KR101309189B1

KR101309189B1 - 차량용 공기공급장치

Info

Publication number: KR101309189B1
Application number: KR1020070005752A
Authority: KR
Inventors: 조경석; 김우준; 오창훈
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2013-09-17
Also published as: KR20080068257A

Abstract

본 발명은 차량용 공기공급장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 공기공급장치에서 회전축과 함께 고속으로 작동하는 베어링을 냉각할 수 있도록 상기 베어링이 설치되는 베어링홀더의 내부에 냉각수를 순환시킬수 있도록 냉각수단을 설치함으로써 베어링의 냉각성능을 향상시켜 베어링의 내구성을 향상함은 물론 차지하는 공간면에서도 유리하고 베어링의 장시간 작동이 가능한 차량용 공기공급장치에 관한 것이다.

이에 본 발명은 중앙에 설치되는 회전축(141)을 회전시키는 모터부(140); 상기 모터부(140)가 중앙에 상,하방향으로 삽입/설치됨과 아울러 상기 모터부(140)의 바깥방향 둘레에 공기유로(134)가 상,하방향으로 관통 형성된 모터하우징(130); 상기 모터하우징(130)의 상측 가장자리에 결합됨과 아울러 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)로 안내하는 입구덕트(110); 상기 회전축(141)의 하단에 결합되어 회전축(141)과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 임펠러(170); 상기 모터하우징(130)의 하측에 결합됨과 아울러 내부에는 상기 임펠러(170)가 회전가능하게 설치되어, 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)를 통과한 공기를 상기 임펠러(170)로 압축하여 출구(164)로 토출하는 출구덕트(160); 상기 출구덕트(160)의 개방된 하단을 밀폐하도록 결합되는 엔드플레이트(180); 상기 모터하우징(130)의 상단에 결합됨과 아울러 상기 회전축(141)의 상단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링(125)이 설치된 상부 베어링홀더(120) 및 상기 엔드 플레이트(180)의 중앙에 형성됨과 아울러 상기 회전축(141)의 하단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링(181)이 설치된 하부 베어링홀더(182); 상기 베어링(125)(181)을 냉각할 수 있도록 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수단(195)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

공기공급장치, 베어링, 베어링홀더, 유로, 호스, 냉각수

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 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합사시도,

도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 분해사시도,

도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합단면도,

도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 상부 베어링홀더에 설치된 냉각수단을 나타내는 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 상부 베어링홀더에 설치된 냉각수단의 다른 실시예를 나타내는 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 하부 베어링홀더에 설치된 냉각수단을 나타내는 사시도,

도 9는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 냉각수단의 호스가 외부 냉각수라인과 연결된 상태를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100: 공기공급장치 110: 입구덕트

111: 입구 120: 상부 베어링홀더

121: 내주링 122: 외주링

123: 스테이터 124: 통로

125,181: 베어링

130: 모터하우징 131: 내부원통

132: 외부원통 133: 방열판

134: 공기유로 135: 설치공

136: 플랜지

140: 모터부 141: 회전축

142: 자석 143: 볼트

144: 와셔 145: 고정자

150: 가이드 151: 돌출부

155: 변곡점

160: 출구덕트 161: 임펠러수용부

162: 디퓨저통로 162a: 제1통로

162b: 제2통로 163: 볼루트

164: 출구

170: 임펠러 171: 날개

180: 엔드플레이트 182: 하부 베어링홀더

183: 볼트공

190: 베어링커버 191: 리브

195: 냉각수단 196: 유로

197a,197b: 호스 198: 니플

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 흡입된 공기를 압축하여 볼루트(17b)로 토출시키는 압축하우징(17)과, 상기 모터하우징(15)의 후방에 결합되어 상기 회전축(12)의 타단부를 회전가능하게 지지하는 베어링 하우징(18)으로 구성된다.

또한, 상기 회전축(12)의 내부에는 자석(미도시)이 설치된다.

