WO2020189825A1 - 지능형 동력생성모듈 - Google Patents

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coolant
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강한별
이상철
이경훈
포실로버트
푸커겔놋
프레우스마커스
보덴스타이너플로리안
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LG Electronics Inc
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AVL Software and Functions GmbH
LG Electronics Inc
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    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an intelligent power generation module having a motor cooling structure of an oil-water cooling hybrid system.
  • IPGM Intelligent Power Generation Module
  • the electric motor includes 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 current is passed through the stator coil to rotate the rotor, heat is generated from the stator coil, and technologies for cooling the heat generated from the motor are being developed.
  • cooling the heat generated from the electric motor plays an important role in the aspect of miniaturization and efficiency improvement of the electric motor.
  • the conventional IPGM cooling structure is type 1 (type 1), which uses oil to cool the motor and water to cool the inverter, and type 2 (type 2), which uses coolant to cool the motor and inverter. There is type 2).
  • the direct cooling method using oil has an advantage of having high cooling efficiency and good cooling performance compared to the indirect cooling method using coolant, and thus, research and development on the direct cooling method has been actively conducted recently.
  • Patent Document 1 (US 8,629,586 B2) has a cooling mechanism that allows oil to be supplied to the left and right of the end coil even when the motor is tilted by forming two outlets in the cooling water supply pipe located above the stator.
  • One rotating electric machine is disclosed.
  • a section in which oil is not wetted may occur at the end turn of the stator coil according to the injection position or injection angle of the oil outlet.
  • the present invention has been created to solve the conventional problem, and provides an intelligent power generation module having a dual flow path structure capable of cooling a motor with oil and coolant together by providing a cooling water channel and an oil channel in the inner housing. There is a purpose.
  • another object of the present invention is to provide an intelligent power generation module capable of injecting oil to a stator coil at 360 degrees along the circumferential direction of the stator.
  • the intelligent power generation module comprises: an electric motor having a motor housing forming an exterior; An inverter formed on one side of the motor housing and having an inverter housing housing an IGBT and a capacitor therein; An inner housing disposed inside the motor housing and accommodating the stator and the rotor; A plurality of first cooling passages disposed on the same circumferential surface of the inner housing, the dual passages being spaced apart from each other in a longitudinal direction of the inner housing, and flowing a first cooling fluid; A second cooling passage formed between the plurality of first cooling passages and flowing a second cooling fluid; And a plurality of spray nozzles that are spaced apart from each of the plurality of first cooling passages along a circumferential direction and spray the first cooling fluid into the inner space of the inner housing.
  • the first cooling fluid may be oil
  • the second cooling fluid may be cooling water
  • each of the plurality of injection nozzles extends in a radial direction of the inner housing and is spaced apart 360 degrees in a circumferential direction to inject the first cooling fluid to the stator coil.
  • the plurality of first cooling passages may include a plurality of oil channels extending along the circumferential direction of the inner housing.
  • the second cooling passage includes a plurality of cooling water channels disposed between a plurality of oil channels spaced apart in a longitudinal direction of the inner housing and extending along a circumferential direction of the inner housing. can do.
  • the second cooling passage may include: a plurality of first coolant channels disposed in a first half in a longitudinal direction of the inner housing and extending in a circumferential direction; A plurality of second coolant channels disposed at a rear portion in a longitudinal direction of the inner housing and extending along a circumferential direction; And a cooling water channel connection part extending in a longitudinal direction and a circumferential direction of the inner housing toward the plurality of second cooling water channels from one side of the plurality of first cooling water channels to connect the first and second cooling water channels in communication. can do.
  • the inner housing may further include a plurality of O-rings disposed on both sides with the oil channel interposed therebetween to seal between the oil channel and the cooling water channel.
  • the inner housing may include a plurality of flow path forming protrusions extending along a circumferential direction to form the plurality of oil channels or the plurality of cooling water channels.
  • the inner housing may include: a plurality of first flow path forming protrusions extending along a circumferential direction to form the plurality of first coolant channels; A plurality of second flow path forming protrusions extending along the circumferential direction and forming the plurality of second coolant channels; An intermediate partition wall extending along a circumferential direction and protruding in a radial direction to contact the motor housing to partition the plurality of first coolant channels and the plurality of second coolant channels; And a channel forming protrusion connecting portion extending along a circumferential direction and a longitudinal direction to connect the plurality of first coolant channels and the plurality of second coolant channels.
  • a flow path forming protrusion forming a boundary between one of the plurality of oil channels and the first coolant channel extends to one side of the intermediate partition wall along a circumferential direction and a length direction, or the other side of the intermediate partition wall It may include an intermediate partition wall connecting portion extending along a longitudinal direction to a flow path forming protrusion forming a boundary between the second coolant channel and the other oil channel among the plurality of oil channels.
  • each of the plurality of O-rings may be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the inner housing, mounted on a concentric circle of the inner housing, and may have a smaller diameter toward the inside of the motor housing. .
  • the inner housing may include: an inlet-side common header formed at an inlet side of the plurality of cooling water channels to distribute cooling water to the plurality of cooling water channels; And an outlet-side common header formed at the outlet side of the plurality of cooling water channels and collecting the cooling water from the plurality of cooling water channels.
  • the inner housing includes: an inlet-side common header formed on an inlet side of the plurality of first coolant channels to distribute coolant to the plurality of coolant channels; And an outlet-side common header formed on the outlet side of the plurality of second coolant channels and collecting the coolant from the plurality of second coolant channels.
  • an oil sump unit formed at an inner lower portion of the motor housing to temporarily store the oil; And an oil pump mounted on the other side of the motor housing and circulating the oil stored in the oil sump unit to the plurality of spray nozzles.
  • it may further include a heat exchanger that is mounted on another side of the motor housing and cools the oil by heat exchange between oil and coolant to be received from the oil pump and transferred to the plurality of injection nozzles. have.
  • An intelligent power generation module includes an electric motor having a motor housing forming an exterior; An inverter formed on one side of the motor housing and having an inverter housing housing an IGBT and a capacitor therein; A gearbox formed on the other side of the motor housing and mounting gears therein to reduce the rotational speed of the electric motor; An inner housing disposed inside the motor housing and accommodating the stator and the rotor; And a dual flow path disposed on the same circumferential surface of the inner housing.
  • an inner housing is additionally mounted inside the motor housing, but a plurality of oil channels and a plurality of coolant channels are formed in the inner housing, and each of the plurality of oil channels is sealed with a plurality of O-rings, and then cooled with oil and coolant at the same time.
  • a plurality of injection nozzles are arranged 360 degrees apart along the circumferential direction of the inner housing, and the stator coil is directly cooled by spraying oil through the plurality of injection nozzles at 360 degrees in the circumferential direction.
  • Oil cooling performance can be uniformly maintained along the circumferential direction of the stator coil even when turning, driving uphill or downhill, or during acceleration/deceleration, and oil cooling is dead because the existing oil wets only a part of the stator coil. It is possible to prevent the occurrence of dead zones.
  • IPGM intelligent power generation module
  • FIG. 2 is a perspective view as viewed from the other side of the IPGM in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded view of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a stator and a rotor are mounted inside the inner housing of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an exploded view of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along VI-VI in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state before the inner housing is mounted inside the motor housing in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a movement path of oil in an oil sump portion formed on a bottom surface of the motor housing of FIG. 3.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an oil path moving from the oil pump of FIG. 8 to a heat exchanger.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an oil path moving from the heat exchanger of FIG. 9 to an oil distributor of a motor housing.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state in which oil heat-exchanged in FIG. 10 is sprayed in a radial direction from 360 degrees of the inner housing through a plurality of spray nozzles.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a cooling water inlet formed in the inverter housing of FIG. 11 and a cooling water outlet formed in the motor housing.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a moving path of cooling water as viewed from the opposite side of FIG. 12.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a cooling water movement path in an inverter housing and a motor housing according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a conceptual diagram showing a dual flow path structure of an inner housing according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of one side of the intelligent power generation module (IPGM) according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the other side of the IPGM in FIG. 1
  • FIG. 3 is an exploded view of FIG. 1
  • FIG. 4 is A perspective view showing a state in which the stator 160 and the rotor 163 are mounted inside the inner housing 102
  • FIG. 5 is an exploded view of FIG. 4
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along VI-VI in FIG. 2
  • 7 is a conceptual diagram showing a state before the inner housing 102 is mounted on the inside of the motor housing 101 in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a movement path of oil in the oil sump portion 145 formed on the bottom surface of the motor housing 101 of FIG. 3, and FIG. 9 is an oil path that moves from the oil pump of FIG. 8 to the heat exchanger 149
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an oil path moving from the heat exchanger 149 of FIG. 9 to the oil distributor of the motor housing 101
  • FIG. 11 is a diagram showing a plurality of injection nozzles. It is a conceptual diagram showing a state in which the inner housing 102 is sprayed in the radial direction from all 360 degrees of the inner housing 102.
  • the intelligent power generation module (IPGM) of the present invention includes an electric motor 10, an inverter 165, and a gearbox 171.
  • the electric motor 10 is configured to generate power, including the stator 160 and the rotor 163.
  • the stator 160 and the rotor 163 are accommodated in the motor housing 101.
  • the motor housing 101 may be configured in a cylindrical shape.
  • An accommodation space in which the stator 160 and the rotor 163 are accommodated is formed inside the motor housing 101.
  • An oil sump portion 145 may be formed on the bottom of the motor housing 101. The oil sump unit 145 communicates with the accommodation space of the motor housing 101 and may temporarily store oil.
  • the stator 160 may be composed of a stator core 161 and a stator coil 162.
  • the stator coil 162 may be wound in a slot disposed to be spaced apart along the circumferential direction of the stator core 161. Part of the stator coil 162 may protrude in the axial direction at both ends in the longitudinal direction of the stator core 161. A portion of the stator coil 162 protruding from both ends of the stator core 161 may be referred to as an end turn.
  • the stator coil 162 is composed of a three-phase (U, W, V phase) coil and may be connected to a three-phase AC power supply.
  • a connection ring 133 having a power connection 134 for applying power to the three-phase coil of the stator coil 162 and a bus bar for connecting a neutral wire formed at each end of the three-phase coil may be mounted.
  • the power connection unit 134 may have a three-phase terminal.
  • the power connection 134 may be integrally formed with the connection ring 133.
  • the rotor 163 may be rotatably installed with an air gap inside the stator core 161.
  • the rotor 163 may be composed of a rotor core and a permanent magnet (not shown).
  • a rotation shaft 164 inside the core of the rotor 163 may be rotatably coupled together with the core of the rotor 163.
  • Both ends of the rotation shaft 164 may be rotatably supported by bearings.
  • a resolver may be installed on one side in the longitudinal direction of the rotation shaft 164.
  • the other side of the rotation shaft 164 may be connected to the drive shaft of the gearbox 171.
  • the gearbox 171 may include a gearbox housing 172 and gears provided inside the gearbox housing 172.
