KR102613730B1 - 팬 쉬라우드 조립체 - Google Patents

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KR102613730B1
KR102613730B1 KR1020180170585A KR20180170585A KR102613730B1 KR 102613730 B1 KR102613730 B1 KR 102613730B1 KR 1020180170585 A KR1020180170585 A KR 1020180170585A KR 20180170585 A KR20180170585 A KR 20180170585A KR 102613730 B1 KR102613730 B1 KR 102613730B1
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Abstract

본 발명은 팬 쉬라우드 조립체에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 팬 쉬라우드 조립체에 구비되는 BLDC 모터에 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하되, 기존의 팬 쉬라우드 조립체에 용이하게 적용이 가능하도록 구조가 단순하면서도 효과적으로 수분 유입 방지를 실현할 수 있도록 하는, 팬 쉬라우드 조립체를 제공함에 있다.

Description

팬 쉬라우드 조립체 {Fan shroud assembly}
본 발명은 팬 쉬라우드 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공랭식 열교환기에 강제 송풍을 수행할 수 있도록 팬, 모터, 팬 쉬라우드를 포함하여 이루어지는 팬 쉬라우드 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 다양한 공조 시스템, 냉각 시스템 등이 설치된다. 대략적으로 구분하자면, 공조 시스템은 차량 탑승자가 존재하는 실내 공간의 공기 온도, 습도 등을 조절하기 위한 냉난방 모듈들을 포함하며, 냉각 시스템은 엔진, 모터 등과 같은 장치들이 과열되지 않도록 냉각하는 모듈들을 포함한다. 이러한 다양한 모듈들은 냉매, 냉각수 등과 같은 열교환매체를 순환시키면서 열을 옮김으로써 원하는 냉방, 난방, 냉각 등의 작용을 구현하도록 이루어진다.
이와 같은 공조 또는 냉각 시스템은 다양한 열교환기를 포함하는데, 그 중 외부 공기에 의해 내부 열교환매체를 냉각하는 공랭식 열교환기가 있다. 잘 알려진 바와 같이 공랭식 열교환기의 코어로 흐르는 공기의 속도가 빠를수록 열교환효율이 높아지므로, 단순히 주행풍으로만 열교환되도록 하지 않고 공랭식 열교환기의 전면에 팬 쉬라우드를 결합하여 열교환기 코어 쪽으로 강제 송풍을 수행하도록 하는 것이 일반적이다.
팬 쉬라우드란, 허브 및 복수 개의 블레이드를 포함하는 팬 및 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 안정적으로 지지하여 다른 장치에 결합할 수 있게 해 주는 일종의 장치 조립용 부품이다. 이하에서, 팬 쉬라우드에 팬 및 모터 등을 결합한 조립체를 팬 쉬라우드 조립체라고 칭하기로 한다. 도 1은 일반적인 팬 쉬라우드 조립체를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 팬 쉬라우드 조립체(100)는, 팬 쉬라우드(110)의 중심부에 모터(120)가 구비되며, 모터(120)에 팬(130)이 연결된 형태로 이루어진다. 팬 쉬라우드 조립체(100)에 구비되는 모터(120)로는, 일반적으로 브러쉬(brush) 모터 또는 BLDC(Brushless DC Electric) 모터가 널리 사용된다.
도 2는 일반적인 BLDC 모터를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 모터(120)는 콘트롤러(121) 및 로터(122)를 포함하며, 콘트롤러(121)에서 전력 신호를 입력받아 로터(122)의 회전을 제어하도록 이루어진다. 로터(122) 내에는 코일 및 자석 등 다수의 금속 부재가 구비된다. 모터(120)의 상세한 구조에 대해서는 일반적으로 널리 알려져 있으므로 여기에서는 모터 구조에 대한 상세한 설명은 생략한다.