따라서, 상기 모터부(11)를 구동하여 상기 회전축(12)을 회전시키면, 상기 압축하우징(17)내의 임펠러(16)가 동시에 회전하게 되면서 상기 압축하우징(17)의 입구(17a)를 통해 공기가 흡입된다. 이렇게 흡입된 공기는 상기 임펠러(16)를 통과하면서 운동에너지를 얻고 상기 압축하우징(17)의 디퓨저 통로(17c)를 통과하면서 압력으로 전환되어 상기 볼루트(17b)로 모이게 되며, 이때 상기 볼루트(17b)내에서는 압력이 상승하게 되고 이렇게 압력이 상승된 공기는 스택으로 공급된다.

한편, 상기 압축하우징(17)의 베어링홀더(17c)나 베어링하우징(18)에는 상기 회전축(12)을 회전가능하게 지지하는 볼베어링(14)이 설치된다. 이때 상기 볼베어링(14) 외에도 에어베어링을 사용할 수도 있다.

그리고, 상기 회전축(12)과 함께 고속으로 작동하는 상기 볼베어링(14)은 높은 온도 환경하에서 작동하게 되는데. 즉, 압축되는 공기로 인해 상기 볼루트(17b)의 온도가 80℃ 이상 증가되며 이는 그대로 베어링홀더에까지 열전달이 이루어져 상기 압축하우징(17)의 베어링홀더에 설치된 볼베어링(14)은 주위 온도가 80℃인 환경에서 작동하게 되고, 상기 베어링하우징(18)내에 설치된 볼베어링(14)은 상기 모터부(11)에서 발생하는 열이 전달되어 높은 온도 환경에서 작동하게 된다.

그러나, 상기와 같이 높은 온도하에서 작동하는 상기 볼베어링(14)의 경우 상기 입구(17a)를 통해 흡입되는 공기를 이용한 강제대류에 의한 냉각방법 외에 별도의 냉각수단이 없기 때문에 냉각성능이 좋지 못하여 내구성이 취약한 문제가 있고, 이에따라 장시간 작동이 어려운 문제가 있다.

또한, 냉각성능을 만족시키기 위해 별도의 팬을 사용할 경우 공간상 불리한 문제도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공기공급장치에서 회전축과 함께 고속으로 작동하는 베어링을 냉각할 수 있도록 상기 베어링이 설치되는 베어링홀더의 내부에 냉각수를 순환시킬수 있도록 냉각수단을 설치함으로써 베어링의 냉각성능을 향상시켜 베어링의 내구성을 향상함은 물론 차지하는 공간면에서도 유리하고 베어링의 장시간 작동이 가능한 차량용 공기공급장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중앙에 설치되는 회전축을 회전시키는 모터부; 상기 모터부가 중앙에 상,하방향으로 삽입/설치됨과 아울러 상기 모터부의 바깥방향 둘레에 공기유로가 상,하방향으로 관통 형성된 모터하우징; 상기 모터하우징의 상측 가장자리에 결합됨과 아울러 입구를 통해 유입되는 공기를 상기 모터하우징의 공기유로로 안내하는 입구덕트; 상기 회전축의 하단에 결합되어 회전축과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 임펠러; 상기 모터하우징의 하측에 결합됨과 아울러 내부에는 상기 임펠러가 회전가능하게 설치되어, 상기 모터하우징의 공기유로를 통과한 공기를 상기 임펠러로 압축하여 출구로 토출하는 출구덕트; 상기 출구덕트의 개방된 하단을 밀폐하도록 결합되는 엔드플레이트; 상기 모터하우징의 상단에 결합됨과 아울러 상기 회전축의 상단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링이 설치된 상부 베어링홀더 및 상기 엔드플레이트의 중앙에 형성됨과 아울러 상기 회전축의 하단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링이 설치된 하부 베어링홀더; 상기 베어링을 냉각할 수 있도록 상기 상,하부 베어링홀더의 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수단을 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 3은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 분해사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치를 나타내는 결합단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 상부 베어링홀더에 설치된 냉각수단을 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 상부 베어링홀더에 설치된 냉각수단의 다른 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 하부 베어링홀더에 설치된 냉각수단을 나타내는 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치에서 냉각수단의 호스가 외부 냉각수라 인과 연결된 상태를 나타내는 구성도이다.

