KR102267530B1 - 스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템 - Google Patents

스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템 Download PDF

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외르그 멜라
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크노르-브렘제 시스테메 퓌어 누츠파조이게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 스크류 압축기(10) 및 전기 모터(5)를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템(1)에 관한 것으로서, 상기 전기 모터(5)는 스크류 압축기(10)를 구동한다. 전기 모터(5)는 플랜지(12)에 의해 스크류 압축기(10)와 연결되고, 상기 플랜지는 적어도 하나의 냉각 연결부(104, 106)를 포함하고, 플랜지(12)에는 냉각 채널이 제공된다.

Description

스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템
본 발명은 스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템에 관한 것이다.
종래 기술로부터 이미 유틸리티 차량용 스크류 압축기가 공지되어 있다. 이러한 스크류 압축기는, 예를 들어 유틸리티 차량의 브레이크 시스템에 필요한 압축 공기를 제공하기 위해 사용된다.
이와 관련해서 특히 오일 온도를 조절하는 역할을 담당하는, 오일로 채워진 압축기, 특히 스크류 압축기가 또한 공지되어 있다. 이것은 일반적으로 오일로 채워진 압축기 및 오일 회로와 온도 조절 밸브를 통해 연결되는 외부 오일 냉각기가 존재함으로써 수행된다. 이 경우, 오일 냉각기는 2개의 서로 분리된 회로를 포함하는 열 교환기이며, 여기서 제1 회로는 고온의 액체, 즉 압축기 오일을 위해 제공되고, 제2 회로는 냉각 액체를 위해 제공된다. 냉각 액체로서는, 예를 들어 공기, 물 혼합물이 부동액 또는 다른 오일과 함께 사용될 수 있다.
이때, 이러한 오일 냉각기는 파이프 또는 호스를 통해 압축기 오일 회로와 연결되어야 하고, 오일 회로는 누출이 방지되어야 한다.
이러한 외부 체적은 또한 오일로 채워져야 하므로, 전체 오일의 양도 또한 증가된다. 이를 통해 시스템 관성이 증가된다. 또한, 오일 냉각기는 주위에 위치되는 고정 장치를 통해 또는 별도의 고정 장치를 통해 기계적으로 내장되고 고정되어야 하는데, 이것은 추가적인 고정 수단이지만 구조 공간을 또한 필요로 한다.
US 4,780,061호로부터 통합된 오일 냉각 장치를 갖는 스크류 압축기가 이미 공지되어 있다.
또한, DE 37 17 493 A1호는 스크류 압축기의 전기 모터 위에 오일 냉각기를 포함하는 컴팩트한 하우징 내에 배치되는 스크류 압축기 시스템을 개시하고 있다.
DE 10 2010 015 151 A1호로부터 스크류 압축기용 압축기 플랜지가 공지되어 있다.
또한, US 2014/0190674 A1호로부터 냉각 채널을 포함하는 자동차의 열 교환기용 연결 플랜지가 공지되어 있다.
또한, DE 10 2013 011 061 B3호로부터 플랜지 연결부를 구비한 열 교환기가 공지되어 있으며, 여기서 플랜지 연결부는 압력 다이 캐스팅 주물인 연결 플랜지를 포함하고, 나사 볼트를 수용하기 위한 주조 기술적으로 제조된 관통 구멍을 포함한다.
본 발명의 과제는 스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템을 유리한 방식으로, 특히 일반적인 시스템을 위한 공간 절약형 냉각 가능성이 제공될 수 있도록 개발하는 것이다.
이러한 과제는 본 발명에 따르면, 청구항 제1항의 특징을 갖는 스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템에 의해 달성된다. 이에 따르면, 유틸리티 차량용 시스템이 스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 것이 제공되고, 전기 모터는 스크류 압축기를 구동하고, 전기 모터는 플랜지에 의해 스크류 압축기와 연결되고, 플랜지는 적어도 하나의 냉각 연결부를 포함하며, 플랜지에는 적어도 하나의 냉각 채널이 제공된다.
본 발명은 스크류 압축기와 전기 모터 사이에 냉각되는 연결 요소가 제공됨으로써, 공간 절약형 냉각 가능성을 제공한다는 기본 사상에 기초한다. 이를 통해, 전기 모터와 스크류 압축기의 공기 냉각을 제공하는 것을 더 이상 필요로 하지 않는다. 오히려, 시스템의 대부분의 열 발생이 존재하는 지점에 직접 목표대로 냉각 가능성이 형성된다. 전기 모터와 스크류 압축기 사이에 플랜지를 배치함으로써 그리고 플랜지에 적어도 하나의 냉각 채널이 제공된다는 사실을 통해, 적합한 냉각 유체에 의한 냉각이 가능해질 수 있다.
