KR101276109B1 - 차량용 공기공급장치 - Google Patents

차량용 공기공급장치 Download PDF

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KR101276109B1
KR101276109B1 KR1020060092630A KR20060092630A KR101276109B1 KR 101276109 B1 KR101276109 B1 KR 101276109B1 KR 1020060092630 A KR1020060092630 A KR 1020060092630A KR 20060092630 A KR20060092630 A KR 20060092630A KR 101276109 B1 KR101276109 B1 KR 101276109B1
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조경석
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Abstract

본 발명은 차량용 공기공급장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 회전축의 내부에 공기통로를 형성하여 회전시 회전축의 내부로 공기가 흐를 수 있도록 함으로써, 고속 회전시 과열된 회전축이 냉각되어 열팽창에 따른 축변형 및 파손이 방지됨과 아울러 회전축의 무게도 줄어들어 동적 안정성을 확보할 수 있는 차량용 공기공급장치에 관한 것이다.
이에 본 발명은 중앙에 설치되는 회전축(120)을 회전시키는 모터부(130)와, 상기 모터부(130)의 상,하단에 결합되어 상기 회전축(120)을 회전가능하게 지지하는 상,하부 베어링홀더(140)(150)를 포함하여 구성되며, 내부에는 상,하단을 관통하는 공기유로(133a)가 구비된 모터어셈블리(105); 상기 회전축(120)에 구비됨과 아울러 고속회전시 회전축(120)을 냉각하여 과열을 방지하는 과열방지수단(128); 상기 모터어셈블리(105)의 상단에 결합됨과 아울러 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)로 안내하는 입구덕트(110); 상기 회전축(120)의 하단에 결합되어 회전축(120)과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 임펠러(180); 상기 모터어셈블리(105)의 하단에 결합됨과 아울러 상기 임펠러(180)를 중앙에 회전가능하게 수용하고, 상기 임펠러(180)의 상부측에는 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)를 통과한 공기를 임펠러(180)측으로 안내하도록 안내홈(171)이 형성되며, 상기 임펠러(180)의 둘레에는 상기 임펠러(180)를 통해 송풍되면서 압축된 공기를 출구(173)측으로 토출시키는 볼루트(172)가 형성된 출구덕 트(170); 상기 출구덕트(170)의 개방된 하단을 밀폐하는 엔드플레이트(190)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
공기공급장치, 모터어셈블리, 회전축, 공기통로, 입구덕트, 출구덕트, 임펠러,

Description

차량용 공기공급장치{Air supply device for vehicles}
도 1은 일반적인 디젤엔진 차량용 공기공급장치를 나타내는 단면도,
도 2는 종래의 연료전지 차량용 공기공급장치를 나타내는 단면도,
도 3은 종래의 연료전지 차량용 공기공급장치에서 회전축을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합사시도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 분해사시도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합단면도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 회전축을 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100: 공기공급장치 105: 모터어셈블리
110: 입구덕트 111: 입구
120: 회전축 121: 상부축
122: 하부축 123: 리테이너
124: 자석 125: 돌출부
126: 디스크 126a: 삽입공
126b: 볼트공 127: 공기통로
128: 과열방지수단 130: 모터부
131: 고정자 132: 냉각수단
132a: 원형부 132b: 방열판
133: 모터하우징 133a: 공기유로
140: 상부 베어링홀더 141,151: 연통로
142,152: 관통공 143,153,145: 베어링
144: 안착홈 150: 하부 베어링홀더
160: 탑커버 161: 홈
162: 유입공
170: 출구덕트 171: 안내홈
172: 볼루트 173: 출구
180: 임펠러 181: 날개
185: 너트 190: 엔드플레이트
본 발명은 차량용 공기공급장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 회전축의 내부에 공기통로를 형성하여 회전시 회전축의 내부로 공기가 흐를 수 있도록 함으로써, 고속 회전시 과열된 회전축이 냉각되어 열팽창에 따른 축변형 및 파손이 방 지됨과 아울러 회전축의 무게도 줄어들어 동적 안정성을 확보할 수 있는 차량용 공기공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 차량의 구동을 위해 엔진을 탑재하고 있으며, 이 차량들은 엔진에서 사용하는 연료에 따라 가솔린차량, 디젤차량, LPG차량 등으로 구분된다. 이와 같은 차량들은 시동시 시동모터가 배터리로부터 전원을 공급받아 구동되어 크랭크축의 일단에 고정된 플라이휠을 회전시키고, 이에 따라 크랭크축이 회전되어 그에 연결된 커넥링로드가 왕복운동 함으로써 엔진을 가동시키게 된다.
