KR101371494B1 - Electric turbo-charger - Google Patents

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염기태
양재식
김성원
황태원
임재만
이홍영
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주식회사 뉴로스
현대자동차주식회사
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Abstract

Disclosed is an electric turbo charger. The electric turbo charger, according to an embodiment of the present invention, includes a turbine housing; a compressor housing; and an electric motor, installed on a turbine wheel, a compressor wheel, and a shaft connecting the turbine wheel and the compressor wheel, all installed inside a center housing which is installed in between the turbine housing and the compressor housing. A cooling air-duct which flows in a portion of influx air from one side of the air inlet of the compressor housing, through the inside of the compressor housing, and to one side of the electric motor to supply the influx air to the heat-generating portion of the electric motor.

Description

전동식 터보 차저{ELECTRIC TURBO-CHARGER}Electric turbocharger {ELECTRIC TURBO-CHARGER}

본 발명은 터보 차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보 차저의 샤프트 상에 전동모터가 설치되어 저속에서 전동모터에 의해 컴프레서를 구동하고, 고속에서는 터빈의 회전을 이용하여 과급하는 전동식 터보 차저에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger, and more particularly, to an electric turbocharger that is installed on a shaft of a turbocharger and drives a compressor by an electric motor at a low speed, and supercharges using a turbine rotation at a high speed. will be.

일반적으로 터보 차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 이 회전력을 이용하여 연소실로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다.In general, the turbocharger is a device that turns the turbine by using the pressure of the exhaust gas discharged from the engine, and then uses the rotational force to supply high-pressure air to the combustion chamber to increase the output of the engine.

이러한 터보 차저는 저속 토크에서 터보 랙(turbo-lag) 현상이 발생되는 근본적인 문제점을 내재하고 있다.Such a turbocharger has a fundamental problem in that a turbo-lag phenomenon occurs at low torque.

이에 따라, 터보 차저의 샤프트를 전동모터로 구동시킬 수 있도록 하여 저속 토크에서 전동모터에 의해 컴프레서를 구동시키고, 고속에서는 배기가스에 의해 회전하는 터빈의 회전력을 이용하여 컴프레서를 구동하는 전동식 터보 차저가 적용되고 있다. Accordingly, the electric turbocharger which drives the compressor by the electric motor at low speed torque to drive the shaft of the turbocharger by the electric motor, and uses the rotational force of the turbine rotating by the exhaust gas at high speed Is being applied.

상기 전동모터는 고속으로 회전함에 따라 고열이 발생되는데, 이러한 전동모터의 냉각을 위하여 종래에는 컴프레서 하우징으로부터 압축공기의 일부가 전동모터를 수용하는 센터 하우징 내부의 냉각액 유로의 외측으로 흐르도록 하여 냉각액이 전동모터의 발열부와 상기 압축공기 사이에서 열교환에 의해 전동모터를 냉각시킨다.As the electric motor rotates at a high speed, high heat is generated. In order to cool the electric motor, a part of the compressed air flows from the compressor housing to the outside of the cooling liquid flow path inside the center housing accommodating the electric motor. The electric motor is cooled by heat exchange between the heat generating portion of the electric motor and the compressed air.

그러나 상기한 종래의 전동모터 냉각방식은 압축공기 자체의 온도가 약 120℃ 전후로 너무 높아서 냉각액과 열교환하여도 냉각효율이 낮은 단점이 있다.However, the conventional electric motor cooling method has a disadvantage in that the cooling efficiency is low even when heat exchanged with the cooling liquid because the temperature of the compressed air itself is about 120 ° C.

또한, 냉각액을 통한 간접냉각방식으로 이루어져 전동모터의 냉각효율이 낮은 단점도 있으며, 무엇보다 엔진으로 공급되는 압축공기의 일부를 냉각에 사용함에 따라 엔진의 성능에 나쁜 영향을 미칠수 있는 문제점도 내포하고 있다.In addition, it has the disadvantage of low cooling efficiency of the electric motor because of the indirect cooling method through the coolant, and above all, there is a problem that may adversely affect the performance of the engine by using a part of the compressed air supplied to the engine for cooling Doing.

