jacket (46) has a spiral projection (46a) formed on the outer periphery of the cylindrical body to form a spiral passage, and the spiral projection (46a) comes into contact with the inner surface of the cylindrical case (12). As a result, a spiral passage (46b) can be formed between the spiral projections (46a) through which a coolant for cooling the motor (100) by water cooling is circulated. In this case, water or aircraft cooling oil can be used as the coolant.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 원통형 케이스(12)의 상부와 하부에는 각각 나선형 통로(46b)와 연결되는 입구 또는 출구(47a,47b)가 형성되어 있으며, 입구 또는 출구(47a,47b)는 냉매를 순환시키기 위한 펌프와 연결되어 있다. In addition, as shown in Fig. 2b, an inlet or outlet (47a, 47b) connected to a spiral passage (46b) is formed at the upper and lower portions of the cylindrical case (12), respectively, and the inlet or outlet (47a, 47b) is connected to a pump for circulating the refrigerant.

상기 워터 자켓(46)의 상부와 하부에는 원통형 케이스(12)와의 사이에 실링을 위한 O-링(48a,48b)이 각각 삽입되어 있어, 나선형 통로(46b)의 누수를 방지하고 있다.O-rings (48a, 48b) for sealing are inserted into the upper and lower portions of the water jacket (46) and the cylindrical case (12), respectively, to prevent leakage of the spiral passage (46b).

상기 원통형 케이스(12)와 상부 커버(16)와 하부 커버(18) 사이에는 상호 결합을 위해 상부 커버(16)와 하부 커버(18)에 복수의 관통구멍(19)이 형성된 돌기부가 구비되어 있으며, 복수의 관통구멍(19)에 고정나사(19a)를 체결하여 고정시킨다.Between the above cylindrical case (12) and the upper cover (16) and the lower cover (18), a protrusion is provided in which a plurality of through holes (19) are formed in the upper cover (16) and the lower cover (18) for mutual connection, and a fixing screw (19a) is fastened to the plurality of through holes (19) to secure them.

상기 상부 커버(16)와 하부 커버(18)에는 공냉용 공기 흐름 통로의 역할을 하는 복수의 관통구멍(16e,18e)이 형성되어 있다. 이를 위해 상기 상부 커버(16)와 하부 커버(18)에는 내측에 위치하면서 허브(hub) 역할을 하는 상부 및 하부 베어링 하우징(16c,18c)과 외부에 배치된 외곽링(16a,18a) 사이에 동심원 형상으로 이루어진 중간링(16b,18b)이 배치되고, 상부 및 하부 베어링 하우징(16c,18c)과 중간링(16b,18b) 및 외곽링(16a,18a)을 연결하도록 복수의 브릿지(16d,18d)가 방사상으로 뻗어 있다. 따라서, 상부 및 하부 베어링 하우징(16c,18c), 중간링(16b,18b), 외곽링(16a,18a) 및 복수의 브릿지(16d,18d) 사이에는 복수의 관통구멍(16e,18e)이 형성되어 있다. The upper cover (16) and the lower cover (18) are formed with a plurality of through holes (16e, 18e) that serve as air flow passages for cooling. To this end, the upper cover (16) and the lower cover (18) are provided with an intermediate ring (16b, 18b) that is formed in a concentric shape between the upper and lower bearing housings (16c, 18c) that are positioned on the inside and serve as hubs and the outer rings (16a, 18a) that are arranged on the outside, and a plurality of bridges (16d, 18d) extend radially to connect the upper and lower bearing housings (16c, 18c) and the intermediate rings (16b, 18b) and the outer rings (16a, 18a). Accordingly, a plurality of through holes (16e, 18e) are formed between the upper and lower bearing housings (16c, 18c), the middle ring (16b, 18b), the outer ring (16a, 18a), and the plurality of bridges (16d, 18d).

상기 중간링(16b,18b)은 강도 보강용으로서 필요에 따라 생략 또는 추가가 가능하며, 상부 커버(16)와 하부 커버(18)에 형성된 복수의 관통구멍(16e,18e)을 형성하기 위한 네트워크 구조는 다르게 변경될 수 있다.The above intermediate rings (16b, 18b) may be omitted or added as needed for strength reinforcement, and the network structure for forming a plurality of through holes (16e, 18e) formed in the upper cover (16) and the lower cover (18) may be changed differently.

상기 복수의 관통구멍(16e,18e)은 외부로부터 모터(100)의 내부로 상대적으로 낮은 온도의 외부 공기를 유입한 후, 스테이터(40)로부터 발생된 열과 열교환 후 모터 외부로 배출되는 공냉용 공기흐름통로를 형성한다.The above plurality of through holes (16e, 18e) form an air flow passage for cooling air that introduces relatively low temperature outside air from the outside into the inside of the motor (100), then exchanges heat with the heat generated from the stator (40) and then discharges it to the outside of the motor.

본 발명에 따른 모터(100)는 스테이터(40)의 내측에 로터(30)가 배치된 인너 로터 구조를 가지고 있다. 또한, 상기 모터(100)는 스테이터(40)의 내측에 로터(30)가 동심원상으로 배치된 레이디얼 갭 타입(Radial gap type)의 전동기를 구성한다. The motor (100) according to the present invention has an inner rotor structure in which a rotor (30) is arranged inside a stator (40). In addition, the motor (100) constitutes a radial gap type electric motor in which a rotor (30) is arranged concentrically inside a stator (40).

