KR101856739B1 - 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치는, 차량에 설치되는 냉각 팬 장치로서, 허브 및 상기 허브로부터 방사상으로 연장 형성된 복수의 날개부를 구비한 냉각 팬; 및 상기 냉각 팬에 결합되도록 배치되어 상기 냉각 팬을 회전시키는 모터;를 포함하며, 상기 허브는 상기 모터의 회전자에 고정되며, 상기 허브를 관통하여 상기 모터 내부로 공기가 유입되도록 형성된 냉각 통로가 구비되며, 상기 냉각 통로는, 상기 허브에 구비된 공기 유입구 및 상기 모터에 구비된 공기 유출구를 포함하며, 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구는 서로 엇갈리게 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치{Cooling fan apparatus for vehicle provided with preventing function of foreign matter entrance}

본 발명은 차량의 엔진 등을 냉각하는데 사용되는 팬 모터 장치를 구성하는 냉각 팬 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 모터 냉각을 위한 공기 통로를 통해 이물질이 모터 내부로 유입되는 것이 방지되도록 구성된 냉각 팬 장치에 관한 것이다.

차량의 엔진은 고온의 폭발 가스로 인하여 그 엔진을 구성하는 요소들이 고온에 노출된다. 이에 따른 엔진의 손상을 방지하고 안정된 작동을 위해 냉각 장치가 구비된다. 더 구체적으로 엔진의 실린더 내에서 혼합기가 연소 될 때 연소가스의 최대온도는 약 2500℃까지 상승하게 된다. 이 열 중의 일부는 실린더 벽과 실린더 헤드 및 피스톤으로 전달되므로 윤활특성을 고려하여 어느 정도까지는 이를 제거하여야 하며, 이를 위해서 냉각 장치를 사용한다. 차량에서 주로 채용하고 있는 수냉식 냉각장치는 엔진 가열시에 냉각수를 연속적으로 순환시키기 위해서 워터 펌프(water pump)를 사용한다. 상기 워터 펌프에 의해서 순환되는 냉각수는 열교환기(radiator)를 지나는 과정에서 냉각팬에 의해 흡입되는 공기와의 열교환을 통해서 냉각된다.

한편, 차량의 전방에는 엔진 냉각팬 이외에도 에어컨의 작동시에 콘덴서를 지나는 냉매를 응축시키기 위한 콘덴서 냉각팬도 설치된다. 이들 차량용 냉각팬은 팬 모터에 의해 구동된다.

차량의 냉각 팬 모터는 차량의 배터리나 발전기(generator 또는 alternator)로부터 전기를 공급받아 회전 운동을 함으로써 냉각 팬을 회전시킨다. 상기 냉각 팬 모터는 통상적인 직류 모터가 채용될 수 있다. 상기 냉각 팬 모터는 고정자와 회전자를 포함한다.

이와 같이 차량의 엔진 등의 냉각을 위한 장치로서 냉각 팬과 냉각 팬 모터를 포함한 냉각 팬 장치가 대한민국 공개특허 제2014-0030661호에 개시되어 있다.

그런데 상기 냉각 팬 모터는 수시로 작동하기 때문에 내부에 열이 발생하는 것은 불가피하다. 따라서 냉각 팬 모터 내부에서 발생하는 열을 냉각하기 위해 냉각 팬 허브에 구비된 구멍을 통해 냉각 팬 모터 내부로 공기가 유입되도록 구성된다. 종래에는 냉각 팬 허브에 형성된 구멍과 냉각 팬 모터에 구비된 공기 통로가 동축 상에 배치됨으로써 냉각 팬 모터의 냉각을 위한 공기 통로를 통해 입자상의 이물질이 모터 내부에 유입됨으로써 모터 내부의 부품이 손상됨으로써 냉각 팬 모터가 고장을 일으키거나 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 냉각 팬 모터의 냉각을 위한 공기 통로의 구조를 개선함으로써 공기 이외의 이물질이 모터 내부로 유입되는 것을 현저하게 감소시킨 차량용 냉각 팬을 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치는, 차량에 설치되는 냉각 팬 장치로서,