한편, 디젤차량에는 엔진의 출력을 높이기 위해 배기가스의 에너지로 터빈(turbine)을 돌려 엔진으로 흡입되는 공기를 압축해서 엔진에 공급함으로써 엔진의 출력을 향상시키는 이른 바 공기공급장치가 함께 구비된다.
이러한 공기공급장치(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 터빈부(2)와 압축부(3)가 베어링 하우징(4)을 사이에 두고 동축상에 일체로 구비되며, 터빈부(2)와 압축부(3)의 터빈휠(6)과 임펠러(7)는 베어링 하우징(4)에 지지된 한 개의 회전축(5) 양단부에 함께 장착되어 있다. 이에 따라 엔진에서 배출된 배기가스가 터빈부(2)를 지나면서 터빈휠(6)을 회전시키면, 압축부(3)의 임펠러(7)가 동시에 회전하게 되어 흡입공기를 압축하고, 압축된 공기를 엔진의 실린더내로 공급함으로써 체적효율 향상에 의해 엔진의 출력을 향상시키게 된다.
그러나, 엔진의 배기가스를 이용하여 터빈휠(6)을 돌릴경우, 엔진 배기가스의 맥동현상에 의해 공기공급장치(1)에서 소음과 진동이 과다하게 발생하는 문제가 있다.
또한, 연료전지 차량에서는 배기가스의 사용이 불가하여 상기에서 설명한 배기가스를 에너지로 사용하는 공기공급장치(1)를 사용할 수 없으며, 이에 따라 연료전지 차량에서는 공기공급장치의 구동을 위해서 별도의 구동 모터가 설치되어 있다.
참고로, 연료전지는 다수의 셀이 적층되어 이루어지는데, 이를 스택(stack)이라 하며, 상기 스택에 연료(수소가스)와 공기(산소)를 공급하여 물의 전기분해 역반응으로 전기화학반응이 진행되어 전기와 열을 발생하는 전지계로써 실제로는 발전장치라고 볼 수 있다.
여기서, 상기 스택에 공급되는 공기는 모터로 구동되는 공기공급장치(10)를 통해 공급되며, 도 2는 이러한 연료전지 차량용 공기공급장치(10)를 나타면 도면으로써, 간략히 설명하면, 중앙에 설치된 회전축(12)을 회전시키도록 회전축(12)의 둘레에 고정자(13)를 설치하여 구성된 모터부(11) 및 상기 모터부(11)를 수용하는 모터하우징(15)과, 상기 회전축(12)의 일단부에 결합되어 공기를 압축시키는 임펠러(16)와, 상기 모터하우징(15)의 전방에 결합되어 상기 임펠러(16)를 수용함과 아울러 상기 임펠러(16)의 회전시 입구(17a)를 통해 공기를 유입하여 볼루트(17b)로 압축된 공기를 토출시키는 압축하우징(17)과, 상기 모터하우징(15)의 후방에 결합되어 상기 회전축(12)의 타단부를 회전가능하게 지지하는 베어링 하우징(18)으로 구성된다.
여기서, 상기 회전축(12)은 중공의 자석(12a)을 사이에 두고 분할되어 있으며, 상기 분할된 회전축(12)은 상기 자석(12a)을 내부에 수용하는 리테이너(12b)에 의해 연결/결합된다.
따라서, 상기 모터부(11)를 구동하여 상기 회전축(12)을 회전시키면, 상기 압축하우징(17)내의 임펠러(16)가 동시에 회전하게 되어 상기 압축하우징(17)의 입구(17a)를 통해 흡입되는 공기를 압축하고, 압축된 공기를 볼루트(17b)를 통해 스택으로 공급하게 되는 것이다.