상기 로터(30)는 도 2a 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 중앙부에 배치된 중공 형태의 회전축(50)으로부터 방사상으로 복수의 브릿지(34)가 연장되어 있고, 복수의 브릿지(34)의 선단부는 환형의 림(rim)(33)과 연결되어 있다. 또한, 복수의 브릿지(34)와 회전축(50)의 연결부에도 강도 보강을 위해 환형의 허브(35)가 보강되어 있다.As shown in FIGS. 2A to 5, the above rotor (30) has a plurality of bridges (34) extending radially from a hollow rotation shaft (50) arranged at the center, and the tip ends of the plurality of bridges (34) are connected to an annular rim (33). In addition, an annular hub (35) is reinforced at the connection portion between the plurality of bridges (34) and the rotation shaft (50) to enhance strength.

상기 회전축(50)과 복수의 브릿지(34)를 통하여 연결되는 환형의 림(rim)(33)은 일체로 형성되며, 경량이면서 강도를 제공할 수 있는 금속재, 예를 들어, 알루미늄 합금 또는 듀랄루민 등으로 이루어질 수 있다.The above-mentioned rotation shaft (50) and the annular rim (33) connected through a plurality of bridges (34) are formed integrally and may be made of a metal material that is lightweight and provides strength, such as an aluminum alloy or duralumin.

상기 환형 림(rim)(33)의 외주에는 자기회로역할을 하는 백요크(31)가 슬라이딩 방식으로 결합되어 있다. 이를 위해 림(rim)(33)의 외주에는 복수의 결합요홈(33a)이 형성되고 백요크(31)의 내주부에는 복수의 결합요홈(33a)에 결합되는 복수의 결합돌기(31b)가 돌출되어 있다. A back yoke (31) that functions as a magnetic circuit is slidably coupled to the outer periphery of the above-mentioned annular rim (33). To this end, a plurality of coupling grooves (33a) are formed on the outer periphery of the rim (33), and a plurality of coupling projections (31b) that are coupled to the plurality of coupling grooves (33a) are protruded from the inner periphery of the back yoke (31).

상기 백요크(31)는 외표면에 부착되는 복수의 마그넷(32)와 함께 자기회로를 형성하도록 전기강판(실리콘 강판)으로 이루어질 수 있으며, 외표면에는 복수의 마그넷(32)을 부착하기 위한 복수의 결합돌기(31a)가 돌출되어 있다.The above back yoke (31) may be made of an electrical steel plate (silicon steel plate) to form a magnetic circuit together with a plurality of magnets (32) attached to the outer surface, and a plurality of coupling protrusions (31a) for attaching a plurality of magnets (32) protrude from the outer surface.

상기 백요크(31)의 복수의 결합돌기(31a)는 인접한 2개의 결합돌기(31a) 사이에 마그넷(32)을 슬라이딩 결합방식으로 수용하면서 지지한다. 이 경우, 마그넷(32)의 형상은 사다리꼴 형상으로 이루어지고, 2개의 결합돌기(31a) 사이에 형성되는 공간은 사다리꼴 형상의 마그넷(32)이 결합되도록 내측의 폭이 더 길게 형성된다. 이에 따라 상기 결합돌기(31a)는 결합돌기(31a) 사이에 결합된 마그넷(32)이 비산 또는 이탈되는 것을 막을 수 있다.The plurality of coupling protrusions (31a) of the above back yoke (31) support the magnet (32) by receiving it between two adjacent coupling protrusions (31a) in a sliding coupling manner. In this case, the shape of the magnet (32) is formed as a trapezoidal shape, and the space formed between the two coupling protrusions (31a) is formed with a longer inner width so that the trapezoidal magnet (32) can be coupled. Accordingly, the coupling protrusions (31a) can prevent the magnet (32) coupled between the coupling protrusions (31a) from flying away or coming off.

상기 복수의 마그넷(32)은 영구자석으로 이루어지며 복수의 N극 및 S극 마그넷이 교대로 배치된다.The above plurality of magnets (32) are made of permanent magnets, and a plurality of N-pole and S-pole magnets are arranged alternately.

상기 로터(30)는 백요크(31)의 외표면에 복수의 마그넷(32)이 부착된 후, 로터지지체(36)가 결합된다.The above rotor (30) has a plurality of magnets (32) attached to the outer surface of the back yoke (31), and then a rotor support (36) is coupled to it.

상기 로터지지체(36)는 마그넷(32)의 상부와 하부를 커버하는 환형의 상부판(36a)과 하부판(36b), 및 마그넷(32)과 마그넷(32) 사이에 배치되면서 양단부가 상부판(36a)과 하부판(36b)에 연결되는 복수의 연결부(36c)를 포함하고 있다. 이에 따라 로터지지체(36)는 스테이터 코어의 슈 부분과 대향하는 각 마그넷(32)의 외표면을 제외하고 외측면을 커버한다.The above rotor support (36) includes an annular upper plate (36a) and a lower plate (36b) covering the upper and lower portions of the magnet (32), and a plurality of connecting portions (36c) arranged between the magnets (32) and having both ends connected to the upper plate (36a) and the lower plate (36b). Accordingly, the rotor support (36) covers the outer surface except for the outer surface of each magnet (32) facing the shoe portion of the stator core.