특히, 플랜지가 별도의 부품인 것이 제공될 수 있다. 이를 통해, 플랜지에는 대응하는 냉각 채널 기하학적 구조가 간단하게 플랜지에 제공될 수 있는 것이 가능해진다. 여기서 스크류 압축기와 전기 모터는 모두 기계적 인터페이스에 대해, 즉 대응하는 플랜지에 대해 표준에 따라 설계될 수 있거나 또는 그대로 유지되어 수정을 필요로 하지 않는다.
플랜지에는 전기 모터에 의해 스크류 압축기를 구동하기 위한 구동축이 안내될 수 있다. 따라서, 그곳에서 발생된 열은 플랜지를 통해 간단하게 배출될 수 있다.
플랜지를 위한 냉각 유체는 물 기반의 냉각 유체, 특히 냉각수 또는 예를 들어 메틸렌 글리콜과 같은 다른 성분과 물의 혼합물 또는 다른 적합한 부동액일 수 있다.
또한, 스크류 압축기가 압축 공기 생성을 위해 사용되는 것이 제공될 수 있다. 이 경우 특히, 유틸리티 차량의 공압식 브레이크 시스템에 압축 공기를 공급하기 위해 사용되는 스크류 압축기일 수 있다. 스크류 압축기에 전기 모터를 제공함으로써, 유틸리티 차량 분야에서 하이브리드 차량에 이러한 시스템을 허용하는 것이 가능해진다. 고효율의 시스템이 제공될 수 있다.
전기 모터는 플랜지와의 연결을 위해 제공되는 전기 모터 플랜지를 포함할 수 있다. 이 경우, 전기 모터 플랜지는 표준에 따라 설계된 전기 모터의 전기 모터 플랜지일 수 있다. 따라서, 적응을 필요로 하지 않으므로, 비용 효율적인 해결 방안이 가능해진다.
특히, 플랜지의 냉각 채널은 장착된 상태에서 전기 모터 플랜지의 방향으로 개방되는 것이 제공될 수 있다. 이를 통해, 냉각 유체와 전기 모터 플랜지의 적어도 일부의 직접적인 접촉이 가능해진다. 이를 통해, 전기 모터 플랜지 및 플랜지의 냉각 채널 내의 냉각 유체를 통해 전기 모터로부터 열의 효율적인 열 배출이 가능해질 수 있다.
냉각 채널의 시일은 전기 모터 플랜지와 플랜지의 조립을 통해 장착된 상태에서만 구현될 수 있다. 이를 통해, 냉각 유체는 시스템의 장착된 상태에서 전기 모터 플랜지의 적어도 일부와 직접 접촉해야 하고, 직접 접촉할 수 있는 것이 간단히 구현된다.
특히, 전기 모터가 별도의 냉각 채널 및/또는 냉각제 연결부를 포함하지 않는 것이 추가적으로 제공될 수 있다. 이를 통해, 전기 모터가 별도의 적응을 필요로 하지 않는 것이 보장되고, 이를 통해 시스템의 비용 효율적인 생산 및 장착이 가능해진다.
본 발명의 추가적인 세부 사항들 및 이점들은 이제 도면에 도시된 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 스크류 압축기 및 전기 모터를 포함하는 유틸리티 차량용 본 발명에 따른 시스템을 위한 본 발명에 따른 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 장착된 상태의 시스템의 사시도를 도시한다.
도 3a, 도 3b는 스크류 압축기와 전기 모터 사이의 플랜지의 사시도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 의미에서 스크류 압축기(10)를 개략적인 단면도로 도시한다.
스크류 압축기(10)는 여기에서는 상세히 도시되지 않은 전기 모터에 스크류 압축기(10)를 기계적으로 고정하기 위한 고정 플랜지(12)를 포함한다.
그러나 입력 샤프트(14)가 도시되는데, 이 입력 샤프트를 통해 전기 모터에 의한 토크가 2개의 스크류(16 및 18) 중 하나, 즉 스크류(16) 상으로 전달된다.
스크류(18)는 스크류(16)와 맞물리고, 이를 통해 구동된다.
스크류 압축기(10)는 스크류 압축기(10)의 필수적인 구성 요소가 내장되는 하우징(20)을 포함한다.
