KR101714842B1

KR101714842B1 - 전기차용 모터

Info

Publication number: KR101714842B1
Application number: KR1020140157188A
Authority: KR
Inventors: 강영주; 김재홍; 김유미; 류인술; 김병진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2017-03-10
Also published as: US20170331344A1; WO2016076648A1; CN107112850A; KR20160057017A

Abstract

본 발명은 전기차용 모터에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기차용 모터는 모터하우징;과, 상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;과, 적어도 일면이 상기 모터하우징의 외부에 접촉되고, 내부에서 작동유체가 순환되며, 상기 모터하우징에 비접촉되는 응축영역을 포함하는 히트파이프; 및 상기 응축영역의 외부에 연결되고, 냉매로 상기 히트파이프를 냉각하되, 상기 히트파이프 내부의 작동유체와 비접촉하는 냉각채널;을 포함하되, 상기 히트파이프는, 적어도 일면이 적어도 하나의 선분을 포함하는 도형으로 구비되며, 상기 모터하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 상기 모터하우징을 덮고, 내부가 1기압 이하로 유지될 수 있다.

Description

전기차용 모터{Motor for Electric Vehicle}

본 발명은 전기차용 모터에 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.

그러나, 상기와 같은 종래의 모터는 모터 구동 시 모터 내부의 회전자 및 코일 주변에서 고온의 열이 발생하게 되므로 모터 내부의 부품이 손상되며, 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 모터 내부에서 더 많은 열이 발생하므로 열손실을 개선하지 않으면 소형모터는 구현이 불가능하다.

뿐만 아니라 전기자동차, 연료전지 및 하이브리드 차량과 같은 대형 물체도 모터를 필요로 한다. 이와 같은 대형 물체에 사용되는 모터 역시 더욱 많은 열이 발생하기 때문에 냉각이 매우 중요하게 된다.

도 1에 도시한 통상의 모터(1)의 모터하우징(2)은 내부 부품들을 외부에서 감싸는 원통 형상으로 형성된다. 그리고 모터하우징(2)의 내부에는 길이방향으로 회전축(8)과, 전기에너지가 회전 운동력으로 변환되도록 하기 위한 수단으로서, 고정자(5)와 회전자(7)가 수용된다.

고정자(5)는 모터하우징(2)의 내부에 지지되는 스테이터(Stator)이며, 고정자(5)의 주변에는 코일(4)이 수회에 걸쳐 권선된다. 고정자(5)는 그 내측에 회전자(7)가 수용될 수 있도록 원통 형상으로 형성된다. 모터하우징(2)의 내주면과 코일(4) 사이에는 전도되지 않도록 하기 위한 절연체(3)가 개재된다.

선술한 바와 같이 구성되는 모터를 냉각하기 위한 통상적인 방법으로 도 2에 보이는 것처럼 모터(1)의 하우징 외측에 냉각배관(10)을 감아 내부에 냉각수를 흘려보내는 방법이 있다.

그러나 이러한 방법은 냉각배관(10)을 원통 형상의 모터의 외측에 감기 어렵고, 냉각배관(10)으로 적절한 냉각유로를 형성하는 것이 매우 어렵다는 문제가 있다.

또한, 냉각배관(10)의 형상 특징상, 원통 형상의 모터에 밀착시키기 어렵다는 단점이 있고, 이러한 단점은 냉각효율을 떨어뜨리는 문제를 가져온다.

게다가, 냉각배관(10)의 내부에 냉각수를 흘려보내 모터의 냉각을 시도한다 하더라도, 복잡한 형상의 냉각배관(10)의 내부에 냉각수를 흘려보내기가 어렵고 냉각수 및 모터의 온도 제어가 어렵다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0073791호(2009.07.03.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 냉각효율이 향상된 전기차용 모터 및 이를 냉각하는 냉각모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 유로를 단순화하여 냉각시 소모되는 에너지를 절감하고 관리가 수월한 냉각모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 효율적인 냉각을 수행하여 모터의 구동 효율을 상승시키며, 이로써 모터의 수명을 증가시키는 것을 일 목적으로 한다.

