WO2020027436A1 - 전동기 - Google Patents

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WO2020027436A1
WO2020027436A1 PCT/KR2019/007544 KR2019007544W WO2020027436A1 WO 2020027436 A1 WO2020027436 A1 WO 2020027436A1 KR 2019007544 W KR2019007544 W KR 2019007544W WO 2020027436 A1 WO2020027436 A1 WO 2020027436A1
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WO
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housing
outer housing
cooling
motor housing
motor
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/007544
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English (en)
French (fr)
Inventor
김종수
곽태희
문정욱
조창흠
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/05—Cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2205/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to casings, enclosures, supports
    • H02K2205/09—Machines characterised by drain passages or by venting, breathing or pressure compensating means

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor having an oil cooling and a water cooling composite cooling flow path structure.
  • an electric vehicle including a hybrid vehicle
  • an electric motor as a driving source for driving a vehicle
  • the motor has a rotor and a stator, and the rotor may be rotatably provided inside the stator.
  • the stator has a stator coil wound around the stator core, and when a current flows through the stator coil to rotate the rotor, technologies are developed to generate heat in the stator coil and cool the heat generated in the motor.
  • cooling of heat generated from the electric motor plays an important role in miniaturizing the motor and improving efficiency.
  • Conventional motor cooling methods employ an indirect cooling method in which cooling water is circulated inside the housing to indirectly cool the motor, and a direct cooling method in which oil is directly sprayed onto a stator or rotor to cool the motor.
  • the direct cooling method has a high cooling efficiency and good cooling performance compared to the indirect cooling method, and research and development on the direct cooling method have been actively conducted recently.
  • Patent Document 1 Pub. Date: Aug. 26, 2004
  • Patent Document 1 Pub. Date: Aug. 26, 2004
  • Patent Document 1 Pub. Date: Aug. 26, 2004
  • an oil cooling passage is installed in the slot of the motor so as to surround the outside and the inside of the stator coil protruding axially from the stator core, and the oil circulated by the oil pump is As it flows, it absorbs the heat generated by the stator coils, thereby directly cooling the motor.
  • Patent Document 1 has the following problems.
  • the present invention has been made in order to solve the conventional problems, and an object thereof is to provide an electric motor that is easily detachable from the oil flow housing for oil cooling to the water cooling flow housing.
  • the present invention is to provide a motor that is easy to assemble in the water-cooled euro housing by standardizing and commonized the oil euro housing by the output size when the size is expanded in the longitudinal direction and the circumferential direction of the housing is required for the high output of the motor There is a purpose.
  • the electric motor includes a motor housing for accommodating the stator and the rotor inside; An outer housing detachably fastened to an outer side of the motor housing; A first cooling passage formed in the outer housing and having a first cooling fluid flowing therein; A second cooling passage formed in the motor housing and having a second cooling fluid flowing therein so as to exchange heat with the first cooling fluid; And a plurality of injection holes communicating with one side of the first cooling passage and penetrating from the outer housing toward the inner space of the motor housing to inject the first cooling fluid into the inner space of the motor housing.
  • the first cooling fluid may be oil
  • the second cooling fluid may be cooling water
  • the outer housing may be fastened to the motor housing by a plurality of screws.
  • the outer housing may include: a flow path body having one side open and having the first cooling passage therein and extending in a circumferential direction; And a plurality of fastening parts protruding along the circumferential direction at both ends of the flow path body so that each of the plurality of screws fastens the outer housing and the motor housing.
  • the outer housing may further include a plurality of extension portions each provided with the plurality of fastening portions, and further extending toward each other along the circumferential direction at both ends of the flow path body.
  • the plurality of fastening parts may be formed in the front part and the rear part in the longitudinal direction of the outer housing, respectively.
  • the motor housing may extend along a radial direction and include a plurality of fastening holes to which the plurality of screws are fastened.
  • a plurality of inlets communicating with an inner space of the motor housing and introducing the first cooling fluid to the other side of the first cooling passage;
  • a pump unit mounted on an outer side of the outer housing and configured to move the first cooling fluid introduced through the plurality of inlets from one side to the other side of the first cooling channel.
  • the plurality of injection holes may be disposed inside the uppermost part of the outer housing, and the plurality of inlets may be disposed inside the lowermost part of the outer housing.
  • each of the motor housing and the outer housing may be formed as a double wall.
  • each of the first cooling passage and the second cooling passage may include: a plurality of heat exchange cells extending along a length direction of the outer housing or the motor housing; A plurality of partition walls extending in a longitudinal direction of the outer housing or the motor housing and partitioning the plurality of heat exchange cells; And a communication hole formed at a front end portion or a rear end portion in the longitudinal direction of the plurality of partition walls to communicate the plurality of heat exchange cells in the circumferential direction.
  • the electric motor can be cooled only by the motor housing in low speed and low heat generation conditions.
  • the outer housing may be additionally attached to the motor housing under high speed and high heat generation conditions, for example, to cool the motor by the oil-cooled combined cooling system.
  • the size of the outer housing mounted on the motor housing is standardized and shared by output or size to vary the output and size of the motor. Outer housings of size can be applied.
  • the outer housing is configured to surround a part of the motor housing in an arc shape, and a plurality of fastening portions are formed at both ends of the outer housing, respectively, and the motor housing and the outer housing are fastened by the plurality of fastening portions, thereby attaching to the motor housing.
  • the oil flow path may be configured to be assembled at various angles along the circumferential direction.
  • the coolant may flow along an internal flow path of the motor housing to cool the stator core and oil, dissipate heat from the radiator and then recycle to the motor housing.
  • cooling oil is injected into the inner space of the motor housing through the plurality of injection holes to cool the stator coil and the rotor, and flow along the inside of the wall of the outer housing to release heat to the coolant and recycle the inner space of the motor housing.
  • the heat dissipation by the coolant may be performed in the low heat generation or low power condition of the motor, and the heat dissipation by the oil-cooled complex cooling by the coolant and the oil may be performed in the high heat generation or high power condition.
  • Water-cooled combined cooling method has the following advantages.
  • the water-cooled combined cooling method can drive a higher output motor in the housing of the same size than the conventional water-cooled.
  • the hybrid operation is possible in the heating state, there is an advantage that the efficiency is much higher than the conventional oil-cooled type in which the oil pump is operated.
  • the cooling water lowers the temperature of the motor housing so that the life of the bearing can be extended compared to conventional oil-cooled.
  • FIG. 1 is a perspective view of a drive system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which an outer housing is fastened to the outside of the motor housing in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a bottom perspective view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a front view of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an exploded view of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a conceptual view illustrating a first cooling passage formed in the outer housing of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along VII-VII in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of a driving system according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing the outer housing 21 fastened to the outside of the motor housing 20 in FIG. 1
  • FIG. 3 is a bottom perspective view of FIG. 2.
  • 4 is a front view of FIG. 3
  • FIG. 5 is an exploded view of FIG. 2
  • FIG. 6 is a conceptual view illustrating a first cooling passage 24 formed in the outer housing 21 in FIG. 3. Sectional view taken along VII-VII in 1.