하우징(20)은 오일(22)로 채워진다.
공기 입구 측에서 스크류 압축기(10)의 하우징(20) 상에는 유입 소켓(24)이 제공된다. 여기서 유입 소켓(24)은 그 위에 공기 필터(26)가 배치되는 방식으로 형성된다. 또한, 공기 유입 소켓(24)에서 반경 방향으로 공기 유입구(28)가 제공된다.
유입 소켓(24)이 하우징(20) 상에 부착되는 지점과 유입 소켓(24) 사이의 영역에는, 여기서 축방향 시일로서 설계되는 스프링 로딩된 밸브 인서트(30)가 제공된다.
이러한 밸브 인서트(30)는 체크 밸브로서 사용된다.
밸브 인서트(30)의 하류에는 2개의 스크류(16, 18)에 공기를 공급하는 공기 공급 채널(32)이 제공된다.
2개의 스크류(16, 18)의 출구 측에는 수직 배관(36)을 갖는 공기 배출 도관(34)이 제공된다.
수직 배관(36)의 단부 영역에는, 오일 온도가 모니터링될 수 있는 온도 센서(38)가 제공된다.
또한, 공기 배출 영역에는 공기 오일 분리 요소(42)를 위한 홀더(40)가 제공된다.
공기 오일 분리 요소를 위한 홀더(40)는 장착된 상태에서 바닥에 대면하는 영역에서 (도 1에 도시된 바와 같이) 공기 오일 분리 요소(42)를 포함한다.
또한, 공기 오일 분리 요소(42)의 내부에는 그에 대응하는 필터 시브 또는 공지된 필터 및 오일 분리 장치(44)가 제공되며, 이들은 개별적으로 상세히 구체화되지는 않는다.
(즉, 도 1에 도시된 바와 같이) 장착되어 작동 준비 완료된 상태에 대해, 중앙 상부 영역에서 공기 오일 분리 요소를 위한 홀더(40)는 체크 밸브(48) 및 최소 압력 밸브(50)로 안내되는 공기 출구 개구(46)를 포함한다. 체크 밸브(48) 및 최소 압력 밸브(50)는 또한 공통의, 조합된 밸브 내에 형성될 수 있다.
체크 밸브(48)에 이어서 공기 배출구(51)가 제공된다.
일반적으로 공기 배출구(51)는 대응하는 공지된 압축 공기 소비 장치와 연결된다.
공기 오일 분리 요소(42) 내에 존재하는 분리된 오일(22)을 다시 하우징(20)으로 복귀시키기 위해, 수직 배관(52)이 제공되고, 상기 수직 배관은 하우징(20)으로 전환될 때 공기 오일 분리 요소(42)를 위한 홀더(40)의 출구에 필터 및 체크 밸브(54)를 포함한다.
필터 및 체크 밸브(54)의 하류에서 노즐(56)이 하우징 보어에 제공된다. 오일 복귀 라인(58)은 스크류(16) 또는 스크류(18)의 대략 중간 영역으로 복귀되어, 여기에 오일(22)을 다시 공급한다.
장착된 상태에서 위치되는 하우징(20)의 바닥 영역에는 오일 방출 스크류(59)가 제공된다. 오일 방출 스크류(59)를 통해, 그에 대응하는 오일 유출 개구가 개방될 수 있으며, 이 오일 유출 개구를 통해 오일(22)이 방출될 수 있다.
하우징(20)의 하부 영역에는 오일 필터(62)가 고정되는 돌출부(60)가 존재한다. 하우징(20) 내에 배치되는 오일 필터 유입 채널(64)을 통해, 오일(22)은 우선 온도 조절 밸브(66)로 안내된다.
온도 조절 밸브(66) 대신에 제어 및/또는 조절 장치가 제공될 수 있고, 이에 의해 하우징(20)에 존재하는 오일(22)의 오일 온도가 모니터링될 수 있고, 목표값으로 조정될 수 있다.
그 때, 온도 조절 밸브(66)의 하류에는, 중앙 복귀 라인(68)을 통해 오일(22)을 스크류(18) 또는 스크류(16)로 다시 복귀시키지만, 또한 샤프트(14)의 오일 제공된 베어링(70)으로도 유도하는 오일 필터(62)의 오일 유입부가 존재한다. 베어링(70)의 영역에는, 하우징(20) 내에 복귀 라인(68)과 관련되어 제공되는 노즐(72)이 또한 제공된다.