브러쉬 모터나 BLDC 모터 모두 콘트롤러 및 로터가 결합된 형태로 이루어지는 점에서는 구조가 유사하나, 브러쉬 모터의 경우 콘트롤러 및 로터가 서로 이격되지 않고 밀착되어 있는 반면, BLDC 모터의 경우에는 콘트롤러 및 로터가 소정 간격만큼 이격되어 있다. 도 3은 종래의 팬 쉬라우드 조립체의 단면도를 도시하고 있는데, 도 3에 보이는 바와 같이 종래의 팬 쉬라우드 조립체는, 팬 쉬라우드 중심부에 형성된 모터수용부(111)에 모터(120)의 콘트롤러(121)가 수용되고, 콘트롤러(121)와 연결된 로터(122)는 팬(130)의 허브(131)에 수용되는 형태로 이루어진다. 이 때 도 3의 P'로 표시된 부분에 잘 나타나 있는 바와 같이, 콘트롤러(121) 및 로터(122) 사이가 이격되어 있어, 외부로부터 염수나 수분이 모터(120)의 내부로 쉽게 유입될 수 있는 위험성이 있다. 특히 차량의 엔진룸에 설치되는 팬 쉬라우드 조립체의 경우, 우천 환경과 같은 경우에 차량이 주행하게 되면 상당히 많은 염수 및 수분이 모터(120) 내로 유입된다는 점이 잘 알려져 있다. 이와 같이 모터(120) 내로 유입된 염수 및 수분은 코어 표면을 부식시키며, 이에 따라 부풀음 및 간섭 등이 발생하여 모터의 성능을 저하시키고 소음의 발생 원인이 되는 등의 여러 문제를 발생시킨다.
한국특허공개 제2009-0063526호("모터방수 장치", 2009.06.18, 이하 '선행문헌')에는, 모터의 케이스 결합부에 밀폐용 구조물이 형성되도록 함으로써 모터 내로 수분이 유입되는 것을 방지하는 기술이 개시된다. 그러나 선행문헌은 전원케이블 및 모터의 전원부 사이로 수분이 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 본 발명에서 수분 유입을 방지하고자 하는 경로와는 그 경로가 달라, 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체에 적용하여도 원하는 만큼의 효과를 얻기 어렵다. 또한 선행문헌에서는 종래에도 모터 방수장치가 개시된 바 있으나 근본적으로 구조가 밀폐 형태이기 때문에 모터 회전 시 마찰이 발생한다는 문제가 있다는 점을 지적하였으며, 선행문헌에서는 그러한 점을 개선하기 위해 복잡한 구조물들을 부가 구성하는 해결책을 사용하였다. 그런데 이처럼 부가 구성되는 구조물들을 적용하기 위해서는 부품 개수 및 조립 공수가 상당히 증가되어, 생산성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
1. 한국특허공개 제2009-0063526호("모터방수 장치", 2009.06.18)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 팬 쉬라우드 조립체에 구비되는 BLDC 모터에 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하되, 기존의 팬 쉬라우드 조립체에 용이하게 적용이 가능하도록 구조가 단순하면서도 효과적으로 수분 유입 방지를 실현할 수 있도록 하는, 팬 쉬라우드 조립체를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체(100)는, 기설정된 간격으로 이격 형성되는 콘트롤러(121) 및 로터(122)를 포함하는 BLDC 모터(120); 상기 로터(122)가 수용되는 허브(131) 및 상기 허브(131) 둘레에 방사상으로 배치되는 복수 개의 블레이드(132)를 포함하는 팬(130); 상기 콘트롤러(121)가 수용되는 모터수용부(111) 및 상기 콘트롤러(121) 및 상기 로터(122) 간 간격을 차폐하도록 상기 모터수용부(111) 끝단으로부터 상기 로터(122) 쪽으로 돌출 형성되는 차단부(112)를 포함하는 팬 쉬라우드(110); 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 팬 쉬라우드 조립체(100)는, 상기 차단부(112)의 직경이 상기 모터수용부(111)의 직경 및 상기 허브(131)의 직경 중 더 큰 쪽보다 크게 형성될 수 있다.
또한 상기 팬 쉬라우드(110)는, 상기 차단부(112)의 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 끝단 위치보다 상기 로터(122) 쪽으로 더 편향된 위치에 형성될 수 있다. 또는 상기 팬 쉬라우드(110)는, 상기 차단부(112)의 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 끝단 위치와 동일한 위치에 형성될 수 있다.