허브 및 상기 허브로부터 방사상으로 연장 형성된 복수의 날개부를 구비한 냉각 팬; 및

상기 냉각 팬에 결합되도록 배치되어 상기 냉각 팬을 회전시키는 모터;를 포함하며,

상기 허브는 상기 모터의 회전자에 고정되며,

상기 허브를 관통하여 상기 모터 내부로 공기가 유입되도록 형성된 냉각 통로가 구비되며,

상기 냉각 통로는, 상기 허브에 구비된 공기 유입구 및 상기 모터의 회전자에 구비된 공기 유출구를 포함하며,

상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구는 서로 엇갈리게 배치된 점에 특징이 있다.

상기 모터는 브러시리스 모터이며,

상기 공기 유출구는 상기 모터의 회전자에 구비되며,

상기 허브에는 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구를 연결하는 이물질 차단용 연결 통로가 구비된 것이 바람직하다.

상기 공기 유입구 및 상기 공기 유출구는 상기 허브의 회전축의 길이 방향과 평행하게 배치되며,

상기 이물질 차단용 연결 통로는 상기 허브의 회전축의 반경 방향으로 배치된 통로를 포함한 것이 바람직하다.

상기 이물질 차단용 연결 통로는 상기 공기 유입구에 연결되며 상기 허브의 회전축의 반경 방향과 평행인 제1연결 통로 및 상기 제1연결 통로에 연결되며 상기 제1연결 통로에 수직인 방향으로 형성된 제2연결 통로를 포함한 것이 바람직하다.

상기 이물질 차단용 연결 통로는 상기 허브의 배면에 배치된 리브 구조물의 조합에 의해 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 냉각 팬 모터 장치는 냉각 팬의 허브에 형성된 공기 유입구와 모터에 형성된 공기 유출구가 서로 엇갈리게 배치되어 상기 공기 유입구에 이물질이 유입되더라도 그 이물질이 상기 공기 유출구를 통해 모터 내부로 유입되는 것을 현저하게 감소시킴으로써 모터가 손상되거나 수명이 감소되는 것을 방지하는 효과를 제공한다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 이물질 차단용 연결 통로가 구비된 경우에는 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 간 공기 통로가 미로 구조로 형성되므로 이물질 유입을 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각 팬 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 팬 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 냉각 팬 장치의 분리 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 냉각 팬의 배면 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 냉각 팬 장치에 형성된 공기 통로의 구조를 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각 팬 장치의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 냉각 팬 장치의 측면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 냉각 팬 장치의 분리 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 냉각 팬의 배면 구조를 보여주는 도면이다. 도 5는 도 1에 도시된 냉각 팬 장치에 형성된 공기 통로의 구조를 보여주는 단면도이다. 도 4 및 도 5에 표기된 화살표는 공기의 이동 경로를 표시한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치(10, 이하 "냉각 팬 장치"라 함)는 차량의 엔진 등에서 발생하는 열을 냉각하기 위해 차량에 설치되는 냉각 팬 장치이다.

상기 냉각 팬 장치(10)는 냉각 팬(20)과 모터(50)를 포함한다.

상기 냉각 팬(20)은 허브(30)와 날개부(40)를 구비한다.

상기 허브(30)는 상기 냉각 팬(20)의 중앙부에 배치된다. 상기 허브(30)는 상기 냉각 팬(20)이 상기 모터(50)와 결합되는 부위다.