  • the gears may be configured to reduce the number of rotations generated in the rotation shaft 164 of the electric motor 10 and increase torque.
  • Gears can be composed of planetary gear sets.
  • the planetary gear set may include a ring gear, a sun gear, a planetary gear, and a carrier.
  • the motor housing 101 may be formed in a cylindrical shape, and one side of the motor housing 101 may be open and the other side of the motor housing 101 may be closed.
  • the open side of the motor housing 101 may be configured to be covered by the gearbox housing 172.
  • a fastening part 131 protrudes from one side of the motor housing 101 in a radial direction, and may be fastened to the gearbox housing 172.
  • the resolver cover 173 is fastened to the other side of the motor housing 101 and may be configured to cover the resolver.
  • Inverter 165 is configured to drive electric motor 10 including capacitor 169 and IGBT 170.
  • the inverter housing 166 may be integrally formed on one side of the circumferential surface of the motor housing 101 in a rectangular shape.
  • the inverter housing 166 may extend obliquely in a tangential direction with respect to the circumferential surface of the motor housing 101.
  • the motor housing 101 and the inverter housing 166 are integrally formed, so that the electric motor 10 and the inverter 165 may be integrated.
  • the upper part of the inverter housing 166 may be opened, and the inverter cover 167 may be fastened to the upper part of the open side of the inverter housing 166.
  • Each of the inverter housing 166 and the inverter cover 167 includes a plurality of fastening portions 131 spaced apart along an edge, and may be fastened by a fastening portion 131 material such as a screw.
  • An assembly of an inverter 165 such as a capacitor 169 and an IGBT 170 may be accommodated inside the inverter housing 166.
  • a cap sealing plate 168 (CAP SEALING PLATE) may be installed on the inner bottom surface of the inverter housing 166.
  • the stator 160 and the rotor 163 may be accommodated through the open side of the motor housing 101.
  • the inner housing 102 may be mounted inside the motor housing 101.
  • the inner housing 102 may be open to both sides along the length direction.
  • a plurality of fastening portions 131 may be formed on one side of the inner housing 102 in the longitudinal direction.
  • the plurality of fastening portions 131 may be formed to protrude radially outward from the inner housing 102.
  • the plurality of fastening portions 131 may be spaced apart from each other in the circumferential direction of the inner housing 102.
  • Each of the plurality of fastening parts 131 has a fastening hole therein, so that the gearbox housing 172, the inner housing 102 and the motor housing 101 are fastened together by fastening parts 131 such as screws. I can.
  • the stator core 161 may be mounted inside the inner housing 102 by thermal press fitting.
  • An end portion 130 extending in a circumferential direction may be provided at one edge of the inner housing 102, and a plurality of fastening portions 131 extending in a radial direction from the end portion 130 may be formed.
  • the end part 130 may connect a plurality of fastening parts 131.
  • a cut-out portion 132 may be formed in a predetermined section along the circumferential direction of the end portion 130 (the upper right section of the inner housing 102; the section at 30 to 50 degrees).
  • the cutout 132 is configured to avoid interference with the power connection 134 extending radially outward from the connection ring 133 and to couple the power connection 134 and the end part 130.
  • the oil pump mounting portion 148 may be formed to protrude in the radial direction from the outer surface of the motor housing 101.
  • the oil pump 146 may be installed on the oil pump mounting portion 148 so that the pump shaft of the oil pump 146 extends parallel to the longitudinal direction of the motor housing 101.
  • the oil pump 146 is configured to circulate oil in the motor housing 101.
  • the oil pump housing 147 may be installed to protrude from the oil pump mounting portion 148 in a direction opposite to the gearbox 171 of the motor housing 101.
  • a heat exchanger 149 may be installed on one side of the outer peripheral surface of the motor housing 101.
  • the heat exchanger 149 may be configured to cool the oil by water cooling.
  • a cooling water channel and an oil channel are formed inside the heat exchanger housing, and the cooling water flowing along the cooling water channel and the oil flowing along the oil channel exchange heat with each other, so that the coolant can cool the oil.
  • the oil passage inlet 150 (INLET) of the heat exchanger 149 may be connected to the pump outlet of the oil pump 146.
  • the oil passage outlet 151 (OUTLET) of the heat exchanger 149 may be connected to an oil channel 104 to be described later.
  • the oil passage inlet 150 and the oil passage outlet 151 may be disposed to be spaced apart from each other in a diagonal direction at a lower rear edge and an upper front edge of the heat exchanger housing.
  • the oil passage may extend from the lower rear end edge portion of the heat exchanger housing toward the upper front end edge portion.
  • the oil flow path of the heat exchanger 149 is disposed from the inside of the heat exchanger housing toward the motor housing 101 and radially outside, and the cooling water flow path of the heat exchanger 149 passes the motor housing 101 inside the heat exchanger housing. Can be placed facing.
  • the oil sump unit 145 may be connected to the pump inlet of the oil pump 146 by an oil sump pipe.
  • the oil of the oil sump unit 145 is sucked by the oil pump 146, and the oil pumped by the oil pump 146 moves to the heat exchanger 149 and exchanges heat with the coolant, thereby discharging heat to the coolant.
  • a dual flow path 103 may be formed on the same circumferential surface of the inner housing 102.
  • the dual flow path 103 may include a plurality of oil channels 104 and a plurality of coolant channels 113 (WATER CHANNEL).
  • the dual flow path 103 of the inner housing 102 may be molded by die casting (DIE-CASTING).
  • Each of the plurality of oil channels 104 may be formed to extend along the circumferential direction of the inner housing 102.
  • One first oil channel 105 of the plurality of oil channels 104 may be disposed adjacent to the plurality of fastening portions 131 at the front end of the inner housing 102.
  • the other second oil channel 106 of the plurality of oil channels 104 may be disposed at the rear end of the inner housing 102 toward the opposite direction to the plurality of fastening parts 131.
  • a plurality of oil passage forming protrusions 107 may be formed radially outward from the circumferential surface of the inner housing 102.
  • the oil channel forming protrusion 107 may be formed to protrude in the radial direction along the circumferential direction with the oil channel 104 interposed therebetween.
  • the plurality of oil channel forming protrusions 107 may form an oil channel 104.
  • the upper end (outermost end) of the plurality of oil passage forming protrusions 107 may be formed to contact the inner peripheral surface of the motor housing 101.
  • O-rings 135 may be formed on each of the plurality of oil passage forming protrusions 107. O-ring mounting grooves may be formed in the plurality of oil passage forming protrusions 107 along the circumferential direction. The plurality of O-rings 135 may be configured to seal the oil channel 104. The plurality of O-rings 135 may be configured to partition the oil channel 104 and the cooling water channel 113. Accordingly, it is possible to prevent the oil flowing along the oil channel 104 from being mixed with the cooling water.
  • the plurality of O-rings 135 are the first O-rings 136 and the first O-rings 136 disposed at the front end (located adjacent to the fastening part 131) of the inner housing 102 based on the direction in which the stator 160 is thermally pressed. It may include a second O-ring 137 and a third O-ring 138 and a fourth O-ring 139 disposed at the rear end of the inner housing 102 (located opposite to the fastening part 131 ).
  • the first O-ring 136 is disposed closest to the fastening portion 131 and may be mounted on the outer end of the oil channel forming protrusion 107 having the largest diameter.
  • An O-ring mounting groove may be formed in the circumferential direction at the outer end of the oil passage forming protrusion 107 having the largest diameter.
  • the second O-ring 137 is spaced from the first O-ring 136 in the longitudinal direction of the inner housing 102 by the width of the oil channel 104, and the outer end of the oil channel forming protrusion 107 having the second largest diameter Can be mounted on.
  • the second O-ring 137 may have a smaller diameter than the first O-ring 136.
  • the third O-ring 138 is spaced apart from the second O-ring 137 in the longitudinal direction of the inner housing 102 by the width of the plurality of cooling water channels 113 and forms a plurality of oil passages forming the oil channel 104 Among the protrusions 107, it may be mounted on the outer end of the oil passage forming protrusion 107 having the third largest diameter.
  • the third O-ring 138 may have a smaller diameter than the second O-ring 137.
  • the fourth O-ring 139 is spaced apart from the third O-ring 138 in the longitudinal direction of the inner housing 102 by the width of the second oil channel 106 and forms a plurality of oil passages forming the oil channel 104 Among the protrusions 107, it may be mounted on the outer end of the oil passage forming protrusion 107 having the smallest diameter.
  • the fourth O-ring 139 may have a smaller diameter than the third O-ring 138.
  • a plurality of stepped portions 140 may be formed on the inner peripheral surface of the motor housing 101.
  • the plurality of step portions 140 may be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the motor housing 101. Based on the direction in which the inner housing 102 is inserted into the motor housing 101, the first stepped portion 141 and the second stepped portion 142 have different diameters at the front end of the motor housing 101. It is formed (stepped), and the third stepped portion 143 and the fourth stepped portion 144 may have different diameters at the rear end of the motor housing 101.
  • the first stepped portion 141 is disposed closest to the fastening portion 131 of the inner housing 102, and the second stepped portion 142 extends the inside of the motor housing 101 from the first stepped portion 141.
  • the third step portion 143 extends in the axial direction with a small diameter toward the inside of the motor housing 101 from the rear end of the second step portion 142, and the fourth step portion
  • the 144 may have a small diameter and extend in the axial direction toward the inside of the motor housing 101 from the rear end of the third step portion 143.
  • the first stepped portion 141 to the fourth stepped portion 144 overlap and contact each of the first O-ring 136 and the second O-ring 137 in the radial direction, so that the oil channel 104 and the It is possible to seal between the cooling water channels 113.
  • the diameter of the step portion 140 is formed smaller as the first step portion 141 goes from the fourth step portion 144, that is, toward the inside of the motor housing 101, and two first O-rings adjacent to each other ( Since the diameter of the O-ring 135 is formed smaller as it goes from 136 to the two second O-rings 137, that is, toward the rear end of the inner housing 102, the inner housing 102 is inserted inside the motor housing 101.
  • the O-ring 135 is prevented from being separated from the O-ring mounting groove of the inner housing 102 due to friction with the motor housing 101 can do.
  • a plurality of oil injection nozzles 108 may be formed to penetrate radially inside the oil channel 104.
  • the plurality of oil injection nozzles 108 may be spaced apart from each other in the circumferential direction of the inner housing 102.
  • the plurality of oil injection nozzles 108 are configured to inject oil from all areas (360 degrees) along the circumferential direction of the inner housing 102.
  • Each of the plurality of oil injection nozzles 108 may have one side in communication with the oil channel 104 and the other side in communication with the inner space of the inner housing 102.
  • the oil may be sprayed toward the end turn of the stator coil 162 in the entire circumferential direction of the inner housing 102 through the plurality of oil injection nozzles 108.
  • the oil supply unit 109 is formed in the motor housing 101 and may be configured to supply the oil cooled through the heat exchanger 149 to the plurality of oil injection nozzles 108.