또한 상기 팬(130)은, 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치보다 상기 로터(122) 쪽으로 더 편향된 위치에 형성될 수 있다. 또는 상기 팬(130)은, 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치와 동일한 위치에 형성될 수 있다.
또한 상기 팬 쉬라우드 조립체(100)는, 상기 차단부(112)의 끝단 및 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 사이가 이격되도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 팬 쉬라우드의 모터수용부에 단순한 구조로 된 차단부가 형성되도록 함으로써, BLDC 모터의 콘트롤러 및 로터 이격 공간으로 수분이 유입되는 현상을 용이하게 방지할 수 있는 큰 효과가 있다. 이에 따라 본 발명에 의하면, 콘트롤러 및 로터의 이격 공간으로 유입된 수분에 의하여 로터 내 코어 표면에 부식됨으로써 발생하는 모터 성능 저하 및 소음 발생 등의 여러 문제들이 일시에 해소되는 효과도 얻을 수 있다.
특히 본 발명에 의하면, 차단 구조 자체가 상당히 단순하기 때문에 기존의 팬 쉬라우드 조립체에 쉽게 적용이 가능하여 호환성이 높다는 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 부품 개수 및 조립 공수를 전혀 증가시키지 않음으로써, 수분 유입 방지 구조를 적용하면서도 생산성 및 경제성 저하 문제가 전혀 없다는 큰 효과가 있다.
더불어 본 발명에 의하면, 수분 유입 방지 구조가 형성되더라도 회전 시 각 부품들 간에 접촉이나 마찰이 발생할 염려가 없기 때문에, 수분 유입 방지와 동시에 소음 발생 문제를 원천적으로 배제하는 효과 또한 있다.
도 1은 일반적인 팬 쉬라우드 조립체의 사시도.
도 2는 일반적인 BLDC 모터의 사시도.
도 3은 종래의 팬 쉬라우드 조립체의 단면도.
도 4는 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체의 제1실시예의 단면도.
도 5는 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체의 제2실시예의 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 팬 쉬라우드 조립체를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체의 제1실시예의 단면도를 도시하고 있다. 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체(100)는, 종래와 마찬가지로 팬 쉬라우드(110), 모터(120), 팬(130)을 포함하되, 상기 팬 쉬라우드(110)에 상기 모터(120)의 콘트롤러(121) 및 로터(122) 사이의 이격 공간으로 수분 등이 유입되는 것을 방지하는 구조물이 형성되어 있다는 점이 종래와는 다르다. 이하에서 각부에 대하여 상세히 설명한다.
상기 모터(120)는, 기설정된 간격으로 이격 형성되는 콘트롤러(121) 및 로터(122)를 포함하여 이루어지는 것으로, 이러한 모터는 일반적으로 BLDC 모터이다. 브러시 모터의 경우 콘트롤러 및 로터 사이의 간격이 이격되지 않으므로 수분 유입 방지를 고려할 필요가 없으나, 현재 차량용 팬 쉬라우드 조립체에 BLDC 모터가 이미 널리 사용되고 있을 뿐 아니라, 보다 정확하고 섬세한 제어를 수행하기에 BLDC 모터가 더욱 유리한 경우가 많으므로, 모터를 교체하는 대신 수분 유입 방지가 가능한 개선 구조를 도입하는 것이 더욱 필요하다.
상기 팬(130)은, 상기 로터(122)가 수용되는 허브(131) 및 상기 허브(131) 둘레에 방사상으로 배치되는 복수 개의 블레이드(132)를 포함한다. 일반적으로 상기 팬(130)은 합성수지 재료를 사출 성형하여 만들어지며, 따라서 금형을 교체하는 것만으로 제작 공수의 증가 없이 제작되는 상기 팬(130)의 형상을 용이하게 변경할 수 있다.
상기 팬 쉬라우드(110)는 상기 콘트롤러(121)가 수용되는 모터수용부(111)를 포함한다. 이 때 상기 모터수용부(111)만 존재할 경우 상기 콘트롤러(121) 및 상기 로터(122) 사이의 이격 공간으로 수분이 유입되어 상기 로터(122) 내 코어 표면의 부식 발생의 원인이 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 방지하기 위해, 상기 콘트롤러(121) 및 상기 로터(122) 간 간격을 차폐하도록 상기 모터수용부(111) 끝단으로부터 상기 로터(122) 쪽으로 돌출 형성되는 차단부(112)를 더 포함한다.
