KR100914922B1 - 전폐형 모터의 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전폐형 모터의 냉각 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전폐형 모터의 내부에서 발생되는 열을 외부와의 열교환을 통하여 효과적으로 냉각함으로써, 모터 내부의 절연물 또는 각 부재의 기능에 이상이 발생하지 않도록 하여 모터 본래의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 전폐형 모터의 냉각 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 외부와 차단된 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서, 회전구동하는 샤프트를 중심으로 하여 회전자 철심과 고정자 철심 및 상기 고정자 철심과 부착되며 최외측에 중공형상으로 형성되는 프레임을 구비하는 모터와, 상기 프레임의 외주에 원주를 따라 복수의 오목홈이 연속적으로 형성되고, 상기 오목홈들을 덮는 커버가 부착되며 냉각수가 상기 오목홈을 따라 흐르면서 프레임과 열교환하는 냉각수 유로와, 상기 프레임의 이면에 요홈이 형성되고, 상기 오목홈 이외의 부분은 고정자 철심과 부착되어 상기 요홈 내를 공기가 흐르면서 상기 프레임과 열교환하는 공기유로와, 상기 냉각수 유로와 상기 공기유로를 통하여 모터 내부의 상기 고정자 철심과 상기 회전자 철심의 열교환이 각각 이루어지는 전폐형 모터의 냉각 시스템인 것을 특징으로 한다.

Description

전폐형 모터의 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR TOTALLY ENCLOSED MOTOR}

본 발명은 전폐형 모터의 냉각 시스템에 관한 것으로, 특히 모터에서 발생되는 발열이 절연물 또는 각 부재의 기능에 이상이 발생하지 않도록하고, 모터의 성능을 위해 충분히 효율적으로 냉각할 수 있는 냉각 시스템에 관한 것이다.

전폐형 모터는 내외부의 공기 순환이 불가능한 구조이며, 특히 외부 공기를 내부로 유입할 수 없으므로, 모터 내부의 발열을 외부에 효율적으로 전달하여 내부의 냉각이 이루어지도록 하여야 한다.

종래 전폐형 모터의 냉각에 적용된 냉각법으로는, 냉각수를 모터 일부 구성에 접촉시켜 순환하도록 하여 냉각시키는 수냉식과, 냉각핀 등을 이용하여 외기와의 접촉을 통하여 냉각시키는 공냉식으로 대분류되어 있다.

상기 수냉식법은 모터 프레임에 냉각수가 흐를 수 있도록 나선형 유로로 제작하고, 상기 유로를 통해 흐르는 냉각수가 모터의 고정자 철심을 냉각하는 방식이다.

상기 공냉식법은 모터의 프레임에 냉각핀이 일체로 형성된 구조로서, 모터 프레임에 다수의 냉각 핀을 가지는 형태의 구조물을 추가하고, 이 구조물 내부와 모터의 내부를 서로 연결하여 냉각 팬이 고온의 공기를 고정자 철심 통풍 홀과 회전자 통풍 홀을 통해 순환시키면, 이 공기가 추가된 구조물 내부를 지나면서 다수의 냉각 핀에 접촉되어 외부로 열이 발산되는 방법이다.

또한, 또 다른 공냉식법으로, 고정자 철심 외경부가 외부 공기에 접하며 (철심을 감싸는 프레임이 없는 구조) 고정자 철심 외측과 회전자 철심에 방사형의 통풍 홀을 형성하고, 냉각팬이 고온의 공기를 고정자 철심 통풍 홀과 회전자 통풍 홀을 통해 순환시키면, 외부 공기와 접하는 면을 통해 열이 발산된다.

그러나, 상기 수냉식은 모터내의 고정자와 회전자 양자 모두에서 열이 흡수되어야 하나, 수냉식의 경우 고정자 철심의 냉각은 양호한 편이지만 회전자 냉각은 간접적으로만 이루어져 회전자의 냉각 효과는 요구치에 도달하지 못하다는 문제점이 있었다.