  • the oil supply unit 109 may include a supply channel unit 110, a distribution channel unit 111, and a plurality of communication channel units 112.
  • the supply passage part 110 may be connected to one side in communication with the oil passage outlet 151 of the heat exchanger 149 and the other side in communication with the distribution passage part 111.
  • the supply passage part 110 may extend in the circumferential direction of the motor housing 101.
  • the distribution passage part 111 may extend in the longitudinal direction of the motor housing 101.
  • the middle portion along the longitudinal direction of the distribution passage part 111 communicates with the supply passage part 110, and both ends along the length direction of the distribution passage part 111 may be connected to be in communication with the communication passage part 112.
  • the distribution passage part 111 may distribute oil supplied from the supply passage part 110 to both ends in the longitudinal direction of the motor housing 101.
  • Each of the plurality of communication passages 112 may extend radially inward of the motor housing 101.
  • the outer side of the communication passage part 112 may be connected to the end of the distribution passage part 111, and the inner side of the communication passage part 112 may be connected to be in communication with the oil channel 104.
  • Each of the plurality of communication passage portions 112 may be formed at a higher position than the oil passage outlet 151 of the heat exchanger 149.
  • the oil channel 104 may be formed in a circular ring shape from the communication passage part 112.
  • the oil channel 104 may be opened radially outward and may have a cross-sectional shape of a “U” shape.
  • the inner edge of the oil channel 104 may be rounded.
  • the oil is branched by half of the flow rate in the communication passage part 112, and the oil whose flow rate is reduced by half may move in opposite directions along the oil channel 104 and merge at the opposite sides.
  • half of the oil flowing into the communication channel 112 moves clockwise along one semicircle of the oil channel 104, and the other half of the oil is counterclockwise along the other semicircle of the oil channel 104. It can move in the direction and merge with the communication passage part 112 at a distance of 180 degrees.
  • Oil flowing along the oil channel 104 may be discharged in a radial direction through a plurality of spray nozzles and may be sprayed by an end turn of the stator coil 162.
  • Oil may be collected in the oil sump unit 145 after absorbing heat generated by the stator coil 162.
  • the oil collected in the oil sump unit 145 can be sucked by the oil pump 146 and cooled in the heat exchanger 149 and then recycled to the oil channel 104 between the motor housing 101 and the inner housing 102. have.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing the cooling water inlet 124 formed in the inverter housing 166 of FIG. 11 and the cooling water outlet 125 formed in the motor housing 101
  • FIG. 13 is a moving path of the cooling water as viewed from the opposite side of FIG.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a cooling water movement path in the inverter housing 166 and the motor housing 101 according to an embodiment of the present invention.
  • a cooling water inlet 124 may be formed on one side of the inverter housing 166, and a cooling water outlet 125 may be formed on one side of the motor housing 101.
  • the cooling water inlet 124 may extend toward the bottom surface of the inverter housing 166 in a direction crossing the circumferential direction of the motor housing 101.
  • the cooling water outlet 125 may extend along a tangential direction toward the uppermost end of the circumferential surface of the motor housing 101.
  • the cooling water inlet 124 and the cooling water outlet 125 may be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the motor housing 101.
  • the cooling water inlet 124 is disposed in front of the inverter housing 166 based on the direction in which the inner housing 102 is inserted into the motor housing 101, and the cooling water outlet 125 is formed from the cooling water inlet 124 to the motor. It may be spaced apart in the longitudinal direction of the housing 101.
  • the coolant inlet 124 is formed on the bottom surface in the height direction of the inverter housing 166, and the coolant outlet 125 is positioned lower than the coolant inlet 124 and may be positioned at the top in the radial direction of the motor housing 101.
  • a capacitor cooling plate 126 may be installed on an inner bottom surface of the inverter housing 166.
  • the capacitor cooling plate 126 may include a cooling channel through which coolant flows.
  • the capacitor cooling plate 126 may extend in the longitudinal direction of the inverter housing 166.
  • a cooling water inlet 124 may be connected to one side of the capacitor cooling plate 126 in communication.
  • An IGBT cooling plate 127 may be installed on the inner bottom of the inverter housing 166.
  • a cooling flow path through which cooling water flows may be provided in the IGBT cooling plate 127.
  • the IGBT cooling plate 127 may extend in the longitudinal direction of the inverter housing 166 in parallel with the capacitor cooling plate 126.
  • An internal flow path part 128 is connected between the other side of the capacitor cooling plate 126 and one side of the IGBT cooling plate 127, so that the cooling water through the internal flow path part 128 is applied from the capacitor cooling plate 126 to the IGBT cooling plate ( 127).
  • the inner flow path part 128 may extend in a direction crossing the longitudinal direction of the motor housing 101.
  • the motor housing connection part 129 may extend downward from the other side of the IGBT cooling plate 127 to be connected in communication with the first coolant channel 114 of the motor housing 101.
  • the coolant may move from the inverter housing 166 to the inside of the motor housing 101 through the motor housing connection part 129.
  • a plurality of cooling water channels 113 may extend in the circumferential direction in the inner housing 102.
  • a plurality of cooling water channels 113 may be formed between the plurality of oil channels 104.
  • the plurality of cooling water channels 113 may be formed in a circumferential direction.
  • the plurality of coolant channels 113 may include a plurality of first coolant channels 114 and a plurality of second coolant channels 116.
  • the plurality of first coolant channels 114 are disposed in the front portion (half of the total length of the inner housing 102) in the longitudinal direction of the inner housing 102 toward the fastening portion 131 and extend along the circumferential direction. I can.
  • the plurality of first flow path forming protrusions 115 may protrude in the radial direction of the inner housing 102 and extend along the circumferential direction, thereby forming a plurality of first coolant channels 114.
  • the plurality of first flow path forming protrusions 115 and the plurality of first coolant channels 114 may be alternately disposed in the longitudinal direction of the inner housing 102.
  • the outer ends of the plurality of first flow path forming protrusions 115 may be formed with a gap with the inner surface of the motor housing 101.
  • the plurality of first flow path forming protrusions 115 may guide the cooling water to move along the circumferential direction of the first cooling water channel 114.
  • Each of the plurality of second coolant channels 116 may be disposed at a rear portion of the inner housing 102 toward the opposite direction of the fastening portion 131 and may extend along the circumferential direction.
  • the plurality of second flow path forming protrusions 117 may protrude in the radial direction of the inner housing 102 and extend along the circumferential direction, thereby forming a plurality of second coolant channels 116.
  • the plurality of second flow path forming protrusions 117 and the plurality of second coolant channels 116 may be alternately disposed in the longitudinal direction of the inner housing 102.
  • An intermediate partition wall 118 may be disposed between the first coolant channel 114 and the second coolant channel 116.
  • the intermediate partition wall 118 protrudes in the radial direction of the inner housing 102 and may extend along the circumferential direction.
  • the intermediate partition wall 118 is configured to partition the first coolant channel 114 and the second coolant channel 116.
  • the outer end of the intermediate partition wall 118 in the radial direction may be formed to be in contact with the motor housing 101 (see FIG. 6 ).
  • An inlet side common header 119 may be formed on one side of the first coolant channel 114.
  • the inlet side common header 119 is formed to be in communication with one end (start point) of the plurality of first coolant channels 114, and transfers the coolant introduced through one coolant inlet 124 to the plurality of first coolant channels 114 ) Is configured to distribute.
  • the plurality of first coolant channels 114 may start at different points in the circumferential direction of the inner housing 102.
  • the first coolant channel 114 located at the front of the plurality of first coolant channels 114 based on the direction in which the stator 160 is hot-pressed into the inner housing 102 is a common header for the coolant inlet side. It is configured to enter the first coolant channel 114 at the latest at 119, and the cooling water goes from the second first coolant channel 114 located in front of the second to the fourth first coolant channel 114 located at the rear. It may be configured to quickly enter the first coolant channel 114.
  • the first flow path forming protrusion 115 which is located most forward in the longitudinal direction of the inner housing 102, among the plurality of first flow path forming protrusions 115, is the most in the circumferential direction from the inlet common header 119. It extends from a point spaced apart from the distance, and may extend from a point spaced apart from the inlet side common header 119 in the circumferential direction toward the remaining second to third first flow path forming protrusions 115.
  • An outlet-side common header 120 may be formed on one side of the second coolant channel 116.
  • the outlet-side common header 120 may be spaced apart from the inlet-side common header 119 in a circumferential direction and a longitudinal direction (diagonal direction) on the outer peripheral surface of the inner housing 102.
  • the outlet side common header 120 is configured to collect the coolant flowing along the plurality of second coolant channels 116 and then discharge it through one coolant outlet 125.
  • the plurality of second flow path forming protrusions 117 communicated with the outlet-side common header 120 may have different lengths extending in the circumferential direction.
  • the second flow path forming protrusion 117 disposed adjacent to the intermediate partition wall 118 has the longest extension toward the outlet side common header 120, and the farther away from the intermediate partition wall 118, the second flow path
  • the forming protrusion 117 may be formed to have a shorter length extending toward the outlet-side common header 120.
  • a cooling water channel connection part 121 is formed in the inner housing 102 so that the cooling water moves from the first cooling water channel 114 to the second cooling water channel 116.
  • the coolant channel connection unit 121 may be configured to connect the flow end point along the circumferential direction of the first coolant channel 114 with the flow start point along the circumferential direction of the second coolant channel 116.
  • the cooling water channel connection part 121 connects the first cooling water channel 114 and the second cooling water channel 116 spaced apart from each other in the longitudinal direction of the inner housing 102, and a plurality of flow path forming protrusions connection part 122 ) And a plurality of intermediate partition wall connection portions 123.
  • the plurality of flow path forming protrusions connecting portions 122 extend obliquely in the longitudinal and circumferential directions of the inner housing 102 from the flow end point of the first coolant channel 114 toward the flow start point of the second coolant channel 116. , The plurality of first channel forming protrusions 115 of the first coolant channel 114 and the plurality of second channel forming protrusions 117 of the second coolant channel 116 are connected.
  • the plurality of intermediate partition wall connecting portions 123 may be disposed on both sides in a direction crossing the plurality of channel forming protruding connecting portions 122 with the plurality of channel forming protruding connecting portions 122 therebetween.
  • One of the plurality of intermediate bulkhead connection parts 123 is the boundary between the first oil channel 105 (located in front of the inner housing 102) and the first coolant channel 114 By extending obliquely in the longitudinal direction and circumferential direction of the inner housing 102 from the oil channel forming protrusion 107 forming a structure and connected to the intermediate partition wall 118, the inlet side common header 119 and the cooling water channel connection part 121 are divided. can do.
  • the second intermediate partition wall connection part 123 of the other of the plurality of intermediate partition wall connection parts 123 extends obliquely in the longitudinal direction and circumferential direction of the inner housing 102 from the intermediate partition wall 118 to the second oil channel 106 ( It is located at the rear of the inner housing 102) and the second coolant channel 116 is connected to a flow path forming protrusion forming a boundary between the coolant channel connection part 121 and the outlet side common header 120.