그러나, 상기 공기공급장치(10)는 고속 회전시 상기 모터부(11)에서 발생하는 열이 주변 부품들로 전열되는데, 이때 상기 회전축(12)과 자석(12a)의 열팽창율이 다르고 또한 고온에서 상기 자석(12a)의 내부 공간에 있는 공기가 팽창하므로 인해 회전축(12)에 변형이 발생하여 파손의 위험이 있다.
아울러, 상기 회전축(12)의 지름이 커질수록 회전축(12)의 무게가 증가하여(관성 모멘트) 동적 불안정성을 나타내는 문제도 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 회전축의 내부에 공기통로를 형성하여 회전시 회전축의 내부로 공기가 흐를 수 있도록 함으로써, 고속 회전시 과열된 회전축이 냉각되어 열팽창에 따른 축변형 및 파손이 방지됨과 아울러 회전축의 무게도 줄어들어 동적 안정성을 확보할 수 있는 차량용 공기공급장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중앙에 설치되는 회전축을 회전시키는 모터부와, 상기 모터부의 상,하단에 결합되어 상기 회전축을 회전가능하게 지지 하는 상,하부 베어링홀더를 포함하여 구성되며, 내부에는 상,하단을 관통하는 공기유로가 구비된 모터어셈블리; 상기 회전축에 구비됨과 아울러 고속회전시 회전축을 냉각하여 과열을 방지하는 과열방지수단; 상기 모터어셈블리의 상단에 결합됨과 아울러 입구를 통해 유입되는 공기를 상기 모터어셈블리의 공기유로로 안내하는 입구덕트; 상기 회전축의 하단에 결합되어 회전축과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 임펠러; 상기 모터어셈블리의 하단에 결합됨과 아울러 상기 임펠러를 중앙에 회전가능하게 수용하고, 상기 임펠러의 상부측에는 상기 모터어셈블리의 공기유로를 통과한 공기를 임펠러측으로 안내하도록 안내홈이 형성되며, 상기 임펠러의 둘레에는 상기 임펠러를 통해 송풍되면서 압축된 공기를 출구측으로 토출시키는 볼루트가 형성된 출구덕트; 상기 출구덕트의 개방된 하단을 밀폐하는 엔드플레이트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래에 있어서와 동일한 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 회전축을 나타내는 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치(100)는 연료전지 차량의 스택(stack)에 압축된 공기를 공급하는 역할을 한다.
이러한 공기공급장치(100)는 크게 모터어셈블리(105)와, 입구덕트(110)와, 임펠러(180)와, 출구덕트(170)와, 엔드플레이트(190)로 구성된다.
먼저, 상기 모터어셈블리(105)는 중앙에 설치되는 회전축(120)을 회전시키는 모터부(130)와, 상기 모터부(130)의 상,하단에 결합되어 상기 회전축(120)의 상,하단을 회전가능하게 지지하는 상,하부 베어링홀더(140)(150)로 구성되며, 내부에는 상,하단을 관통하는 공기유로(133a)가 형성된다.
상기 모터부(130)는, 상기 회전축(120)의 내부에 설치되는 자석(124)과, 상기 회전축(120)의 둘레에 회전축(120)의 반경방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 고정자(131)와, 상기 고정자(131)의 둘레에 고정자(131)의 반경방향으로 일정 간격을 두고 설치되며 그 사이에 상기 공기유로(133a)를 형성하는 모터하우징(133)으로 구성된다.
여기서, 상기 고정자(131)는 공지된 것으로써 라미네이터(Laminator)에 코일(Coil)을 감아서 구성된다. 따라서, 상기 고정자(131)에 전류를 공급하게 되면 상기 회전축(120)이 회전하게 되는 것이다.
상기 회전축(120)은 상기 자석(124)을 사이에 두고 자석(124)의 상,하측에 설치되는 상,하부축(121)(122)과, 상기 자석(124)을 내부에 수용함과 아울러 상기 서로 이격된 상,하부축(121)(122)을 연결/결합하는 리테이너(123)로 이루어진다.