한편, 상기 공냉식은 냉각핀을 가지는 구성의 경우는 고정자와 회전자에 형성된 통풍 홀을 통하여 양자 모두 직접적으로 냉각이 이루어지나, 모터의 치수에 비해 출력이 올라가면 공냉 만으로는 충분한 냉각 효과를 얻을 수 없었다는 문제점이 있었다. 또한, 냉각핀이 없는 경우, 즉 철심을 감싸는 프레임이 없는 구조의 경우는 회전자 냉각은 간접적으로만 이루어져 회전자가 충분히 냉각되지 않는다는 문제점도 있었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전폐형 모터의 내부에서 발생되는 열을 외부와의 열교환을 통하여 효과적으로 냉각함으로써, 모터 내부의 절연물 또는 각 부재의 기능에 이상이 발생하지 않도록 하여 모터 본래의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 전폐형 모터의 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 외부와 차단된 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서, 회전구동하는 샤프트를 중심으로 하여 회전자 철심과 고정자 철심 및 상기 고정자 철심과 부착되며 최외측에 중공형상으로 형성되는 프레임을 구비하는 모터와, 상기 프레임의 외주에 원주를 따라 복수의 오목홈이 연속적으로 형성되고, 상기 오목홈들을 덮는 커버가 부착되며 냉각수가 상기 오목홈을 따라 흐르면서 프레임과 열교환하는 냉각수 유로와, 상기 프레임의 이면에 요홈이 형성되고, 상기 오목홈 이외의 부분은 고정자 철심과 부착되어 상기 요홈 내를 공기가 흐르면서 상기 프레임과 열교환하는 공기유로를 포함하고, 상기 냉각수 유로와 상기 공기유로를 통하여 모터 내부의 상기 고정자 철심과 상기 회전자 철심의 열교환이 각각 이루어지는 전폐형 모터의 냉각 시스템인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 회전자 철심에는 냉각된 공기가 통과하도록 축방향으로 관통하는 복수의 통풍 홀이 형성되어 있어 상기 공기유로에서 냉각된 공기가 유입되어 상기 회전자 철심과 열교환 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 고정자 철심은 상기 프레임과 접촉되어 있어 상기 프레임과 직접적으로 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 통풍 홀 앞에는 공기를 유도하는 리브가 형성되어 있고, 상기 통풍 홀 뒤에는 공기 순환이 원활하도록 송풍팬이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전폐형 모터의 내부에서 발생되는 열을 외부와의 열교환을 통하여 효과적으로 냉각함으로써, 모터 내부의 절연물 또는 각 부재의 기능에 이상이 발생하지 않도록 하여 모터 본래의 기능 및 성능을 충분히 발휘할 수 있는 전폐형 모터의 냉각 시스템을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 모터의 단면도를 나타내는 도이다.

도 2 는 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 모터의 외관을 나타내는 도이다.

도 3 은 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 수냉식 냉각 시스템을 설명하는 도로서, 도 3a 는 냉각수의 입구와 출구를 나타내고, 도 3b 는 도 3a 의 A-A선을 따른 단면도로서 냉각수의 흐름, 냉각수 유로 및 공기유로를 나타내는 도이다.

도 4 는 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 공냉식 냉각 시스템을 설명하는 도이다.

도 5 는 도 3 의 수냉식 냉각 시스템과 도 4 의 공냉식 냉각 시스템의 조합시스템을 설명하는 도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 모터 2 : 고정자 코일

3 : 로터바 (rotor bar) 4 : 샤프트

5 : 베어링 6 : 브라켓

7 : 모터커버 10 : 회전자 철심

11 : 통풍 홀 12 : 리브

13 : 송풍팬 20 : 고정자 철심

30 : 프레임 40 : 냉각수 유로

31 : 오목홈 42 : 냉각수 유로 커버

43 : 냉각수 입구 44 : 냉각수 출구

45 : 냉각수 입구 구멍 46 : 냉각수 출구 구멍

47 : 격벽 50 : 공기유로

51 : 오목홈

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

그러나, 하기 실시 예는 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 변형이 가능하며, 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

도 1 은 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 모터의 단면도를 나타내는 도, 도 2 는 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 모터의 외관을 나타내는 도, 도 3 은 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 수냉식 냉각 시스템을 설명하는 도로서, 도 3a 는 냉각수의 입구와 출구를 나타내고, 도 3b 는 도 3a 의 A-A선을 따른 단면도로서 냉각수의 흐름, 냉각수 유로 및 공기유로를 나타내는 도, 도 4 는 본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서 공냉식 냉각 시스템을 설명하는 도이고, 도 5 는 도 3 의 수냉식 냉각 시스템과 도 4 의 공냉식 냉각 시스템의 조합시스템을 설명하는 도이다.