  • the second coolant channel 116 may be provided with a connection portion of the outlet heat exchanger 149 and a connection portion of the inlet heat exchanger 149.
  • Each of the connecting portion of the outlet side heat exchanger 149 and the connecting portion of the inlet side heat exchanger 149 is connected in communication with the cooling water passage of the heat exchanger 149, and the cooling water is connected to the outlet side heat exchanger 149 in the second cooling water channel 116. It moves to the heat exchanger 149 through the connection part, and after heat exchange with oil in the heat exchanger 149, it can be moved from the heat exchanger 149 to the second coolant channel 116 through the connection part of the inlet heat exchanger 149. have.
  • the coolant outlet 125 is formed in the motor housing 101 to communicate with the upper portion of the second coolant channel 116, and may flow out from the inside of the motor housing 101 through the coolant outlet 125.
  • the cooling water inlet 124 and the cooling water outlet 125 may be connected to the cooling water circulation system.
  • the cooling water circulation system includes a radiator installed in the front of the electric vehicle, a cooling water inlet 124 and a cooling water circulation line connecting the cooling water outlet 125 and the radiator, and a water pump for circulating the cooling water.
  • the cooling water is moved from the cooling water outlet 125 to the radiator along the cooling water circulation line, dissipating heat into air sucked into the radiator, and then recirculated to the cooling water inlet 124 along the cooling water circulation line.
  • the cooling water flows into the inverter housing 166 through the cooling water inlet 124 to cool the capacitor 169 and the IGBT 170, and then flows into the motor housing 101 and the first cooling water channel 114 And flows along the second coolant channel 116 to cool the electric motor 10.
  • the coolant may move from the second coolant channel 116 to the heat exchanger 149 to cool the oil, and then move to the second coolant channel 116 and flow out through the coolant outlet 125.
  • the coolant may move along the coolant circulation line, dissipate heat from the radiator to air, and then be recycled back to the inverter housing 166 through the coolant inlet 124.
  • 15 is a conceptual diagram showing the structure of the dual flow path 203 of the inner housing 202 according to another embodiment of the present invention.
  • the inner housing 202 includes a plurality of coolant channels 213 disposed between the plurality of oil channels 204, and each of the plurality of coolant channels 213 has a circumferential direction. Accordingly, there is a difference in that the flow of coolant starts at the same first point and ends at the same second point.
  • the first coolant channel 114 and the second coolant channel 116 spaced apart in the longitudinal direction of the inner housing 102 are disposed in the first half and the second half in the longitudinal direction of the inner housing 102, respectively.
  • the cooling water is configured to rotate one rotation (360 degrees rotation) along the plurality of cooling water channels 213 without distinction between the first and second cooling water channels.
  • an inlet-side common header 219 may be formed at a first point on an upper portion of the inner housing 202, and an outlet common header 220 may be formed at a second point.
  • the inlet-side common header 219 and the outlet-side common header 220 may each extend along the length direction of the inner housing 202 and may be spaced apart in the circumferential direction.
  • the transverse partition wall 218 extends along the longitudinal direction of the inner housing 202 and is disposed between the inlet side common header 219 and the outlet side common header 220, so that the inlet side common header 219 and the outlet side are common.
  • the header 220 can be partitioned.

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Abstract

본 발명은 지능형 동력생성모듈에 관한 것으로서, 외관을 형성하는 모터 하우징을 구비하는 전동기; 상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 내부에 IGBT 및 커패시터를 수용하는 인버터 하우징을 구비하는 인버터; 상기 모터 하우징의 내측에 배치되고, 스테이터 및 로터를 수용하는 이너 하우징; 상기 이너 하우징의 동일한 원주면 상에 배치되는 듀얼 유로를 포함하고, 상기 듀얼 유로는, 상기 이너 하우징의 길이방향으로 서로 이격되며, 제1냉각유체가 흐르는 복수의 제1냉각유로; 상기 복수의 제1냉각유로 사이에 형성되고, 제2냉각유체가 흐르는 제2냉각유로; 및 상기 복수의 제1냉각유로 각각에서 원주방향을 따라 이격 배치되고, 상기 제1냉각유체를 상기 이너 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사노즐을 포함한다.

Description

지능형 동력생성모듈
본 발명은 유·수냉 복합방식의 모터 냉각 구조를 구비한 지능형 동력생성모듈에 관한 것이다.
최근 차량의 주행용 구동원으로 전동기를 구비하는 전기자동차(하이브리드 차량 포함)는 연비가 우수하여 미래형 자동차로 출시되고 있다.
일반적으로 IPGM(지능형 동력생성모듈; Intelligent Power Generation Module)은 전동기, 인버터 및 기어박스로 구성된 장치이다.
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.
종래의 IPGM 냉각 구조는 모터 냉각을 위해 오일(oil)을 사용하고 인버터 냉각을 위해 냉각수(water)를 사용하는 타입 1(type 1)과, 모터 및 인버터를 냉각하기 위해 냉각수를 사용하는 타입 2(type 2)가 있다.
그러나, 전술한 타입 1과 2모두 모터 냉각을 위해서 오일 및 냉각수 중 하나의 냉각유체를 선택적으로 적용하고 있으나, 두 타입을 동시에 적용하는 모터 냉각 구조는 없다.
한편, 오일을 이용한 직접 냉각 방식은 냉각수를 이용한 간접 냉각 방식에 비해 냉각효율이 높고 냉각성능이 좋은 장점이 있어서, 최근 직접 냉각 방식에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
특허문헌 1(US 8,629,586 B2)에는 스테이터 상부에 위치한 냉각수 공급파이프에 2개의 아웃렛(outlet)을 형성하여 모터가 기울어질 경우에도 엔드코일의 좌우로 오일이 공급되도록 하는 쿨링 메커니즘(cooling mechanism)을 구비한 회전전기기기가 개시되어 있다.
그러나, 종래 특허와 같이 스테이터 상부에서 오일을 떨어뜨리는(drop) 구조에서 스테이터 코일의 원주방향 전구간에 대한 오일 냉각을 위해서는 매니폴드의 설계가 필요하다.
또한, 오일 아웃렛의 분사 위치나 분사 각도에 따라 스테이터 코일의 엔드 턴(end turn)에서 오일이 적셔지지 않는 구간이 발생할 수 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 이너 하우징에 냉각수채널과 오일 채널을 구비하여 모터를 오일과 냉각수로 함께 냉각할 수 있는 듀얼 유로 구조를 구비한 지능형 동력생성모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스테이터의 원주방향을 따라 360도 전구간에서 스테이터 코일로 오일을 분사할 수 있는 지능형 동력생성모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 지능형 동력생성모듈은 외관을 형성하는 모터 하우징을 구비하는 전동기; 상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 내부에 IGBT 및 커패시터를 수용하는 인버터 하우징을 구비하는 인버터; 상기 모터 하우징의 내측에 배치되고, 스테이터 및 로터를 수용하는 이너 하우징; 상기 이너 하우징의 동일한 원주면 상에 배치되는 듀얼 유로를 포함하고, 상기 듀얼 유로는, 상기 이너 하우징의 길이방향으로 서로 이격되며, 제1냉각유체가 흐르는 복수의 제1냉각유로; 상기 복수의 제1냉각유로 사이에 형성되고, 제2냉각유체가 흐르는 제2냉각유로; 및 상기 복수의 제1냉각유로 각각에서 원주방향을 따라 이격 배치되고, 상기 제1냉각유체를 상기 이너 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사노즐을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각유체는 오일이고, 상기 제2냉각유체는 냉각수일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 분사노즐 각각은 상기 이너 하우징의 반경방향으로 연장되고, 원주방향으로 360도 전구간에 이격 배치되어 상기 제1냉각유체를 스테이터 코일로 분사할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 제1냉각유로는 상기 이너 하우징의 원주방향을 따라 연장되는 복수의 오일채널을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제2냉각유로는, 상기 이너 하우징의 길이방향으로 이격된 복수의 오일채널 사이에 배치되고, 상기 이너 하우징의 원주방향을 따라 연장되는 복수의 냉각수채널을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 제2냉각유로는, 상기 이너 하우징의 길이방향으로 전반부에 배치되고 원주방향을 따라 연장되는 복수의 제1냉각수채널; 상기 이너 하우징의 길이방향으로 후반부에 배치되고 원주방향을 따라 연장되는 복수의 제2냉각수채널; 및 상기 복수의 제1냉각수채널의 일측에서 상기 복수의 제2냉각수채널을 향해 상기 이너 하우징의 길이방향 및 원주방향으로 연장되어 상기 제1 및 제2냉각수채널을 연통되게 연결하는 냉각수채널연결부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이너 하우징은, 상기 오일채널을 사이에 두고 양측에 각각 배치되어 상기 오일채널과 상기 냉각수채널 사이를 밀봉하는 복수의 오링을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이너 하우징은 원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 오일채널 또는 상기 복수의 냉각수채널을 형성하는 복수의 유로형성돌기를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 이너 하우징은, 원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제1냉각수채널을 형성하는 복수의 제1유로형성돌기; 원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제2냉각수채널을 형성하는 복수의 제2유로형성돌기; 원주방향을 따라 연장되고 상기 모터 하우징에 접촉되게 반경방향으로 돌출되어 상기 복수의 제1냉각수채널과 상기 복수의 제2냉각수채널을 구획하는 중간격벽; 및 원주방향 및 길이방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제1냉각수채널과 상기 복수의 제2냉각수채널을 연결하는 유로형성돌기 연결부; 상기 복수의 오일채널 중 하나의 오일채널과 상기 제1냉각수채널 사이의 경계를 이루는 유로형성돌기에서 원주방향 및 길이방향을 따라 상기 중간격벽의 일측으로 연장되거나 상기 중간격벽의 다른 일측에서 원주방향 및 길이방향을 따라 상기 복수의 오일채널 중 다른 하나의 오일채널과 상기 제2냉각수채널 사이의 경계를 이루는 유로형성돌기로 연장되는 중간격벽 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 오링 각각은 상기 이너 하우징의 길이방향으로 이격 배치되고, 상기 이너 하우징의 동심원 상에 장착되며, 상기 모터 하우징의 내측으로 갈수록 직경이 작게 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이너 하우징은, 상기 복수의 냉각수채널의 입구 측에 형성되어, 냉각수를 상기 복수의 냉각수채널로 분배하는 유입측 공통헤더; 및 상기 복수의 냉각수채널의 출구 측에 형성되어, 상기 냉각수를 상기 복수의 냉각수채널로부터 수집하는 유출측 공통헤더를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 이너 하우징은, 상기 복수의 제1냉각수채널의 입구측에 형성되어, 냉각수를 상기 복수의 냉각수채널로 분배하는 유입측 공통헤더; 및 상기 복수의 제2냉각수채널의 출구측에 형성되어, 상기 냉각수를 상기 복수의 제2냉각수채널로부터 수집하는 유출측 공통헤더를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 내측 하부에 형성되어, 상기 오일을 임시 저장하는 오일 섬프부; 및 상기 모터 하우징의 다른 일측에 장착되어, 상기 오일 섬프부에 저장된 오일을 상기 복수의 분사노즐로 순환시키는 오일펌프를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 또 다른 일측에 장착되어, 상기 오일펌프로부터 받아 상기 복수의 분사노즐로 이송될 오일과 냉각수를 열교환시켜 상기 오일을 냉각하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 실시예에 따른 지능형 동력생성모듈은, 외관을 형성하는 모터 하우징을 구비하는 전동기; 상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 내부에 IGBT 및 커패시터를 수용하는 인버터 하우징을 구비하는 인버터; 상기 모터 하우징의 다른 일측에 형성되고, 상기 전동기의 회전속도를 감속시키기 위한 기어류를 내부에 장착하는 기어박스; 상기 모터 하우징의 내측에 배치되고, 스테이터 및 로터를 수용하는 이너 하우징; 및 상기 이너 하우징의 동일한 원주면 상에 배치되는 듀얼 유로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지능형 동력생성모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 모터 하우징의 내측에 이너 하우징을 추가로 장착하되 이너 하우징에 복수의 오일채널과 복수의 냉각수채널을 형성하고, 복수의 오일채널 각각을 복수의 오링으로 밀봉한 후 오일과 냉각수로 동시에 냉각하는 유수냉 복합 냉각구조를 형성함으로써, 기존의 냉각수로만 냉각하는 구조나 오일로만 냉각하는 구조 대비 모터의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
둘째, 복수의 분사노즐이 이너 하우징의 원주방향을 따라 360도 전구간에 이격 배치되고, 복수의 분사노즐을 통해 오일을 원주방향으로 360도 전구간에서 분사하여 스테이터 코일을 직접 냉각함으로써, 전기자동차의 차량 선회 시 또는 오르막길 및 내리막길 주행 시 또는 가감속 시에도 스테이터 코일의 원주방향을 따라 오일의 냉각성능을 균일하게 유지할 수 있고, 기존의 오일이 스테이터 코일의 일부 구간만을 적셔줌으로 인해 오일 냉각의 데드존(dead zone) 발생을 방지할 수 있다.