이때, 상기 상,하부축(121)(122)과 리테이너(123)는 레이저 용접으로 서로 접합된다. 아울러 상기 상,하부축(121)(122)과 리테이너(123)의 접촉면적이 넓을수록 강하게 결합시킬 수 있다.
또한, 상기 자석(124)은 상기 리테이너(123)의 내부에 열박음하여 결합한다.
그리고, 상기 공기공급장치(100)의 고속 회전시 상기 모터부(130)에서 발생하는 열이 주변부품들로 전열되는데, 따라서 상기 회전축(120)에는 고속 회전시 회전축(120)을 냉각하여 과열을 방지할 수 있도록 과열방지수단(128)이 구비된다.
상기 과열방지수단(128)은, 상기 회전축(120)의 내부로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 상부축(121)의 상단에서 부터 자석(124) 및 하부축(122)의 임의지점까지 그 내부를 관통하는 공기통로(127)를 형성하여 이루어지되, 상기 하부축(122)의 공기통로(127) 끝단부는 복수개로 분기되면서 상기 임펠러(180)의 상부를 향해 경사지게 형성되어 상기 출구덕트(170)의 안내홈(171)에 의해 형성되는 공기유로(171a)와 연통하도록 되어 있다.
따라서, 상기 회전축(120)의 회전시 상기 공기통로(127)의 내부로 공기가 흐르면서 과열된 회전축(120) 및 자석(124)을 냉각하게 되어 축변형을 방지하고 이에 따른 파손도 방지하게 되는 것이다.
즉, 상기 회전축(120)의 회전시, 회전축(120)과 함께 임펠러(180)가 회전하게 되는데, 이때 상기 임펠러(180)의 회전에 의해 상기 공기공급장치(100)내에서는 상기 입구덕트(110)로 흡입되어 출구덕트(170)로 토출되는 공기흐름이 발생하며, 이러한 공기흐름을 따라 상기 회전축(120)의 공기통로(127)에서도 상기 공기통로(127)의 상단으로 흡입되어 공기통로(127)의 분기된 하단으로 토출되는 공기흐름이 발생하게 되고, 이 과정에서 공기와 회전축(120)이 열교환하게 되어 회전축(120)의 냉각이 이루어진다.
그리고, 상기 상부 베어링홀더(140)는 상기 모터하우징(133)의 상단에 결합되며 중앙에 형성된 관통공(142)에는 베어링(143)이 설치되어 상기 회전축(120)의 상단을 회전가능하게 지지함과 아울러 상기 회전축(120)의 반경방향 일정거리에는 상기 입구덕트(110)의 내부와 상기 모터하우징(133)의 내부를 연통시키는 다수의 연통로(141)가 형성된다.
또한, 상기 하부 베어링홀더(150)는 상기 모터하우징(133)의 하단에 결합되며 중앙에 형성된 관통공(152)에는 베어링(153)이 설치되어 상기 회전축(120)의 하단(임펠러 보다는 위쪽)을 회전가능하게 지지함과 아울러 상기 회전축(120)의 반경방향 일정거리에는 상기 모터하우징(133)의 내부와 상기 출구덕트(170)의 안내홈(171) 내부를 연통시키는 다수의 연통로(151)가 형성된다.
여기서, 상기 상,하부 베어링 홀더(140)(150)의 관통공(142)(152)에 설치되는 베어링(143)(153)은 고속회전하는 시스템의 특성상 공기베어링인 것이 바람직하지만, 이 외에도 다양한 베어링을 설치할 수 있다.
그리고, 상기 모터어셈블리(105)의 내부에는 상기 모터어셈블리(105)의 발열부를 냉각시킬 수 있도록 냉각수단(132)이 설치된다.