상기 상부판(36a)과 하부판(36b)에는 각각 로터(30)의 회전시에 바람을 발생시켜서 스테이터(40)를 냉각시키도록 복수의 블레이드(37a,37b)가 돌출되어 있다. 이 경우, 상기 복수의 블레이드(37a,37b)의 형상은 직선 형상, 라운드 형상 등으로 이루어질 수 있다.A plurality of blades (37a, 37b) are protruded from the upper plate (36a) and the lower plate (36b) to generate wind when the rotor (30) rotates and cool the stator (40). In this case, the shapes of the plurality of blades (37a, 37b) may be formed as a straight shape, a round shape, etc.

상기와 같이 로터(30)의 회전에 따라 복수의 블레이드(37a,37b)에 의해 발생되는 바람은 원주 방향을 따르며, 이 원주 방향 바람은 상부 커버(16)의 복수의 관통구멍(16e), 복수의 브릿지(34) 사이에 형성된 복수의 공간(33c) 및 하부 커버(18)에 형성된 복수의 관통구멍(18e)을 통과하는 공냉용 공기 흐름과 충돌하여 와류를 발생시킨다. 이렇게 발생된 와류는 모터(100) 내부의 구석진 곳까지 도달하게 되어 가장 큰 발열이 이루어지는 스테이터(40)와 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있다. As described above, the wind generated by the plurality of blades (37a, 37b) according to the rotation of the rotor (30) follows the circumferential direction, and this circumferential wind collides with the air flow for cooling passing through the plurality of through holes (16e) of the upper cover (16), the plurality of spaces (33c) formed between the plurality of bridges (34), and the plurality of through holes (18e) formed in the lower cover (18) to generate a vortex. The vortex generated in this way reaches even the corners of the inside of the motor (100), so that heat exchange can be effectively performed with the stator (40) where the greatest amount of heat is generated.

또한, 상기 상부판(36a)과 하부판(36b)에는 상기 백요크(31)와의 결합을 위해 복수의 관통구멍(36d)이 형성된 돌출부가 구비되어 있고, 백요크(31)에도 복수의 결합구멍(33b)이 형성되어 있어 고정나사 등으로 체결될 수 있다.In addition, the upper plate (36a) and the lower plate (36b) are provided with protrusions having a plurality of through holes (36d) formed therein for connection with the back yoke (31), and the back yoke (31) is also provided with a plurality of connecting holes (33b) so that it can be fastened with a fixing screw or the like.

상기 로터(30)는 회전축(50)과 환형의 림(rim)(33) 사이를 복수의 브릿지(34)를 통하여 연결되어 있다. 그 결과, 복수의 브릿지(34) 사이에 형성된 복수의 공간(33c)은 상부 커버(16)와 하부 커버(18)에 구비된 복수의 관통구멍(16e,18e)을 통하여 모터의 외부로부터 내부로 유입된 상대적으로 낮은 온도의 외부 공기가 모터 외부로 배출되는 공기의 흐름 통로를 형성한다.The above rotor (30) is connected between the rotation shaft (50) and the annular rim (33) through a plurality of bridges (34). As a result, a plurality of spaces (33c) formed between the plurality of bridges (34) form an air flow passage through which relatively low temperature external air, which is introduced from the outside of the motor into the inside through a plurality of through holes (16e, 18e) provided in the upper cover (16) and the lower cover (18), is discharged to the outside of the motor.

상기 스테이터(40)는 도 2a 내지 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 자기회로를 형성하도록 소정의 폭을 갖는 환형의 백요크(41a)와 상기 백요크(41a)로부터 복수의 티스(41b)가 내측으로 방사상으로 뻗어 있는 스테이터 코어(41)와, 상기 티스(41b) 각각의 코일이 권선될 외주면을 감싸도록 일체로 형성되는 절연성 재질의 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)과, 상기 복수의 티스(41b) 각각의 인슐레이터(42a,42b)의 외주면에 권선되는 스테이터 코일(43)을 포함한다. The above stator (40) includes, as shown in FIGS. 2a to 4 and 6, a stator core (41) having a ring-shaped back yoke (41a) having a predetermined width to form a magnetic circuit, a plurality of teeth (41b) extending radially inward from the back yoke (41a), an insulator (or bobbin) (42a, 42b) made of an insulating material integrally formed to surround an outer surface on which coils of each of the teeth (41b) are wound, and a stator coil (43) wound on the outer surface of the insulator (42a, 42b) of each of the plurality of teeth (41b).

상기 복수의 티스(41b)는 각각 "T" 형상으로 이루어지며 로터(30)의 마그넷(32)과 대향하는 슈(shoe) 부분과 환형의 백요크(41a) 사이에 코일(43)이 권선되는 권선영역을 갖는다. The above plurality of teeth (41b) are each formed in a “T” shape and have a winding area in which a coil (43) is wound between a shoe portion facing the magnet (32) of the rotor (30) and an annular back yoke (41a).

인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)는 사전에 미리 상부 및 하부 인슐레이터(42a,42b)로 제작된 후, 스테이터 코어(41)에 조립되거나 절연성 플라스틱(수지)로 인서트 몰딩방식으로 일체로 형성될 수 있다. The insulator (or bobbin) (42a, 42b) may be manufactured in advance as upper and lower insulators (42a, 42b) and then assembled to the stator core (41) or formed integrally using an insert molding method with insulating plastic (resin).

이 경우, 상부 및 하부 인슐레이터(42a,42b)는 각각 소정 폭으로 이루어진 환형의 베이스 프레임(420)에, 로터(30)의 마그넷(32)과 대향하는 슈(shoe) 부분을 제외하고 티스(41b)의 권선영역을 상부와 하부에서 1/2씩 수용하는 복수의 티스수용부(422)가 간격을 두고 돌출되어 있다. In this case, the upper and lower insulators (42a, 42b) are formed on an annular base frame (420) having a predetermined width, and a plurality of tooth receiving portions (422) that receive half of the winding area of the teeth (41b) at the upper and lower portions, excluding the shoe portion facing the magnet (32) of the rotor (30), protrude at intervals.