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 모터부(140)와, 모터하우징(130)과, 입구덕트(110)와, 임펠러(170)와, 출구덕트(160)와, 엔드플레이트(180)와, 상,하부 베어링홀더, 냉각수단(195)으로 구성된다.

먼저, 상기 모터부(140)는 상기 모터하우징(130)의 중앙에 삽입설치됨과 아울러 중앙에 설치되는 회전축(141)을 회전시키게 된다.

상기 모터부(140)는, 상기 회전축(141)의 내부에 설치되는 자석(142)과, 상기 회전축(141)의 둘레에 회전축(141)의 반경방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 고정자(145)로 구성된다.

여기서, 상기 고정자(145)는 공지된 것으로써 스테이터 코어 어셈블리(Stator Core Ass'y)에 코일(Coil)을 감아서 구성된다. 따라서, 상기 고정자(145)에 전류를 공급하게 되면 상기 회전축(141)이 회전하게 되는 것이다.

그리고, 상기 모터하우징(130)은, 상기 모터부(140)가 중앙에 상,하방향으로 삽입/설치됨과 아울러 상기 모터부(140)의 바깥방향 둘레에는 공기유로(134)가 상,하방향으로 관통되게 형성되어 있다.

즉, 상기 모터하우징(130)은 상기 모터부(140)가 내부에 삽입 설치되는 내부원통(131)과, 상기 내부원통(131)과 동심이면서 내부원통(131) 보다 큰 직경을 갖는 외부원통(132)과, 내부원통(131)과 외부원통(132)을 일체로 연결하는 다수의 방 열판(133)으로 구성된다. 또한 상기 내부원통(131)과 외부원통(132)의 사이에는 상기 입구덕트(110)를 통해 유입되는 공기가 상기 출구덕트(160)측으로 유동할 수 있도록 공기유로(134)가 상,하방향으로 관통되어 형성된다.

상기 공기유로(134)는 상기 다수의 방열판(133)에 의해 분할되어 있다.

아울러, 상기 방열판(133)은 상기 모터부(140)에서 발생하는 열을 전달받아 상기 공기유로(134)를 통과하는 공기와 열교환시킴으로써 상기 모터부(140)를 냉각시키는 역할도 한다.

한편, 상기 모터하우징(130)에는 상기 내부원통(131)의 내부에 설치된 상기 모터부(140)에 전원을 공급할 수 있도록 전선(미도시)이 통과하는 설치공(135)이 형성되어 있다.

또한, 상기 모터하우징(130)의 하단 외주면에는 플랜지(136)가 돌출 형성되어 상기 출구덕트(160)의 상단과 볼트 결합된다.

그리고, 상기 입구덕트(110)는 상기 모터하우징(130)의 외부원통(132) 상단에 볼트로 결합됨과 아울러 상단 중앙에는 공기가 유입될 수 있도록 입구(111)가 형성되고 하단은 개방되어 있다. 따라서, 상기 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터하우징(130)의 공기유로로 안내하게 된다.

또한, 상기 상부 베어링 홀더(120)는 상기 입구덕트(110)의 내측에 위치하여 상기 모터하우징(130)의 내부원통(131) 상단에 볼트로 결합됨과 아울러 상기 회전축(141)의 상단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링(125)이 설치되어 있다.

즉, 상기 상부 베어링 홀더(120)는 상기 베어링(125)이 삽입/설치되는 내주링(121)과, 상기 내주링(121)과 동심이면서 내주링(121) 보다 큰 직경을 가짐과 아울러 상기 모터하우징(130)의 내부원통(131) 상단에 볼트로 고정되는 외주링(122)과, 상기 내주링(121)과 외주링(122)을 일체로 연결하는 다수의 스테이터(123)로 구성된다.