상기 냉각수단(132)은 상기 고정자(131)와 모터하우징(133)의 사이에 설치됨과 아울러 상기 고정자(131)의 외주면을 감싸는 원통부(132a) 및 상기 원통부(132a)의 외주면에 방사상으로 돌출 형성되는 다수의 방열판(132b)으로 이루어진다. 따라서, 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)를 통과하는 공기와 상기 방열판(132b)이 열교환하면서 모터어셈블리(105)의 발열부인 상기 모터부(130)의 고정자(131)를 냉각시켜 성능을 향상시키게 된다. 아울러 상기 모터어셈블리(105)의 발열부가 냉각되면서 상기 회전축(120)의 열변형도 더욱더 줄일수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 냉각수단(132)인 원통부(132a) 및 방열판(132b)은 상기 모터하우징(133)의 내측에서 상기 고정자(131)를 지지하는 역할도 한다.
또한, 상기 회전축(120)의 상단에는 회전축(120) 보다 큰 직경을 갖는 디스크(126)가 결합되며, 상기 디스크(126)는 상기 상부 베어링홀더(140)의 상측면에 안착홈(144)을 형성하고 이 안착홈(144)에 베어링(145)을 매개로 회전가능하게 설치된다. 여기서 상기 베어링(145)은 공기 스러스트 베어링인 것이 바람직하다.
즉, 상기 회전축(120)의 상단에 결합된 디스크(126)는 상기 회전축(120)의 축방향으로 하중을 지지하게 되며, 이때 상기 공기 스러스트 베어링은 상기 회전축(120)의 회전시, 상기 디스크(126)와 상기 상부 베어링홀더(140)의 안착홈(144) 간의 마찰을 최소화 하게 된다.
여기서, 상기 회전축(120)과 디스크(126)의 결합방법은, 상기 회전축(120)의 상단에 돌출부(125)를 형성하고, 상기 디스크(126)의 중앙에는 상기 돌출부(125)가 삽입되도록 삽입공(126a)을 형성함과 아울러 상기 삽입공(126a)의 둘레에는 상기 회전축(120)과 볼트결합하기 위한 다수의 볼트공(126b)을 형성한다. 따라서, 상기 디스크(126)의 삽입공(126a)을 상기 회전축(120)의 돌출부(125)에 끼운 상태에서 디스크(126)와 회전축(120)을 볼트 결합한다.
그리고, 상기 임펠러(180)는 외주면에 복수개의 날개(181)가 형성됨과 아울러 상기 회전축(120)의 하단에 결합되어 회전축(120)과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 역할을 한다. 즉, 상기 임펠러(180)가 회전하게 되면, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 공기가 흡입되고 이 공기는 모터어셈블리(105)를 거쳐 출구덕트(170)로 유동한후 상기 임펠러(180)를 통과하게 되고, 상기 임펠러(180)를 통과하면서 가속된 공기는 아래에서 설명될 출구덕트(170)의 볼루트(172)에서 압력이 상승된 후 토출되는 것이다.
한편, 상기 회전축(120)의 최하단에는 상기 임펠러(180)를 고정하여 이탈을 방지하도록 너트(185)가 결합된다.
그리고, 상기 입구덕트(110)는 상기 모터어셈블리(105)의 상단인 상기 상부 베어링 홀더(140)의 상단에 결합됨과 아울러 상단에 형성된 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)로 안내하게 된다.
또한, 상기 상부 베어링홀더(140)의 상측면에는 상단면이 곡면으로 형성되어 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)로 안내하는 탑커버(160)가 결합된다. 즉, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 유입된 공기는 정체됨이 없이 상기 탑커버(160)의 곡면을 따라 부드럽게 유동하면서 상기 상부 베어링 홀더(140)에 형성된 연통로(141)를 통해 모터하우징(133)의 내부로 원활하게 유동하게 된다.
상기 탑커버(160)의 중앙에는 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 흡입되는 공기 중 일부가 상기 회전축(120)의 공기통로(127)로 유입될 수 있도록 하나 이상의 유입공(162)이 형성되어 있다.