상부 및 하부 인슐레이터(42a,42b)는 바람직하게는 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성할 수 있다. 상기 모터(100)는 항공기에 채용되는 경우 낙뢰로부터 안전하도록 적어도 10Kv 이상의 절연성능을 갖는 것이 요구되며, 방열 특성을 고려하여 열전도도가 3W/mK 이상인 것이 바람직하다.The upper and lower insulators (42a, 42b) may preferably be formed of an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance. When the motor (100) is employed in an aircraft, it is required to have an insulation performance of at least 10Kv or higher to ensure safety from lightning, and considering the heat dissipation characteristics, it is preferable that the thermal conductivity be 3W/mK or higher.

상기한 점을 고려하여 본 발명에 사용되는 절연성 방열복합재는 연속 사용온도가 150℃ 이상이며 바인더 역할을 하는 고분자 매트릭스, 열전도성 향상을 위해 첨가되어 분산되는 세라믹으로 이루어진 절연성 방열필러 및 강도 보강을 위해 첨가되는 보강 섬유를 포함하고 있다.Considering the above points, the insulating heat-dissipating composite used in the present invention has a continuous use temperature of 150°C or higher and includes a polymer matrix acting as a binder, an insulating heat-dissipating filler made of ceramic added and dispersed to improve thermal conductivity, and reinforcing fibers added to reinforce strength.

상기 고분자매트릭스는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함할 수 있다.The above polymer matrix may include one compound selected from the group consisting of polyamide, polyester, polyketone, liquid crystal polymer, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene oxide (PPO), polyether sulfone (PES), polyether imide (PEI), and polyimide, or a mixture or copolymer of two or more compounds.

이 경우, 상기 고분자매트릭스는 연속 사용온도가 150℃ 이상인 것이 바람직하며, 예를 들어, 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 사용할 수 있다.In this case, it is preferable that the polymer matrix have a continuous use temperature of 150°C or higher, and for example, polyphenylene sulfide (PPS) can be used.

또한, 상기 절연성 방열필러는 상기 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 75 ~ 100 중량부로 구비될 수 있다. Additionally, the insulating heat-dissipating filler may be provided in an amount of 75 to 100 parts by weight per 100 parts by weight of the polymer matrix.

또한, 상기 절연성 방열필러는 산화마그네슘, 탈크, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 실리콘카바이드 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the insulating heat-dissipating filler may include at least one selected from the group consisting of magnesium oxide, talc, titanium dioxide, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, aluminum oxide, silica, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, beryllium oxide, silicon carbide, and manganese oxide.

상기 절연성 방열필러의 평균입경은 10㎚ ~ 600㎛일 수 있다. The average particle diameter of the above insulating heat-dissipating filler may be 10 nm to 600 μm.

더욱이, 상기 보강 섬유는 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 약 30 중량부로 구비될 수 있으며, 예를 들어, 유리섬유 등이 사용될 수 있다.Furthermore, the reinforcing fibers may be provided in an amount of about 30 parts by weight per 100 parts by weight of the polymer matrix, and for example, glass fibers may be used.

또한, 절연성 복합재는 분산제, 산화방지제, 작업개선제, 커플링제, 안정제, 난연제, 안료 및 충격개선제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.Additionally, the insulating composite may further include one or more additives selected from the group consisting of dispersants, antioxidants, workability improvers, coupling agents, stabilizers, flame retardants, pigments, and impact improvers.

본 발명의 프로펠러 구동장치(10)에 적용된 인너 로터-아우터 스테이터 방식의 BLDC 모터(100)는 싱글 로터(30)와 싱글 스테이터(40)로 구성되어 있다. 스테이터(40)는 3상(U,V,W) 코일(43)이 스테이터 코어(41)의 티스(41b)에 권선되어 있으며, 모터의 외부에 설치된 모터구동장치로부터 3상(U,V,W) 코일(43)에 구동신호를 인가하도록 케이블(45)을 통하여 연결되어 있다. The BLDC motor (100) of the inner rotor-outer stator type applied to the propeller driving device (10) of the present invention is composed of a single rotor (30) and a single stator (40). The stator (40) has a three-phase (U, V, W) coil (43) wound around the teeth (41b) of the stator core (41), and is connected via a cable (45) to apply a driving signal to the three-phase (U, V, W) coil (43) from a motor driving device installed outside the motor.

도 7은 본 발명에 따라 절연성 방열복합재로 인슐레이터(또는 보빈)를 형성한 실시예와 방열 플라스틱을 적용하지 않은 비교예의 각 상별 온도를 나타내는 그래프이다. Figure 7 is a graph showing the temperature of each phase of an example in which an insulator (or bobbin) is formed with an insulating heat-dissipating composite according to the present invention and a comparative example in which a heat-dissipating plastic is not applied.

본 발명에서는 절연성 방열복합재로 인슐레이터(또는 보빈)를 형성함에 따라 방열성능 및 절연성능은 물론 외력을 지탱할 수 있는 인장강도, 굴곡탄성률 등 기계적 강도가 담보된 항공용 모터를 제공할 수 있다. In the present invention, by forming an insulator (or bobbin) with an insulating heat-dissipating composite material, an aircraft motor can be provided that not only has heat dissipation and insulation performance, but also mechanical strength such as tensile strength and flexural modulus that can withstand external force.