본 발명의 실시 예는 컴프레서 하우징의 공기 흡입구 일측으로부터 컴프레서 하우징의 내부를 통하여 전동모터의 발열부 일측까지 연결되는 냉각공기통로를 통해서 흡입공기로 전동모터를 직접 냉각시키는 전동식 터보 차저를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an electric turbocharger that directly cools the electric motor to the intake air through the cooling air passage is connected from one side of the air inlet port of the compressor housing to one side of the heat generating portion of the electric motor through the inside of the compressor housing.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 터빈 하우징과, 컴프레서 하우징, 및 이들 사이에 설치되는 센터 하우징 내부에서, 터빈 휠과, 컴프레서 휠, 및 상기 터빈 휠과 컴프레서 휠을 연결하는 샤프트 상에 설치되는 전동모터를 포함하는 전동식 터보 차저에 있어서, 상기 컴프레서 하우징의 공기 흡입구 일측으로부터 상기 컴프레서 하우징의 내부를 통하여 상기 전동모터의 일측까지 연결되어 흡입공기의 일부를 유입하여 상기 전동모터의 발열부 측으로 공급하는 냉각공기통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 터보 차저가 제공될 수 있다.In one or more embodiments of the present invention, a turbine wheel, a compressor wheel, and a center housing installed therebetween are installed on a turbine wheel, a compressor wheel, and a shaft connecting the turbine wheel and the compressor wheel. An electric turbocharger including an electric motor, the air inlet of the compressor housing is connected from one side of the compressor housing to one side of the electric motor through the inside of the compressor housing to introduce a portion of the intake air to supply to the heat generating portion of the electric motor. An electric turbocharger may be provided that includes a cooling air passage.

또한, 상기 냉각공기통로는 상기 컴프레서 하우징의 외형을 따라 형성되어 상기 센터 하우징의 일측까지 연결될 수 있다.In addition, the cooling air passage may be formed along the outer shape of the compressor housing to be connected to one side of the center housing.

또한, 상기 냉각공기통로의 입구부는 공기유입이 용이하도록 입구가 확대된 확개부로 형성될 수 있다.In addition, the inlet portion of the cooling air passage may be formed as an enlarged portion of the inlet enlarged to facilitate the inflow of air.

본 발명의 실시 예는 외부공기가 유입되는 컴프레서 하우징의 공기 흡입구 일측으로부터 컴프레서 하우징의 내부를 통하여 전동모터의 발열부 일측까지 연결되는 냉각공기통로를 통해서 흡입공기의 일부를 이용하여 전동모터를 직접 냉각시켜 냉각효율을 향상시킬 수 있다.The embodiment of the present invention directly cools the electric motor by using a part of the intake air through a cooling air passage connected from one side of the air inlet port of the compressor housing into which the external air flows to one side of the heat generating portion of the electric motor through the inside of the compressor housing. It is possible to improve the cooling efficiency.

또한, 엔진으로 공급되는 압축공기를 사용하는 것이 아니라 압축되기 전의 흡입공기를 사용함에 따라, 엔진 성능저하에 영향을 미치지 않으면서 전동모터를 냉각시킬 수 있다.In addition, by using the intake air before compression rather than using compressed air supplied to the engine, it is possible to cool the electric motor without affecting the engine performance degradation.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 터보 차저의 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electric turbocharger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 1.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. .

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 터보 차저의 횡단면도이고, 도 2는 도 1의 부분 확대 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electric turbocharger according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 1.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 터보 차저(100)는 터빈 하우징(10)에 설치되는 터빈 휠(11)과, 컴프레서 하우징(20)에 설치되는 컴프레서 휠(21)과, 이들 사이의 센터 하우징(30) 내부에서 상기 터빈 휠(11)과 컴프레서 휠(21)을 연결하는 샤프트(40) 상에 설치되는 전동모터(50)로 구성된다.1 and 2, the electric turbocharger 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a turbine wheel 11 installed in the turbine housing 10 and a compressor wheel 21 installed in the compressor housing 20. And an electric motor 50 installed on the shaft 40 connecting the turbine wheel 11 and the compressor wheel 21 in the center housing 30 therebetween.

여기서, 상기 컴프레서 하우징(20)에는 내부에 상기 전동모터(50)의 발열부에 연결되는 냉각공기통로(60)가 형성된다.Here, the compressor housing 20 is formed with a cooling air passage 60 connected to the heat generating portion of the electric motor 50 therein.

즉, 상기 냉각공기통로(60)는 상기 컴프레서 하우징(20)의 공기 흡입구(23) 일측에 입구부(61)가 형성되고, 상기 컴프레서 하우징(20)의 내부를 통하여 상기 센터 하우징(30)의 일측까지 연결되어 상기 전동모터(50)의 발열부 일측까지 연결된다.That is, the inlet 61 is formed at one side of the air inlet 23 of the compressor housing 20, and the cooling air passage 60 of the center housing 30 is formed through the inside of the compressor housing 20. Is connected to one side is connected to one side of the heat generating portion of the electric motor 50.

또한, 상기 냉각공기통로(60)는 상기 컴프레서 하우징(30)의 외형을 따라 형성되어 상기 센터 하우징(30)의 일측에 연결되어 상기 전동모터(50)의 발열부에 흡입공기의 일부를 공급한다.In addition, the cooling air passage 60 is formed along the outer shape of the compressor housing 30 and is connected to one side of the center housing 30 to supply a part of the intake air to the heat generating portion of the electric motor 50. .

한편, 상기 입구부(61)는 공기유입이 용이하도록 외측이 확대된 확개부(63)로 형성된다.On the other hand, the inlet portion 61 is formed as an extension portion 63 is enlarged to the outside to facilitate air inflow.

