KR102135647B1 - 연료전지 차량용 공기 블로어 - Google Patents

연료전지 차량용 공기 블로어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 공기 블로어에 관한 것으로, 외관을 형성하는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하는 임펠러 지지부(200) 및 임펠러 하우징(300)과, 상기 하우징(100)의 내주면에 결합되는 스테이터(610)와, 상기 스테이터(610)의 내측에서 회전하는 로터(630)와, 상기 하우징(100)의 길이 방향을 따라 상기 스테이터(610) 및 로터(630)의 중앙을 관통하여 회전 가능하게 설치되어 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키는 모터 샤프트(650)와, 상기 모터 샤프트(650)를 상기 하우징(100)의 길이 방향 양단부 쪽에서 회전 가능하게 각각 지지하는 베어링 어셈블리(670, 690)가 구비된 블로어 모터(600)를 포함하며, 상기 베어링 어셈블리(670, 690)는 상기 하우징(100)의 내측면에 결합되는 베어링 하우징(671)과, 상기 베어링 하우징(671)과 이격된 내측에 구비되는 베어링 케이스(673)와, 상기 베어링 하우징(671) 및 베어링 케이스(673)의 사이에 구비되는 완충부(675)와, 상기 베어링 케이스(673)의 내측에 구비되는 볼 베어링(677) 및 상기 볼 베어링(677)을 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 링 형상의 베어링 지지부(679)를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 차량용 공기 블로어{Air blower for fuel cell vehicle}
본 발명은 연료전지 차량용 공기 블로어에 관한 것으로, 베어링 지지 구조가 개선된 연료전지 차량용 공기 블로어에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 차량은 수소와 산소가 가습기에 공급되어 물의 전기분해 역반응인 전기화학 반응을 통해 생성되는 전기 에너지를 차량의 구동력으로 공급하는 차량을 말하며, 한국특허등록 제0962903호에 일반적인 연료전지 차량이 개시되어 있다.
연료전지 차량은 통상적으로 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료와 공기를 가습하여 공급하는 가습기와, 가습기에 수소를 공급하는 연료공급부와, 가습기에 산소를 포함한 공기를 공급하는 공기공급부와, 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각 모듈 등으로 구성된다.
공기공급부는 공기 중에 포함된 이물질을 여과하는 에어클리너와, 에어클리너에서 여과된 공기를 압축해 공급하는 공기 블로어, 공기 블로어를 제어하는 컨트롤 박스로 구성된다.
공기 블로어는 내부에 공기 흡입 및 압축을 위한 임펠러와, 임펠러를 회전 구동시키는 모터가 설치되며, 모터의 회전축은 전방 및 후방 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다.
연료전지 차량용 공기 블로어는 시스템의 특성 상 오일 순환을 통해 냉각 및 윤활을 할 수 없기 때문에 고속 볼 베어링을 이용해 고속으로 회전하는 회전축을 지지하는 구조를 갖는다.
종래에는 고속 회전 시 발생하는 회전축의 진동 저감을 위해 베어링과 베어링 하우징의 사이에 오링 등의 구조물을 삽입해 사용하였다.
그러나 이러한 종래의 베어링 지지 구조는 제작 공정 시 회전축의 언밸런스나 전후방 베어링 하우징의 동심도 차이가 발생할 수 있어 회전축의 회전 시 베어링에 진동이 발생할 수 있다.
베어링에 진동이 발생하면 공기 블로어의 내구 수명이 단축되고 소음이 발생하는 문제가 있으며, 이를 방지하기 위해 오링을 사용하더라도 구동 시간이 증가함에 따라 오링의 마모 등에 따라 동일한 문제가 발생하고 있다.
한국특허등록 제0962903호 (등록일 2010. 06. 01)
본 발명의 목적은 베어링의 지지 구조를 개선함으로써 진동 및 소음 발생을저감시키고 공기 블로어의 내구성을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 공기 블로어를 제공하는 것이다.