나아가, 모터 뿐만 아니라 다양한 발열체에 호환 적용 가능하도록 구조가 간단한 냉각모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 전기차용 모터를 제공한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기차용 모터는 모터하우징;과, 상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;과, 적어도 일면이 상기 모터하우징의 외부에 접촉되고, 내부에서 작동유체가 순환되며, 상기 모터하우징에 비접촉되는 응축영역을 포함하는 히트파이프; 및 상기 응축영역의 외부에 연결되고, 냉매로 상기 히트파이프를 냉각하되, 상기 히트파이프 내부의 작동유체와 비접촉하는 냉각채널;을 포함하되, 상기 히트파이프는, 적어도 일면이 적어도 하나의 선분을 포함하는 도형으로 구비되며, 상기 모터하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 상기 모터하우징을 덮고, 내부가 1기압 이하로 유지될 수 있다.

바람직하게는, 상기 히트파이프는, 사각기둥으로 구비되되, 두께가 0.1mm 이상 10mm 이하의 범위일 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 히트파이프와 상기 모터하우징 사이에는 열전달물질이 구비될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 모터하우징의 외면을 감싸는 하우징;을 더 포함하고, 상기 히트파이프는, 상기 하우징과 상기 모터하우징 사이에 배치되어 상기 모터하우징에 밀착 접촉될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 히트파이프는, 상기 모터하우징과 비접촉되는 응축영역이 중력방향과 동일선상에 놓여, 내부에서 상기 작동유체가 중력방향 또는 중력 반대방향으로 순환되도록 상기 모터하우징에 접촉될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 모터하우징의 외면에서 상기 냉각채널에 수직한 방향에 배치되는 복수개의 측부냉각채널;을 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 냉각채널은, 공급유로와 배출유로를 포함하는 워터재킷으로 구비되고, 상기 워터재킷과 연결되어 상기 냉매와 열교환하는 보조냉각채널;을 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 히트파이프에 설치되는 복수개의 냉각핀; 및 상기 냉각핀 및 상기 응축영역에 냉각용 가스를 공급하는 냉각팬;을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전기차용 모터는, 모터하우징;과, 상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;과, 적어도 일면이 상기 모터하우징의 외부에 접촉되고, 내부에서 작동유체가 순환되며, 상기 모터하우징에 비접촉되는 응축영역을 포함하는 히트파이프;와, 상기 응축영역에 냉각용 가스를 공급하는 냉각팬; 및 상기 응축영역에 설치되어 상기 히트파이프의 외주에 접촉하는 복수개의 냉각핀;을 포함하되, 상기 히트파이프는, 적어도 일면이 적어도 하나의 선분을 포함하는 도형으로 구비되며, 상기 모터하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 상기 모터하우징을 덮고, 내부가 1기압 이하로 유지될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 냉각채널은, 내부에서 상기 히트파이프와 연결되고, 내부에 구비된 냉매는 상기 히트파이프와 직접 접촉할 수 있다.