이때 상기 내주링(121)과 외주링(122)의 사이에는 공기가 유동할 수 있는 통로(124)가 형성되어 있으며, 상기 통로(124)를 통해 상기 입구덕트(110)로 유입된 공기중 일부가 상기 모터부(140)측으로 공급되어 상기 모터부(140)의 냉각효과를 더욱 향상시키게 된다.

그리고, 상기 임펠러(170)는 상기 회전축(141)의 하단에 결합됨과 아울러 아래에서 설명될 출구덕트(160)의 임펠러수용부(161)에 회전가능하게 설치된다.

상기 임펠러(170)는 외주면에 다수의 유선형 날개(171)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 회전축(141)과 함께 회전할 경우, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 공기를 흡입하고, 이렇게 흡입한 공기를 임펠러(170)의 반경방향에 구비된 디퓨저통로(162)측으로 송풍하는 과정에서 공기를 압축시키게 된다.

그리고, 상기 출구덕트(160)는 상,하단이 모두 개방되어 있으며, 이때 개방된 상단은 상기 모터하우징(130)의 하단 외주면에 끼움결합된 후 상기 모터하우징(130)의 플랜지(136)와 볼트로 결합되고, 개방된 하단은 상기 엔드플레이트(180)가 볼트로 결합되어 밀폐된다.

즉, 상기 출구덕트(160)는, 내부 하단에 상기 임펠러(170)를 회전가능하게 수용하도록 형성됨과 아울러 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)와 연통하는 임펠러수용부(161)와, 상기 임펠러(170)를 통해 송풍되는 공기의 운동에너지가 압력으로 전환되어 통과할 수 있도록 상기 임펠러수용부(161)의 반경방향으로 연장 형성되는 제1통로(162a) 및 상기 제1통로(162a)에서 축방향으로 연장 형성되는 제2통로(162b)로 이루어진 디퓨저(DIFFUSER)통로(162)와, 상기 디퓨저 통로(162)의 상측에 연통 형성됨과 아울러 디퓨저 통로(162)를 통과하면서 압축된 공기를 모아 출구(164)측으로 보내는 볼루트(volute)(163)로 구성된다.

여기서, 상기 임펠러수용부(161)의 내주면은 상기 임펠러(170)의 날개(171) 외측면을 따라 곡면으로 형성되고, 이때 상기 임펠러수용부(161)의 내주면과 상기 임펠러(170)의 날개(171) 사이의 간격이 작을수록 압축효율을 높일수 있다.

또한, 상기 볼루트(163)는 상기 출구덕트(160)의 외주면에 나선형으로 형성되되 출구(164)측으로 갈수록 직경이 점차 커지는 형태로 형성되며 상기 디퓨저통로(162)의 상측에 위치하게 된다.

그리고, 상기 임펠러(170)의 회전시, 상기 임펠러(170)의 상부쪽에서 흡입된 공기는 임펠러(170)의 반경방향에 구비된 상기 디퓨저통로(162)를 거쳐 상기 볼루트(163)측으로 이동하는 과정에서 공기가 압축되게 되는데, 즉, 공기가 상기 임펠러(170)를 통과하면서 얻은 운동에너지는 상기 디퓨저통로(162)를 통과하면서 압력으로 전환된다. 이때 상기 디퓨저통로(162)의 길이가 길수록 압력 전환 효율이 높아진다.

따라서, 본 발명은 압력 전환 효율을 높일 수 있도록 상기 디퓨저통로(162) 의 길이를 충분히 확보하면서도 전체시스템의 크기가 함께 증가하는 단점을 보완하기 위해, 상기 디퓨저통로(162)를 90°각도로 구성하였다.