또한, 본 발명에서는 스테이터(40)의 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)에 권선된 코일(43)을 둘러싸면서 인접한 코일과 코일 사이를 절연하도록 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩된 방열용 스테이터 지지체(44)를 포함하고 있다.In addition, the present invention includes a heat-dissipating stator support (44) that is insert-molded with an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance to surround a coil (43) wound on an insulator (or bobbin) (42a, 42b) of a stator (40) and insulate between adjacent coils.

이 경우, 상기 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩되는 스테이터 지지체(44)는, 로터(30)의 마그넷(32)과 대향한 스테이터 코어(41)의 슈(shoe) 부분을 제외한 외부로 노출되는 모든 부분을 커버하도록 형성된다.In this case, the stator support (44) insert-molded with the insulating heat-dissipating composite material is formed to cover all parts exposed to the outside except for the shoe portion of the stator core (41) facing the magnet (32) of the rotor (30).

상기 방열용 스테이터 지지체(44)의 직경방향 외측면은 워터 자켓(46)과 접촉하고 있다. 따라서, 스테이터(40)의 코일(43)로부터 열이 발생하는 경우, 열이 방열용 스테이터 지지체(44)로 전도된 후, 수냉방식으로 냉각이 이루어지고 있는 워터 자켓(46)과 열교환이 이루어지면서 방열이 이루어질 수 있다.The radially outer surface of the above-mentioned heat-radiating stator support (44) is in contact with the water jacket (46). Therefore, when heat is generated from the coil (43) of the stator (40), the heat is conducted to the heat-radiating stator support (44), and then heat is exchanged with the water jacket (46) that is being cooled by a water cooling method, thereby allowing heat to be dissipated.

이 경우, 본 발명에서는 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)의 형성에 사용되는 제1절연성 방열복합재와 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)에 권선된 스테이터 코일(43)을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 절연하고 코일로부터 발생된 열을 외부로 방열하는 스테이터 지지체(44)의 형성에 사용되는 제2절연성 방열복합재의 조성을 달리하여 방열성능을 극대화시킬 수 있다. In this case, in the present invention, the composition of the first insulating heat-dissipating composite material used to form an insulator (or bobbin) (42a, 42b) that insulates between the stator core and the coil, and the composition of the second insulating heat-dissipating composite material used to form a stator support (44) that surrounds the stator coil (43) wound on the insulator (or bobbin) (42a, 42b) to insulate between the coils and dissipate heat generated from the coil to the outside can be varied to maximize the heat dissipation performance.

즉, 제1절연성 방열복합재로 형성되는 상부 및 하부 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)는 발생된 열을 스테이터 코어로 모으는 것이고 상부 및 하부 인슐레이터(42a,42b)를 사출성형 방법으로 별도로 제작한 후 스테이터 코어(41)에 조립된다. 따라서, 상부 및 하부 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)는 최소한의 충격강도 특성을 나타내도록 박막 구조로 형성하는 것이 어렵고 우수한 성형성을 갖는 것이 요구되어 상대적으로 열전도도 특성이 떨어지게 된다. That is, the upper and lower insulators (or bobbins) (42a, 42b) formed of the first insulating heat-dissipating composite collect the generated heat into the stator core, and the upper and lower insulators (42a, 42b) are manufactured separately by an injection molding method and then assembled to the stator core (41). Therefore, it is difficult to form the upper and lower insulators (or bobbins) (42a, 42b) into a thin film structure so as to exhibit minimum impact strength characteristics, and excellent formability is required, so that the thermal conductivity characteristics are relatively poor.

즉, 제1절연성 방열복합재는 더 높은 방열성능(즉, 열전도도)을 나타내도록 방열 필러의 함량을 증가시키면 충격강도 특성과 성형성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.That is, if the content of the heat-dissipating filler is increased to exhibit higher heat-dissipating performance (i.e., thermal conductivity) in the first insulating heat-dissipating composite, problems may arise in which the impact strength characteristics and formability deteriorate.

이에 반하여 제2절연성 방열복합재로 형성되는 스테이터 지지체(44)는 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)에 권선된 스테이터 코일(43)을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 절연하도록 인서트 몰딩방식으로 형성하는 것이 가능하다. In contrast, the stator support (44) formed of a second insulating heat-dissipating composite material can be formed by insert molding to surround the stator coil (43) wound on an insulator (or bobbin) (42a, 42b) and insulate between the coils.

따라서, 스테이터 지지체(44)는 사출성형 방법 대신에 인서트 몰딩방식으로 스테이터 코일(43)을 둘러싸면서 코일과 코일 사이를 피복하도록 형성되어 일체화되는 것이므로, 이에 사용되는 제2절연성 방열복합재 조성물은 제1절연성 방열복합재 조성물보다 낮은 충격강도 특성과 성형성을 갖는 것도 가능하여, 더 높은 방열성능(즉, 열전도도)을 나타내도록 방열 필러의 함량을 증가시키는 것이 가능하다.Accordingly, since the stator support (44) is formed integrally by surrounding the stator coil (43) and covering the space between the coils by insert molding instead of injection molding, the second insulating heat-dissipating composite composition used therein can have lower impact strength characteristics and moldability than the first insulating heat-dissipating composite composition, and thus it is possible to increase the content of the heat-dissipating filler so as to exhibit higher heat-dissipating performance (i.e., thermal conductivity).