본 발명의 연료전지 차량용 공기 블로어는, 외관을 형성하는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하는 임펠러 지지부(200) 및 임펠러 하우징(300)과, 상기 하우징(100)의 내주면에 결합되는 스테이터(610)와, 상기 스테이터(610)의 내측에서 회전하는 로터(630)와, 상기 하우징(100)의 길이 방향을 따라 상기 스테이터(610) 및 로터(630)의 중앙을 관통하여 회전 가능하게 설치되어 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키는 모터 샤프트(650)와, 상기 모터 샤프트(650)를 상기 하우징(100)의 길이 방향 양단부 쪽에서 회전 가능하게 각각 지지하는 베어링 어셈블리(670, 690)가 구비된 블로어 모터(600)를 포함하며, 상기 베어링 어셈블리(670, 690)는 상기 하우징(100)의 내측면에 결합되는 베어링 하우징(671)과, 상기 베어링 하우징(671)과 이격된 내측에 구비되는 베어링 케이스(673)와, 상기 베어링 하우징(671) 및 베어링 케이스(673)의 사이에 구비되는 완충부(675)와, 상기 베어링 케이스(673)의 내측에 구비되는 볼 베어링(677) 및 상기 볼 베어링(677)을 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 링 형상의 베어링 지지부(679)를 포함할 수 있다.
상기 완충부(675)는 포일(fiol) 형태의 박판인 것을 특징으로 한다.
상기 완충부(675)는 반원형의 볼록부(675a)와 직선부(675b)가 교대로 형성된 범프(bump)형상인 것을 특징으로 한다.
상기 완충부(675)는 상기 볼록부(675a)가 상기 베어링 케이스(673)에 접촉되고 상기 직선부(675b)가 상기 베어링 하우징(671)에 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 완충부(675)는 상기 볼록부(675a)가 상기 베어링 하우징(671)에 접촉되고 상기 직선부(675b)가 상기 베어링 케이스(673)에 접촉될 수 있다.
상기 완충부(675a)는 파형(wave type)인 것을 특징으로 한다.
상기 완충부(675b)는 두 개의 파형이 180도의 위상차를 갖고 겹쳐 있는 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 완충부(675c)는 스프링 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 완충부(675, 675a~675c)의 양단부는 상호 고정되지 않은 자유단인 것이 바람직하다.
상기 완충부(675, 675a~675c)의 양단부는 상호 이격된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로어는 베어링과 베어링 하우징 사이에 진동 저감 구조를 구비함으로써 베어링에서 발생되는 진동과 소음을 저감시킬 수 있으며, 그에 따라 공기 블로어의 내구성을 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로어를 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 연료전지 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제1 실시 예를 도시한 평면도,
도 3은 도 1의 연료전치 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제2 실시 예를 도시한 평면도,
도 4는 도 1의 연료전치 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제3 실시 예를 도시한 평면도,
도 5는 도 1의 연료전치 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제4 실시 예를 도시한 평면도 이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 차량용공기 블로어에 대해 상세히 설명하기로 한다(편의상 공기 유입구쪽 방향을 전방으로, 리어 케이스쪽 방향을 후방으로 정의하고 설명하기로 한다).
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로어를 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 연료전지 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제1 실시 예를 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로어(10)는 외관을 형성하는 하우징(100)과, 하우징(100)의 전방에 결합되어 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하는 임펠러 지지부(200) 및 임펠러 하우징(300)과, 하우징(100)의 후방에 결합되는 리어 커버(500)와, 하우징(100)의 내부에 설치되어 임펠러(400)를 회전 구동시키는 블로어 모터(600)를 포함하여 구성된다.
임펠러 하우징(300)의 전방 중앙에는 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)가 형성되고, 전방 양측에는 공기 토출구(330)가 형성된다. 임펠러(400)는 임펠러 하우징(300)의 내부에 설치되며, 임펠러(400)를 관통하는 중공에 후술할 블로어 모터(600)의 모터 샤프트(650)가 결합된다. 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기는 임펠러(400)에 의해 압축되어 공기 토출구(330)로 배출된다.
리어 커버(500)는 하우징(100)의 후방에 결합되어 모터 샤프트(650)가 외부로 노출되지 않도록 차단하며, 모터 샤프트(650)의 단부를 지지한다.
블로어 모터(600)는 하우징(100)의 내주면에 고정되는 스테이터(610)와, 스테이터(610)의 내측에서 회전하는 자성체인 로터(630)와, 로터(630)의 중앙에 하우징(100)의 길이 방향으로 회전 가능하게 설치되는 모터 샤프트(650)를 포함하여 구성된다.