삭제

보다 바람직하게는, 상기 히트파이프는, 내벽이 굴곡지게 형성될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 히트파이프의 외측을 감싸는 커버하우징;을 더 포함하고, 상기 커버하우징의 외측에 상기 히트파이프가 복수개 적층될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 보조냉각채널은, 입구와 출구를 구비하고, 상기 배출유로에 입구가 연결되어 상기 냉매와 열교환하는 라디에이터; 및 상기 라디에이터의 출구에 연결되고, 상기 공급유로에 연결되는 워터펌프;를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전기차용 모터는, 모터하우징;과, 상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;과, 상기 모터하우징의 내부에서 출입구가 폐쇄된 중공으로 제공되고, 상기 모터하우징의 원주방향으로 일정길이 연속되며, 1기압 이하로 유지되어 작동유체를 수용하는 중공부; 및 상기 모터하우징에 연결되고, 상기 중공부의 응축부에 대응되게 설치되어 냉매로 상기 모터하우징을 냉각하는 냉각채널;을 포함하되, 상기 중공부가 상기 모터하우징을 냉각하는 히트파이프일 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 작동유체는, 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아, R134 중 어느 하나로 제공될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 히트파이프는, 알루미늄, 철, 구리, 스테인레스, 아연, 청동, 황동 중 어느 하나의 재질 또는 혼합된 재질로 구비될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 작동유체는, 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아, R134 중 어느 하나로 제공되며, 상기 히트파이프의 내벽은 굴곡지게 제공될 수 있다.

삭제

본 발명에 의하면 냉각효율이 향상되며, 제어가 용이한 냉각모듈을 구축할 수 있다.

또한, 냉각에 소모되는 에너지를 절감하여 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 구조가 간단하고 가공이 용이하여 냉각모듈의 구축에 소모되는 비용을 절감할 수 있다.

이와 같은 냉각모듈을 장착한 모터는 구동효율이 증가하고 수명이 길어지므로, 자재비를 절감할 수 있다.

도 1은 통상의 모터의 내부구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 통상의 모터와 냉각배관의 결합모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 히트파이프의 내부 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈의 냉각채널을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 모터하우징의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 냉각팬으로 모터하우징을 냉각하는 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 모터하우징의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 모터하우징의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 의한 모터하우징의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

또한, 아래에서 언급하는 열전달물질(Heat transfer material)은 열의 전도, 복사, 대류와 같은 열에너지의 이동현상에 있어서, 그 에너지를 전달하는 매질을 의미한다.

아울러, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
또한, 아래의 발열체(11)는 모터하우징일 수 있다.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 히트파이프(30)에 관하여 설명하면, 길이방향으로 그 내부는 비어있고, 이는 중공부(S1)로 구비된다. 중공부(S1)에서는 작동유체가 순환되는데, 중공부(S1)는 진공상태에 가깝도록 1기압 이하로 유지된다.

이는 히트파이프(30) 내부의 작동유체가 발열체의 발열부에 접촉하게 되는 증발부(31)에서 빠르게 끓어 기체화할 수 있게 하는 효과가 있다. 즉, 히트파이프(30) 내부에는 대류열전달이 일어나게 되고, 이는 전도보다 그 열전달 속도가 빠른 것으로써 냉각속도를 증가시키는 효과가 있다. 그러면, 작동유체가 존재하는 히트파이프의 중공부(S1)에서는 모세관 현상으로 인한 작동유체의 순환이 발생하게 된다.

이에 따라, 히트파이프(30)의 증발부(31)에서 응축부(32)로 이동해온 작동유체는 응축부(32)에서 후술할 냉각절차를 거친 이후, 다시 증발부(31)로 돌아가게 된다.

바람직하게, 상기 작동유체는 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아, 냉매가스 R134 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 특히, 발열체의 온도가 저온구간에 존재할 때, 작동유체로서 R134를 사용할 수 있다.

발열체에 히트파이프(30)를 설치하고 온도를 측정했을 때, 상기 증발부(31)에서의 온도가 평균적으로 약 80℃, 상기 응축부(32)에서의 온도가 평균적으로 약 50℃의 범위에서 크게 벗어나지 않는다면 작동유체로는 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아, 냉매가스 R134 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

다만, 상대적 저온일 때, 즉, 상기 증발부(31)에서의 온도가 평균적으로 약 0℃, 상기 응축부(32)에서의 온도가 평균적으로 약 30℃를 나타낸다면 작동유체로는 R134를 사용하는 것이 효과적이다. R134는 저온대역에서도 작동유체로서의 기능을 무리없이 수행할 수 있을 뿐만 아니라 프레온과는 다르게 환경오염에 치명적 영향을 끼치지 않는다.