이러한, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 터보 차저(100)는 상기 전동모터(50)가 구동하여 상기 컴프레서 휠(21)이 회전하면, 상기 컴프레서 하우징(20)의 공기 흡입구(23)로 공기가 유입된다.Such an electric turbocharger 100 according to an embodiment of the present invention, when the electric motor 50 is driven to rotate the compressor wheel 21, the air to the air inlet 23 of the compressor housing 20 Inflow.

이때, 유입되는 흡입공기의 일부는 상기 입구부(61)를 통하여 냉각공기통로(60)로 유입되어 전동모터(50)의 발열부로 공급되어 약 40℃ 전후의 낮은 온도로 전동모터(50)를 직접 냉각시킨다. At this time, a part of the suction air is introduced into the cooling air passage 60 through the inlet 61 is supplied to the heat generating portion of the electric motor 50 to the electric motor 50 at a low temperature around 40 ℃ Cool directly.

즉, 상기 냉각공기통로(60)로 유입된 흡입공기는 상기 컴프레서 휠(21)에 의해 압축된 상태의 공기가 아니라, 압축되기 전의 흡입공기로 상온을 유지하며, 상기 전동모터(50)의 발열부에 직접 작용하여 빠른 냉각이 가능하다.That is, the intake air introduced into the cooling air passage 60 is not the air in the compressed state by the compressor wheel 21, but maintains the normal temperature as the intake air before being compressed, and generates heat of the electric motor 50. Direct cooling is possible by acting directly on the part.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 터보 차저(100)는 흡입공기의 일부를 이용하여 전동모터(50)의 발열부를 직접 냉각시켜, 종래의 압축공기와 냉각액의 열교환에 의한 간접방식 보다 전동모터(50)의 냉각 효율을 높여, 전동모터(50)의 성능을 향상시킬 수 있다.Therefore, the electric turbocharger 100 according to the embodiment of the present invention directly cools the heating part of the electric motor 50 by using a part of the intake air, and thus, the electric motor rather than the indirect method by heat exchange between the conventional compressed air and the cooling liquid. The cooling efficiency of 50 can be improved, and the performance of the electric motor 50 can be improved.

또한, 종래와 같이, 엔진으로 공급되는 압축공기의 일부를 사용하지 않아도 되며, 이로 인해 엔진 성능에 아무런 영향 없이 전동모터(50)의 효과적인 냉각을 이룬다.In addition, as in the prior art, it is not necessary to use a part of the compressed air supplied to the engine, thereby achieving an effective cooling of the electric motor 50 without any effect on the engine performance.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.

100: 전동식 터보 차저 10: 터빈 하우징
11: 터빈 휠 20: 컴프레서 하우징
21: 컴프레서 휠 23: 공기 흡입구
30: 센터 하우징 40: 샤프트
50: 전동모터 60: 냉각공기통로
61: 입구부 63: 확개부100: electric turbocharger 10: turbine housing
11: turbine wheel 20: compressor housing
21: Compressor Wheel 23: Air Intake
30: center housing 40: shaft
50: electric motor 60: cooling air passage
61: entrance part 63: extension part

Claims (3)

터빈 하우징과, 컴프레서 하우징, 및 이들 사이에 설치되는 센터 하우징 내부에서, 터빈 휠과, 컴프레서 휠, 및 상기 터빈 휠과 컴프레서 휠을 연결하는 샤프트 상에 설치되는 전동모터를 포함하는 전동식 터보 차저에 있어서,
상기 컴프레서 하우징의 공기 흡입구 일측으로부터 상기 컴프레서 하우징의 내부를 통하여 상기 전동모터의 일측까지 연결되고, 상기 컴프레서 하우징을 통해 흡입되는 흡입공기의 일부를 유입하여 상기 전동모터의 발열부 측으로 공급하는 냉각공기통로를 포함하며,
상기 냉각공기통로는 상기 컴프레서 하우징의 외형을 따라서 일체로 상기 센터 하우징의 일측까지 연결되며, 상기 냉각공기통로의 입구부는 공기유입이 용이하도록 입구가 확대된 확개부로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 터보 차저.An electric turbocharger comprising a turbine wheel, a compressor wheel, and an electric motor provided on a shaft connecting the turbine wheel and the compressor wheel, in a turbine housing, a compressor housing, and a center housing provided therebetween. ,
A cooling air passage connected to one side of the electric motor through an air inlet of one side of the compressor housing to one side of the electric motor, and introducing a part of suction air sucked through the compressor housing to supply to the heat generating part of the electric motor; Including;
The cooling air passage is integrally connected to one side of the center housing along the outer shape of the compressor housing, and the inlet portion of the cooling air passage is formed with an enlarged enlarged portion of the inlet enlarged to facilitate air inflow. . 삭제delete 삭제delete
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