상기한 바와 같이, 본 발명의 프로펠러 구동장치(10)에서는 인너 로터-아우터 스테이터 방식의 BLDC 모터(100)를 이용하여 로터(30)와 스테이터(40)에 외측 공냉과 내측 공냉에 의해 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. As described above, in the propeller driving device (10) of the present invention, an inner rotor-outer stator type BLDC motor (100) can be used to effectively cool the rotor (30) and the stator (40) by external air cooling and internal air cooling.

상기 내측 공냉을 위해 본 발명에서는 상부와 하부 커버(16,18)에 복수의 냉각용 관통구멍(16e,18e)을 형성하고 이와 동시에 로터의 본체를 지지하는 환형 림(rim)(33)과 회전축(50) 사이에 복수의 브릿지(34)를 통하여 연결함에 의해 복수의 브릿지(34) 사이에 복수의 공간(33c)을 형성함에 따라 모터 내부를 통과하는 공기 흐름 통로가 형성된다.In order to achieve the above-described internal cooling, the present invention forms a plurality of cooling through holes (16e, 18e) in the upper and lower covers (16, 18), and at the same time, connects a plurality of bridges (34) between an annular rim (33) supporting the main body of the rotor and a rotating shaft (50), thereby forming a plurality of spaces (33c) between the plurality of bridges (34), thereby forming an air flow passage passing through the inside of the motor.

즉, 본 발명의 프로펠러 구동장치(10)가 적용된 항공기가 비행할 때, 모터(100)의 상부 커버(16))에 구비된 복수의 관통구멍(16e)을 통하여 외부로부터 내부로 유입된 외부 공기는 복수의 브릿지(34) 사이에 형성되는 복수의 공간(33c)을 통과한 후, 하부 커버(18)에 구비된 복수의 관통구멍(18e)을 통하여 모터 외부로 배출된다.That is, when an aircraft to which the propeller drive device (10) of the present invention is applied flies, external air that is drawn in from the outside through a plurality of through-holes (16e) provided in the upper cover (16) of the motor (100) passes through a plurality of spaces (33c) formed between a plurality of bridges (34) and is then discharged to the outside of the motor through a plurality of through-holes (18e) provided in the lower cover (18).

그 결과, 상대적으로 낮은 온도의 외부 공기가 모터 내부로 유입되어 스테이터(40)에서 발생된 열과 열교환이 이루어진 후 모터 외부로 배출되는 공기의 흐름에 의해 모터의 내측 공냉이 이루어질 수 있다.As a result, the internal air cooling of the motor can be achieved by the flow of air that is discharged to the outside of the motor after relatively low temperature outside air is introduced into the motor and heat is exchanged with the heat generated in the stator (40).

더욱이, 본 발명에서는 스테이터 코어(41)의 외주부와 케이싱(12) 사이에 냉매 순환이 이루어질 수 있는 냉매순환회로를 갖는 워터 자켓(46)을 구비함에 의해 수냉방식으로 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.Furthermore, in the present invention, effective heat dissipation can be achieved through water cooling by providing a water jacket (46) having a refrigerant circulation circuit that can circulate refrigerant between the outer peripheral portion of the stator core (41) and the casing (12).

또한, 본 발명에서는 스테이터 코어(41)와 코일(43) 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)를 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성함에 따라 우수한 방열 효과가 있어 모터 효율 향상을 도모할 수 있다. 이 경우, 절연성 방열복합재로 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)를 형성함에 따라 방열성능 및 절연성능은 물론 외력을 지탱할 수 있는 인장강도, 굴곡탄성률 등 기계적 강도가 담보된 항공용 모터를 제공할 수 있다.In addition, in the present invention, the insulator (or bobbin) (42a, 42b) that insulates between the stator core (41) and the coil (43) is formed of an insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation and insulation performance, thereby achieving an excellent heat dissipation effect and thereby improving motor efficiency. In this case, by forming the insulator (or bobbin) (42a, 42b) of the insulating heat-dissipating composite material, it is possible to provide an aviation motor that not only has heat dissipation and insulation performance, but also mechanical strength such as tensile strength and flexural modulus that can withstand external force.

본 발명에서는 스테이터의 인슐레이터(또는 보빈)(42a,42b)에 권선된 코일(43)을 둘러싸면서 인접한 코일과 코일 사이를 절연하도록 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 인서트 몰딩함에 방열용 스테이터 지지체(44)를 구비하고 있다. In the present invention, a heat-radiating stator support (44) is provided in an insert molding made of an insulating heat-radiating composite material having both heat-radiating performance and insulation performance, which surrounds a coil (43) wound on an insulator (or bobbin) (42a, 42b) of a stator and insulates between adjacent coils.

상기 방열용 스테이터 지지체(44)는 로터(30)의 마그넷(32)과 대향한 스테이터 코어(41)의 슈 부분을 제외한 외부로 노출되는 모든 부분을 커버한다. 즉, 로터의 마그넷(32)과 자기회로 경로를 형성하는 스테이터 코어(41)의 슈 부분을 제외하고 방수 몰딩이 이루어지게 된다.The above-mentioned heat-dissipating stator support (44) covers all parts exposed to the outside except for the shoe part of the stator core (41) facing the magnet (32) of the rotor (30). That is, waterproof molding is performed except for the shoe part of the stator core (41) that forms a magnetic circuit path with the magnet (32) of the rotor.