모터 샤프트(650)는 일단이 임펠러(400)의 중공에 결합된 상태에서 임펠러(400)의 후방에 설치되는 프런트 베어링 어셈블리(670)에 의해 하우징(100)의 내측에 회전 가능하게 지지되고, 후방 단부는 리어 베어링 어셈블리(690)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
외부로부터 전력을 공급받아 블로어 모터(600)가 작동되면, 모터 샤프트(650)가 회전하면서 임펠러(400)를 회전 구동시키고, 외부의 공기가 공기 유입구(310)를 통해 유입되어 임펠러(400)를 지나면서 압축된 후 공기 토출구(330)로 배출된다.
이하에서는 모터 샤프트를 지지하는 베어링의 구조에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다(완충부의 세부 구조는 편의상 프런트 베어링 어셈블리의 참조번호를 참조하여 설명하기로 함).
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(650)는 일단이 임펠러(400)의 중공에 삽입되고 그 후단은 프런트 베어링 어셈블리(670)를 매개로 하우징(100)의 전방 내측에 결합된다. 모터 샤프트(650)는 타단이 리어 베어링 어셈블리(690)를 매개로 리어 커버(500)의 내측에 회전 가능하게 결합된다.
프런트 베어링 어셈블리(670)는 하우징(100)의 전방 내측면에 결합되는 베어링 하우징(671)과, 베어링 하우징(671)과 이격된 내측에 구비되는 베어링 케이스(673)와, 베어링 하우징(671) 및 베어링 케이스(673)의 사이에 구비되는 완충부(675)와, 베어링 케이스(673)의 내측에 구비되는 볼 베어링(677) 및 볼 베어링(677)을 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 링 형상의 베어링 지지부(679)를 포함하여 구성된다.
베어링 하우징(671)을 제외한 베어링 어셈블리(670)의 각 구성은 볼 베어링(677)의 직경보다 충분히 큰 폭을 갖는 링 형상으로 구비되며, 베어링 하우징(671) 내에 다른 구성들이 삽입되어 하나의 조립체(assembly)를 이룬다.
리어 베어링 어셈블리(690) 역시 베어링 하우징(691)의 형상과 볼 베어링(697)의 개수만 상이할 뿐, 프런트 베어링 어셈블리(670)와 동일하게 베어링 하우징(691), 베어링 케이스(693), 완충부(695), 볼 베어링(697) 및 베어링 지지부(699)로 구성된다.
프런트 및 리어 베어링 어셈블리(670, 690)의 제1 실시 예에 따르면, 완충부(675)는 반원형의 볼록부(675a)와 직선부(675b)가 교대로 형성된 범프(bump) 형상을 가질 수 있다. 완충부(675)는 포일(foil) 형태의 박판으로, 강성이 높은 스틸(Steel)이나 인코넬(Inconel) 등의 재질로 만들어질 수 있다. 완충부(675)는 모터 샤프트(650)에 불균형이 발생하거나 프런트 베어링 하우징(671) 또는 리어 베어링 하우징(671)에 동심도 차이가 발생할 때 베어링 어셈블리(670, 690)에서 발생되는 진동을 감쇠하는 역할을 한다.
도 2에서 완충부(675)는 볼록부(675a)가 베어링 케이스(673)에 접촉되고 직선부(675b)가 베어링 하우징(671)에 접촉된 형태를 도시하였으나, 반대로 볼록부(675a)가 베어링 하우징(671)에 접촉되고 직선부(675b)가 베어링 케이스(673)에 접촉되는 형태를 가질 수도 있다.
완충부(675)는 진동을 흡수하여 저감시킬 수 있도록 탄성 변형이 가능한 형태를 가져야 하며, 이를 위해 볼록부(675a)와 직선부(675b)가 교대로 배치되는 것이다. 또한, 완충부(675)는 베어링 하우징(671)의 내주면을 따라 원형으로 배치되지만 그 양단이 고정되지 않고 자유단으로 형성되어 소정 간격 이격되는 것이 바람직하다. 이러한 형태를 통해 완충을 위한 탄성 변형이 좀더 자유로워져 진동 흡수 성능이 향상될 수 있다.
한편, 완충부는 다른 형태를 가질 수도 있다.
