KR20160046581A

KR20160046581A - 스테이터 냉각유로방식 전동기

Info

Publication number: KR20160046581A
Application number: KR1020140142692A
Authority: KR
Inventors: 이종만; 김홍현
Original assignee: 주식회사 동희홀딩스
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-04-29

Abstract

본 발명의 스테이터 냉각유로방식 전동기에는 코일을 권선한 스테이터(1)(Stator), 마그네트(Magnet)를 장착한 로터(20)(Rotor), 스테이터(1)의 내주면으로 수용되어 냉각유체가 순환되어 스테이터(1)와 로터(20)에서 발생된 열을 냉각하는 유로라인(10)이 포함됨으로써 모터 내부에서 마그네트(Magnet)에 대한 냉각효율을 크게 높이고, 특히 스테이터 이(5-2)(Stator Teeth)의 노칭(Notching)부위로 유로가 설치됨으로써 모터 내부의 공간부족조건에서도 토크 저감을 가져오는 공극길이 증가가 없는 특징을 갖는다.

Description

스테이터 냉각유로방식 전동기{Stator Coolant Cooling Channel type Electric Motor}

본 발명은 전동기에 관한 것으로, 특히 코일 권선 부위에 근접된 유로 설치로 수냉식 냉각을 구현한 스테이터 냉각유로방식 전동기에 관한 것이다.

최근 전기차량이나 하이브리드 차량의 상용화에 따라 동력원으로 전동기(또는 모터)의 사용이 증가됨으로써 전동기의 토크 성능 못지않게 고열로부터 전동기 내부를 보호하기 위한 냉각 기술도 개선되고 있다.

전동기 냉각기술 중 공기를 전동기 내부로 강제 송풍하는 공랭식은 전동기 발열 대비 낮은 공기 냉각 성능뿐만 아니라 팬 및 덕트 등을 이용함으로써 크기를 증가시키는 방식이다. 반면, 유체(물 또는 오일)를 전동기 내부로 강제 순환시키는 수냉식은 전동기 하우징을 이용한 유로 설치나 또는 로터(Rotor,회전자)와 스테이터(Stator,고정자)부위를 이용한 유로 설치로 공랭식 대비 우수한 냉각효율과 함께 크기증가가 방지되는 방식이다.

그러므로, 전동기에는 주로 수냉식 냉각 기술이 적용된다.

국내특허공개 10-2013-0112922(2013년10월14일)

하지만, 전동기 하우징을 이용한 유로 설치 구조는 모터 내부를 감싼 하우징부위의 냉각에 집중됨으로써 모터 내부의 로터와 스테이터에 대한 냉각이 불충분할 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 로터를 감싸고 코일 권선된 스테이터 부위로 유체가 순환됨으로써 모터 내부에 대한 냉각효율을 크게 높이고, 특히 노칭 설계(Notching Design)로 형성된 스테이터 이(Stator Teeth)부위를 직접 이용한 유로가 설치됨으로써 코일 권선된 스테이터 부위에 대한 냉각성능이 크게 향상되는 스테이터 냉각유로방식 전동기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스테이터 냉각유로방식 전동기는 고정자로 작용하고, 코일을 권선한 스테이터; 회전자로 작용하고, 마그네트(Magnet)를 장착한 로터; 상기 스테이터의 내주면으로 수용되어 냉각유체가 순환되고, 상기 냉각유체가 상기 스테이터와 상기 로터에서 발생된 열을 냉각하는 유로라인;을 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 스테이터에는 코일을 권선하는 코일 슬롯을 등 간격으로 형성하도록 상기 스테이터의 중심축을 향해 돌출되는 복수개의 스테이터 이가 형성되고, 상기 스테이터 이에 상기 유로라인이 수용된다.

상기 유로라인은 상기 스테이터 이가 상기 로터의 외주면을 향하는 면으로 수용된다. 상기 스테이터 이의 면은 상기 코일 슬롯의 간격을 형성해주는 바디의 끝부위 폭을 좌우로 넓혀주는 노칭부(Notching Portion)에 형성되고, 상기 노칭부에는 상기 유로라인을 끼워 수용하는 유로 홈이 형성된다. 상기 유로 홈은 상기 노칭부에서 서로 간격을 둔 좌측 유로 홈과 우측 유로 홈으로 이루어지고, 상기 좌측 유로 홈과 상기 우측 유로 홈의 각각에는 상기 유로라인이 끼워져 수용된다.