그 결과, 상기한 모터 내부를 통과하는 공기 흐름 통로를 따라 습기나 이물질이 모터 내부로 유입될지라도 전기적인 쇼트가 발생하지 않는다.As a result, even if moisture or foreign matter flows into the motor through the airflow passage passing through the inside of the motor, an electrical short circuit does not occur.

또한, 방열용 스테이터 지지체(44)의 직경방향 외측면은 수냉방식으로 냉각이 이루어지고 있는 워터 자켓(46)과 접촉함에 따라 워터 자켓(46)과 열교환이 이루어지면서 방열이 이루어질 수 있다.In addition, the radial outer surface of the heat-radiating stator support (44) can be cooled by contacting the water jacket (46) through water cooling, thereby allowing heat to be dissipated through heat exchange with the water jacket (46).

상기 실시예 설명에서는 본 발명은 프로펠러 구동장치가 경비행기의 프로펠러를 회전 구동하는 것을 예시하였으나, 단일의 프로펠러 구동장치가 드론본체에 설치된 드론 또는 복수개의 프로펠러 구동장치가 드론본체로부터 뻗어 있는 복수개의 아암에 설치된 멀티콥터형 드론에 적용될 수 있다.In the above description of embodiments, the present invention has been exemplified as a case where a propeller drive device rotates a propeller of a light aircraft, but it can be applied to a drone in which a single propeller drive device is installed on the drone body or a multicopter-type drone in which a plurality of propeller drive devices are installed on a plurality of arms extending from the drone body.

더욱이, 상기 실시예 설명에서는 모터의 회전축이 외부에 노출된 경비행기의 프로펠러를 회전 구동하는 것을 예시하였으나, 원통 케이싱 내부에 프로펠러 또는 블레이드가 내장된 팬 구조를 가지는 드론으로 변경될 수 있다.Furthermore, although the above embodiment description exemplifies driving a propeller of a light aircraft with the rotational axis of the motor exposed to the outside, it can be changed to a drone having a fan structure with a propeller or blades built into a cylindrical casing.

또한, 본 발명은 택배 물품을 배송하기 위한 물류박스를 드론본체의 하부에 착탈 가능하게 구비한 물류 분야, 감시/정찰/수색, 방역/방제/살포, 방송/공연, 환경 측량, 구조 등의 다양한 용도로 다양하게 변경될 수 있다. In addition, the present invention can be modified for various purposes such as logistics fields, surveillance/reconnaissance/search, quarantine/disinfection/spraying, broadcasting/performance, environmental surveying, rescue, etc., by detachably installing a logistics box for delivering parcels on the lower part of the drone body.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. Although the present invention has been described and illustrated with specific preferred embodiments as examples, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

본 발명은 모터 내부에 형성된 공기흐름통로를 이용하여 내측 공냉과, 냉매순환회로를 갖는 워터 자켓을 이용하여 수냉, 및 스테이터 코어와 코일 사이를 절연하는 인슐레이터(또는 보빈)를 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 절연성 방열복합재로 형성하는 방열 구조를 갖는 프로펠러 구동장치에 관한 것으로, 경비행기 또는 드론에 적용될 수 있다. The present invention relates to a propeller driving device having a heat dissipation structure in which an internal air cooling is performed using an airflow passage formed inside a motor, a water cooling is performed using a water jacket having a refrigerant circulation circuit, and an insulator (or bobbin) that insulates between a stator core and a coil is formed using an insulating heat dissipation composite material having both heat dissipation and insulation performance, and can be applied to a light aircraft or drone.

10: 프로펠러 구동장치 12: 케이싱
16: 상부 커버 16e,18e: 관통구멍
18: 하부 커버 20: 프로펠러 설치 브라켓
30: 로터 31: 백요크
32: 마그넷 33: 림
34: 브릿지 35: 허브
36: 로터 지지체 37a,37b: 블레이드
40: 스테이터 41: 스테이터 코어
42a,42b: 인슐레이터 43: 스테이터 코일
44: 스테이터 지지체 45: 케이블
46: 워터 자켓 50: 회전축
51,52: 베어링 100: 모터
200: 경비행기 210: 동체
220: 콘트롤 박스
10: Propeller drive device 12: Casing
16: Top cover 16e,18e: Through hole
18: Lower cover 20: Propeller mounting bracket
30: Rotor 31: Back yoke
32: Magnet 33: Rim
34: Bridge 35: Hub
36: Rotor support 37a,37b: Blade
40: Stator 41: Stator core
42a,42b: Insulator 43: Stator coil
44: Stator support 45: Cable
46: Water jacket 50: Rotating shaft
51,52: Bearing 100: Motor
200: Light aircraft 210: Fuselage
220: Control Box

Claims (10)

싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 BLDC 모터; 및 상기 모터의 회전축에 프로펠러를 장착하기 위한 프로펠러 설치 브라켓;을 포함하며,
상기 모터는 원통형 케이스의 상부와 하부에 상부 커버와 하부 커버가 각각 결합된 하우징의 내측에 스테이터, 로터 및 회전축이 순차적으로 배치되어 있으며,

상기 스테이터는
자기회로를 형성하도록 소정의 폭을 갖는 환형의 백요크와 상기 백요크로부터 복수의 티스가 중심방향으로 뻗어 있는 스테이터 코어; 상기 복수의 티스 각각에서 코일이 권선될 외주면을 감싸도록 사출성형에 의해 형성되는 인슐레이터; 상기 복수의 티스 각각에서 상기 인슐레이터의 외주면에 권선되는 스테이터 코일; 및 상기 인슐레이터에 권선된 스테이터 코일을 둘러싸면서 인접하는 코일과 코일 사이를 절연하면서 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되는 스테이터 지지체;를 포함하며,