즉, 상기 디퓨저통로(162)의 제2통로(162b)를 상기 제1통로(162a)의 단부에서 상측방향으로 90°가 되게 형성한 것이다. 이렇게 하면, 상기 디퓨저통로(162)의 길이를 충분히 길게 확보할 수 있게 되어 압력전환효율을 높일수 있고, 상기 디퓨져통로(162)의 상측에 볼루트(163)가 형성되게 되어 전체시스템이 커지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 엔드플레이트(180)는 상기 출구덕트(160)의 개방된 하단을 밀폐하도록 볼트 결합됨으로써 상기 임펠러(170)의 회전시 상기 임펠러수용부(161)내로 흡입된 공기가 상기 디퓨저통로(162)로 유동할 수 있도록 한다.

또한, 상기 엔드플레이트(180)에는 상기 회전축(141)의 하단을 회전가능하게 지지하도록 중앙에 관통 형성되는 하부 베어링홀더(182)의 내주면에 베어링(181)이 삽입/설치된다.

그리고, 상기 베어링(181)을 보호할 수 있도록 상기 엔드플레이트(180)의 하측면에는 하단이 밀폐된 베어링커버(190)가 결합된다. 즉, 상기 베어링커버(190)의 상단 외주면에 다수개의 리브(191)가 형성되고, 상기 리브(191)를 상기 하부 베어링홀더(182)의 외주면에 형성되는 다수개의 볼트공(183)에 볼트(미도시)로 결합한다.

또한, 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)에는 상기 베어링(125)(181)을 냉각할 수 있도록 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 내부로 냉각수를 순환시키는 냉각수단(195)이 구비된다.

상기 냉각수단(195)은 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 내부에 관통 형성되는 유로(196)와, 상기 유로(196)의 단부측에 연결되어 상기 유로(196)측으로 냉각수를 순환시키는 호스(197a)(197b)로 이루어진다.

여기서, 상기 유로(196)는 적어도 한 개 이상 형성하는 것이 바람직하다. 도면에서는 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)에 각각 두 개의 유로(196)를 형성한 경우에 대해서만 도시하였지만, 여기에 한정되지 않고 다양한 개수로 형성할 수 있다.

또한, 상기 유로(196)는 도 6과 같이 상기 회전축(141)과 평행하게 형성하거나, 또는 도 7,8과 같이 상기 회전축(141)과 직각방향으로 형성할 수 있다.

그리고, 상기 유로(196)의 단부측에는 상기 호스(197a)(197b)를 간편하게 결합할 수 있도록 니플(198)이 설치된다. 이때, 상기 유로(196)의 단부측에는 상기 니플(198)이 나사 결합될 수 있도록 탭이 가공된다.

즉, 상기 니플(198)의 일단부는 텝 가공되어 상기 유로(196)의 탭측에 나사 결합되고 타단부는 상기 호스(197a)(197b)가 끼움결합된다.

그리고, 도면에서와 같이 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)에 각각 두 개의 유로(196)가 형성된 경우를 설명하면, 상기 유로(196)의 각 단부측에 상기 니플(198)이 결합되고, 이때 상기 두 개의 유로(196)의 일단부는 호스(197a)를 통해 서로 연통하며, 타단부는 외부의 냉각수 라인과 연결하기 위한 호스(197b)가 결합된다.

여기서, 외부의 냉각수 라인과 연결하기 위한 호스(197b)는 상기 모터부(140)의 전원공급을 위해서 전선이 통과하는 상기 모터하우징(130)의 설치공(135)을 통해 외부의 냉각수 라인과 연결된다.

한편, 상기 외부 냉각수 라인은, 도 9와 같이 연료전지차량의 연료전지스택을 냉각하기 위한 냉각수 라인이며, 이때 상기 유로(196)측과 연결된 호스(197b)가 상기 외부 냉각수 라인과 연결되는 것이다.