셋째, 모터 하우징 및 이너 하우징을 다이캐스팅으로 제작 가능하고, 냉각수 냉각을 위한 모터 하우징을 중력주조로 성형할 필요가 없어서 생산성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 필요 시 전동기에 오일 냉각 구조 없이 냉각수로만 냉각하는 구조를 사용할 수 있다. 예를 들면, 저가형 제품의 경우에 오일펌프 및 열교환기 등은 불필요하고 냉각수로 냉각하는 구조로만 구성할 수 있다.
다섯째, 고출력 전동기에는 오일 및 냉각수로 동시 냉각하는 구조를 적용하여 고출력을 연속적으로 유지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 IPGM(지능형 동력생성모듈)의 일측을 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1에서 IPGM의 타측을 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1의 분해도이다.
도 4는 도 3에서 이너 하우징의 내부에 스테이터와 로터가 장착된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해도이다.
도 6은 도 2에서 VI-VI를 따라 취한 단면도이다.
도 7은 도 6에서 모터 하우징의 내측에 이너 하우징이 장착되기 전 모습을 보여주는 개념도이다.
도 8은 도 3의 모터 하우징의 저면에 형성된 오일 섬프부에서 오일의 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 8의 오일 펌프에서 열교환기로 이동하는 오일경로를 보여주는 개념도이다.
도 10은 도 9의 열교환기에서 모터 하우징의 오일분배기로 이동하는 오일경로를 보여주는 개념도이다.
도 11은 도 10에서 열교환된 오일이 복수의 분사노즐을 통해 이너 하우징의 360도 전구간에서 반경방향으로 분사되는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 12는 도 11의 인버터 하우징에 형성된 냉각수 유입구와 모터 하우징에 형성된 냉각수 유출구를 보여주는 개념도이다.
도 13은 도 12의 반대쪽 측면에서 바라본 냉각수의 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 하우징과 모터 하우징에서의 냉각수 이동경로를 설명하기 위한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이너 하우징의 듀얼 유로 구조를 보여주는 개념도이다.
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 지능형 동력생성모듈(IPGM)의 일측을 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1에서 IPGM의 타측을 바라본 사시도이고, 도 3은 도 1의 분해도이고, 도 4는 도 3에서 이너 하우징(102)의 내부에 스테이터(160)와 로터(163)가 장착된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해도이고, 도 6은 도 2에서 VI-VI를 따라 취한 단면도이고, 도 7은 도 6에서 모터 하우징(101)의 내측에 이너 하우징(102)이 장착되기 전 모습을 보여주는 개념도이다.
도 8은 도 3의 모터 하우징(101)의 저면에 형성된 오일섬프부(145)에서 오일의 이동경로를 보여주는 개념도이고, 도 9는 도 8의 오일 펌프에서 열교환기(149)로 이동하는 오일경로를 보여주는 개념도이고, 도 10은 도 9의 열교환기(149)에서 모터 하우징(101)의 오일분배기로 이동하는 오일경로를 보여주는 개념도이고, 도 11은 도 10에서 열교환된 오일이 복수의 분사노즐을 통해 이너 하우징(102)의 360도 전구간에서 반경방향으로 분사되는 모습을 보여주는 개념도이다.
본 발명의 지능형 동력생성모듈(IPGM)은 전동기(10), 인버터(165) 및 기어박스(171)를 포함한다.
전동기(10)는 스테이터(160)와 로터(163)를 포함하여 동력을 생성하도록 구성된다.
스테이터(160)와 로터(163)는 모터 하우징(101)의 내측에 수용된다. 모터 하우징(101)은 원통형으로 구성될 수 있다. 모터 하우징(101)의 내측에 스테이터(160)와 로터(163)가 수용되는 수용공간이 형성된다. 모터 하우징(101)의 저면에 오일섬프부(145)가 형성될 수 있다. 오일섬프부(145)는 모터 하우징(101)의 수용공간과 연통되며 오일을 일시 저장할 수 있다.
스테이터(160)는 스테이터 코어(161)와 스테이터 코일(162)로 구성될 수 있다. 스테이터 코일(162)은 스테이터 코어(161)의 원부방향을 따라 이격되게 배치되는 슬롯에 권선될 수 있다. 스테이터 코일(162)의 일부는 스테이터 코어(161)의 길이방향으로 양단에서 축방향으로 돌출될 수 있다. 스테이터 코어(161)의 양단에서 돌출된 스테이터 코일(162)의 일부는 엔드 턴(END TURN)이라고 명명할 수 있다.
스테이터 코일(162)은 3상(U, W, V 상) 코일로 구성되어 3상 교류 전원과 연결될 수 있다. 스테이터 코일(162)의 3상 코일에 전원을 인가하기 위한 전원연결부(134)와 3상코일 각각의 끝에 형성된 중성선을 연결하기 위한 버스바를 구비하는 커넥션 링(133)이 장착될 수 있다.
전원연결부(134)는 3상의 터미널을 구비할 수 있다. 전원연결부(134)는 커넥션 링(133)과 일체로 형성될 수 있다.
스테이터 코어(161)의 내측에 공극을 두고 로터(163)가 회전 가능하게 설치될 수 있다. 로터(163)는 로터 코어와 영구자석(미도시)으로 구성될 수 있다. 로터(163) 코어의 내측에 회전축(164)이 로터(163) 코어와 함께 회전 가능하게 결합될 수 있다.
회전축(164)의 양단부는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
회전축(164)의 길이방향으로 일측에 레졸버(Resolver)가 설치될 수 있다.
회전축(164)의 타측은 기어박스(171)의 구동샤프트와 연결될 수 있다.
기어박스(171)는 기어박스 하우징(172)과 기어박스 하우징(172)의 내측에 구비되는 기어류를 포함할 수 있다. 기어류는 전동기(10)의 회전축(164)에서 발생하는 회전수를 감속하고 토크를 증가시키도록 구성될 수 있다. 기어류는 유성기어세트로 구성될 수 있다. 유성기어세트는 링기어, 선기어, 유성기어 및 캐리어 등을 포함할 수 있다.
모터 하우징(101)은 원통형으로 형성되고, 모터 하우징(101)의 길이방향으로 일측은 개방되어 있고 모터 하우징(101)의 타측은 막혀 있게 형성될 수 있다.
모터 하우징(101)의 개방된 일측은 기어박스 하우징(172)에 의해 덮이도록 구성될 수 있다. 모터 하우징(101)의 일측에 반경방향으로 체결부(131)가 돌출 형성되어, 기어박스 하우징(172)과 체결될 수 있다.
모터 하우징(101)의 타측에 레졸버 커버(173)가 체결되어 레졸버를 덮도록 구성될 수 있다.
인버터(165)는 커패시터(169) 및 IGBT(170)를 포함하여 전동기(10)를 구동하도록 구성된다.
인버터 하우징(166)은 직사각체 형태로 모터 하우징(101)의 원주면 일측에 일체로 형성될 수 있다. 인버터 하우징(166)은 모터 하우징(101)의 원주면에 대하여 접선방향으로 경사지게 연장될 수 있다.
모터 하우징(101)과 인버터 하우징(166)은 일체형으로 형성되어, 전동기(10)와 인버터(165)가 일체화 될 수 있다.
인버터 하우징(166)의 상부는 개방되고, 인버터 하우징(166)의 개방측 상부에 인버터 커버(167)가 덮도록 체결될 수 있다. 인버터 하우징(166)과 인버터 커버(167) 각각은 가장자리를 따라 이격 배치되는 복수의 체결부(131)를 구비하여, 스크류 등과 같은 체결부(131)재에 의해 체결될 수 있다.
인버터 하우징(166)의 내측에 커패시터(169) 및 IGBT(170) 등의 인버터(165) 어셈블리가 수용될 수 있다.
인버터 하우징(166)의 내측 저면에 캡 실링 플레이트(168)(CAP SEALING PLATE)가 설치될 수 있다.
모터 하우징(101)의 개방측을 통해 스테이터(160) 및 로터(163) 등이 수용될 수 있다.
모터 하우징(101)의 내측에 이너 하우징(102)이 장착될 수 있다. 이너 하우징(102)은 길이방향을 따라 양측으로 개방될 수 있다. 이너 하우징(102)의 길이방향으로 일측에 복수의 체결부(131)가 형성될 수 있다.
복수의 체결부(131)는 이너 하우징(102)에서 반경방향 외측으로 돌출 형성될 수 있다.
복수의 체결부(131)는 이너 하우징(102)의 원주방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 체결부(131) 각각은 내부에 체결홀을 구비하여, 스크류 등과 같은 체결부(131)재에 의해 기어박스 하우징(172), 이너 하우징(102) 및 모터 하우징(101)을 함께 체결할 수 있다.