냉각기(74)는 돌출부(60)에 연결된다.
(장착된 상태에 대해) 하우징(20)의 상부 영역에는, 하우징(20) 내의 너무 큰 압력이 감소되게 할 수 있는 안전 밸브(76)가 위치된다.
최소 압력 밸브(50) 전방에는 감압 밸브(80)로 유도하는 바이패스 라인(78)이 위치된다. 공기 공급부(32)와의 연결에 의해 제어될 수 있는 이러한 감압 밸브(80)를 통해, 공기는 공기 유입구(28)의 영역으로 복귀될 수 있다. 이러한 영역에는, 상세히 도시되지 않은 환기 밸브 및 노즐(공급 라인의 직경 감소)도 또한 제공될 수 있다.
또한, 하우징(20)의 외벽에서 대략 라인(34)의 높이에 오일 레벨 센서(82)가 제공될 수 있다. 이러한 오일 레벨 센서(82)는 예를 들어 광학 센서일 수 있고, 작동 시 오일 상태가 오일 레벨 센서(82) 위에 있는지 또는 오일 레벨 센서(82)가 노출되고 이를 통해 오일 상태가 이에 대응되게 하강했는지 여부가 센서 신호에 기초하여 인식될 수 있는 방식으로 제공되고 설정될 수 있다.
이러한 모니터링과 관련하여, 시스템의 사용자에게 대응하는 에러 메시지 또는 경고 메시지를 출력 또는 전달하는 알람 유닛이 또한 제공될 수 있다.
여기서 도 1에 도시된 스크류 압축기(10)의 기능은 다음과 같다:
공기는 공기 유입구(28)를 통해 공급되고, 체크 밸브(30)를 통과하여 공기가 압축되는 스크류(16, 18)에 도달한다. 5 내지 16배 압축 팩터에 의해 스크류(16 및 18) 이후에 배출 라인(34)을 통해 수직 도관(36)을 거쳐 상승하는 압축된 공기-오일 혼합물은 온도 센서(38)로 직접 송풍된다.
그 때, 여전히 부분적으로 오일 입자를 운반하는 공기는 홀더(40)를 통해 공기 오일 분리 요소(42)로 안내되고, 대응하는 최소 압력이 달성되면, 공기 유출 라인(51)에 도달한다.
하우징(20)에 위치되는 오일(22)은 오일 필터(62)를 통해 그리고 경우에 따라서는 열 교환기(74)를 통해 작동 온도로 유지된다.
냉각이 필요하지 않은 경우에 열 교환기(74)는 사용되지 않고, 또한 연결되지도 않는다.
이에 대응하는 연결은 온도 조절 밸브(68)를 통해 이루어진다. 하지만 오일 필터(64)에서의 정제 후에, 라인(68)을 통해 스크류(18) 또는 스크류(16)의 오일이 베어링(72)에도 또한 공급된다. 스크류(16) 및 스크류(18)에는 복귀 라인(52, 58)을 통해 오일(22)이 공급되고, 여기서 오일(22)의 정제는 공기 오일 분리 요소(42)에서 이루어진다.
샤프트(14)를 통해, 다시 샤프트(18)와 맞물리는 스크류(16) 상으로 토크를 전달하는 상세히 도시되지 않은 전기 모터를 통해, 스크류 압축기(10)의 스크류(16 및 18)가 구동된다.
상세히 도시되지 않은 감압 밸브(80)를 통해, 도관(32)의 영역에서는, 작동 상태에서 예를 들어 스크류(16, 18)의 출력 측에 우세한 높은 압력이 차단될 수 있는 것이 아니라, 특히 압축기를 시동할 때 도관(32)의 영역에는 항상 낮은 입구 압력, 특히 대기압이 존재하는 것이 보장된다. 그렇지 않으면, 압축기의 시동과 함께 초기에 매우 높은 압력이 스크류(16 및 18)의 출력 측에 발생하여, 구동 모터에 과부하가 걸리게 된다.
도 2는 전기 모터(5)와 스크류 압축기(10)를 구비한 전체 시스템(1)의 본 발명에 따른 실시예의 일 양태를 사시도로 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 스크류 압축기(10)와 전기 모터(5) 사이의 플랜지(12)의 사시도를 도시한다.
스크류 압축기(10)와 전기 모터(5) 사이에는 연결부로서 중간에 플랜지(12)가 위치된다.
이 경우, 플랜지(12)는 스크류 압축기(10)와 전기 모터(5) 사이에 배치되는 별도의 부품으로서 형성된다.