따라서, 상기 외부 냉각수 라인으로부터 공급되는 냉각수가 상기 호스(197b)를 통해 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 유로(196)를 순환함으로써 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)를 냉각시키게 되며, 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)가 냉각되면 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)에 외륜이 접촉하고 있는 상기 베어링(125)(181)도 함께 냉각되는 것이다.

또한, 상기 베어링(125)(181)의 냉각성능 향상을 위해 상기 유로(196)의 직경은 3mm 이상이 되도록 하여 냉각수가 충분히 순환할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 출구덕트(160)의 내측에는 상기 모터하우징(130)과 상기 임펠러수용부(161)의 사이에, 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)를 통과한 공기를 상기 임펠러(170)의 입구측으로 안내하는 유선형의 가이드(150)가 결합된다.

즉, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 흡입된 공기가 상기 모터하우징(130)의 내부 가장자리쪽에 형성된 공기유로(134)를 따라 유동하다가 상기 출구덕트의 중앙에 설치된 상기 임펠러의 입구측으로 유입되려면 유로가 급격히 변경되 어야 한다. 만일 상기 공기유로(134)의 출구측과 상기 임펠러(170)의 입구측을 연결하는 유로가 갑자기 변경되는 경우, 시스템의 효율 저하가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)를 통과한 공기가 상기 임펠러(170)의 입구측으로 유입될 때 발생하는 손실을 최소화 할 수 있도록 상기 모터하우징(130)과 상기 임펠러수용부(150)의 사이에 상기 가이드(150)를 설치한 것이다.

즉, 상기 가이드(150)는 하나의 변곡점(155)을 갖는 곡선의 형태로 형성되어 공기 유동의 흐름 방향이 급격히 꺽이는 것을 방지한다.

이러한 상기 가이드(150)의 내주면은, 상단에서 변곡점(155)까지는 오목한 곡률로 형성되고, 상기 변곡점(155)에서 하단까지는 볼록한 곡률로 형성된다. 이때, 상단에서 변곡점(155)까지의 곡률 중심은 상기 가이드(150)의 안쪽에 위치하며, 상기 변곡점(155)에서 하단까지의 곡률 중심은 상기 가이드(150)의 바깥쪽에 위치하게 된다.

또한, 상기 가이드(150)를 별도의 부품으로 따로 제작하여 결합함으로써, 상기 볼루트(163)와 가이드(150)의 사이 공간을 비워둘 수 있게 되어 상기 출구덕트(160)의 무게도 줄일수 있다.

그리고, 상기 가이드(150)의 상단면에는 상기 모터하우징(130)의 외부원통(132)의 내주면에 끼움결합되는 돌출부(151)가 형성되어 있다. 아울러, 상기 가이드(150)의 상단은 상기 모터하우징(130)의 하단에 볼트로 결합된다.

한편, 상기 회전축(141)의 하단에는 상기 엔드플레이트(180)의 중앙에 설치 되어 회전축(141)의 하단을 회전가능하게 지지하는 베어링(181)의 이탈을 방지할 수 있도록 와셔(144)와 볼트(143)가 결합된다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 공기공급장치(100)의 작용을 설명하기로 한다.

먼저, 상기 고정자(145)에 전류가 공급되면, 상기 회전축(141)이 회전하게 되며, 상기 회전축(141)이 회전하게 되면 회전축(141)의 하단에 결합된 임펠러(170)도 함께 회전하게 된다.

이후, 상기 임펠러(170)가 회전하게 되면, 상기 입구덕트(110)의 입구(111)를 통해 공기가 흡입되는데, 이때 흡입된 공기는 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)를 따라 유동하게 된다.

상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)를 통과한 공기는 상기 가이드(150)에 안내되어 상기 임펠러(170)의 입구측으로 유입된다.

계속해서, 상기 임펠러(170)로 유입된 공기는 임펠러(170)의 반경방향으로 송풍되는데, 이때 상기 디퓨저통로(162)를 거쳐 상기 볼루트(163)로 유동하는 과정에서 압력이 상승되고, 이후, 상기 볼루트(163)로 모아진 압력이 상승된 공기는 상기 출구덕트(160)의 출구(164)를 통해 토출된다.