이와 같은 사항을 참고로 하여, 작업자는 발열체의 발열 특성에 따라 최적의 작동유체를 선택하면 보다 신속하고 효율적인 냉각을 수행할 수 있으나, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니다.

히트파이프(30)의 외형은 적어도 하나 이상의 모서리를 포함하는 형상으로 구비된다. 일예로, 본 발명에서는 사각형의 히트파이프를 제공하며, 이는 원형의 발열체에 접촉할 때, 원형의 히트파이프로 구비될 때보다 접촉 면적이 늘어나기 때문이다. 이에, 본 발명에서는 발열체에 용이하게 접촉할 수 있도록 얇은 사각 평판형의 히트파이프를 제공하는 것이다.

보다 상세하게는, 상기 히트파이프(30)는 0.1mm~10mm 사이의 두께와 0.5cm~100cm사이의 폭을 갖는 직사각형 형태로 구비되는 것이 바람직하다. 그 재질로는 열 효율이 좋은 알루미늄, 철, 구리, 스테인레스, 아연, 청동, 황동으로 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구비되는 히트파이프(30)는 유연하게 잘 휘어지면서 발열체에 보다 효율적으로 밀착될 수 있다.

다만, 히트파이프(30)의 전체 길이는 적용되는 발열체의 길이보다 대략 1cm~200cm 정도 길게 구비되는 것이 바람직하며, 발열체와 히트파이프가 동일하게 길이방향으로 나란히 배열되었을 때, 길게 구비된 1cm~200cm에 해당하는 영역은 발열체에 비접촉하게 하고, 발열체와 비접촉되는 구간에서 냉각을 실시함으로써 냉각효율을 향상시키기 위한 것이다.

또한, 작동유체와 접촉하는 히트파이프(30)의 내벽은 굴곡지게, 즉, 그루브, 윅 구조 등을 갖도록 구비되어, 작동유체의 유동을 활발하고 신속하게 일어나게 한다.

이상의 사항을 바탕으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈 및 이를 포함하는 모터에 관하여 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명에서는 다양한 실시예를 제공하므로, 첨부된 도면과 함께 아래에서는 각각의 실시예 별로 구체적인 설명을 이어가도록 한다.

제1실시예

도 4에 보이는 것처럼 본 발명에 의한 발열체 냉각모듈은 발열체(11)의 외면을 감싸는 하우징(20)과, 내부에 작동유체를 포함하고, 상기 하우징 내부에 배치되어 상기 발열체에 길이방향으로 밀착 접촉되되, 상기 발열체에 비접촉되는 응축영역(33)을 포함하는 평판형 히트파이프(30) 및 상기 응축영역에 연결되고, 냉매로 상기 히트파이프를 냉각하는 냉각채널로 구비되는 워터재킷을 포함하여 구성될 수 있다.

히트파이프(30)는 발열체(11)의 외주를 따라 복수개 배치될 수 있고, 히트파이프(30)를 직접 발열체의 외주면에 접촉시킬 수도 있지만, 필요에 따라, 냉각 효율이 좋은 열전달물질(21)을 함께 넣을 수도 있다. 또한, 히트파이프(30)의 규격 및 설치되는 개수는 발열체(11)의 규격 및 특성에 따라 얼마든지 변경 적용 가능한 사항이다.

그리고, 상기 워터재킷은 냉매의 일예로 냉각수를 공급받는 공급유로(41)와 워터재킷 내부에서 히트파이프(30)와 열교환이 완료된 냉각수를 다시 반출하는 배출유로(42)를 포함한다.

또한, 상기 워터재킷은 발열체(11)에 비접촉되게 설치되어 상기 히트파이프(30)의 응축영역(33)에 연결될 수 있는데, 이렇게 하면 다량의 열이 발생되는 발열체(11)로부터 떨어진 곳에서 냉각을 실시하기 때문에 냉각효율이 증가되는 효과가 있다.