아울러, 상기 탑커버(160)는 상기 상부 베어링홀더(140)의 안착홈(144)을 밀폐하도록 결합되어 상기 안착홈(144)에 안착된 디스크(126)의 이탈을 방지하게 되며, 이때 상기 탑커버(160)의 하측면에는 상기 회전축(120)의 상단에 형성된 돌출 부(125)가 삽입되도록 홈(161)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 출구덕트(170)는 상기 모터어셈블리(105)의 하단인 상기 하부 베어링 홀더(150)의 하단에 결합됨과 아울러 상기 임펠러(180)를 중앙에 회전가능하게 수용하고, 상기 임펠러(180)의 상부측에는 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)를 통과한 공기를 임펠러(180)의 상단측으로 안내하도록 반원형의 안내홈(171)이 형성되며, 상기 임펠러(180)의 둘레에는 상기 임펠러(180)를 통해 송풍되면서 압축된 공기를 출구(173)측으로 토출시키는 볼루트(volute)(172)가 형성된다.
여기서, 상기 볼루트(172)는 상기 임펠러(180)에서 송풍된 공기를 임펠러(180)의 외각으로 바람을 안내하여 동압을 정압으로 바꿔줌으로써 압력을 상승시키게 된다.
이러한 상기 볼루트(172)는 상기 출구덕트(170)의 외주면에 돌출되게 형성되되 임의지점에서 부터 출구(173)까지 직경이 점차 증가하도록 형성된다.
이때, 상기 임펠러(180)와 상기 출구덕트(170)의 내주면 사이의 간격(L)은 높은 압력비를 얻기 위해서 0.2~0.4mm 인것이 바람직하다. 만일, 상기 간격(L)이 0.2mm 보다 작게 되면 가공 및 공차를 맞추기가 어려워 접촉소음 및 파손이 발생할 우려가 있으며, 상기 간격(L)이 0.4mm 보다 크게 되면 리크가 많이 발생하여 높은 압력비를 얻을 수 없고 효율이 저하되게 된다.
그리고, 상기 출구덕트(170)의 하단은 개방되어 있는데, 상기 출구덕트(170)의 개방된 하단은 엔드플레이트(190)에 의해 밀폐된다. 아울러, 상기 엔드플레이 트(190)의 중앙에는 상기 회전축(120)의 하단에 결합된 너트(185)가 회전가능하게 삽입되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치(100)의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 고정자(131)에 전류가 공급되면, 상기 회전축(120)이 회전하게 되며, 상기 회전축(120)이 회전하게 되면 회전축(120)의 하단에 결합된 임펠러(180)도 함께 회전하게 된다.
이후, 상기 임펠러(180)가 회전하게 되면, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 공기가 흡입되는데, 이때 흡입된 공기는 상기 탑커버(160)의 곡면을 따라 유동하면서 상기 상부 베어링홀더(140)의 연통로(141)를 통해 상기 모터하우징(133)의 공기유로(133a)로 유동하게 된다.
상기 모터하우징(133)의 공기유로(133a)를 따라 유동하는 공기는 상기 냉각수단(132)인 방열판(132b)과 열교환을 수행하면서 모터어셈블리(105)의 발열부인 모터부(130)의 고정자(131)를 냉각시키게 되고, 이후 상기 하부 베어링홀더(150)의 연통로(151)를 통해 출구덕트(170)의 안내홈(171)으로 유입된다.
계속해서, 상기 출구덕트(170)의 안내홈(171)으로 유입된 공기는 상기 임펠러(180)의 상단측으로 안내되어 임펠러(180)로 진입하게 된다. 이후 상기 임펠러(180)를 통과하면서 가속된 공기는 상기 출구덕트(170)의 볼루트(172)를 지나면서 압력이 상승되어 출구(173)를 통해 토출된다.
이후, 상기 출구덕트(170)의 출구(173)를 통해 토출된 높은 압력의 공기는 스택(stack)측으로 공급된다.
한편, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)로 흡입되는 공기 중 일부는 상기 탑커버(160)의 유입공(162)을 통해 상기 회전축(120)의 공기통로(127)로 유입되며, 상기 회전축(120)의 공기통로(127)로 유입된 공기는 공기통로(127)의 내부를 흐르면서 회전축(120) 및 자석(124)을 냉각시킨 후 출구덕트(170)의 안내홈(171)측으로 배출된다.