  • the drive system of the present invention includes an electric motor 2 and an inverter 1, and can be applied to an electric vehicle or the like having the electric motor 2 as a power source.
  • the inverter 1 is a component for driving the electric motor 2.
  • the inverter 1 includes an inverter housing 10, and electrical equipment such as an IGBT may be mounted inside the inverter housing 10.
  • the motor 2 includes a motor housing 20, in which a stator 22 and a rotor may be accommodated in the motor housing 20.
  • the stator 22 includes a stator core 220 and a stator coil 221.
  • the stator coil 221 may be wound in a plurality of slots circumferentially spaced from the stator core 220.
  • the rotor may include a rotor core 23, a rotation shaft 230, and a permanent magnet.
  • the rotating shaft 230 may be coupled to the inside of the rotor core 23 and may be rotatably installed together with the rotor core 23.
  • Both ends of the rotation shaft 230 may be rotatably supported by the plurality of bearings 231.
  • One of the plurality of bearings 231 may be mounted to the rear cover 201, and the other may be mounted to the rear cover 11 of the inverter housing 10.
  • stator coil 221 When power is applied to the stator coil 221, a magnetic field is formed around the stator coil 221, and the rotor rotates with respect to the stator 22 by electromagnetic interaction between the rotor and the stator 22 to generate power. Can be.
  • the motor housing 20 may be formed in a cylindrical shape.
  • the motor housing 20 may be formed so that both sides are open in the longitudinal direction.
  • the rear cover 201 may be fastened to the rear end of the motor housing 20 to cover the rear of the motor housing 20.
  • Inverter housing 10 may be housed in the electrical equipment of the inverter 1, the inverter housing 10 may be fastened to the front end of the motor housing 20.
  • the inverter housing 10 may be formed in a cylindrical shape, and may have a structure in which one side is opened in the longitudinal direction of the inverter housing 10 and the other side is blocked.
  • the rear cover 11 extends radially on the other side of the inverter housing 10 to cover the other side of the inverter housing 10, and may be configured to cover the open front end of the motor housing 20.
  • the front cover 12 is fastened to one side of the inverter housing 10, and may be configured to cover an open side of the inverter housing 10.
  • the front cover 12, the inverter housing 10, the motor housing 20, the rear cover 201 are arranged to extend along each other in the axial direction, and in the front cover 12 a plurality of engaging portions extend radially outward.
  • a plurality of coupling portions extend radially at the front and rear ends of the inverter housing 10, a plurality of coupling portions extend radially at the front and rear ends of the motor housing 20, a plurality of coupling portions are rear It may extend radially outward from the cover 201.
  • a fastening member such as a bolt may penetrate through coupling portions of the front cover 12, the inverter housing 10, the motor housing 20, and the rear cover 201.
  • an oil-cooled complex cooling method using an oil that is a first cooling fluid and a cooling water that is a second cooling fluid may be applied.
  • the outer housing 21 may be detachably mounted to the outside of the motor housing 20.
  • the outer housing 21 may be mounted to cover at least a portion of the circumferential surface of the motor housing 20.
  • the outer housing 21 may be formed in an arc shape.
  • the outer housing 21 may extend along the circumferential direction to surround the semi-circumference of the motor housing 20.
  • the outer housing 21 may be formed longer than the semi-circumference of the motor housing 20. Although not illustrated in the present embodiment, the outer housing 21 may be formed shorter than the semi-circumference of the motor housing 20.
  • the outer housing 21 is formed so that one side section is opened along the circumferential direction, and both ends of the outer housing 21 may be radially outwardly or radially inwardly having elasticity.
  • the motor housing 20 may be inserted radially inward through the open opening of the outer housing 21 to be coupled to the motor housing 20.
  • the outer housing 21 may be provided with a plurality of fastening portions 210 at both ends thereof, and may be fastened to the motor housing 20 through the fastening portion 210.
  • the plurality of fastening parts 210 may protrude in the circumferential direction at both ends of the outer housing 21.
  • the plurality of fastening parts 210 may be spaced apart in the longitudinal direction of the outer housing 21.
  • One fastening portion 210 of the plurality of fastening portions 210 may be disposed at the front of the outer housing 21, and the other fastening portion 210 may be disposed at the rear of the outer housing 21.
  • a fastening hole 2101 is formed through the fastening hole 2101 in each of the plurality of fastening parts 210, and the fastening member 211, such as a screw, is connected to the plurality of fastening parts 210 and the motor housing 20 through the fastening hole 2101. ) Can be tightened.
  • the outer housing 21 may further include a plurality of extensions 212.
  • Each of the plurality of extension parts 212 may extend along the circumferential direction at both ends of the outer housing 21 to be connected to the plurality of fastening parts 210.
  • Each of the plurality of extension parts 212 may be spaced apart from each other by 180 degrees or more along the inner circumferential surface of the outer housing 21 on the same circumference as the inner circumferential surface of the outer housing 21.
  • the plurality of extension parts 212 may extend to the same thickness as the plate thickness of the inner circumferential wall of the outer housing, and may integrally connect the outer housing 21 and the plurality of fastening parts 210.
  • the plurality of fastening parts 210 may protrude to the same thickness as the extension part 212 along the circumferential direction at one end of the extension part 212.
  • the plurality of fastening parts 210 may be formed in a band shape. End portions of the plurality of fastening portions 210 may be formed in a semicircular shape.
  • the outer housing 21 may be composed of a double wall.
  • the first cooling passage 24 may be formed between the double walls of the outer housing 21.
  • the first cooling passage 24 is formed between the first middle wall on the outer side in the radial direction of the outer housing 21 and the second middle wall on the inner side, so that oil may flow in the circumferential direction.
  • the first cooling passage 24 may include a plurality of heat exchange cells 240, a plurality of partitions 246, and a plurality of communication holes 247.
  • the plurality of heat exchange cells 240 may be spaced apart in the circumferential direction of the outer housing 21. Each of the plurality of heat exchange cells 240 may extend along the longitudinal direction of the outer housing 21.
  • the plurality of partition walls 246 extend along the longitudinal direction of the outer housing 21 and are disposed between two heat exchange cells 240 adjacent in the circumferential direction to partition the plurality of heat exchange cells 240 spaced apart in the circumferential direction. can do.
  • the plurality of communication holes 247 may be formed at the front end portion or the rear end portion of each of the plurality of partition walls 246 to communicate the plurality of heat exchange cells 240 in a zigzag form along the circumferential direction.
  • the plurality of partition walls 246 guide the oil, which is the first cooling fluid, to move along the length direction of the outer housing 21, and the plurality of communication holes 247 are disposed between two heat exchange cells 240 adjacent in the circumferential direction. It can be induced to move the oil circumferentially.
  • the plurality of communication holes 247 may be alternately disposed at the front end portion or the rear end portion in the longitudinal direction of each of the plurality of partition walls 246 while moving in the counterclockwise direction of the outer housing 21.
  • the plurality of heat exchange cells 240 may be configured of the first heat exchange cell 241 to the fifth heat exchange cell 245.
  • the first heat exchange cell 241 may be located at the bottom of the outer housing 21, and the fifth heat exchange cell 245 may be located at the top of the outer housing 21.