도 4의 P로 표시된 부분에 잘 나타나 있는 바와 같이, 상기 차단부(112)는 상기 콘트롤러(121) 및 상기 로터(122) 사이의 이격 공간을 외부로부터 막아 주는 역할을 한다. 종래의 팬 쉬라우드 조립체를 도시하는 도 3의 P'로 표시된 부분과 비교하여 볼 때, 종래에는 상기 콘트롤러(121) 및 상기 로터(122) 사이의 이격 공간을 차폐해 주는 아무런 구조물이 형성되어 있지 않기 때문에 수분 등이 쉽게 상기 로터(122) 내로 유입된다. 반면, 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체(110)에서는 도 4의 P로 표시된 부분과 같이 해당 공간이 상기 차단부(112)에 의해 차폐됨으로써, 상기 로터(122) 내로 유입되는 수분 등의 이물질을 효과적으로 차단해 줄 수 있다.
한편 도 4의 P로 표시된 부분에 역시 잘 나타나 있는 바와 같이, 상기 차단부(112)의 직경은 상기 모터수용부(111)의 직경 및 상기 허브(131)의 직경 중 더 큰 쪽보다 d만큼 크게 형성된다. 이 때 상기 모터수용부(111) 또는 상기 허브(131)의 직경 및 상기 차단부(112)의 직경의 차이 값인 d 값은, 사용자 목적이나 제작상 편의 등에 따라 적절하게 결정되면 된다. 일반적으로 상기 모터수용부(111)의 직경 및 상기 허브(131)의 직경은 도 4에 도시된 바와 같이 서로 동일하게 형성되는 경우가 많으며, 따라서 상기 차단부(112)의 직경은 둘 중 하나의 직경보다 크게 형성되게 하면 충분한 경우가 대부분이다. 이처럼 상기 차단부(112)의 직경이 상기 모터수용부(111) 또는 상기 허브(131)의 직경보다 크게 형성됨으로써, 상기 차단부(112)가 상기 허브(131)와 접촉하여 마찰을 발생시킬 우려가 없어지며, 따라서 접촉에 의하여 발생되는 소음 또는 성능 저하 문제 역시 발생되지 않는다.
도 4의 제1실시예에서는, 상기 차단부(112)의 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 끝단 위치보다 상기 로터(122) 쪽으로 더 편향된 위치에 형성된다. 이와 같이 상기 차단부(112)가 깊게 형성됨으로써 상기 콘트롤러(121) 및 상기 로터(122) 사이의 이격 공간을 보다 확실하게 차폐할 수 있다는 장점이 있다.
설계 시에는 물론 상기 차단부(112)가 상기 팬(130)의 어떤 부분과도 접촉하지 않도록 설계될 것이 당연하다. 그러나 실제 제작 시 제작 공차 등에 의해서 실제 제작된 형상이 설계 형상과 약간 달라질 수도 있고, 또는 환경 변화에 의한 열변형 등으로 인하여 운용 중 형상이 설계 형상과 달라질 수도 있다. 상기 차단부(112)가 도 4의 제1실시예와 같이 깊게 형성된 상태에서 이처럼 설계 형상과 실제 형상이 약간 달라지는 경우에, 자칫하면 예상치 못하게 상기 차단부(112)의 끝단이 상기 팬(130)의 어떤 부분과 접촉하는 경우가 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 팬 쉬라우드 조립체의 제2실시예의 단면도이다. 제2실시예에서는, 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 상기 차단부(112)의 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 끝단 위치와 동일한 위치에 형성되게 한다. 도 3에 표시된 바와 같이 외부로부터 유입되는 수분 등은 대략 상기 차단부(112)의 연장 방향(도면을 기준으로 수직 방향)에 대하여 수직한 방향(도면을 기준으로 수평 방향)으로 진행한다. 따라서 상기 차단부(112) 끝단과 상기 로터(122) 끝단이 수평적으로 동일 위치에 형성되게 하여도, 수분의 유입 경로를 고려할 때 충분한 수분 유입 방지 효과를 얻을 수 있다.