워터재킷과 히트파이프(30)의 응축영역(33)의 연결은 용접으로 수행될 수도 있고, 냉각 효율이 좋은 열전달물질을 가득 채워넣어 압착에 의해 히트파이프가 워터재킷 내에서 고정되게 할 수도 있다. 다만, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니다.

한편, 도 5에 보이는 것처럼, 냉각채널은 상기 워터재킷과 연결되어 워터재킷 내부의 냉매와 열교환하는 보조냉각채널을 더 포함할 수 있다. 보조냉각채널은 입구와 출구를 구비하고, 상기 배출유로(42)에 입구가 연결되는 라디에이터(44) 및 상기 라디에이터의 출구에 연결되고, 상기 워터재킷의 공급유로(41) 에 연결되는 워터펌프(45)를 포함할 수 있다.

이로 인해, 워터재킷에서 히트파이프(30)를 냉각하는 냉매를 또 한번 냉각시키고, 워터펌프를 통해 신속하고 원활하게 냉매를 공급함으로써 냉각 효율이 증대되는 효과가 있다.

제2실시예

도 6에 보이는 것처럼 본 발명에 의한 발열체 냉각모듈은 내부에 작동유체를 포함하고, 발열체(11)와 비접촉되는 응축영역(33)이 중력방향으로 놓이도록 상기 발열체(11)에 설치되는 평판형 히트파이프(30) 및 상기 응축영역에 연결되고, 냉매로 상기 히트파이프를 냉각하는 냉각채널(40)을 포함하여 구성될 수 있다.

이렇게 중력 방향으로 히트파이프를 배치하면, 내부의 작동유체의 순환이 중력에 의해 더욱 신속하게 이루어지면서 냉각 속도가 더욱 빨라지는 효과가 있다. 그리고, 응축영역(33)은 발열체(11)의 상부에 배치될 수도 있고, 하부에 배치될 수도 있다.

이에 더하여, 도 7에 보이는 것처럼 본 발명에 의한 발열체 냉각모듈은 상기 발열체(11)의 외면에서 상기 냉각채널, 즉, 워터재킷에 수직한 방향에 배치되는 복수개의 측부냉각채널을 더 포함할 수 있는데, 측부냉각채널은 워터재킷을 기준으로 발열체(11)의 일측에 배치되는 제1측부냉각채널(43a)과, 타측에 배치되는 제2측부냉각채널(43b)로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제1,2측부냉각채널(43a,43b)은 냉매의 일예로 냉각수를 공급받는 측부공급유로(43c)와, 히트파이프(30)와 열교환이 완료된 냉각수를 다시 반출하는 측부배출유로(43d)를 포함한다.

다만, 측부냉각채널의 설치 위치 및 설치 개수는 본 발명에 의해 제한되는 것이 아니라 작업자 및 작업환경에 의해 적절히 변경 적용될 수 있는 사항이다.

이러한 경우, 히트파이프(30)의 외측면에는 스트랩과 같은 결합부재(12)를 추가로 사용하면 발열체(11)와 히트파이프(30)의 결합력을 보다 증대시킬 수 있다.

이상, 제1실시예 및 제2실시예의 경우 냉매로써 냉각수를 활용한 수냉식의 냉각 방법을 일예로써 설명하였다.

제3실시예

도 8에 보이는 것처럼 본 발명에 의한 발열체 냉각모듈은 내부에 작동유체를 포함하고, 발열체(11)에 밀착 접촉되되, 상기 발열체에 비접촉되는 응축영역(33)을 포함하는 평판형 히트파이프(30)와, 상기 히트파이프에 설치되는 복수개의 냉각핀(50) 및 상기 냉각핀 및 상기 응축영역에 냉각용 가스(gas)를 공급하는 냉각팬(60)을 포함하여 구성될 수 있다.