  • Each of the first heat exchange cells 241 to fifth heat exchange cells 245 may be spaced apart in the counterclockwise order from the lower end of the outer housing 21 toward the upper end.
  • An oil inlet 2451 may be formed in the fifth heat exchange cell 245.
  • An oil stopper is coupled to the oil inlet 2245, and may be configured to open and close the oil inlet 2451.
  • An oil inlet 248 may be formed at the bottom of the outer housing 21.
  • the oil inlet 248 may penetrate in a slot shape along the length of the outer housing 21 to communicate with the first heat exchange cell 241.
  • the oil inlet 248 may be formed at the bottom of the second middle wall.
  • a suction part 249 extending in a tangential direction may be formed outside the first heat exchange cell 241.
  • the suction part 249 is configured to suck the oil introduced into the first heat exchange cell 241 into the oil pump 25 which is the pump part.
  • a suction hole is formed in the suction part 249, one side of the suction hole communicates with the first middle wall of the first heat exchange cell 241, and the other side of the suction hole communicates with the outside of the outer housing 21 to have an elbow shape. It may be connected to the oil pump 25 by a connection member such as a connection hose.
  • the oil pump 25 may be mounted on the outer surface of the outer housing 21.
  • the oil pump 25 may be disposed to span the second heat exchange cell 240 and the third heat exchange cell 240.
  • the oil pump 25 includes a pump blade rotatably installed to suck the fluid into the pump housing; A pumping motor for rotating the pump blades; And it may be composed of a motor shaft for connecting the pump blade and the pumping motor.
  • An oil inlet 251 may be formed at the bottom of the pump housing.
  • the oil suction port 251 is connected to the suction hole of the suction part 249 by a connection hose (not shown), so that oil may be sucked into the oil pump 25 from the first heat exchange cell 241.
  • An oil discharge hole may be formed in a direction facing the second heat exchange cell 240 in the mounting portion 253 on which the oil pump 25 is mounted.
  • the oil discharge hole is formed through the first middle wall of the second heat exchange cell 240 so that the oil pump 25 and the second heat exchange cell 240 communicate with each other, so that the pumped oil is transferred from the oil pump 25 to the second heat exchange cell. May be discharged to 240.
  • the oil discharged to the second heat exchange cell 240 may move in a zigzag form along the circumferential direction to the third to fifth heat exchange cells 245.
  • a plurality of oil injection holes 252 may be formed in the second middle wall of the fifth heat exchange cell 245.
  • One injection hole of the plurality of oil injection holes 252 may be disposed in front of the outer housing 21, and the other injection hole may be disposed at the rear of the outer housing 21.
  • the stator coil 221 may include an end coil protruding axially from a slot of the stator core 220.
  • the plurality of injection holes may directly inject the oil introduced into the fifth heat exchange cell 245 into the stator coil 221.
  • the plurality of injection holes may inject oil into the end coils.
  • the injected oil may cool the heat generated in the stator coil 221.
  • the oil may release heat to the cooling water through heat exchange with the cooling water while moving from the first heat exchange cell 241 to the fifth heat exchange cell 245.
  • the coolant may be configured to flow along the second cooling passage 26 formed in the motor housing 20.
  • the second cooling passage 26 may be cooled by a cooling water circulation system disposed outside the electric motor 2.
  • the cooling water circulation system includes a radiator installed inside the front of the vehicle; A cooling water circulation line connecting the radiator and the second cooling channel 26 of the electric motor 2; And a water pump installed in the cooling water circulation line.
  • a coolant inlet 265 and a coolant outlet 266 are formed outside the motor housing 20, and the coolant inlet 265 and the coolant outlet 266 are connected to the coolant circulation line, and the coolant provides power from the water pump.
  • the radiator may be circulated in the second cooling passage 26.
  • the coolant inlet 265 and the coolant outlet 266 may be spaced apart from each other on the same straight line along the longitudinal direction of the motor housing 20. May be spaced apart in the circumferential and longitudinal directions of the motor housing 20.
  • the radiator may be configured to release heat of the coolant through the air sucked in front of the vehicle.
  • the coolant may radiate heat absorbed from the oil through a radiator and then flow back into the second cooling channel 26 through the coolant inlet 265.
  • the coolant may absorb the heat of the oil while flowing along the second cooling channel 26 and then flow out to the coolant circulation line through the coolant outlet 266.
  • the motor housing 20 may be composed of a double wall.
  • the double wall of the motor housing 20 may be composed of a first middle wall disposed radially outward and a second middle wall disposed inside.
  • a second cooling passage 26 may be formed between the first middle wall and the second middle wall of the motor housing 20.
  • the first middle wall of the motor housing 20 and the second middle wall of the outer housing 21 may be disposed in surface contact with each other in a radial direction.
  • the second cooling passage 26 may include a plurality of heat exchange cells 260, a plurality of partitions 262, and a plurality of communication holes 263.
  • the plurality of heat exchange cells 260 may include first to twelfth heat exchange cells 261, 262, 263,. Each of the plurality of heat exchange cells 240 may extend in the longitudinal direction of the motor housing 20. The plurality of heat exchange cells 240 may be spaced apart along the circumferential direction.
  • the plurality of partitions 262 may extend in the longitudinal direction of the motor housing 20.
  • the plurality of partitions 262 may be disposed between two heat exchange cells 260 adjacent in the circumferential direction to partition the plurality of heat exchange cells 260 spaced apart in the circumferential direction.
  • the plurality of communication holes 263 may be formed at the front end portion or the rear end portion in the longitudinal direction of the plurality of partition walls 262.
  • the plurality of communication holes 263 may be spaced apart in the circumferential direction.
  • Some of the plurality of communication holes 263 are odd-numbered partitions 262 spaced apart in the counterclockwise order, for example, the first partition 262, the third partition 262, and the fifth partition 262.
  • An even-numbered partition 262 formed in a front end portion of each of the eleventh partitions 262 and another portion of the plurality of communication holes 263 spaced apart in a counterclockwise order, for example, a second partition 262, Fourth partition 262, sixth partition 262. It may be formed at the rear end of each of the twelfth partition 262.
  • the plurality of partitions 262 may have different widths in the circumferential direction.
  • the fifth partition 262, the seventh partition 262 located at the bottom of the motor housing 20, the ninth partition 262, and the twelfth partition 262 located at the top of the motor housing 20. May have a wider width in the circumferential direction than other partitions 262.
  • a twelfth partition 262 may be disposed between two first heat exchange cells 261 and a twelfth heat exchange cell 2612 positioned at the top of the motor housing 20 among the plurality of heat exchange cells 260.
  • Recess portions 267 recessed in the front-rear direction may be formed at each of the front end portion and the rear end portion of the twelfth partition 262.
  • the plurality of fastening holes 2101 may be formed to be spaced apart in the front-rear direction from the first partition 262 and the sixth partition 262 of the motor housing 20, respectively.
  • Each of the plurality of injection holes 252 is disposed above the recess portion 267, and the oil injected through the injection holes 252 passes through the inner space of the recess portion 267 to the stator coil 221. Can be.