도 3은 도 1의 연료전치 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제2 실시 예를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 1의 연료전치 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제3 실시 예를 도시한 평면도이며, 도 5는 도 1의 연료전치 차량용 공기 블로어에 따른 베어링 어셈블리의 제4 실시 예를 도시한 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 실시 예에 따른 완충부(675a)는 파형(wave type)으로 형성될 수 있으며, 이 경우에도 제1 실시 예에서와 마찬가지로 양단부는 자유단으로 형성되어 소정 간격 이격되는 것이 바람직하다.
또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 실시 예에 따른 완충부(675b)는 두 개의 파형이 180도의 위상차를 갖고 겹쳐 있는 것과 같은 형상을 가질 수도 있다. 이 경우에도 제1 실시 예에서와 마찬가지로 양단부는 자유단으로 형성되어 소정 간격 이격되는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 실시 예에 따른 완충부(675c)는 스프링과 같은 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우에도 제1 실시 예에서와 마찬가지로 양단부는 자유단으로 형성되어 소정 간격 이격되는 것이 바람직하다.
.전술한 실시 예들에서 다양한 형태의 완충부를 갖는 베어링 어셈블리에 대해 설명하였으나, 박막 포일 형태로 형성되어 완충 작용을 할 수 있는 형태라면 본 발명의 범주에 포함되어야 할 것이다.
이러한 구성에 의해 베어링에서 발생되는 진동과 소음을 저감시킬 수 있으며, 공기 블로어의 내구성을 향상되는 효과가 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
10: 공기 블로어 100: 하우징
200: 임펠러 지지부 300: 임펠러 하우징
310: 공기 유입구 330: 공기 토출구
400: 임펠러 500: 리어 커버
600: 블로어 모터 610: 스테이터
630: 로터 650: 모터 샤프트
670: 프런트 베어링 어셈블리
690: 리어 베어링 어셈블리
671, 691: 베어링 하우징
673, 693: 베어링 케이스
675, 675a~675c, 695: 완충부
677, 697: 볼 베어링
679, 699: 베어링 지지부

Claims (10)

  1. 외관을 형성하는 하우징(100)과,
    상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하는 임펠러 지지부(200) 및 임펠러 하우징(300)과,
    상기 하우징(100)의 내주면에 결합되는 스테이터(610)와, 상기 스테이터(610)의 내측에서 회전하는 로터(630)와, 상기 하우징(100)의 길이 방향을 따라 상기 스테이터(610) 및 로터(630)의 중앙을 관통하여 회전 가능하게 설치되어 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키는 모터 샤프트(650)와, 상기 모터 샤프트(650)를 상기 하우징(100)의 길이 방향 양단부 쪽에서 회전 가능하게 각각 지지하는 베어링 어셈블리(670, 690)가 구비된 블로어 모터(600)를 포함하며,
    상기 베어링 어셈블리(670, 690)는 상기 하우징(100)의 내측면에 결합되는 베어링 하우징(671)과, 상기 베어링 하우징(671)과 이격된 내측에 구비되는 베어링 케이스(673)와, 상기 베어링 하우징(671) 및 베어링 케이스(673)의 사이에 구비되는 완충부(675)와, 상기 베어링 케이스(673)의 내측에 구비되는 볼 베어링(677) 및 상기 볼 베어링(677)을 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 링 형상의 베어링 지지부(679)를 포함하고,
    상기 완충부(675)는 링 형상의 볼록부(675a)와 호 형상의 직선부(675b)를 포함하고,
    상기 볼록부(675a)와 상기 직선부(675b)는 서로 교대로 이어지며 배치되며,
    상기 볼록부(675a)는 상기 베어링 케이스(673)에 접촉되고, 상기 직선부(675b)는 상기 베어링 하우징(671)에 접촉되고,
    상기 링 형상의 볼록부(675a)는 360도로 감겨 있어 중간에 중공부를 형성함에 따라 링 형상의 변형으로 진동을 흡수하고,
    상기 호 형상의 직선부(675b)는 곡선 형상임에 따라 곡선의 변형으로 진동을 흡수하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충부(675)는 포일(fiol) 형태의 박판인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로어.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 완충부(675)는 스프링 형상인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 완충부(675)의 양단부는 상호 고정되지 않은 자유단인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 완충부(675)의 양단부는 상호 이격된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로어.
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