이는 냉각방식을 가스(gas)에 의한 공냉식을 적용한 경우이다. 따라서, 냉각팬(60)은 일정가스공급수단(미도시)에서 방출되는 가스의 순환이 원활하도록 회전하게 구비될 수도 있고, 그 자체로서 가스를 생성하게 구비될 수도 있는데, 이 또한 본 발명에서 한정하지 않는다.

아울러, 냉각팬(60)의 주변에는 공냉식 냉각방식을 보다 효율적으로 만들어 줄 에어가이드수단(미도시)이 추가로 설치되어 가스의 원활한 순환을 유도할 수도 있음은 물론이다.

제4실시예

이에 더하여, 도 9에 보이는 것처럼 임펠러(61)를 설치하되, 히트파이프(30)의 응축영역(33)에만 냉매를 공급하도록 설치하고, 히트파이프(30)에 설치된 냉각핀(50)은 공기에 의해 냉각되게 하는 냉각방식을 선택할 수도 있다.

그러면, 히트파이프(30)의 응축영역(33)에 집중되게 설치된 임펠러(61)에 의해는 히트파이프(30)는 직접적으로 빠르게 냉각되며, 별도의 구성없이도 공기에 의해 냉각된 냉각핀(50)과의 열전달에 의해 냉각 효과가 더해져 히트파이프(30)의 냉각 효율은 더욱 증대되는 효과가 있다.

특히, 냉각핀(50)을 추가하여 냉각을 시도하는 경우에는 도 11 및 도 14에 보이는 것처럼 히트파이프(30)의 전체 영역에 걸쳐 냉각핀을 복수개 설치하고, 냉각팬(60)을 통해 냉매용 가스를 공급하게 하면 히트파이프(30) 내의 대류에 의한 냉각 효과에 더하여, 전도에 의한 냉각 효과까지 더해질 수 있는 효과가 있다.

한편, 히트파이프(30)를 발열체(11)에 효과적으로 접촉시키고 고정하기 위한 방법으로는 일예로서 도 10에 도시된 것과 같은 방법이 사용될 수 있다.

즉, 발열체(11)의 하우징을 다각형으로 구비하고, 그 모서리에 각각의 히트파이프(30)를 접촉시키는 방법이다. 이러한 경우 다각형의 하나의 모서리의 길이를 히트파이프(30)의 길이에 대응되게 구비하면 더욱더 접촉에 용이할 것임은 당업자에게 자명한 사항일 것이다. 이렇게 구성하고 추가로 스트랩과 같은 결합부재를 사용하면 더욱 견고하게 히트파이프(30)를 결합할 수 있다. 따라서, 잦은 유지보수가 불필요하게 됨은 물론이다.

또한, 워터재킷 내에 추가의 내부히트파이프(34)를 도 12에 보이는 것처럼 설치하면, 워터재킷과 연결된 히트파이프의 응축영역(33)의 냉각을 보다 빠르게 진행할 수 있다. 만약, 히트파이프(30)를 굽히거나, 히트파이프에 절곡부를 형성하기 어려운 경우에 이와 같이 내부히트파이프(34)를 추가로 설치하면 냉각 효율의 저하를 저감할 수 있다.

다른 변형된 실시예로는, 발열체(11)를 둘러싸도록 배치된 히트파이프(30)의 외측을 감싸는 커버하우징(미도시)을 더 구성하고, 그 커버하우징의 외측면에 또 다시 히트파이프(30)를 둘러싸는 방식으로 히트파이프를 복수개 적층하면 발열체의 특성에 걸맞게 냉각모듈을 변형 또는 조절할 수 있게 되어 다양한 특성을 가진 발열체와 냉각모듈의 호환성이 증가되는 효과가 있다.

제5실시예

도 13에 보이는 것처럼 본 발명에 의한 발열체 냉각모듈은 내부는 중공부로 구비되고, 상기 중공부 내부에는 작동유체가 순환하도록 제공될 수 있다.