한편 도 4 및 도 5의 설명에서, 상기 차단부(112)와 상기 팬(130)이 접촉하지 않도록 설계되어야 한다는 점에 대하여 기술하였다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 차단부(112)의 직경은 상기 허브(131)의 직경보다 크게 형성되기 때문에, 상기 차단부(112)가 접촉할 가능성이 있는 것은 상기 블레이드(132)가 된다. 즉 본 발명에서, 상기 차단부(112)의 끝단 및 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 끝단 사이가 이격되도록 형성되어야 하는 것이다.
도 4 및 도 5에서는, 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치보다 상기 로터(122) 쪽으로 더 편향된 위치에 형성되는 예시가 도시되어 있다. 즉 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치 및 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치 간에 t만큼의 차이가 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 팬(130)이 이와 같이 형성되는 경우, 상기 차단부(112) 끝단은 도 4의 제1실시예처럼 상기 허브(131) 끝단보다 더 깊이 들어가도록 형성되어도 되고, 도 5의 제2실시예처럼 상기 허브(131) 끝단과 동일한 위치에 형성되어도 된다.
한편 상기 차단부(112)의 끝단이 도 5의 제2실시예처럼 상기 허브(131) 끝단과 동일한 위치에 형성될 경우, 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치와 동일한 위치에 형성되게, 즉 t 값이 0이 되게 할 수 있다. 이론적으로는 이와 같이 할 때 상기 차단부(112) 끝단과 상기 블레이드(132) 끝단이 접촉하게 될 가능성이 있으나, t 값이 0이 되도록 설계할 때 실제로는 미세한 틈이 형성될 수 있어 접촉을 피할 수 있고, 이 때 물방울의 표면장력 등에 의하여 그 틈을 통해 상기 모터(120) 내부까지는 물방울이 침입하지 못할 수 있다. 한편, 이처럼 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치와 동일한 위치에 형성되게 할 경우, 상기 팬(130) 전체의 부피를 줄일 수 있는 장점이 있으며, 이에 따라 전력 소비 효율이나 송풍 효율 등을 향상시킬 수 있는 장점을 얻을 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 팬 쉬라우드 조립체
110: 팬 쉬라우드
111: 모터수용부 112: 차단부
120: BLDC 모터
121: 콘트롤러 122: 로터
130: 팬
131: 허브 132: 블레이드

Claims (7)

  1. 기설정된 간격으로 이격 형성되는 콘트롤러(121) 및 로터(122)를 포함하는 BLDC 모터(120);
    상기 로터(122)가 수용되는 허브(131) 및 상기 허브(131) 둘레에 방사상으로 배치되는 복수 개의 블레이드(132)를 포함하는 팬(130); 및
    상기 콘트롤러(121)가 수용되는 모터수용부(111) 및 상기 콘트롤러(121)와 상기 로터(122) 간 간격을 차폐하는 차단부(112)를 포함하는 팬 쉬라우드(110);를 포함하고,
    상기 차단부(112)는 상기 모터수용부(111)의 끝단으로부터 상기 로터(122)쪽으로 돌출 형성되고,
    상기 차단부(112)의 직경은 상기 모터수용부(111)의 직경 및 상기 허브(131)의 직경보다 크게 형성되어, 상기 차단부(112)가 상기 모터수용부(111) 및 상기 허브(131)와 일정간격 이격되도록 구성되고,
    상기 차단부의 끝단은 상기 허브(131)의 끝단 위치와 동일하거나 상기 로터(122)쪽으로 더 편향되어 형성되는,
    팬 쉬라우드 조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 팬(130)은,
    상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치보다 상기 로터(122) 쪽으로 더 편향된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 팬 쉬라우드 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 팬(130)은,
    상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치가, 상기 허브(131)의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 위치와 동일한 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 팬 쉬라우드 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 팬 쉬라우드 조립체(100)는,
    상기 차단부(112)의 끝단 및 상기 허브(131)-상기 블레이드(132) 연결부의 상기 콘트롤러(121) 쪽 끝단 사이가 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 팬 쉬라우드 조립체.
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