이너 하우징(102)의 내측에 스테이터 코어(161)가 열압입으로 장착될 수 있다.
이너 하우징(102)의 일단 테두리부에 원주방향을 따라 연장되는 엔드부(130)가 구비되고, 엔드부(130)에서 반경방향으로 연장되는 복수의 체결부(131)가 형성될 수 있다. 엔드부(130)는 복수의 체결부(131)를 연결할 수 있다.
엔드부(130)의 원주방향을 따라 기설정된 구간(이너 하우징(102)의 우상측 구간; 30~50도 구간)에 절개부(132)가 형성될 수 있다. 절개부(132)는 커넥션 링(133)에서 반경방향 외측으로 연장되는 전원연결부(134)와 간섭되는 것을 회피하고, 전원연결부(134)와 엔드부(130)를 결합하도록 구성된다.
모터 하우징(101)의 외측면에서 오일펌프 장착부(148)가 반경방향으로 돌출 형성될 수 있다. 오일펌프(146)는 오일펌프(146)의 펌프샤프트가 모터 하우징(101)의 길이방향과 평행하게 연장되도록 오일펌프 장착부(148)에 설치될 수 있다.
오일펌프(146)는 모터 하우징(101)의 내부에서 오일을 순환시키도록 구성된다.
오일펌프하우징(147)은 오일펌프 장착부(148)에서 모터 하우징(101)의 기어박스(171)와 반대방향을 향하여 돌출되게 설치될 수 있다.
모터 하우징(101)의 외주면 일측에 열교환기(149)가 설치될 수 있다. 열교환기(149)는 수냉식으로 오일을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 열교환기 하우징의 내부에 냉각수유로와 오일유로가 형성되고, 냉각수유로를 따라 흐르는 냉각수와 오일유로를 따라 흐르는 오일이 서로 열교환함으로 냉각수가 오일을 냉각시킬 수 있다.
열교환기(149)의 오일유로 입구(150)(INLET)는 오일펌프(146)의 펌프출구와 연결될 수 있다. 열교환기(149)의 오일유로 출구(151)(OUTLET)는 후술할 오일채널(104)과 연결될 수 있다. 오일유로 입구(150)와 오일유로 출구(151)는 서로 대각선 방향으로 열교환기 하우징의 하측 후단 모서리부와 상측 전단 모서리부에 이격 배치될 수 있다. 오일유로는 열교환기 하우징의 하측 후단 모서리부에서 상측 전단 모서리부를 향해 연장될 수 있다.
열교환기(149)의 오일유로는 열교환기 하우징의 내측에서 모터 하우징(101)과 반경방향 외측을 향하여 배치되고, 열교환기(149)의 냉각수유로는 열교환기 하우징의 내측에서 모터 하우징(101)을 향하여 배치될 수 있다.
오일섬프부(145)는 오일펌프(146)의 펌프입구와 오일섬프파이프에 의해 연결될 수 있다.
오일섬프부(145)의 오일은 오일펌프(146)로 흡입되고, 오일펌프(146)에 의해 펌핑된 오일은 열교환기(149)로 이동하여 냉각수와 열교환함으로 냉각수로 열을 방출할 수 있다.
이너 하우징(102)의 동일한 원주면 상에 듀얼 유로(103; DUAL FLOW PATH)가 형성될 수 있다. 듀얼 유로(103)는 복수의 오일채널(104; OIL CHANNEL)과 복수의 냉각수채널(113; WATER CHANNEL)로 구성될 수 있다.
이너 하우징(102)의 듀얼 유로(103)는 다이캐스팅(DIE-CASTING)에 의해 성형될 수 있다.
복수의 오일채널(104) 각각은 이너 하우징(102)의 원주방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 복수의 오일채널(104) 중 하나의 제1오일채널(105)은 이너 하우징(102)의 전단부에 복수의 체결부(131)와 인접하게 배치될 수 있다. 복수의 오일채널(104) 중 다른 하나의 제2오일채널(106)은 복수의 체결부(131)와 반대방향을 향하여 이너 하우징(102)의 후단부에 배치될 수 있다.
이너 하우징(102)의 원주면에서 반경방향 외측으로 복수의 오일유로형성돌기(107)가 형성될 수 있다. 오일유로형성돌기(107)는 오일채널(104)을 사이에 두고 원주방향을 따라 반경방향으로 돌출 형성할 수 있다.
복수의 오일유로형성돌기(107)는 오일채널(104)을 형성할 수 있다. 복수의 오일유로형성돌기(107)의 상단부(최외곽단부)는 모터 하우징(101)의 내주면에 접촉되게 형성될 수 있다.
복수의 오일유로형성돌기(107) 각각에 오링(135)이 형성될 수 있다. 복수의 오일유로형성돌기(107)에 오링장착홈이 원주방향을 따라 형성될 수 있다. 복수의 오링(135)은 오일채널(104)을 밀봉하도록 구성될 수 있다. 복수의 오링(135)은 오일채널(104)과 냉각수채널(113)을 구획하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 오일채널(104)을 따라 흐르는 오일이 냉각수와 섞이는 것을 방지할 수 잇다.
복수의 오링(135)은 스테이터(160)가 열압입되는 방향을 기준으로 이너 하우징(102)의 전단부(체결부(131)와 인접하게 위치함)에 배치되는 제1오링(136) 및 제2오링(137)과, 이너 하우징(102)의 후단부(체결부(131)와 반대쪽에 위치함)에 배치되는 제3오링(138) 및 제4오링(139)을 포함할 수 잇다.
제1오링(136)은 체결부(131)와 가장 인접하게 배치되고, 직경이 가장 큰 오일유로형성돌기(107)의 외측단부에 장착될 수 있다. 직경이 가장 큰 오일유로형성돌기(107)의 외측단부에 오링장착홈이 원주방향으로 형성될 수 있다.
제2오링(137)은 제1오링(136)으로부터 오일채널(104)의 유로폭만큼 이너 하우징(102)의 길이방향으로 이격되고, 직경이 두번째로 큰 오일유로형성돌기(107)의 외측단부에 장착될 수 있다. 제2오링(137)은 제1오링(136)보다 직경이 작게 형성될 수 있다.
제3오링(138)은 제2오링(137)으로부터 복수의 냉각수채널(113)의 폭만큼 이너 하우징(102)의 길이방향으로 이격 배치되고, 오일채널(104)을 형성하는 복수의 오일유로형성돌기(107) 중 직경이 세번째로 큰 오일유로형성돌기(107)의 외측단부에 장착될 수 있다. 제3오링(138)은 제2오링(137)보다 직경이 작게 형성될 수 있다.
제4오링(139)은 제3오링(138)으로부터 제2오일채널(106)의 폭만큼 이너 하우징(102)의 길이방향으로 이격 배치되고, 오일채널(104)을 형성하는 복수의 오일유로형성돌기(107) 중 직경이 가장 작은 오일유로형성돌기(107)의 외측단부에 장착될 수 있다. 제4오링(139)은 제3오링(138)보다 직경이 작게 형성될 수 있다.
모터 하우징(101)의 내주면에 복수의 단차부(140)가 형성될 수 있다. 복수의 단차부(140)는 모터 하우징(101)의 길이방향으로 이격 배치될 수 있다. 이너 하우징(102)이 모터 하우징(101)의 내측으로 삽입되는 방향을 기준으로, 모터 하우징(101)의 전단부에 제1단차부(141)와 제2단차부(142)가 서로 직경이 다르게(단차지게) 형성되고, 모터 하우징(101)의 후단부에 제3단차부(143)와 제4단차부(144)가 서로 직경이 다르게 형성될 수 있다.
제1단차부(141)는 이너 하우징(102)의 체결부(131)와 가장 인접하게 배치되고, 제2단차부(142)는 제1단차부(141)에서 모터 하우징(101)의 안쪽을 향하여 직경이 작게 축방향으로 연장되고, 제3단차부(143)는 제2단차부(142)의 후단에서 모터 하우징(101)의 안쪽을 향하여 직경이 작게 축방향으로 연장되고, 제4단차부(144)는 제3단차부(143)의 후단에서 모터 하우징(101)의 안쪽을 향하여 직경이 작게 축방향으로 연장될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 제1단차부(141) 내지 제4단차부(144)는 제1오링(136) 및 제2오링(137)과 각각 반경방향으로 중첩되고 접촉됨으로, 오일채널(104)과 냉각수채널(113) 사이를 밀봉할 수 있다.
또한, 제1단차부(141)에서 제4단차부(144)로 갈수록, 즉 모터 하우징(101)의 안쪽으로 갈수록 단차부(140)의 직경이 작게 형성되고, 서로 인접한 두 개의 제1오링(136)에서 두 개의 제2오링(137)으로 갈수록, 즉 이너 하우징(102)의 후단부로 갈수록 오링(135)의 직경이 작게 형성됨으로, 모터 하우징(101)의 내측에 이너 하우징(102)을 삽입 결합 시 각 오링(135)이 모터 하우징(101)에 접촉하는 시간을 최소화하여, 오링(135)이 모터 하우징(101)과의 마찰로 인해 이너 하우징(102)의 오링장착홈에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
오일채널(104)의 내측에 복수의 오일분사노즐(108)이 반경방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 복수의 오일분사노즐(108)은 이너 하우징(102)의 원주방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 오일분사노즐(108)은 이너 하우징(102)의 원주방향을 따라 전구간(360도)에서 오일을 분사시키도록 구성된다.
복수의 오일분사노즐(108) 각각은 일측이 오일채널(104)과 연통되고, 타측이 이너 하우징(102)의 내측공간과 연통되게 연결될 수 있다.
오일은 복수의 오일분사노즐(108)을 통해 이너 하우징(102)의 원주방향 전구간에서 스테이터 코일(162)의 엔드 턴을 향해 분사될 수 있다.
모터 하우징(101)의 내부에 오일공급부(109)가 형성되어, 열교환기(149)를 통해 냉각된 오일을 복수의 오일분사노즐(108)로 공급하도록 구성될 수 있다.
오일공급부(109)는 공급유로부(110), 분배유로부(111) 및 복수의 연통유로부(112)로 구성될 수 있다.
공급유로부(110)는 일측이 열교환기(149)의 오일유로 출구(151)와 연통되고, 타측이 분배유로부(111)와 연통되게 연결될 수 있다. 공급유로부(110)는 모터 하우징(101)의 원주방향으로 연장될 수 있다.
분배유로부(111)는 모터 하우징(101)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 분배유로부(111)의 길이방향을 따라 중간부분은 공급유로부(110)와 연통되고, 분배유로부(111)의 길이방향을 따라 양단부는 연통유로부(112)와 연통되게 연결될 수 있다.
분배유로부(111)는 공급유로부(110)에서 공급되는 오일을 모터 하우징(101)의 길이방향으로 양단부로 분배할 수 있다.
복수의 연통유로부(112) 각각은 모터 하우징(101)의 반경방향 내측으로 연장될 수 있다. 연통유로부(112)의 외측은 분배유로부(111)의 단부에 연통되고, 연통유로부(112)의 내측은 오일채널(104)과 연통되게 연결될 수 있다.