  • a seventh partition wall 262 may be disposed between two seventh heat exchange cells 260 and an eighth heat exchange cell 260 positioned at the lowermost end of the motor housing 20 among the plurality of heat exchange cells 260.
  • An oil inflow hole 264 may be formed in the seventh partition 246. The oil inlet hole 264 may extend along the longitudinal direction of the motor housing 20.
  • the upper side of the oil inlet hole 264 may communicate with the inner space of the motor housing 20, and the lower side of the oil inlet hole 264 may be in communication with the oil inlet 248 of the outer housing 21.
  • the motor housing 20 is a housing for water cooling
  • the outer housing 21 is a flow path module for oil cooling, and when only water cooling is required, for example, the motor housing 20 in a low speed and low heat generation condition.
  • the electric motor 2 can be cooled only.
  • the outer housing 21 may be additionally attached to the motor housing 20 under high speed and high heat generation conditions, for example, to cool the electric motor 2 by the oil-cooled combined cooling system. have.
  • the size of the outer housing 21 mounted on the motor housing 20 is standardized by output or size. It is possible to apply the outer housing 21 of various sizes depending on the output and size of the motor in common.
  • the oil flow path attached to the motor housing 20 may be configured to be assembled at various angles along the circumferential direction in addition to the embodiment.
  • a dual channel through which cooling water and oil flow, respectively, may be provided in the wall of the motor housing 20 and the wall of the outer housing 21 to provide a structure capable of water-cooled complex heat dissipation.
  • the cooling water may flow along the internal flow path of the motor housing 20 to cool the stator core 220 and the oil, and then discharge heat from the radiator and then recycle the motor to the motor housing 20.
  • the cooling oil is injected into the inner space of the motor housing 20 through a plurality of injection holes to cool the stator coil 221 and the rotor, and then flow along the inside of the wall of the outer housing 21 to discharge heat to the coolant. Afterwards, the inner space of the motor housing 20 may be recycled.
  • the heat dissipation may be performed by the coolant, and in the high heat generation or high power condition, the heat dissipation may be performed by the oil-cooled complex cooling by the coolant and oil.
  • Water-cooled combined cooling method has the following advantages.
  • the water-cooled combined cooling method can drive a higher power motor with a housing of the same size as compared to the conventional water-cooled.
  • the water-cooled combined cooling method can realize cost reduction and compact structure by replacing the oil cooler with a double flow path formed in the wall of the motor housing 20 and the outer housing 21 as compared to the conventional oil-cooled type.
  • the hybrid operation is possible in the heating state, there is an advantage that the efficiency is much higher than the conventional oil-cooled type in which the oil pump 25 is operated.
  • the life of the bearing 231 can be extended compared to the conventional oil-cooled.

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Abstract

본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징; 상기 모터 하우징의 외측에 탈착 가능하게 체결되는 아우터 하우징; 상기 아우터 하우징의 내부에 형성되고, 제1냉각유체가 내부에 흐르는 제1냉각유로; 상기 모터 하우징의 내부에 형성되고, 상기 제1냉각유체와 열교환 가능하게 제2냉각유체가 내부에 흐르는 제2냉각유로; 상기 제1냉각유로의 일측과 연통되며, 상기 아우터 하우징으로부터 상기 모터 하우징의 내측공간을 향해 관통 형성되어 상기 제1냉각유체를 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사홀을 포함하여, 유냉을 위한 오일유로하우징을 수냉유로하우징에 탈부착하기가 용이하다.

Description

전동기
본 발명은 유냉(OIL COOLING) 및 수냉(WATER COOLING) 복합 냉각유로 구조를 구비한 전동기에 관한 것이다.
최근 차량의 주행용 구동원으로 전동기를 구비하는 전기자동차(하이브리드 차량 포함)는 연비가 우수하여 미래형 자동차로 출시되고 있다.
일반적으로 전동기는 로터와 스테이터를 구비하고, 스테이터의 내부에 로터가 회전 가능하게 구비될 수 있다.
스테이터는 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일을 구비하고, 로터를 회전시키기 위해 스테이터 코일에 전류를 흘려보내면, 스테이터 코일에서 열이 발생하고, 전동기에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 기술들이 개발되고 있다.
전기자동차의 전동기에 있어서, 전동기에서 발생하는 열을 냉각하는 것이 전동기의 소형화 및 효율 향상 측면에서 중요한 역할을 한다.
종래의 전동기 냉각방식에는, 냉각수를 하우징 내부에 순환시켜 모터를 간접 냉각하는 간접 냉각 방식과, 오일을 스테이터나 로터 등에 분사하여 모터를 직접적으로 냉각하는 직접 냉각 방식이 채용되고 있다.
직접 냉각 방식은 간접 냉각 방식에 비해 냉각효율이 높고 냉각성능이 좋은 장점이 있어서, 최근 직접 냉각 방식에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
한편, US 2004/0163409 A1(이하, 특허문헌 1; Pub. Date: Aug. 26, 2004)에는 유냉식(oil cooling type) 또는 수냉식(water cooling type)을 모터 냉각에 개별적으로 이용하는 모터 냉각구조가 개시되어 있다.
특허문헌 1에서 유냉식의 경우에는 오일 냉각통로가 스테이터 코어에서 축방향으로 돌출된 스테이터 코일의 외측과 내측을 감싸도록 모터의 슬롯에 설치되어, 오일펌프에 의해 순환되는 오일은 오일 냉각통로를 따라 흐르면서 스테이터 코일에서 발생한 열을 흡수함으로, 모터를 직접 냉각한다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 발명은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 오일 냉각통로가 스테이터 코일을 감싸도록 오일 냉각통로를 스테이터 코어의 단부에 부착하기가 어려운 문제점이 있다.