이러한 본 발명의 전동기는 냉각수 순환 유로를 스테이터의 코일 권선부위에 형성함으로써 스테이터의 내주면으로 감싸인 로터에 대한 직접적인 냉각이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전동기는 코일을 권선하는 스테이터 이(Stator Teeth)의 형성부위로 유로를 설치함으로써 모터내부의 공간부족조건에서도 공극길이 증가가 없어 토크 저감을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 스테이터 냉각유로를 적용한 영구자석형 전동기는 출력밀도증가를 가져오고, 로터에 장착된 마그네트(Magnet)의 직접적인 냉각을 통한 감자내력향상으로 감자내력을 보다 높게 가져가고, 특히 직접적인 냉각을 통한 온도 상승이 방지되는 네오디움 마그네트(Neodymium Magnet)의 성능향상이 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스테이터 냉각유로를 갖는 스테이터 구조이고, 도 2는 본 발명에 따른 스테이터 이(Stator Teeth)의 구조이며, 도 3은 본 발명에 따른 스테이터 냉각유로방식 전동기의 로터와 스테이터 결합 및 유로 라인 배열구조이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 스테이터 냉각유로를 갖는 스테이터 구조이고, 도 2는 냉각수 순환을 위한 유로 홈의 상세 구조를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 스테이터 냉각유로는 스테이터(1), 스테이터(1)의 내주면을 따라 배열된 복수의 유로 라인(10)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 스테이터(1)는 자성체 강판(또는 스테이터 코어)이 복수로 적층된 원환형상을 이루고, 상기 자성체 강판에는 코일 슬롯(3)과 스테이터(1)의 중심축을 향해 돌출된 상태로 배열된 복수의 스테이터 이(5)가 형성되며, 스테이터 이(5)에는 유로 홈(5-3a,5-3b)이 더 형성된다.

상기 코일 슬롯(3)은 코일을 스테이터(1)에 권선하는 코일삽입통로이다.

상기 스테이터 이(5)는 코일 슬롯(3)의 간격을 형성해주는 바디(5-1), 바디(5-1)의 끝에서 바디끝단폭을 좌우로 넓혀주는 노칭부(5-2)(Notching Portion)로 이루어지고, 상기 노칭부(5-2)는 스테이터 이(5)의 노칭 설계(Notching Design)로 형성된다. 특히, 상기 유로 홈(5-3a,5-3b)은 노칭부(5-2)의 바닥면에 파여짐으로써 외부로 노출된다.

구체적으로, 상기 유로 홈(5-3a,5-3b)은 도 2를 통해 예시된 바와 같이, 좌측 유로 홈(5-3a)과 우측 유로 홈(5-3b)으로 구성되고, 상기 좌측 유로 홈(5-3a)과 상기 우측 유로 홈(5-3b)은 노칭부(5-2)의 폭넓이내에서 서로에 대해 일정한 간격을 갖는다. 본 실시예에서, 좌,우측 유로 홈(5-3a,5-3b)의 단면은 사각형상으로 예시되었으나, 반구형상으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 좌,우측 유로 홈(5-3a,5-3b)은 유로 라인(10)의 형상에 관계없이 유로 라인(10)을 수용할 수 있는 형상으로 이루어짐에 그 특징이 있다.

구체적으로, 상기 유로 라인(10)은 냉각을 위한 유체(예, 물 또는 오일)가 흐르는 중공관 형상으로 이루어진다. 통상적으로, 상기 유로 라인(10)은 유체를 저장하고 펌핑하는 냉각수 순환장치와 연계된다.

한편, 도 3은 스테이터(1)와 로터(20)가 조립된 전동기 내부의 스테이터 냉각유로 배열을 나타낸다. 상기 전동기에는 도시되지 않았으나 모터 하우징을 이용함으로써 스테이터(1)가 외부환경으로부터 보호되고, 또한 유로 라인(10)이 유체 저장과 펌핑 작용이 구현되는 수냉식 전동기용 냉각수 순환장치와 연계된다. 이러한 냉각수 순환장치는 통상적인 수냉식 전동기 냉각구조에 적용되는 장치와 동일하다.