복수의 연통유로부(112) 각각은 열교환기(149)의 오일유로 출구(151)보다 더 높은 위치에 형성될 수 있다.
오일채널(104)은 연통유로부(112)로부터 원형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 오일채널(104)은 반경방향 외측으로 개방되고, 단면형상이 “U” 형태로 형성될 수 있다. 오일채널(104)의 내측 모서리는 라운드지게 형성될 수 있다.
오일은 연통유로부(112)에서 유량의 절반씩 분기되고, 유량이 절반으로 줄어든 오일은 오일채널(104)을 따라 서로 반대방향으로 이동하여 그 반대측에서 합류할 수 있다.
예를 들어, 연통유로부(112)로 유입된 오일 중 절반은 오일채널(104)의 일측 반원을 따라 시계방향으로 이동하고 상기 오일 중 다른 절반은 오일채널(104)의 타측 반원을 따라 반시계방향으로 이동하여 연통유로부(112)와 180도 간격을 둔 지점에서 합류할 수 있다.
오일채널(104)을 따라 흐르는 오일은 복수의 분사노즐을 통해 반경방향으로 유출되어 스테이터 코일(162)의 엔드 턴으로 분사될 수 있다.
오일은 스테이터 코일(162)에서 발생된 열을 흡수한 후 오일섬프부(145)로 모일 수 있다.
오일섬프부(145)로 모인 오일은 오일펌프(146)에 의해 흡입되어 열교환기(149)에서 냉각된 후 모터 하우징(101)과 이너 하우징(102) 사이의 오일채널(104)로 재순환될 수 있다.
도 12는 도 11의 인버터 하우징(166)에 형성된 냉각수 유입구(124)와 모터 하우징(101)에 형성된 냉각수 유출구(125)를 보여주는 개념도이고, 도 13은 도 12의 반대쪽 측면에서 바라본 냉각수의 이동경로를 보여주는 개념도이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 하우징(166)과 모터 하우징(101)에서의 냉각수 이동경로를 설명하기 위한 개념도이다.
인버터 하우징(166)의 일측에 냉각수 유입구(124)가 형성되고, 모터 하우징(101)의 일측에 냉각수 유출구(125)가 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(124)는 모터 하우징(101)의 원주방향과 교차하는 방향으로 인버터 하우징(166)의 저면을 향해 연장될 수 있다.
냉각수 유출구(125)는 모터 하우징(101)의 원주면 최상단을 향하여 접선방향을 따라 연장될 수 있다.
냉각수 유입구(124)와 냉각수 유출구(125)는 모터 하우징(101)의 길이방향으로 이격 배치될 수 있다.
냉각수 유입구(124)는 이너 하우징(102)이 모터 하우징(101)의 내측으로 삽입되는 방향을 기준으로 인버터 하우징(166)의 전방에 배치되고, 냉각수 유출구(125)는 냉각수 유입구(124)로부터 모터 하우징(101)의 길이방향으로 이격 배치될 수 있다.
냉각수 유입구(124)는 인버터 하우징(166)의 높이방향으로 저면에 형성되고, 냉각수 유출구(125)는 냉각수 유입구(124)보다 낮게 위치하고 모터 하우징(101)의 반경방향으로 최상단에 위치할 수 있다.
인버터 하우징(166)의 내측 저면에 커패시터 냉각플레이트(126)가 설치될 수 있다. 커패시터 냉각플레이트(126)의 내부에 냉각수가 흐르는 냉각유로를 구비할 수 있다. 커패시터 냉각플레이트(126)는 인버터 하우징(166)의 길이방향으로 연장될 수 있다.
커패시터 냉각플레이트(126)의 일측에 냉각수 유입구(124)가 연통되게 연결될 수 있다.
인버터 하우징(166)의 내측 저면에 IGBT 냉각플레이트(127)가 설치될 수 있다. IGBT 냉각플레이트(127)의 내부에 냉각수가 흐르는 냉각유로를 구비할 수 있다. IGBT 냉각플레이트(127)는 커패시터 냉각플레이트(126)와 나란하게 인버터 하우징(166)의 길이방향으로 연장될 수 있다.
커패시터 냉각플레이트(126)의 타측과 IGBT 냉각플레이트(127)의 일측 사이에 내부유로부(128)가 연결되어, 내부유로부(128)를 통해 냉각수가 커패시터 냉각플레이트(126)에서 IGBT 냉각플레이트(127)로 이동할 수 있다. 내부유로부(128)는 모터 하우징(101)의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
모터 하우징 연결부(129)는 IGBT 냉각플레이트(127)의 타측에서 하방향으로 연장되어 모터 하우징(101)의 제1냉각수채널(114)과 연통되게 연결될 수 있다. 냉각수는 모터 하우징 연결부(129)를 통해 인버터 하우징(166)에서 모터 하우징(101)의 내부로 이동할 수 있다.
이너 하우징(102)에 복수의 냉각수채널(113)이 원주방향으로 연장될 수 있다. 복수의 오일채널(104) 사이에 복수의 냉각수채널(113)이 형성될 수 있다. 복수의 냉각수채널(113)은 원주방향으로 형성될 수 있다.
복수의 냉각수채널(113)은 복수의 제1냉각수채널(114)과 복수의 제2냉각수채널(116)로 구성될 수 있다.
복수의 제1냉각수채널(114)은 체결부(131)를 향하여 이너 하우징(102)의 길이방향으로 전방부(이너 하우징(102)의 전체길이의 절반)에 배치되고, 원주방향을 따라 연장될 수 있다.
복수의 제1유로형성돌기(115)는 이너 하우징(102)의 반경방향으로 돌출되고, 원주방향을 따라 연장되어, 복수의 제1냉각수채널(114)을 형성할 수 있다. 복수의 제1유로형성돌기(115)와 복수의 제1냉각수채널(114)은 이너 하우징(102)의 길이방향으로 교대로 배치될 수 있다.
복수의 제1유로형성돌기(115)의 외측단은 모터 하우징(101)의 내측면과 간극을 두고 형성될 수 있다.
복수의 제1유로형성돌기(115)는 냉각수가 제1냉각수채널(114)의 원주방향을 따라 이동하도록 안내할 수 있다.
복수의 제2냉각수채널(116) 각각은 체결부(131)의 반대방향을 향하여 이너 하우징(102)의 후방부에 배치되고, 원주방향을 따라 연장될 수 있다.
복수의 제2유로형성돌기(117)는 이너 하우징(102)의 반경방향으로 돌출되고, 원주방향을 따라 연장되어, 복수의 제2냉각수채널(116)을 형성할 수 있다. 복수의 제2유로형성돌기(117)와 복수의 제2냉각수채널(116)은 이너 하우징(102)의 길이방향으로 교대로 배치될 수 있다.
제1냉각수채널(114)과 제2냉각수채널(116) 사이에 중간격벽(118)이 배치될 수 있다. 중간격벽(118)은 이너 하우징(102)의 반경방향으로 돌출 형성되고, 원주방향을 따라 연장될 수 있다. 중간격벽(118)은 제1냉각수채널(114)과 제2냉각수채널(116)을 구획하도록 구성된다.
중간격벽(118)의 반경방향으로 외측단은 모터 하우징(101)과 접촉 가능하게 형성될 수 있다(도 6 참조).
제1냉각수채널(114)의 일측에 유입측 공통헤더(119)가 형성될 수 있다.
유입측 공통헤더(119)는 복수의 제1냉각수채널(114)의 일단(시작지점)과 연통되게 형성되고, 하나의 냉각수 유입구(124)를 통해 유입된 냉각수를 복수의 제1냉각수채널(114)로 분배하도록 구성된다. 복수의 제1냉각수채널(114)은 이너 하우징(102)의 원주방향으로 서로 다른 지점에서 시작될 수 있다.
스테이터(160)가 이너 하우징(102)의 내측으로 열압입되는 방향을 기준으로 복수의 제1냉각수채널(114) 중 가장 앞쪽에 위치한 1번 제1냉각수채널(114)은 냉각수가 유입측 공통헤더(119)에서 가장 늦게 제1냉각수채널(114)로 진입하도록 구성되고, 두번째 앞쪽에 위치한 2번 제1냉각수채널(114)에서 가장 뒤쪽에 위치한 4번 제1냉각수채널(114)로 갈수록 냉각수가 제1냉각수채널(114)로 빨리 진입하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 복수의 제1유로형성돌기(115) 중 이너 하우징(102)의 길이방향으로 가장 전방에 위치한 1번 제1유로형성돌기(115)가 유입측 공통헤더(119)로부터 원주방향으로 가장 멀리 이격된 지점에서부터 연장되고, 나머지 2번 내지 3번 제1유로형성돌기(115)로 갈수록 유입측 공통헤더(119)로부터 원주방향으로 가까워지게 이격된 지점에서부터 연장될 수 있다.
제2냉각수채널(116)의 일측에 유출측 공통헤더(120)가 형성될 수 있다.
유출측 공통헤더(120)는 이너 하우징(102)의 외주면에서 원주방향 및 길이방향(대각선 방향)으로 유입측 공통헤더(119)와 이격 배치될 수 있다.
유출측 공통헤더(120)는 복수의 제2냉각수채널(116)을 따라 흐르는 냉각수를 수집한 후 하나의 냉각수 유출구(125)를 통해 유출시키도록 구성된다.
유출측 공통헤더(120)와 연통되는 복수의 제2유로형성돌기(117)의 원주방향으로 연장길이가 서로 다르게 형성될 수 있다.
예를 들어, 중간격벽(118)과 인접하게 배치되는 제2유로형성돌기(117)는 유출측 공통헤더(120)를 향해 연장 길이가 가장 길고, 중간격벽(118)으로부터 멀리 이격될수록 제2유로형성돌기(117)는 유출측 공통헤더(120)를 향해 연장길이 짧게 형성될 수 있다.
냉각수가 제1냉각수채널(114)에서 제2냉각수채널(116)로 이동하도록 냉각수채널연결부(121)가 이너 하우징(102)에 형성된다. 냉각수채널연결부(121)는 제1냉각수채널(114)의 원주방향을 따라 유동 끝지점을 제2냉각수채널(116)의 원주방향을 따라 유동시작지점과 연결하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 냉각수채널연결부(121)는 이너 하우징(102)의 길이방향으로 서로 이격된 제1냉각수채널(114)과 제2냉각수채널(116)을 연결하기 위해, 복수의 유로형성돌기 연결부(122)와 복수의 중간격벽 연결부(123)를 포함한다.
복수의 유로형성돌기 연결부(122)는 제1냉각수채널(114)의 유동 종료지점에서부터 제2냉각수채널(116)의 유동 시작지점을 향해 이너 하우징(102)의 길이방향 및 원주방향으로 경사지게 연장되어, 제1냉각수채널(114)의 복수의 제1유로형성돌기(115)와 제2냉각수채널(116)의 복수의 제2유로형성돌기(117)를 연결한다.