둘째, 오일과 냉각수를 함께 운전하여 모터를 냉각하는 구성이 없어서 차량의 고출력이 필요할 경우에 냉각성능을 만족시키는데 한계가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 유냉을 위한 오일유로하우징을 수냉유로하우징에 탈부착하기가 용이한 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전동기의 고출력이 요구되어 하우징의 길이방향 및 원주방향으로 크기가 확장될 경우에 오일유로하우징을 출력크기별로 표준화 및 공용화하여 수냉유로하우징에 조립하기가 용이한 전동기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전동기는 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징; 상기 모터 하우징의 외측에 탈착 가능하게 체결되는 아우터 하우징; 상기 아우터 하우징의 내부에 형성되고, 제1냉각유체가 내부에 흐르는 제1냉각유로; 상기 모터 하우징의 내부에 형성되고, 상기 제1냉각유체와 열교환 가능하게 제2냉각유체가 내부에 흐르는 제2냉각유로; 상기 제1냉각유로의 일측과 연통되며, 상기 아우터 하우징으로부터 상기 모터 하우징의 내측공간을 향해 관통 형성되어 상기 제1냉각유체를 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사홀을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각유체는 오일이고, 상기 제2냉각유체는 냉각수일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 아우터 하우징은 복수의 스크류에 의해 상기 모터 하우징에 체결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 아우터 하우징은, 일측이 개방되고, 상기 제1냉각유로를 내부에 구비하며 원주방향을 따라 연장되는 유로바디; 및 상기 복수의 스크류 각각이 상기 아우터 하우징과 상기 모터 하우징을 체결하도록 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 체결부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 아우터 하우징은, 상기 복수의 체결부를 각각 구비하고, 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 서로를 향해 각각 더 연장되는 복수의 연장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 체결부는 상기 아우터 하우징의 길이방향으로 전방부와 후방부에 각각 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징은, 반경방향을 따라 연장되어, 상기 복수의 스크류가 체결되는 복수의 체결홀을 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 내측공간과 연통되고, 상기 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측으로 유입시키는 복수의 유입구; 및 상기 아우터 하우징의 외측에 장착되고, 상기 복수의 유입구를 통해 유입된 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측에서 일측으로 이동시키는 펌프부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 분사홀은 상기 아우터 하우징의 최상단부 내측에 배치되고, 상기 복수의 유입구는 상기 아우터 하우징의 최하단부 내측에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징 및 상기 아우터 하우징 각각은 이중벽으로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각유로 및 상기 제2냉각유로 각각은, 상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 복수의 열교환 셀; 상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되고, 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및 상기 복수의 격벽의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성되어, 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통시키는 연통홀을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전동기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 수냉을 위한 모터 하우징의 외측에 유냉을 위한 아우터 하우징을 탈착 가능하게 장착함으로써, 수냉만 필요한 경우에, 예를 들어 저속 및 저발열 조건에서 모터 하우징만으로 전동기를 냉각할 수 있다.
또한, 유수냉 복합 냉각방식이 필요한 경우에, 예를 들어 고속 및 고발열 조건에서 모터 하우징에 아우터 하우징을 추가로 부착하여 유수냉 복합 냉각방식으로 전동기를 냉각할 수 있다.
셋째, 모터의 출력이 커져서 모터 하우징 및 아우터 하우징의 길이방향 또는 원주방향으로 사이즈가 커질 경우 모터 하우징에 장착되는 아우터 하우징의 크기를 출력별 또는 사이즈별로 표준화 및 공용화하여 모터의 출력 및 사이즈에 따라 다양한 크기의 아우터 하우징을 적용할 수 있다.
넷째, 아우터 하우징은 원호 형상으로 모터 하우징의 일부를 감싸도록 구성하고, 아우터 하우징의 양단부에 각각 복수의 체결부를 형성하여, 복수의 체결부에 의해 모터 하우징과 아우터 하우징을 체결함으로써, 모터 하우징에 부착되는 오일유로를 원주방향을 따라 다양한 각도에서 조립 가능한 형태로 구성할 수 있다.
다섯째, 모터 하우징의 벽체 내부 및 아우터 하우징의 벽체 내부에 각각 냉각수와 오일이 유동하는 이중유로를 구성하여 유수냉 복합 방열이 가능한 구조를 제공할 수 있다.
예를 들면, 냉각수는 모터 하우징의 내부유로를 따라 흐르면서 스테이터 코어와 오일을 냉각시킨 후 라디에이터에서 열을 방출한 다음 모터 하우징으로 재순환할 수 있다.
또한, 냉각 오일은 복수의 분사홀을 통해 모터 하우징의 내측공간으로 분사되어 스테이터 코일과 로터를 냉각시킨 후 아우터 하우징의 벽체 내부를 따라 흐르면서 냉각수에 열을 방출한 후 모터 하우징의 내측공간으로 재순환할 수 있다.
아울러, 전동기의 저발열 또는 저출력 조건에서는 냉각수에 의한 방열을 수행하고, 고발열 또는 고출력 조건에서는 냉각수와 오일에 의한 유수냉 복합 냉각에 의한 방열을 수행할 수 잇다.
유수냉 복합 냉각방식은 다음과 같은 장점이 있다.
또한, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 수냉식에 비해 동일 사이즈의 하우징으로 더 높은 출력의 모터를 구동할 수 있다.
아울러, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 유냉식에 비해 모터 하우징 및 아우터 하우징의 벽체 내부에 형성한 이중유로로 오일쿨러를 대체함으로써 비용 절감 및 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
게다가, 발열 상태에 다른 하이브리드 운전이 가능함으로써, 오일 펌프가 운전되는 종래의 유냉식에 비해 효율이 훨씬 높은 장점이 있다.
뿐만 아니라, 외부가 저온 상태인 저발열 조건에서는 냉각수만 순환함으로써 저온에서 오일점성 증가에 따른 신뢰성 문제를 해소할 수 있다.
더욱이, 냉각수가 모터 하우징의 온도를 낮춤으로써 종래의 유냉식에 비해 베어링의 수명이 연장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구동시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 모터 하우징의 외측에 아우터 하우징이 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 저면 사시도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 도 2의 분해도이다.
도 6은 도 3에서 아우터 하우징의 내부에 형성된 제1냉각유로를 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 1에서 VII-VII를 따라 취한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구동시스템의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 모터 하우징(20)의 외측에 아우터 하우징(21)이 체결된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 저면 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이고, 도 5는 도 2의 분해도이고, 도 6은 도 3에서 아우터 하우징(21)의 내부에 형성된 제1냉각유로(24)를 보여주는 개념도이고, 도 7은 도 1에서 VII-VII를 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 구동시스템은 전동기(2)와 인버터(1)를 구비하고, 전동기(2)를 동력원으로 하는 전기자동차 등에 적용될 수 있다. 인버터(1)는 전동기(2)를 구동하기 위한 구성요소이다.
인버터(1)는 인버터 하우징(10)을 포함하고, 인버터 하우징(10)의 내측에 IGBT 등의 전장품이 장착될 수 있다.
전동기(2)는 모터 하우징(20)을 포함하고, 모터 하우징(20)의 내부에 스테이터(22)와 로터가 수용될 수 있다.
스테이터(22)는 스테이터 코어(220)와 스테이터 코일(221)을 구비한다. 스테이터 코일(221)은 스테이터 코어(220)에 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 슬롯에 권선될 수 있다.
로터는 로터 코어(23), 회전축(230) 및 영구자석을 구비할 수 있다. 회전축(230)은 로터 코어(23)의 내측에 결합되어, 로터 코어(23)와 함께 회전 가능하게 설치될 수 있다.
회전축(230)의 양단부는 복수의 베어링(231)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 복수의 베어링(231) 중 하나는 리어 커버(201)에 장착되고, 다른 하나는 인버터 하우징(10)의 후방커버(11)에 장착될 수 있다.
스테이터 코일(221)에 전원이 인가되면, 스테이터 코일(221) 주위에 자기장이 형성되고, 로터와 스테이터(22) 간의 전자기적 상호작용에 의해 로터가 스테이터(22)에 대하여 회전됨으로 동력을 발생시킬 수 있다.
모터 하우징(20)은 원통형상으로 형성될 수 있다. 모터 하우징(20)은 길이방향으로 양측이 개방되게 형성될 수 있다. 모터 하우징(20)의 후단부에 리어 커버(201)가 체결되어, 모터 하우징(20)의 후방을 덮도록 구성될 수 있다.