본 발명의 전폐형 모터의 냉각 시스템은, 도 1 내지 도 5 에 나타내는 바와 같이 모터 (1) 의 발열부인 고정자 코일 (2) 및 로터바 (3) 에서 발생한 열이 회전자 철심 (10) 과 고정자 철심 (20) 을 경유하여 프레임 (30) 또는 샤프트 (4) 로부터 외기로 방출되도록 이루어진 수냉식과 공냉식의 혼용 냉각방식을 적용한 것으로, 회전구동하는 상기 샤프트 (4) 를 중심으로 하여 회전자 철심 (10) 과 고정자 철심 (20) 이 차례로 배치되고 원주방향의 외형을 형성하는 프레임 (30), 축방향의 외형을 형성하는 브라켓 (6) 과 모터커버 (7) 로 구성되어 있다.

상기 회전자 철심 (10) 은 도 1, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 베어링 (5) 에 의해 지지되는 샤프트 (4) 의 모터 (1) 내부의 중앙부에 위치하며, 외주면에는 발열부인 로터바 (3) 가 부착되어 있고, 원활한 공기의 순환을 위하여 내부를 관통하는 방사형상의 복수의 통풍 홀 (11) 이 축방향으로 형성되어 있다. 상기 통풍 홀 (11) 에 의해서 내부를 순환하는 공기가 일측에서 타측으로 순환하면서 열교환이 이루어져 역으로 회전자 철심 (10) 을 통하여 로터바 (3) 의 냉각이 이루어진다. 또한, 도 4 에 나타내는 바와 같이 공기의 원활한 순환을 위하여, 회전자 철심 (10) 상부에는 브라켓 (6) 에 리브 (12) 가 형성되어 있고, 회전자 철심 (10) 하부 부근에는 송풍팬 (13) 이 샤프트 (4) 에 부착되어 있다. 상기 리브 (12) 는 브라켓 (6) 에 부착되는 것으로, 중심 외측으로부터 중심에 가까운 회전자 철심 (10) 의 통풍 홀 (11) 을 향하여 경사지게 형성되어 있어 순환공기가 통풍 홀 (11) 로 향하도록 유도하는 역할을 하는 것이다. 또한, 상기 송풍팬 (13) 의 회전에 의해 통풍 홀 (11) 을 거친 공기의 순환이 용이하도록 구성되어 있다.

상기 고정자 철심 (20) 은 발열부의 하나인 고정자 코일 (2) 의 열을 냉각하는 역할을 하며, 상기 고정자 코일 (2) 의 상부에 부착되고 회전자 철심 (10) 의 외측에 나란히 위치하는 것이다.

상기 프레임 (30) 은 도 1 에 나타내는 바와 같이, 모터 (1) 원주방향의 최외측 형상을 이루는 중공형의 것이며, 고정자 철심 (20) 과 부착되어 있으며, 외측에는 중공형의 외형을 따라 냉각수 유로 (40) 가 형성되어 있고, 이의 이면에는 상기 냉각수 유로 (40) 와 직교하는 방향으로 프레임 (30) 의 형상을 따라 공기유로 (50) 가 각각 형성되어 있다 (도 3b 참조).

상기 냉각수 유로 (40) 에는 프레임 (30) 의 외측 표면에 단면이 직사각형인 복수의 오목홈 (31) 을 샤프트 (4) 를 중심으로 회전시킨 형태인 원형관이 형성되고, 이에 상기 복수의 오목홈 (31) 을 덮는 냉각수 유로 커버 (42) 가 덮임으로써 이루어지며, 냉각수의 원활한 흐름을 위하여 나선구조가 아닌 직선형으로 이루어져 있다. 또한, 도 3a 와 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 상기 냉각수 유로 커버 (42) 에는 냉각수의 유출입을 위한 냉각수 입구 (43) 와 냉각수 출구 (44) 가 각각 형성되어 있으며, 냉각수의 유입과 출입시 저항이 감소되도록 냉각수의 흐름 방향으로 가까워지도록 약간 경사져 형성되어 있다. 또한, 상기 냉각수 유로 (40) 는 원형관 구조로 이루어져 있어 냉각수 입구 구멍 (45) 과 냉각수 출구 구멍 (46) 의 압력 차가 가장 작아 입력된 냉각수의 대부분이 냉각수 출구 구멍 (46) 으로 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 냉각수 입구 (43) 와 냉각수 출구 (44) 사이를 차폐하는 격벽 (47) 이 형성되어 있다.