즉, 중공부 자체를 히트파이프로 구성하여 공간적 효율성을 증대시킨 구성인 것이다. 따라서, 도 13에 도시된 것처럼 히트파이프로써 제1내부중공부(70)와 제2내부중공부(80)를 구비하고, 그 내부에 작동유체가 순환하도록 구성하면 그 자체로 히트파이프의 기능을 수행할 수 있다. 다만, 중공부의 형상, 개수, 규격 등에 관한 사항은 본 발명에 의해 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다.

이에 더하여, 당업자는 필요에 따라 선술한 워터재킷을 상기 제1내부중공부(70) 및 상기 제2내부중공부(80)의 응축부(32)에 대응되게 설치하여, 응축부(32) 외부를 냉각하도록 구성할 수도 있으나, 이 또한 당업자에 의해 선택 가능한 사항이다.

이와 같은 실시예는 발열체(11)의 내부에 히트파이프(30)를 내장하는 형식이 되어 발열체(11)의 냉각모듈이 간소화될 수 있고 부피가 줄어들어 공간 활용도를 증가시켜 발열체(11)의 설치가 용이한 장점이 있다.

제6실시예

도 15에 보이는 것처럼, 본 발명의 또다른 일실시예에 의한 발열체 냉각모듈을 구성할 수도 있다. 도 15에 도시된 것과 같은 발열체 냉각모듈의 특징은 발열체(11)의 외주를 따라 하우징(20)에 구비된 복수개의 히트파이프(30)의 일측에는 수직방향으로 냉각핀(50)이 구비되며, 상기 냉각핀(50)의 단부에는 또 다른 히트파이프(30)가 연결되는 것이다.

이는 공냉식 냉각방법에 의한 일예로써, 복수개의 상기 히트파이프(30)와 냉각핀(50)이 상호 U자형을 형성하도록 배치하면, 발열체(11)에 밀착한 히트파이프(30)의 크기를 줄일 수 있고, 발열체(11)에 접촉한 히트파이프(30)에 고장과 같은 문제가 발생하여도 계속해서 냉각작업이 수행될 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉각핀(50)의 일단부가 하우징(20) 내부에 배치된 히트파이프(30)의 증발부(31)에 접촉하고, 타단부가 또 다른 히트파이프(30)에 접촉함으로써, 하우징(20) 내부에 배치된 히트파이프(30)의 냉각속도를 더욱 빠르게 끌어올릴 수 있는 효과가 있다.

한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 모터하우징(미도시)과, 상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축과, 회전자와, 고정자와, 영구자석 및 상기의 발열체 냉각모듈을 포함하되, 상기 발열체는, 상기 모터하우징인 것을 특징으로 하는 모터를 제공한다. 이에 의한 모터는, 단시간에 빠른 냉각이 가능하여 모터의 수명을 증가시키고 구동효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열체 냉각모듈은 평판형 히트파이프에 의해 다양한 형상의 발열체에 밀착하여 신속하게 냉각을 수행할 수 있고, 상기 평판형 히트파이프를 포함하는 모터는 외측에 부착된 상기 평판형 히트파이프 내부의 작동유체의 유동에 의하여 신속하게 냉각되므로 작업효율이 증대되고, 수명이 증가함은 물론이다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1 : 종래의 모터 10 : 냉각배관
20 : 하우징 30 : 히트파이프
40 : 냉각채널 50 : 냉각핀
60 : 냉각팬 70 : 제1내부중공부
80 : 제2내부중공부