도시된 바와 같이, 전동기 내부를 구성하는 스테이터(1)에는 그 내주측으로 회전이 이루어지는 로터(20)가 위치되고, 로터(20)의 외주면과 공극을 갖는 스테이터(1)의 스테이터 이(5)에 형성된 좌측 유로 홈(5-3a)과 우측 유로 홈(5-3b)으로는 유로 라인(10)이 위치된다.

이와 같이 스테이터 냉각유로는 서로 조립된 스테이터(1)와 로터(20)사이로 배열된 유로 라인(10)을 이용하고, 상기 유로 라인(10)이 좌,우측 유로 홈(5-3a,5-3b)에 수용됨으로써 스테이터(1)와 로터(20)사이의 공간부족에 따른 공극길이 증가를 요구하지 않는다. 그 결과, 전동기는 토크 저감을 가져오는 공극길이 증가와 같은 제한으로부터 자유로울 수 있다. 또한, 전동기는 유로 라인(10)을 흐르는 냉각수로 로터(20)의 마그네트(Magnet)가 직접적으로 냉각됨으로써 감자내력을 보다 높게 가져갈 수 있고, 특히 직접적인 냉각을 통한 온도 상승이 방지되는 네오디움 마그네트(Neodymium Magnet)의 성능향상이 이루어질 수 있다.

그러므로, 상기 스테이터 냉각유로는 영구자석형 전동기에 적용시 전동기 성능을 크게 개선할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스테이터 냉각유로방식 전동기에는 코일을 권선한 스테이터(1), 마그네트(Magnet)를 장착한 로터(20), 스테이터(1)의 내주면으로 수용되어 냉각유체가 순환되어 스테이터(1)와 로터(20)에서 발생된 열을 냉각하는 유로라인(10)이 포함됨으로써 모터 내부에서 마그네트(Magnet)에 대한 냉각효율을 크게 높이고, 특히 스테이터 이(5-2)의 노칭(Notching)부위로 유로가 설치됨으로써 모터 내부의 공간부족조건에서도 토크 저감을 가져오는 공극길이 증가가 없게 된다.

1 : 스테이터(Stator) 3 : 코일 슬롯
5 : 스테이터 이(Stator Teeth)
5-1 : 바디 5-2 : 노칭부(Notching Portion)
5-3a : 좌측 유로 홈 5-3b : 우측 유로 홈
10 : 유로 라인 20 : 로터(Rotor)

Claims

고정자로 작용하고, 코일을 권선한 스테이터(Stator);
회전자로 작용하고, 마그네트(Magnet)를 장착한 로터(Rotor);
상기 스테이터의 내주면으로 수용되어 냉각유체가 순환되고, 상기 냉각유체가 상기 스테이터와 상기 로터에서 발생된 열을 냉각하는 유로라인;
이 포함된 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.
청구항 1에 있어서, 상기 스테이터에는 코일을 권선하는 코일 슬롯을 등 간격으로 형성하도록 상기 스테이터의 중심축을 향해 돌출되는 복수개의 스테이터 이가 형성되고, 상기 스테이터 이에 상기 유로라인이 수용되는 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.
청구항 2에 있어서, 상기 유로라인은 상기 스테이터 이가 상기 로터의 외주면을 향하는 면으로 수용되는 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.
청구항 3에 있어서, 상기 스테이터 이의 면은 상기 코일 슬롯의 간격을 형성해주는 바디의 끝부위 폭을 좌우로 넓혀주는 노칭부(Notching Portion)에 형성된 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.
청구항 4에 있어서, 상기 노칭부에는 상기 유로라인을 끼워 수용하는 유로 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.
청구항 5에 있어서, 상기 유로 홈은 상기 노칭부에서 서로 간격을 둔 좌측 유로 홈과 우측 유로 홈으로 이루어지고, 상기 좌측 유로 홈과 상기 우측 유로 홈의 각각에는 상기 유로라인이 끼워져 수용되는 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.
청구항 1에 있어서, 상기 유로 라인은 중공관 형상인 것을 특징으로 하는 스테이터 냉각유로방식 전동기.