인버터 하우징(10)은 내부에 인버터(1)의 전장품들이 수용될 수 있고, 인버터 하우징(10)은 모터 하우징(20)의 전단부에 체결될 수 있다.
인버터 하우징(10)은 원통 형상으로 형성되고, 인버터 하우징(10)의 길이방향으로 일측이 개방되고, 타측이 막힌 구조로 형성될 수 있다. 인버터 하우징(10)의 타측에 후방커버(11)가 반경방향으로 연장되어, 인버터 하우징(10)의 타측을 덮도록 구성되고, 모터 하우징(20)의 개방된 전단부를 덮도록 구성될 수 있다.
인버터 하우징(10)의 일측에 프런트 커버(12)가 체결되어, 인버터 하우징(10)의 개방된 일측을 덮도록 구성될 수 있다.
프런트 커버(12), 인버터 하우징(10), 모터 하우징(20), 리어 커버(201)는 서로 축방향을 따라 연장되게 배치되고, 프런트 커버(12)에서 복수의 결합부가 반경방향 외측으로 연장되고, 복수의 결합부가 인버터 하우징(10)의 전단부와 후단부에서 반경방향으로 연장되고, 복수의 결합부가 모터 하우징(20)의 전단부와 후단부에서 반경방향으로 연장되고, 복수의 결합부가 리어 커버(201)에서 반경방향 외측으로 연장될 수 있다.
볼트 등과 같은 체결부재는 프런트 커버(12), 인버터 하우징(10), 모터 하우징(20) 및 리어 커버(201) 각각의 결합부를 관통 결합할 수 있다.
전동기(2)를 냉각하기 위해 제1냉각유체인 오일과 제2냉각유체인 냉각수를 이용하는 유수냉 복합 냉각방식이 적용될 수 있다.
모터 하우징(20)의 외측에 아우터 하우징(21)이 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 모터 하우징(20)의 원주면의 적어도 일부를 덮도록 장착될 수 있다. 아우터 하우징(21)은 원호 형상으로 형성될 수 있다. 아우터 하우징(21)은 모터 하우징(20)의 반원주를 감싸도록 원주방향을 따라 연장될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 모터 하우징(20)의 반원주보다 더 길게 형성될 수 있다. 아우터 하우징(21)은 본 실시예에는 도시하지 않았으나, 모터 하우징(20)의 반원주보다 더 짧게 형성될 수도 있다.
아우터 하우징(21)은 원주방향을 따라 일측 구간이 개방되게 형성되고, 아우터 하우징(21)의 양단부는 탄성을 가짐으로 반경방향 외측으로 벌려지거나 반경방향 내측으로 오므려질 수 있다. 모터 하우징(20)은 아우터 하우징(21)의 개방된 개방부를 통해 반경방향 내측으로 삽입되어 모터 하우징(20)과 결합될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 양단부에 복수의 체결부(210)를 각각 구비하여, 체결부(210)를 통해 모터 하우징(20)에 체결될 수 있다. 복수의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 양단부에서 원주방향으로 돌출 형성될 수 있다. 복수의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 길이방향으로 이격 배치될 수 있다.
복수의 체결부(210) 중 하나의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 전방에 배치되고, 다른 하나의 체결부(210)는 아우터 하우징(21)의 후방에 배치될 수 있다.
복수의 체결부(210) 각각에 체결홀(2101)이 두께방향으로 관통 형성되어, 스크류 등과 같은 체결부재(211)는 체결홀(2101)을 통해 복수의 체결부(210)와 모터 하우징(20)을 체결할 수 있다.
아우터 하우징(21)은 복수의 연장부(212)를 더 포함할 수 있다. 복수의 연장부(212) 각각은 아우터 하우징(21)의 양단에서 원주방향을 따라 연장되어 복수의 체결부(210)와 연결될 수 있다. 복수의 연장부(212) 각각은 아우터 하우징(21)의 내측 원주면과 동일한 원주 상에 아우터 하우징(21)의 내주면을 따라 서로 180도 이상 이격 배치될 수 있다.
복수의 연장부(212)는 아우터 하우지의 내주벽의 판 두께와 동일한 두께로 연장되고, 아우터 하우징(21)과 복수의 체결부(210)를 일체로 연결할 수 있다.
복수의 체결부(210)는 연장부(212)의 일측 단부에서 원주방향을 따라 연장부(212)와 동일한 두께로 돌출 형성될 수 있다. 복수의 체결부(210)는 띠 형태로 형성될 수 있다. 복수의 체결부(210)의 단부는 반원형으로 형성될 수 있다.
아우터 하우징(21)은 이중벽으로 구성될 수 있다. 아우터 하우징(21)의 이중벽 사이에 제1냉각유로(24)가 형성될 수 있다. 아우터 하우징(21)의 반경방향으로 외측에 있는 제1중벽과 내측에 있는 제2중벽 사이에 제1냉각유로(24)가 형성되어, 오일이 원주방향으로 흐를 수 있다.
제1냉각유로(24)는 복수의 열교환 셀(240), 복수의 격벽(246) 및 복수의 연통홀(247)로 구성될 수 있다.
복수의 열교환 셀(240)은 아우터 하우징(21)의 원주방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 열교환 셀(240) 각각 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.
복수의 격벽(246)은 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 연장되고, 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(240) 사이에 배치되어, 복수의 열교환 셀(240)을 원주방향을 따라 이격되도록 구획할 수 있다.
복수의 연통홀(247)은 복수의 격벽(246) 각각의 전단부 또는 후단부에 형성되어, 복수의 열교환 셀(240)을 원주방향을 따라 지그재그 형태로 연통시킬 수 있다.
복수의 격벽(246)은 제1냉각유체인 오일을 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 이동시키도록 유도하고, 복수의 연통홀(247)은 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(240) 사이에서 오일을 원주방향으로 이동시키도록 유도할 수 있다.
복수의 연통홀(247)은 아우터 하우징(21)의 반시계방향으로 이동하면서 복수의 격벽(246) 각각의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 교대로 배치될 수 있다.
복수의 열교환 셀(240)은 제1열교환 셀(241) 내지 제5열교환 셀(245)로 구성될 수 있다. 제1열교환 셀(241)은 아우터 하우징(21)의 최하단에 위치하고, 제5열교환 셀(245)은 아우터 하우징(21)의 최상단에 위치할 수 있다.
제1열교환 셀(241) 내지 제5열교환 셀(245) 각각은 아우터 하우징(21)의 하단부에서 상단부를 향해 반시계방향 순서로 이격 배치될 수 있다. 제5열교환 셀(245)에 오일주입구(2451)가 형성될 수 있다. 오일주입구(2451)에 오일마개가 결합되어 오일주입구(2451)를 개폐하도록 구성될 수 있다.
아우터 하우징(21)의 저면에 오일유입구(248)가 형성될 수 있다. 오일유입구(248)는 아우터 하우징(21)의 길이방향을 따라 길게 슬롯(slot) 형태로 관통되어 제1열교환 셀(241)과 연통될 수 있다. 오일유입구(248)는 제2중벽의 저면에 형성될 수 있다.