그리고, 상기 공기공급장치(100)의 조립시에는, 상기 회전축(120), 고정자(131), 냉각수단(132), 모터하우징(133), 상,하부 베어링홀더(140)(150) 및 탑커버(160)까지를 모터어셈블리(105)화하여 조립한 후, 상기 임펠러(180), 입구덕트(110), 출구덕트(170) 및 엔드플레이트(190)를 조립하게 된다.
상기한 본 발명에 따르면, 상기 회전축의 내부에 공기통로를 형성하여 회전시 회전축의 내부로 공기가 흐를 수 있도록 함으로써, 고속 회전시 과열된 회전축이 냉각되어 열팽창에 따른 축변형 및 파손이 방지된다.
또한, 상기 회전축의 내부에 공기통로를 형성함으로써 회전축의 무게도 줄어들어 동적 안정성을 확보할 수 있다.

Claims (6)

  1. 중앙에 설치되는 회전축(120)을 회전시키는 모터부(130)와, 상기 모터부(130)의 상,하단에 결합되어 상기 회전축(120)을 회전가능하게 지지하는 상,하부 베어링홀더(140)(150)를 포함하여 구성되며, 내부에는 상,하단을 관통하는 공기유로(133a)가 구비된 모터어셈블리(105);
    상기 회전축(120)에 구비됨과 아울러 고속회전시 회전축(120)을 냉각하여 과열을 방지하는 과열방지수단(128);
    상기 모터어셈블리(105)의 상단에 결합됨과 아울러 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)로 안내하는 입구덕트(110);
    상기 회전축(120)의 하단에 결합되어 회전축(120)과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 임펠러(180);
    상기 모터어셈블리(105)의 하단에 결합됨과 아울러 상기 임펠러(180)를 중앙에 회전가능하게 수용하고, 상기 임펠러(180)의 상부측에는 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)를 통과한 공기를 임펠러(180)측으로 안내하도록 안내홈(171)이 형성되며, 상기 임펠러(180)의 둘레에는 상기 임펠러(180)를 통해 송풍되면서 압축된 공기를 출구(173)측으로 토출시키는 볼루트(volute,172)가 형성된 출구덕트(170);
    상기 출구덕트(170)의 개방된 하단을 밀폐하는 엔드플레이트(190)를 포함하여 이루어지되,
    상기 모터부(130)는, 상기 회전축(120)의 내부에 설치되는 자석(124)과, 상기 회전축(120)의 둘레에 회전축(120)의 반경방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 고정자(131)와, 상기 고정자(131)의 둘레에 고정자(131)의 반경방향으로 일정 간격을 두고 설치되며 그 사이에 상기 공기유로(133a)를 형성하는 모터하우징(133)을 포함하여 이루어지고,
    상기 회전축(120)은 상기 자석(124)을 사이에 두고 자석(124)의 상,하측에 설치되는 상,하부축(121)(122)과, 상기 자석(124)을 내부에 수용함과 아울러 상기 서로 이격된 상,하부축(121)(122)을 연결/결합하는 리테이너(123)로 이루어지며,
    상기 과열방지수단(128)은 상기 회전축(120)의 내부로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 상부축(121)의 상단에서 부터 자석(124) 및 하부축(122)의 임의지점까지 그 내부를 관통하는 공기통로(127)를 형성하여 이루어지되, 상기 하부축(122)의 공기통로(127) 끝단부는 복수개로 분기되면서 상기 임펠러(180)의 상부를 향해 경사지게 형성되어 상기 출구덕트(170)의 안내홈(171)에 의해 형성되는 공기유로(171a)와 연통하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기공급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 베어링홀더(140)의 상측면에는 상단면이 곡면으로 형성되어 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터어셈블리(105)의 공기유로(133a)로 안내함과 아울러 중앙에는 상기 회전축(120)의 공기통로(127)로 공기가 유입될 수 있도록 유입공(162)이 형성된 탑커버(160)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기공급장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축(120)의 상단에는 회전축(120) 보다 큰 직경을 갖는 디스크(126)가 결합되며, 상기 디스크(126)는 상기 상부 베어링홀더(140)의 상측면에 형성된 안착홈(144)에 베어링(145)을 매개로 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기공급장치.
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