여기서 구동 샤프트(14)는 플랜지(12)의 중앙 개구(100)를 통해 안내된다.
플랜지(12)는 냉각 채널(102)을 포함한다.
여기서 플랜지(12)의 냉각 채널(102)은 도 3a의 세부 사항에서 볼 수 있는 바와 같이, 장착된 배치에 대해 전기 모터 플랜지의 방향으로 개방된다.
냉각 채널(102)의 시일은 전기 모터 플랜지와 플랜지(12)의 조립을 통해 장착된 상태에서만 형성된다.
전기 모터(5) 또는 전기 모터 플랜지는 냉각 채널 및 냉각제 연결부를 포함하지 않는다.
도 2에서 더 도시되는 바와 같이, 일반적으로 스크류 압축기(10)의 냉각 시스템의 냉각제에 의존하여, 플랜지(12)의 냉각 채널(102)(도 3a 참조)을 통해 순환되며, 냉각 연결부(104, 106)에 연결된 고무 호스(108)를 통해 오일 냉각기(74)로 안내된다.
오일의 냉각 후에, 냉각 액체는 차량 냉각 회로(상세히 도시되지 않음)로 되돌아가고, 이를 통해 냉각 배출 연결부(110)를 통해 이에 대응하여 연결된다.
1 : 시스템 5 : 전기 모터
10 : 스크류 압축기 12 : 고정 플랜지
14 : 입구 샤프트 16 : 스크류
18 : 스크류 20 : 하우징
22 : 오일 24 : 유입 소켓
26 : 공기 필터 28 : 공기 유입구
30 : 밸브 인서트 32 : 공기 공급 채널
34 : 공기 배출 도관 36 : 수직 배관
38 : 온도 센서
40 : 공기 오일 분리 요소를 위한 홀더
42 : 공기 오일 분리 요소
44 : 필터 시브 또는 공지된 필터 또는 오일 분리 장치
46 : 공기 출구 개구 48 : 체크 밸브
50 : 최소 압력 밸브 51 : 공기 배출구
52 : 수직 배관 54 : 필터 및 체크 밸브
56 : 노즐 58 : 오일 복귀 라인
59 : 오일 방출 스크류 60 : 돌출부
60a : 외부 링 60b : 내부 링
62 : 오일 필터 64 : 오일 필터 유입 채널
66 : 온도 조절 밸브 68 : 복귀 라인
70 : 베어링 72 : 노즐
74 : 냉각기, 열 교환기 76 : 안전 밸브
78 : 바이패스 라인 80 : 감압 밸브
82 : 오일 레벨 센서 100 : 중앙 개구
102 : 냉각 채널 104 : 냉각 연결부
106 : 냉각 연결부 108 : 고무 호스
110 : 냉각 배출 연결부

Claims (9)

  1. 스크류 압축기(10) 및 전기 모터(5)를 포함하는 유틸리티 차량용 시스템(1)에 있어서,
    상기 전기 모터(5)는 상기 스크류 압축기(10)를 구동하고, 상기 전기 모터(5)는 플랜지(12)에 의해 상기 스크류 압축기(10)와 연결되고, 상기 플랜지(12)는 적어도 하나의 냉각 연결부(104, 106)를 포함하며, 상기 플랜지(12)에는 적어도 하나의 냉각 채널이 제공되고, 상기 플랜지(12)는 전기 모터(5)와 스크류 압축기(10) 사이에 배치되는 별도의 요소이며,
    상기 전기 모터(5)는 상기 플랜지(12)와의 연결을 위해 제공되는 전기 모터 플랜지를 포함하고, 상기 냉각 채널의 시일은 상기 전기 모터 플랜지와 상기 플랜지(12)의 조립을 통해 장착된 상태에서만 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 플랜지(12)에서는 상기 전기 모터(5)에 의해 상기 스크류 압축기(10)를 구동하기 위한 구동축이 안내되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 플랜지(12)를 위한 냉각 유체는 물 기반으로 구현되고, 냉각수 또는 다른 성분과 물의 혼합물 또는 다른 부동액이 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 스크류 압축기(10)는 압축 공기 생성을 위한 스크류 압축기(10)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 플랜지(12)의 적어도 하나의 상기 냉각 채널은 장착된 배치에 대해 상기 전기 모터 플랜지의 방향으로 개방되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터(5) 또는 상기 전기 모터 플랜지는 냉각 채널 또는 냉각 연결부를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.
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