제1열교환 셀(241)의 외측에 접선방향으로 연장되는 흡입부(249)가 형성될 수 있다. 흡입부(249)는 제1열교환 셀(241)로 유입된 오일이 펌프부인 오일펌프(25)로 흡입되도록 구성된다. 흡입부(249)의 내부에 흡입홀이 형성되고, 흡입홀의 일측은 제1열교환 셀(241)의 제1중벽에 연통되고, 흡입홀의 타측은 아우터 하우징(21)의 외측과 연통되어 엘보우 형상의 연결호스 등과 같은 연결부재에 의해 오일펌프(25)와 연결될 수 있다.
아우터 하우징(21)의 외측면에 오일펌프(25)가 장착될 수 있다. 오일펌프(25)는 제2열교환 셀(240)과 제3열교환 셀(240)에 걸쳐지게 배치될 수 있다. 오일펌프(25)는 펌프하우징의 내부에 유체를 흡입하도록 회전 가능하게 설치되는 펌프 블레이드; 상기 펌프 블레이드를 회전시키는 펌핑 모터; 및 상기 펌프 블레이드와 펌핑 모터를 연결하는 모터 샤프트로 구성될 수 있다.
펌프 하우징의 저면에 오일 흡입구(251)가 형성될 수 있다. 오일 흡입구(251)는 흡입부(249)의 흡입홀과 연결호스(미도시)에 의해 연결되어, 오일은 제1열교환 셀(241)로부터 오일펌프(25) 내부로 흡입될 수 있다.
오일펌프(25)가 장착되는 장착부(253)의 내부에 제2열교환 셀(240)과 마주하는 방향으로 오일토출홀이 형성될 수 있다. 오일토출홀은 제2열교환 셀(240)의 제1중벽에 관통 형성됨으로 오일펌프(25)와 제2열교환 셀(240)이 연통되어, 펌핑된 오일이 오일펌프(25)에서 제2열교환 셀(240)로 토출될 수 있다.
제2열교환 셀(240)로 토출된 오일은 제3 내지 제5열교환 셀(245)로 원주방향을 따라 지그재그 형태로 이동할 수 있다.
제5열교환 셀(245)의 제2중벽에 복수의 오일 분사홀(252)이 형성될 수 있다. 복수의 오일 분사홀(252) 중 하나의 분사홀은 아우터 하우징(21)의 전방에 배치되고, 다른 하나의 분사홀은 아우터 하우징(21)의 후방에 배치될 수 있다.
스테이터 코일(221)은 스테이터 코어(220)의 슬롯에서 축방향으로 돌출된 엔드 코일을 구비할 수 있다. 복수의 분사홀은 제5열교환 셀(245)로 유입된 오일을 스테이터 코일(221)로 직접 분사할 수 있다. 복수의 분사홀은 오일을 엔드 코일로 분사할 수 있다.
분사된 오일은 스테이터 코일(221)에서 발생된 열을 냉각시킬 수 있다.
오일은 제1열교환 셀(241)에서 제5열교환 셀(245)로 이동하는 동안에 냉각수와 열교환을 통해 냉각수에 열을 방출할 수 있다.
냉각수는 모터 하우징(20)의 내부에 형성된 제2냉각유로(26)를 따라 흐르도록 구성될 수 있다. 제2냉각유로(26)는 전동기(2)의 외부에 배치되는 냉각수 순환계에 의해 냉각될 수 있다.
냉각수 순환계는 차량의 전방 내측에 설치되는 라디에이터; 라디에이터와 전동기(2)의 제2냉각유로(26)를 연결하는 냉각수 순환라인; 및 냉각수 순환라인에 설치되는 워터 펌프로 구성될 수 있다.
모터 하우징(20)의 외측에 냉각수 유입구(265)와 냉각수 유출구(266)가 형성되고, 냉각수 유입구(265)와 냉각수 유출구(266)는 냉각수 순환라인과 연결되고, 냉각수는 워터펌프로부터 동력을 제공받아 제2냉각유로(26)에서 라디에이터를 순환할 수 잇다.
도 1을 참조하면, 냉각수 유입구(265) 및 냉각수 유출구(266)는 모터 하우징(20)의 길이방향을 따라 동일한 직선 상에 이격 배치될 수 있으나, 이에 냉각수 유입구(265) 및 냉각수 유출구(266)는 모터 하우징(20)의 원주방향 및 길이방향으로 이격 배치될 수 있다.
라디에이터는 차량 전방으로 흡입되는 공기를 통해 냉각수의 열을 방출하도록 구성될 수 있다. 냉각수는 오일로부터 흡수한 열을 라디에이터를 통해 방열한 후 다시 냉각수 유입구(265)를 통해 제2냉각유로(26)로 유입될 수 있다.
냉각수는 제2냉각유로(26)를 따라 흐르면서 오일의 열을 흡수한 후 냉각수 유출구(266)를 통해 냉각수 순환라인으로 유출될 수 있다.
모터 하우징(20)은 이중벽으로 구성될 수 있다. 모터 하우징(20)의 이중벽은 반경방향으로 외측에 배치되는 제1중벽과 내측에 배치되는 제2중벽으로 구성될 수 있다. 모터 하우징(20)의 제1중벽과 제2중벽 사이에 제2냉각유로(26)가 형성될 수 있다.
모터 하우징(20)의 제1중벽과 아우터 하우징(21)의 제2중벽은 서로 반경방향으로 마주보며 면접촉되게 배치될 수 있다.
제2냉각유로(26)는 복수의 열교환 셀(260), 복수의 격벽(262) 및 복수의 연통홀(263)을 포함할 수 있다.
복수의 열교환 셀(260)은 반시계방향 순서로 배치되는 제1 내지 제12열교환 셀(261,262,263, … ,2612)로 구성될 수 있다. 복수의 열교환 셀(240) 각각은 모터 하우징(20)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 복수의 열교환 셀(240)은 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
복수의 격벽(262)은 모터 하우징(20)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 복수의 격벽(262)은 원주방향으로 인접한 두 열교환 셀(260) 사이에 배치되어, 복수의 열교환 셀(260)을 원주방향으로 이격되도록 구획할 수 있다.
복수의 연통홀(263)은 복수의 격벽(262)의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성될 수 있다. 복수의 연통홀(263)은 원주방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 연통홀(263) 중 일부는 반시계방향 순서로 이격 배치되는 홀수번째 격벽(262), 예를 들어 제1격벽(262), 제3격벽(262), 제5격벽(262) … 제11격벽(262) 각각의 전단부에 형성되고, 복수의 연통홀(263) 중 다른 일부는 반시계방향 순서로 이격 배치되는 짝수번째 격벽(262), 예를 들어 제2격벽(262), 제4격벽(262), 제6격벽(262) … 제12격벽(262) 각각의 후단부에 형성될 수 있다.
복수의 격벽(262)은 원주방향의 폭이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제5격벽(262), 모터 하우징(20)의 최하단에 위치하는 제7격벽(262), 제9격벽(262) 및 모터 하우징(20)의 최상단에 위치하는 제12격벽(262)은 다른 격벽(262)에 비해 원주방향의 폭이 더 넓게 형성될 수 있다.