상기 출구덕트(160)의 출구(164)를 통해 토출된 높은 압력의 공기는 스택(stack)측으로 공급된다.

그리고, 상기 외부 냉각수 라인으로부터 공급된 냉각수는 상기 호스(197b)를 통해 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 유로(196)를 순환한 후 다시 상기 외부 냉각수 라인으로 복귀하게 되고, 이 과정에서 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)를 냉각시키게 된다.

이에 따라 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 내주면에 외륜이 접촉하고 있는 상기 베어링(125)(181)도 함께 냉각되며, 즉, 압축되는 공기에 의해 상기 볼루트(163)의 온도가 크게 상승하여 이로 인한 열전달이 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)에까지 이루어지고 또한 고속회전하는 상기 베어링(125)(181)에서 발생하는 열을 냉각수를 사용하여 냉각시킴으로써 공기에 의한 자연 대류 또는 강제 대류에 의한 냉각방법과 비교하여 냉각효율을 향상시키게 된다.

따라서, 상기 베어링(125)(181)의 내구성이 향상되어 장시간 작동이 가능함은 물론 상기 냉각수단(195)이 차지하는 공간도 작아 공간면에서도 유리한 것이다.

상기한 본 발명에 따르면, 높은 온도하에서 작동하는 상기 베어링을 냉각수를 사용하여 냉각할 수 있도록 상기 베어링이 설치되는 상,하부 베어링홀더의 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수단을 설치함으로써, 상기 베어링의 냉각성능을 향상시켜 베어링의 내구성을 향상함은 물론 차지하는 공간면에서도 유리하고 베어링의 장시간 작동이 가능하다.

Claims

중앙에 설치되는 회전축(141)을 회전시키는 모터부(140);

상기 모터부(140)가 중앙에 상,하방향으로 삽입/설치됨과 아울러 상기 모터부(140)의 바깥방향 둘레에 공기유로(134)가 상,하방향으로 관통 형성된 모터하우징(130);

상기 모터하우징(130)의 상측 가장자리에 결합됨과 아울러 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)로 안내하는 입구덕트(110);

상기 회전축(141)의 하단에 결합되어 회전축(141)과 함께 회전하면서 공기를 압축시키는 임펠러(170);

상기 모터하우징(130)의 하측에 결합됨과 아울러 내부에는 상기 임펠러(170)가 회전가능하게 설치되어, 상기 모터하우징(130)의 공기유로(134)를 통과한 공기를 상기 임펠러(170)로 압축하여 출구(164)로 토출하는 출구덕트(160);

상기 출구덕트(160)의 개방된 하단을 밀폐하도록 결합되는 엔드플레이트(180);

상기 모터하우징(130)의 상단에 결합됨과 아울러 상기 회전축(141)의 상단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링(125)이 설치된 상부 베어링홀더(120) 및 상기 엔드플레이트(180)의 중앙에 형성됨과 아울러 상기 회전축(141)의 하단을 회전가능하게 지지하도록 내주면에 베어링(181)이 설치된 하부 베어링홀더(182);

상기 베어링(125)(181)을 냉각할 수 있도록 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수단(195)을 포함하여 이루어지되,

상기 냉각수단(195)은 상기 상,하부 베어링홀더(120)(182)의 내부에 관통 형성되는 유로(196)와, 상기 유로(196)의 단부측에 연결되어 상기 유로(196)측으로 냉각수를 순환시키는 호스(197a)(197b)로 이루어지고,

상기 유로(196)의 단부측에는 상기 호스(197a)(197b)를 간편하게 결합할 수 있도록 니플(198)이 설치되며,

상기 호스(197b)는 외부 냉각수라인과 연결되어 냉각수가 상기 유로(196)를 순환하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기공급장치.
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