상기 날개부(40)는 허브(30)로부터 방사상으로 연장 형성된다. 상기 날개부(40)는 상기 허브(30)의 둘레 방향으로 이격되도록 복수 구비된다. 상기 날개부(40)는 최적의 냉각 성능이 발휘되도록 3차원적인 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 모터(50)는 상기 냉각 팬(20)에 결합되도록 배치된다. 더 구체적으로 상기 모터(50)는 상기 허브(30)와 결합한다. 상기 모터(50)는 상기 냉각 팬(20)을 회전시키는 구동원이다. 본 실시 예에서 상기 모터(50)는 브러시리스 모터를 채용하였다. 상기 모터(50)는 브러시리스 모터로 한정되는 것은 아니며 일반 직류 모터가 채용될 수 있다. 이하에서는 상기 모터(50)로서 브러시리스 모터가 채용된 것을 전제하여 서술하기로 한다.

상기 모터(50)는 고정자(60)와 회전자(70)를 포함한다. 상기 고정자(60)에는 상기 모터(50) 외부에서 전기가 공급되어 전기장을 형성하는 코일(미도시)이 설치된다. 상기 고정자(60)에는 상기 코일 이외에 상기 모터(50)의 거동을 제어하는 제어회로가 구비된 인쇄회로기판 등이 설치될 수 있다. 상기 모터(50)가 작동하는 과정에서 상기 코일이나 상기 인쇄회로기판 등에서 열이 발생한다. 상기 회전자(70)는 상기 고정자(60)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 고정자(60)에는 영구자석이 설치되어 상기 회전자(70)에 설치된 코일과 전자기적 상호 작용에 의해 상기 회전자(70)는 상기 고정자(60)에 대해 회전한다.

상기 냉각 팬(20)의 허브(30)는 상기 모터(50)의 회전자(70)에 고정된다. 상기 허브(30)는 복수의 조립공(32)을 각각 관통하는 볼트(100)에 의해 상기 회전자(70)에 나사 결합 될 수 있다. 따라서 상기 허브(30)는 상기 고정자(60)와 일체로 회전한다.

상기 모터(50)에서 발생하는 열이 냉각될 수 있도록 냉각 통로가 구비된다. 상기 냉각 통로는 상기 허브(30)를 관통하여 상기 모터(50) 내부로 공기가 유입되도록 형성된다.

상기 냉각 통로는 공기 유입구(34)와 공기 유출구(72)를 통해 상기 모터(50) 내부에 공기를 공급함으로써 상기 모터(50)에서 발생하는 열을 냉각시키는 작용을 한다.

상기 공기 유입구(34)는 상기 허브(30)에 형성된다. 상기 공기 유입구(34)는 상기 허브(30)의 정면과 배면을 관통하도록 형성된다. 상기 공기 유입구(34)는 상기 허브(30)의 둘레 방향을 따라 복수 배치될 수 있다.

상기 공기 유출구(72)는 상기 모터(50)에 구비된다. 상기 공기 유출구(72)는 상기 모터(50)의 회전자(70)에 구비된다. 더 구체적으로 상기 공기 유출구(72)는 상기 회전자(70)의 외면과 내면을 관통하도록 형성된다. 상기 공기 유출구(72)는 복수 구비될 수 있다. 상기 공기 유입구(34)를 통해 유입된 공기는 상기 공기 유출구(72)를 통해 상기 모터(50) 내부에 공급된다. 상기 모터(50) 내부에 공급된 공기는 상기 모터(50) 내부에서 형성된 열과 열교환을 함으로써 상기 모터(50)를 냉각시킨 후 외부로 배기 된다.

본 발명의 특징은 상기 공기 유입구(34)와 상기 공기 유출구(72)가 서로 엇갈리게 배치된 점에 있다. 상기 공기 유입구(34)를 통해 유입된 공기는 상기 공기 유출구(72)에 도달하는 과정에서 방향이 굴절되도록 구성된다. 즉, 상기 공기 유입구(34)와 상기 공기 유출구(72)는 동축 상에 형성되지 않는 것이 중요하다.

이하에서는 상기 공기 유입구(34)와 상기 공기 유출구(72)의 연결 구조에 대해 상세하게 서술하기로 한다.