복수의 열교환 셀(260) 중 모터 하우징(20)의 최상단에 위치하는 두 제1열교환 셀(261)과 제12열교환 셀(2612) 사이에 제12격벽(262)이 배치될 수 있다. 제12격벽(262)의 전단부와 후단부 각각에 전후방향으로 함몰된 리세스부(267)가 형성될 수 있다.
복수의 체결홀(2101)은 모터 하우징(20)의 제1격벽(262)과 제6격벽(262)에 각각 전후방향으로 이격되게 형성될 수 있다.
복수의 분사홀(252) 각각은 리세스부(267)의 상부에 배치되어, 분사홀(252)을 통해 분사된 오일은 리세스부(267)의 내측공간을 지나 스테이터 코일(221)에 분사될 수 있다.
복수의 열교환 셀(260) 중 모터 하우징(20)의 최하단에 위치하는 두 제7열교환 셀(260)과 제8열교환 셀(260) 사이에 제7격벽(262)이 배치될 수 있다. 제7격벽(246)의 내부에 오일유입홀(264)이 형성될 수 있다. 오일유입홀(264)은 모터 하우징(20)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.
오일유입홀(264)의 상측은 모터 하우징(20)의 내측공간과 연통되고, 오일유입홀(264)의 하측은 아우터 하우징(21)의 오일유입구(248)와 연통되게 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 모터 하우징(20)은 수냉을 위한 하우징이고, 아우터 하우징(21)은 유냉을 위한 유로 모듈로서, 수냉만 필요한 경우에, 예를 들어 저속 및 저발열 조건에서 모터 하우징(20)만으로 전동기(2)를 냉각할 수 있다.
또한, 유수냉 복합 냉각방식이 필요한 경우에, 예를 들어 고속 및 고발열 조건에서 모터 하우징(20)에 아우터 하우징(21)을 추가로 부착하여 유수냉 복합 냉각방식으로 전동기(2)를 냉각할 수 있다.
모터의 출력이 커져서 모터 하우징(20) 및 아우터 하우징(21)의 길이방향 또는 원주방향으로 사이즈가 커질 경우 모터 하우징(20)에 장착되는 아우터 하우징(21)의 크기를 출력별 또는 사이즈별로 표준화 및 공용화하여 모터의 출력 및 사이즈에 따라 다양한 크기의 아우터 하우징(21)을 적용할 수 있다.
모터 하우징(20)에 부착되는 오일유로는 실시예 이외에 원주방향을 따라 다양한 각도에서 조립 가능한 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 모터 하우징(20)의 벽체 내부 및 아우터 하우징(21)의 벽체 내부에 각각 냉각수와 오일이 유동하는 이중유로를 구성하여 유수냉 복합 방열이 가능한 구조를 제공할 수 있다.
예를 들면, 냉각수는 모터 하우징(20)의 내부유로를 따라 흐르면서 스테이터 코어(220)와 오일을 냉각시킨 후 라디에이터에서 열을 방출한 다음 모터 하우징(20)으로 재순환할 수 있다.
또한, 냉각 오일은 복수의 분사홀을 통해 모터 하우징(20)의 내측공간으로 분사되어 스테이터 코일(221)과 로터를 냉각시킨 후 아우터 하우징(21)의 벽체 내부를 따라 흐르면서 냉각수에 열을 방출한 후 모터 하우징(20)의 내측공간으로 재순환할 수 있다.
아울러, 전동기(2)의 저발열 또는 저출력 조건에서는 냉각수에 의한 방열을 수행하고, 고발열 또는 고출력 조건에서는 냉각수와 오일에 의한 유수냉 복합 냉각에 의한 방열을 수행할 수 잇다.
유수냉 복합 냉각방식은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 수냉식에 비해 동일 사이즈의 하우징으로 더 높은 출력의 모터를 구동할 수 있다.
둘째, 유수냉 복합 냉각방식은 종래의 유냉식에 비해 모터 하우징(20) 및 아우터 하우징(21)의 벽체 내부에 형성한 이중유로로 오일쿨러를 대체함으로써 비용 절감 및 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
셋째, 발열 상태에 다른 하이브리드 운전이 가능함으로써, 오일펌프(25)가 운전되는 종래의 유냉식에 비해 효율이 훨씬 높은 장점이 있다.
넷째, 외부가 저온 상태인 저발열 조건에서는 냉각수만 순환함으로써 저온에서 오일점성 증가에 따른 신뢰성 문제를 해소할 수 있다.
다섯째, 냉각수가 모터 하우징(20)의 온도를 낮춤으로써 종래의 유냉식에 비해 베어링(231)의 수명이 연장될 수 있다.

Claims (11)

  1. 내측에 스테이터와 로터를 수용하는 모터 하우징;
    상기 모터 하우징의 외측에 탈착 가능하게 체결되는 아우터 하우징;
    상기 아우터 하우징의 내부에 형성되고, 제1냉각유체가 내부에 흐르는 제1냉각유로;
    상기 모터 하우징의 내부에 형성되고, 상기 제1냉각유체와 열교환 가능하게 제2냉각유체가 내부에 흐르는 제2냉각유로;
    상기 제1냉각유로의 일측과 연통되며, 상기 아우터 하우징으로부터 상기 모터 하우징의 내측공간을 향해 관통 형성되어 상기 제1냉각유체를 상기 모터 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사홀을 포함하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각유체는 오일이고, 상기 제2냉각유체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 하우징은 복수의 스크류에 의해 상기 모터 하우징에 체결되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 하우징은,
    일측이 개방되고, 상기 제1냉각유로를 내부에 구비하며 원주방향을 따라 연장되는 유로바디; 및
    상기 복수의 스크류 각각이 상기 아우터 하우징과 상기 모터 하우징을 체결하도록 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아우터 하우징은,
    상기 복수의 체결부를 각각 구비하고, 상기 유로바디의 양단부에서 원주방향을 따라 서로를 향해 각각 더 연장되는 복수의 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 체결부는 상기 아우터 하우징의 길이방향으로 전방부와 후방부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 모터 하우징은,
    반경방향을 따라 연장되어, 상기 복수의 스크류가 체결되는 복수의 체결홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 내측공간과 연통되고, 상기 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측으로 유입시키는 복수의 유입구; 및
    상기 아우터 하우징의 외측에 장착되고, 상기 복수의 유입구를 통해 유입된 제1냉각유체를 상기 제1냉각유로의 타측에서 일측으로 이동시키는 펌프부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 분사홀은 상기 아우터 하우징의 최상단부 내측에 배치되고, 상기 복수의 유입구는 상기 아우터 하우징의 최하단부 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징 및 상기 아우터 하우징 각각은 이중벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각유로 및 상기 제2냉각유로 각각은,
    상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 복수의 열교환 셀;
    상기 아우터 하우징 또는 상기 모터 하우징의 길이방향을 따라 연장되고, 상기 복수의 열교환 셀을 구획하는 복수의 격벽; 및
    상기 복수의 격벽의 길이방향으로 전단부 또는 후단부에 형성되어, 상기 복수의 열교환 셀을 원주방향으로 연통시키는 연통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
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