Claims

모터하우징;
상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;
적어도 일면이 상기 모터하우징의 외부에 접촉되고, 내부에서 작동유체가 순환되며, 상기 모터하우징에 비접촉되는 응축영역을 포함하는 히트파이프; 및
상기 응축영역의 외부에 연결되고, 냉매로 상기 히트파이프를 냉각하되, 상기 히트파이프 내부의 작동유체와 비접촉하는 냉각채널;을 포함하되,
상기 히트파이프는,
적어도 일면이 적어도 하나의 선분을 포함하는 도형으로 구비되며, 상기 모터하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 상기 모터하우징을 덮고, 내부가 1기압 이하로 유지되는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프는,
사각기둥으로 구비되되, 두께가 0.1mm 이상 10mm 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프와 상기 모터하우징 사이에는 열전달물질이 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 모터하우징의 외면을 감싸는 하우징;을 더 포함하고,
상기 히트파이프는,
상기 하우징과 상기 모터하우징 사이에 배치되어 상기 모터하우징에 밀착 접촉되는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프는,
상기 모터하우징과 비접촉되는 응축영역이 중력방향과 동일선상에 놓여, 내부에서 상기 작동유체가 중력방향 또는 중력 반대방향으로 순환되도록 상기 모터하우징에 접촉되는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 모터하우징의 외면에서 상기 냉각채널에 수직한 방향에 배치되는 복수개의 측부냉각채널;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각채널은, 공급유로와 배출유로를 포함하는 워터재킷으로 구비되고,
상기 워터재킷과 연결되어 상기 냉매와 열교환하는 보조냉각채널;
을 더 포함하여 구성되는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프에 설치되는 복수개의 냉각핀; 및
상기 냉각핀 및 상기 응축영역에 냉각용 가스를 공급하는 냉각팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
모터하우징;
상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;
적어도 일면이 상기 모터하우징의 외부에 접촉되고, 내부에서 작동유체가 순환되며, 상기 모터하우징에 비접촉되는 응축영역을 포함하는 히트파이프;
상기 응축영역에 냉각용 가스를 공급하는 냉각팬; 및
상기 응축영역에 설치되어, 상기 히트파이프의 외주에 접촉하는 복수개의 냉각핀;을 포함하되,
상기 히트파이프는,
적어도 일면이 적어도 하나의 선분을 포함하는 도형으로 구비되며, 상기 모터하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 상기 모터하우징을 덮고, 내부가 1기압 이하로 유지되는 전기차용 모터.
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제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각채널은,
내부에서 상기 히트파이프와 연결되고,
내부에 구비된 냉매는 상기 히트파이프와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프는,
내벽이 굴곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제5항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히트파이프의 외측을 감싸는 커버하우징;을 더 포함하고,
상기 커버하우징의 외측에 상기 히트파이프가 복수개 적층되는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
삭제
제7항에 있어서,
상기 보조냉각채널은,
입구와 출구를 구비하고, 상기 배출유로에 입구가 연결되어 상기 냉매와 열교환하는 라디에이터; 및
상기 라디에이터의 출구에 연결되고, 상기 공급유로에 연결되는 워터펌프;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
모터하우징;
상기 모터하우징의 내부에 구비되는 회전축, 회전자, 고정자 및 영구자석;
상기 모터하우징의 내부에서 출입구가 폐쇄된 중공으로 제공되고, 상기 모터하우징의 원주방향으로 일정길이 연속되며, 1기압 이하로 유지되어 작동유체를 수용하는 중공부; 및
상기 모터하우징에 연결되고, 상기 중공부의 응축부에 대응되게 설치되어 냉매로 상기 모터하우징을 냉각하는 냉각채널;을 포함하되,
상기 중공부가 상기 모터하우징을 냉각하는 히트파이프인 전기차용 모터.
제1항에 있어서,
상기 작동유체는,
물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아, R134 중 어느 하나로 제공되는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제1항, 제5항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히트파이프는,
알루미늄, 철, 구리, 스테인레스, 아연, 청동, 황동 중 어느 하나의 재질 또는 혼합된 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차용 모터.
제16항에 있어서,
상기 작동유체는,
물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아, R134 중 어느 하나로 제공되며,
상기 히트파이프의 내벽은 굴곡지게 제공되는 전기차용 모터.
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