또한, 상기 공기유로 (50) 는 프레임 (30) 이면에 표면을 따라 단면이 직사각형인 복수의 오목홈 (51) 이 소정 간격을 두고 축방향을 따라 길게 형성되며, 상기 오목홈 (51) 을 제외한 부위는 고정자 철심 (20) 과 밀착되어 터널과 같이 프레임 (30) 과 고정자 철심 (20) 사이를 관통하는 관통구멍으로 이루어져 있다.

따라서, 상기 프레임 (30) 의 외측에 형성된 냉각수 유로 (40) 를 따라 냉각수가 흐르면서 프레임 (30) 을 냉각시키고, 냉각된 상기 프레임 (30) 과 부착되며 내부에 위치하는 고정자 철심 (20) 의 냉각이 이루어진다.

또한, 냉각수 유로 (40) 에 의하여 상기와 같이 냉각된 상기 프레임 (30) 의 이면에 형성된 공기유로 (50) 를 통과하면서 냉각된 공기는, 도 1에 도시한 모터 구조와, 도 4에 도시한 공기 흐름 화살표를 통해 이해할 수 있는 바와 같이, 고정자 철심 (20) 을 지나 리브 (12) 에 유도되어 회전자 철심 (10) 에 형성된 통풍 홀 (11) 을 통과하면서 냉각시키고, 송풍팬 (13) 에 의해 더욱 용이하게 순환되어 재차 상기 공기유로 (50) 를 통과한다.

그러므로, 본 발명은 상기 프레임 (30) 의 냉각수 유로 (40) 를 따라 냉각수가 흐르게 되고, 동일하게 상기 프레임 (30) 의 이면에 형성된 공기유로 (50) 를 따라 공기가 순환됨으로써, 효과적으로 열교환이 이루어지는 수냉식과 공냉식의 혼합형 냉각 시스템이다.

상기와 같이, 프레임 (30) 에 형성된 냉각수 유로 (40) 와 공기유로 (50) 를 통하여 모터 (1) 내부의 회전자 철심 (10) 과 고정자 철심 (20) 의 열교환의 반복에 의해서 모터 (1) 내부는 소정 온도 이하로 유지되므로, 모터 본래의 기능 및 성능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

또한, 상기 프레임 (30) 을 통한 열교환이 매우 원활하게 이루어지므로, 모터 (1) 의 크기에 비해 높은 출력이 요구되는 경우에 매우 유용하다.

Claims (4)

1. 외부와 차단된 전폐형 모터의 냉각 시스템에 있어서,

   회전구동하는 샤프트를 중심으로 하여 회전자 철심과 고정자 철심 및 상기 고정자 철심과 부착되며 최외측에 중공형상으로 형성되는 프레임을 구비하는 모터와,

   상기 프레임의 외주에 원주를 따라 복수의 오목홈이 연속적으로 형성되고, 상기 오목홈들을 덮는 커버가 부착되며 냉각수가 상기 오목홈을 따라 흐르면서 프레임과 열교환하는 냉각수 유로와,

   상기 프레임의 이면에 요홈이 형성되고, 상기 오목홈 이외의 부분은 고정자 철심과 부착되어 상기 요홈 내를 공기가 흐르면서 상기 프레임과 열교환하는 공기유로를 포함하고,

   상기 냉각수 유로와 상기 공기유로를 통하여 모터 내부의 상기 고정자 철심과 상기 회전자 철심의 열교환이 각각 이루어지는 것을 특징으로 하는 전폐형 모터의 냉각 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 철심에는 냉각된 공기가 통과하도록 축방향으로 관통하는 복수의 통풍 홀이 형성되어 있어 상기 공기유로에서 냉각된 공기가 유입되어 상기 회전자 철심과 열교환 하는 것을 특징으로 하는 전폐형 모터의 냉각 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고정자 철심은 상기 프레임과 접촉되어 있어 상기 프레임과 직접적으로 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전폐형 냉각 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 통풍 홀 앞에는 공기를 유도하는 리브가 형성되어 있고, 상기 통풍 홀 뒤에는 공기 순환이 원활하도록 송풍팬이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전폐형 냉각 시스템.