상기 공기 유입구(34) 및 상기 공기 유출구(72)는 상기 허브(30)의 회전축(200)의 길이 방향과 평행하게 배치된다.

상기 허브(30)에는 상기 공기 유입구(34)와 상기 공기 유출구(72)를 연결하는 이물질 차단용 연결 통로(35)가 구비된 것이 바람직하다. 상기 이물질 차단용 연결 통로(35)는 상기 허브(30)의 배면에 돌출 형성된 리브(rib) 구조물의 조합에 의해 형성된다.

상기 이물질 차단용 연결 통로(35)는 상기 허브(30)의 회전축(200)의 반경 방향으로 배치된 통로를 포함한 것이 바람직하다. 더 구체적으로 상기 이물질 차단용 연결 통로(35)는 제1연결 통로(36)와 제2연결 통로(38)를 포함한다.

상기 제1연결 통로(36)는 상기 공기 유입구(34)에 연결되며 상기 허브(30)의 회전축(200)의 반경 방향과 평행하게 배치된다. 상기 제1연결 통로(36)는 서로 대칭이 되도록 한 쌍이 구비될 수 있다.

상기 제2연결 통로(38)는 상기 제1연결 통로(36)에 연결되며 상기 제1연결 통로(36)에 수직인 방향으로 형성된다. 예컨대, 상기 제2연결 통로(38)는 상기 허브(30)의 회전 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제2연결 통로(38)의 일단부는 상기 제1연결 통로(36)에 연결되고 상기 제2연결 통로(38)의 타단부는 상기 공기 유출구(72)에 연결된다.

한 쌍의 제1연결 통로(36)를 통해 유입된 공기는 상기 제2연결 통로(38)에서 합류하여 상기 공기 유출구(72)로 이동한다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 냉각 팬 장치(10)가 차량에 설치되어 엔진을 냉각하는 과정을 예로 들어 본 발명의 작용 효과를 상세하게 서술하기로 한다.

차량이 운행을 시작하여 엔진의 냉각을 위한 냉각수의 온도가 상승한다. 상기 냉각수는 냉각 라인을 따라 펌프에 의해 압송되어 차량의 전면부에 배치된 라디에이터(미도시)와 같은 열교환기에 도달한다. 상기 열교환기에서는 차량의 전면에서 유입되는 공기와 냉각수 간 열교환이 일어난다. 이 과정에서 공기와 냉각수 간 열교환을 더욱 촉진하도록 상기 열교환기의 후면에는 냉각 팬 장치(10)가 설치되어 있다. 상기 냉각 팬 장치(10)는 상기 모터(50)에 의해 구동되는 상기 냉각 팬(20)이 회전함으로써 상기 날개부(40)를 통해 공기를 빠르게 열교환기로부터 차량의 후방으로 배출하는 역할을 한다. 이 과정에서 상기 모터(50)의 내부에는 전기 소자에 열이 발생한다. 상기 모터(50) 내부에 발생하는 열을 냉각하기 위해 상기 모터(50) 내부로 냉각을 위한 공기를 공급하여야 한다. 상기 모터(50) 내부의 냉각을 위한 공기는 상기 공기 유입구(34)와 상기 이물질 차단용 연결 통로(35)와 상기 공기 유출구(72)를 통해 상기 모터(50) 내부에 공급된다.