복수의 중간격벽 연결부(123)는 복수의 유로형성돌기 연결부(122)를 사이에 두고 복수의 유로형성돌기 연결부(122)를 가로지르는 방향으로 양측에 배치될 수 있다.
복수의 중간격벽 연결부(123) 중 하나의 제1중간격벽 연결부(123)는 제1오일채널(105)(이너 하우징(102)의 전방에 위치함)과 제1냉각수채널(114) 사이의 경계를 이루는 오일유로형성돌기(107)로부터 이너 하우징(102)의 길이방향 및 원주방향으로 경사지게 연장되어 중간격벽(118)과 연결됨으로, 유입측 공통헤더(119)와 냉각수채널연결부(121)를 구획할 수 있다.
복수의 중간격벽 연결부(123) 중 다른 하나의 제2중간격벽 연결부(123)는 중간격벽(118)으로부터 이너 하우징(102)의 길이방향 및 원주방향으로 경사지게 연장되어 제2오일채널(106)(이너 하우징(102)의 후방에 위치함)과 제2냉각수채널(116) 사이의 경계를 이루는 유로형성돌기와 연결됨으로, 냉각수채널연결부(121)와 유출측 공통헤더(120)를 구획할 수 있다.
제2냉각수채널(116)에 유출측 열교환기(149) 연결부와 유입측 열교환기(149) 연결부가 형성될 수 있다.
유출측 열교환기(149) 연결부와 유입측 열교환기(149) 연결부 각각은 열교환기(149)의 냉각수유로와 연통되게 연결되고, 냉각수가 제2냉각수채널(116)에서 유출측 열교환기(149) 연결부를 통해 열교환기(149)로 이동하고, 열교환기(149)에서 오일과 열교환한 후, 열교환기(149)에서 유입측 열교환기(149) 연결부를 통해 제2냉각수채널(116)로 이동할 수 있다.
냉각수 유출구(125)는 모터 하우징(101)에 제2냉각수채널(116)의 상부와 연통되게 형성되어, 모터 하우징(101)의 내부에서 냉각수 유출구(125)를 통해 외부로 유출될 수 있다.
냉각수 유입구(124) 및 냉각수 유출구(125)는 냉각수 순환계에 연결될 수 있다.
냉각수 순환계는 전기자동차의 전방에 설치되는 라디에이터, 냉각수 유입구(124) 및 냉각수 유출구(125)와 라디에이터를 연결하는 냉각수 순환라인, 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프를 포함하여 구성된다. 냉각수는 냉각수 유출구(125)에서 냉각수 순환라인을 따라 라디에이터로 이동되어, 라디에이터로 흡입되는 공기로 열을 방출한 후, 냉각수 순환라인을 따라 다시 냉각수 유입구(124)로 재순환될 수 있다.
냉각수는 냉각수 유입구(124)를 통해 인버터 하우징(166)의 내부로 유입되어 커패시터(169) 및 IGBT(170)를 냉각한 후, 모터 하우징(101)의 내부로 유입되어 제1냉각수채널(114)과 제2냉각수채널(116)을 따라 흐르며 전동기(10)를 냉각할 수 있다.
이어서, 냉각수는 제2냉각수채널(116)에서 열교환기(149)로 이동하여 오일을 냉각한 후 다시 제2냉각수채널(116)로 이동하여 냉각수 유출구(125)를 통해 유출될 수 있다.
계속해서, 냉각수는 냉각수 순환라인을 따라 이동하며 라디에이터에서 공기로 열을 방출한 후, 다시 냉각수 유입구(124)를 통해 인버터 하우징(166)으로 재순환될 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이너 하우징(202)의 듀얼 유로(203) 구조를 보여주는 개념도이다.
본 실시예(제2실시예)에서 이너 하우징(202)은 복수의 오일채널(204) 사이에 배치되는 복수의 냉각수채널(213)을 구비하되, 복수의 냉각수채널(213) 각각은 원주방향을 따라 냉각수의 유동이 동일한 제1지점에서 시작되고 동일한 제2지점에서 종료된다는 점에서 차이가 있다.
제1실시예에서는 이너 하우징(102)의 길이방향으로 이격된 제1냉각수채널(114)과 제2냉각수채널(116)이 이너 하우징(102)의 길이방향으로 전반부와 후반부 각각에 배치되고 제1 및 제2냉각수채널(116)을 연결하는 냉각수채널연결부(121)가 이너 하우징(102)에 구비된다.
한편, 제2실시예에서는 제1 및 제2냉각수채널의 구분 없이 복수의 냉각수채널(213)을 따라 냉각수가 1회전(360도 회전)하도록 구성된다는 점에서 차이가 있다.
제2실시예에서 이너 하우징(202)의 상부에 제1지점으로 유입측 공통헤더(219)가 형성되고, 제2지점으로 유출측 공통헤더(220)가 형성될 수 있다.
유입측 공통헤더(219)와 유출측 공통헤더(220)는 각각 이너 하우징(202)의 길이방향으로 따라 연장되고 원주방향으로 이격 배치될 수 있다.
횡방향 격벽(218)은 이너 하우징(202)의 길이방향을 따라 연장되고 유입측 공통헤더(219)와 유출측 공통헤더(220) 사이에 배치되어, 유입측 공통헤더(219)와 유출측 공통헤더(220)를 구획할 수 있다.
기타 구성요소는 제1실시예와 동일 내지 유사하므로, 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

Claims (15)

  1. 외관을 형성하는 모터 하우징을 구비하는 전동기;
    상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 내부에 IGBT 및 커패시터를 수용하는 인버터 하우징을 구비하는 인버터;
    상기 모터 하우징의 내측에 배치되고, 스테이터 및 로터를 수용하는 이너 하우징;
    상기 이너 하우징의 동일한 원주면 상에 배치되는 듀얼 유로를 포함하고,
    상기 듀얼 유로는,
    상기 이너 하우징의 길이방향으로 서로 이격되며, 제1냉각유체가 흐르는 복수의 제1냉각유로;
    상기 복수의 제1냉각유로 사이에 형성되고, 제2냉각유체가 흐르는 제2냉각유로; 및
    상기 복수의 제1냉각유로 각각에서 원주방향을 따라 이격 배치되고, 상기 제1냉각유체를 상기 이너 하우징의 내측공간으로 분사하는 복수의 분사노즐을 포함하는 지능형 동력생성모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각유체는 오일이고, 상기 제2냉각유체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분사노즐 각각은 상기 이너 하우징의 반경방향으로 연장되고, 원주방향으로 360도 전구간에 이격 배치되어 상기 제1냉각유체를 스테이터 코일로 분사하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1냉각유로는 상기 이너 하우징의 원주방향을 따라 연장되는 복수의 오일채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2냉각유로는,
    상기 이너 하우징의 길이방향으로 이격된 복수의 오일채널 사이에 배치되고, 상기 이너 하우징의 원주방향을 따라 연장되는 복수의 냉각수채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2냉각유로는,
    상기 이너 하우징의 길이방향으로 전반부에 배치되고 원주방향을 따라 연장되는 복수의 제1냉각수채널;
    상기 이너 하우징의 길이방향으로 후반부에 배치되고 원주방향을 따라 연장되는 복수의 제2냉각수채널; 및
    상기 복수의 제1냉각수채널의 일측에서 상기 복수의 제2냉각수채널을 향해 상기 이너 하우징의 길이방향 및 원주방향으로 연장되어 상기 제1 및 제2냉각수채널을 연통되게 연결하는 냉각수채널연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 이너 하우징은,
    상기 오일채널을 사이에 두고 양측에 각각 배치되어 상기 오일채널과 상기 냉각수채널 사이를 밀봉하는 복수의 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이너 하우징은 원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 오일채널 또는 상기 복수의 냉각수채널을 형성하는 복수의 유로형성돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 이너 하우징은,
    원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제1냉각수채널을 형성하는 복수의 제1유로형성돌기;
    원주방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제2냉각수채널을 형성하는 복수의 제2유로형성돌기;
    원주방향을 따라 연장되고 상기 모터 하우징에 접촉되게 반경방향으로 돌출되어 상기 복수의 제1냉각수채널과 상기 복수의 제2냉각수채널을 구획하는 중간격벽; 및
    원주방향 및 길이방향을 따라 연장되어 상기 복수의 제1냉각수채널과 상기 복수의 제2냉각수채널을 연결하는 유로형성돌기 연결부;
    상기 복수의 오일채널 중 하나의 오일채널과 상기 제1냉각수채널 사이의 경계를 이루는 유로형성돌기에서 원주방향 및 길이방향을 따라 상기 중간격벽의 일측으로 연장되거나 상기 중간격벽의 다른 일측에서 원주방향 및 길이방향을 따라 상기 복수의 오일채널 중 다른 하나의 오일채널과 상기 제2냉각수채널 사이의 경계를 이루는 유로형성돌기로 연장되는 중간격벽 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 오링 각각은 상기 이너 하우징의 길이방향으로 이격 배치되고, 상기 이너 하우징의 동심원 상에 장착되며, 상기 모터 하우징의 내측으로 갈수록 직경이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 이너 하우징은,
    상기 복수의 냉각수채널의 입구 측에 형성되어, 냉각수를 상기 복수의 냉각수채널로 분배하는 유입측 공통헤더; 및
    상기 복수의 냉각수채널의 출구 측에 형성되어, 상기 냉각수를 상기 복수의 냉각수채널로부터 수집하는 유출측 공통헤더를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 이너 하우징은,
    상기 복수의 제1냉각수채널의 입구측에 형성되어, 냉각수를 상기 복수의 제1냉각수채널로 분배하는 유입측 공통헤더; 및
    상기 복수의 제2냉각수채널의 출구측에 형성되어, 상기 냉각수를 상기 복수의 제2냉각수채널로부터 수집하는 유출측 공통헤더를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 내측 하부에 형성되어, 상기 오일을 임시 저장하는 오일 섬프부; 및
    상기 모터 하우징의 다른 일측에 장착되어, 상기 오일 섬프부에 저장된 오일을 상기 복수의 분사노즐로 순환시키는 오일펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 또 다른 일측에 장착되어, 상기 오일펌프로부터 받아 상기 복수의 분사노즐로 이송될 오일과 냉각수를 열교환시켜 상기 오일을 냉각하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 동력생성모듈.
  15. 외관을 형성하는 모터 하우징을 구비하는 전동기;
    상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 내부에 IGBT 및 커패시터를 수용하는 인버터 하우징을 구비하는 인버터;
    상기 모터 하우징의 다른 일측에 형성되고, 상기 전동기의 회전속도를 감속시키기 위한 기어류를 내부에 장착하는 기어박스;
    상기 모터 하우징의 내측에 배치되고, 스테이터 및 로터를 수용하는 이너 하우징; 및
    상기 이너 하우징의 동일한 원주면 상에 배치되는 듀얼 유로를 포함하는 지능형 동력생성모듈.
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