상기 인슐레이터는 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 제1 절연성 방열복합재로 형성되고, 상기 스테이터 지지체는 방열성능 및 절연성능을 동시에 갖는 제2 절연성 방열복합재로 형성되며,

상기 제1 및 제 2 절연성 방열복합재는,
연속 사용온도가 150℃ 이상이고 바인더 역할을 하는 고분자 매트릭스; 열전도성 향상을 위해 상기 고분자 매트릭스에 첨가되어 분산되는 세라믹으로 이루어진 절연성 방열필러; 및 강도 보강을 위해 상기 고분자 매트릭스에 첨가되는 보강 섬유;를 포함하고,
상기 제2 절연성 방열복합재는 제1 절연성 방열복합재보다 방열 필러의 함량을 증가시킨 프로펠러 구동장치.
A BLDC motor of single rotor-single stator type; and a propeller installation bracket for mounting a propeller on the rotation shaft of the motor;
The above motor has a stator, rotor and rotation shaft sequentially arranged inside a housing in which an upper cover and a lower cover are respectively combined at the upper and lower portions of a cylindrical case.

The above stator
A stator core having an annular back yoke having a predetermined width to form a magnetic circuit and a plurality of teeth extending toward the center from the back yoke; an insulator formed by injection molding to surround an outer surface on which a coil is wound on each of the plurality of teeth; a stator coil wound on the outer surface of the insulator on each of the plurality of teeth; and a stator support formed integrally by insert molding while surrounding the stator coil wound on the insulator and insulating between adjacent coils.

The above insulator is formed of a first insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation performance and insulation performance, and the stator support is formed of a second insulating heat-dissipating composite material having both heat dissipation performance and insulation performance.

The above first and second insulating heat-dissipating composites,
A polymer matrix having a continuous use temperature of 150°C or higher and acting as a binder; an insulating heat-dissipating filler made of ceramic added and dispersed in the polymer matrix to improve thermal conductivity; and reinforcing fibers added to the polymer matrix to reinforce strength;
A propeller drive device in which the second insulating heat-dissipating composite material has a higher content of heat-dissipating filler than the first insulating heat-dissipating composite material.
제1항에 있어서,
상기 인슐레이터는 티스 각각에서 코일이 권선될 외주면을 1/2씩 감싸는 상부 및 하부 인슐레이터를 포함하며,
상기 상부 및 하부 인슐레이터는 각각
소정 폭으로 이루어진 환형의 베이스 프레임; 및
상기 베이스 프레임으로부터 돌출되어 티스의 권선영역을 상부와 하부에서 1/2씩 수용하는 복수의 티스수용부;를 포함하는 프로펠러 구동장치.
In the first paragraph,
The above insulator includes upper and lower insulators each wrapping half of the outer surface on which the coil is wound,
The upper and lower insulators are respectively
a circular base frame having a predetermined width; and
A propeller drive device including a plurality of tooth receiving portions protruding from the base frame and receiving 1/2 of the winding area of the teeth at the upper and lower portions.
제1항에 있어서,
상기 인슐레이터는 사전에 미리 상부 및 하부 인슐레이터로 제작된 후, 스테이터 코어에 조립되는 프로펠러 구동장치.
In the first paragraph,
The above insulator is a propeller drive device in which the upper and lower insulators are manufactured in advance and then assembled to the stator core.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스테이터 지지체의 직경방향 외측면은 스테이터의 외측에 설치되는 워터 자켓과 접촉하며, 상기 워터 자켓은 수냉방식으로 냉각이 이루어지고 있는 프로펠러 구동장치.
In the first paragraph,
A propeller driving device in which the diametrically outer surface of the stator support is in contact with a water jacket installed on the outer side of the stator, and the water jacket is cooled by a water cooling method.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 절연성 방열복합재는 적어도 10Kv 이상의 절연성능과 3W/mK 이상의 열전도도를 갖는 프로펠러 구동장치.
In the first paragraph,
A propeller drive device in which the above insulating heat-dissipating composite material has an insulating performance of at least 10Kv or more and a thermal conductivity of at least 3W/mK.
제1항에 있어서,
상기 모터는 외부로부터 상부 커버에 구비된 복수의 관통구멍, 회전축과 로터 사이를 연결하는 복수의 브릿지 사이에 형성된 복수의 공간 및 하부 커버에 구비된 복수의 관통구멍을 경유하여 배출되는 공기흐름을 이용하여 내측 공냉이 이루어지는 프로펠러 구동장치.
In the first paragraph,
The above motor is a propeller drive device in which internal air cooling is performed by using airflow discharged through a plurality of through holes provided in the upper cover from the outside, a plurality of spaces formed between a plurality of bridges connecting the rotating shaft and the rotor, and a plurality of through holes provided in the lower cover.
동체;
상기 동체의 선단부에 배치된 콘트롤 박스; 및
상기 콘트롤 박스의 전면에 간격을 두고 설치되며 프로펠러를 구동하는 프로펠러 구동장치;를 포함하며,
상기 프로펠러 구동장치는 제1항 내지 제3항, 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 기재된 프로펠러 구동장치인 항공기.
fuselage;
A control box placed at the front end of the above fuselage; and
A propeller driving device is installed at a distance from the front of the above control box and drives the propeller;
An aircraft wherein the propeller driving device is a propeller driving device as described in any one of claims 1 to 3, 6, 8, and 9.
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