먼저, 상기 공기 유입구(34)는 상기 냉각 팬(20)이 회전하는 과정에서 전면이 개방되어 있고 상기 날개부(40)의 회전에 의해 상기 허브(30)의 정면에는 대기압보다 높은 압력이 형성되며, 상기 허브(30)의 배면에는 대기압보다 낮은 압력이 형성된다. 이에 따라 상기 공기 유입구(34)로 공기가 자연스럽게 유입된다. 상기 공기 유입구(34)로 유입된 공기는 상기 제1연결 통로(36)로 진입하는 과정에서 1차적으로 방향이 90°변경되므로 입자상의 이물질은 도 5에 도시된 바와 같이 제1연결 통로(36) 입구에 벽에 부딪히게 된다. 따라서 1차적으로 입자상의 이물질이 상기 제1연결 통로(36)에 진입하지 못한다. 그리고 상기 제1연결 통로(36)에 유입된 공기는 상기 제2연결 통로(38)로에 진입하는 과정에서 방향이 다시 90°변경된다. 따라서 입자상의 이물질이 상기 제1연결 통로(36)에 유입된 경우에도 상기 제2연결 통로(38)에 진입하기가 어렵다. 따라서, 상기 제1연결 통로(36) 및 상기 제2연결 통로(38)를 포함하는 이물질 차단용 연결 통로(35)를 통과하면서 공기 중의 입자상 이물질은 대부분 제거된 후 상기 모터(50) 내부로 공기가 공급된다. 따라서 상기 모터(50)의 냉각을 위해 공급되는 공기 중에 입자상 이물질이 거의 포함되지 않게 되므로 입자상 이물질로 인한 모터(50)의 손상이 방지되어 상기 모터(50)의 내구성이 현저하게 향상된다.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명에 따른 냉각 팬 장치는, 냉각 팬의 허브에 형성된 공기 유입구와 모터에 형성된 공기 유출구가 서로 엇갈리게 배치되어 상기 공기 유입구에 이물질이 유입되더라도 그 이물질이 상기 공기 유출구를 통해 모터 내부로 유입되는 것을 현저하게 감소시킴으로써 모터가 손상되거나 수명이 감소되는 것을 방지하는 효과를 제공한다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 이물질 차단용 연결 통로가 구비된 경우에는 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 간 공기 통로가 미로 구조로 형성되므로 이물질 유입을 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 냉각 팬 장치
20 : 냉각 팬
30 : 허브
32 : 조립공
34 : 공기 유입구
35 : 이물질 차단용 연결 통로
36 : 제1연결 통로
38 : 제2연결 통로
40 : 날개부
50 : 모터
60 : 고정자
70 : 회전자
72 : 공기 유출구
100 : 볼트
200 : 회전축

Claims (5)

1. 차량에 설치되는 냉각 팬 장치로서,
   허브 및 상기 허브로부터 방사상으로 연장 형성된 복수의 날개부를 구비한 냉각 팬; 및
   상기 냉각 팬에 결합되도록 배치되어 상기 냉각 팬을 회전시키는 모터;를 포함하며,
   상기 허브는 상기 모터의 회전자에 고정되며,
   상기 허브를 관통하여 상기 모터 내부로 공기가 유입되도록 형성된 냉각 통로가 구비되며,
   상기 냉각 통로는, 상기 허브에 구비된 공기 유입구 및 상기 모터에 구비된 공기 유출구를 포함하며,
   상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구는 서로 엇갈리게 배치되며,
   상기 공기 유출구는 상기 모터의 회전자에 구비되며,
   상기 허브에는 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구를 연결하는 이물질 차단용 연결 통로가 구비된 것을 특징으로 하는 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모터는 브러시리스 모터인 것을 특징으로 하는 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 공기 유입구 및 상기 공기 유출구는 상기 허브의 회전축의 길이 방향과 평행하게 배치되며,
   상기 이물질 차단용 연결 통로는 상기 허브의 회전축의 반경 방향으로 배치된 통로를 포함한 것을 특징으로 하는 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 이물질 차단용 연결 통로는 상기 공기 유입구에 연결되며 상기 허브의 회전축의 반경 방향과 평행인 제1연결 통로 및 상기 제1연결 통로에 연결되며 상기 제1연결 통로에 수직인 방향으로 형성된 제2연결 통로를 포함한 것을 특징으로 하는 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이물질 차단용 연결 통로는 상기 허브의 배면에 돌출 배치된 리브 구조물의 조합에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이물질 유입 방지 기능을 가지는 차량용 냉각 팬 장치.

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