KR20120003887A - 팬 모듈 - Google Patents

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KR20120003887A
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fan wheel
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안드레아스 시일
마티아스 루드비히
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히 차량 내의 에어 컨디셔너용 팬 모듈(13)에 관한 것으로, 상기 팬 모듈은 압력 상승 나선(1)과 전기 모터(24)를 구비하고, 상기 압력 상승 나선은 팬 회전자(9) 상의 제 1 팬 휠(14)을 적어도 부분적으로 방사방향으로 둘러싸고, 상기 전기 모터는 팬 회전자(9)를 구동하고, 이 경우 팬 회전자(9)는 흡입 유닛(4)을 포함하고, 상기 흡입 유닛은 냉각 공기를 전기 모터(24) 내로 이송하도록 설계된다.

Description

팬 모듈{Fan module}
본 발명은 제 1 팬 휠을 팬 회전자 상에서 적어도 부분적으로 방사방향으로 둘러싸는 압력 상승 나선, 및 팬 회전자를 구동하는 전기 모터를 구비한, 특히 차량 내의 에어 컨디셔너용 팬 모듈에 관한 것이다.
차량 내의 객실은 에어 컨디셔닝을 위해, 즉 안락함과 주행 안전성을 높이기 위해 난방 장치 및/또는 에어 컨디셔너에 연결된 환기 시스템에 의해 환기된다. 객실 내의 공기를 이송하기 위해, 환기 시스템에 팬 모듈이 연결되고, 상기 팬 모듈은 차량의 주변으로부터 신선한 공기를 흡입하고, 흡입된 공기가 소정 온도에 도달하도록 난방 장치 또는 에어 컨디셔너를 통해 안내된다. 객실을 통해 유동하는 공기는 대부분 예를 들어 좌석 뒤쪽 선반에 있는 환기 슬롯을 통해 휠 케이스를 지나 객실 밖으로 안내된다.
환기 시스템에 연결된 팬 모듈은 일반적으로 원심 압축기로서 구성되고, 상기 압축기는 전기 모터에 의해 구동된다. 전기 모터는 구조적으로 팬 모듈에 통합된다. 전기 모터, 특히 코일 또는 자석과 같은 온도 임계적 부품들을 냉각하기 위해, 일반적으로 공기는 객실을 위한 압축된 공기 유동으로부터 냉각을 위해 분기된다. 이것은, 작동점은 물론 팬 모듈의 효율에도 부정적으로 작용하는 단점을 갖는다. 특히 임계 작동점에서 예를 들어 팬 모듈이 오버 블로잉(overblowing)되면, 전기 모터 및 상기 모터의 온도 임계적 부품들은 충분한 냉각 공기를 받지 못한다. 팬 모듈의 오버 블로잉이란 팬 모듈에 의해 발생할 수 있는 압력이 팬 모듈의 유입부와 배출부 사이의 압력차보다 낮을 경우를 말한다. 차량이 높은 주행 속도로 이동되고 및/또는 차량 윈드실드가 상당히 개방되어 있는 경우에 이러한 작동 상태가 나타난다. 차량 윈드실드의 개방은 객실 내부의 압력을 감소시킨다. 결과적으로, 팬 모듈의 입력부 및 출력부의 압력 차가 커지고, 압력 차가 팬 모듈에 의해 발생한 압력보다 큰 경우에 팬 모듈은 오버 블로잉 상태가 된다. 팬 모듈의 오버 블로잉 상태로 인해, 부하 증가에도 불구하고 전기 모터가 감소된 냉각 공기 유량만 포함하게 된다. 이것은 전기 모터의 온도 임계적 부품들의 과열을 야기한다.
본 발명의 과제는, 임계 작동점에서도 전기 모터에 냉각을 위한 충분한 공기가 공급되도록 설계된 팬 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 팬 모듈에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따라 팬 모듈의 전기 모터의 온도 임계적 부품들의 과열은, 팬 모듈이 전기 모터 내로 냉각 공기를 이송하도록 설계된 흡입 유닛을 포함함으로써 방지될 수 있음이 밝혀졌다.
전기 모터 내로 냉각 공기를 이송하기 위한 흡입 장치에 의해 전기 모터는 팬 모터의 작동점과 거의 무관하게 냉각될 수 있으므로, 팬 모듈의 오버 블로잉 상태에서도 코일 또는 자석과 같은 임계 부품들의 과열이 방지된다. 냉각 공기 유동은 팬 모듈의 작동점과 별개이다.
본 발명의 실시예에 따라 팬 회전자의 흡입 유닛은 제 2 팬 휠을 포함하고, 상기 팬 휠은 압력 상승 나선으로부터 전기 모터를 지나 다시 압력 상승 나선을 통해 냉각 공기를 이송하는 냉각 회로를 형성하도록 설계된다. 이것은 전기 모터가 더 높은 속도로 작동될 수 있음으로써 팬 모듈에 의해 이송된 공기 유동의 유동률이 증가하는 장점을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따라 흡입 유닛은, 제 2 팬 휠에 의해 냉각 공기가 팬 회전자와 압력 상승 나선 사이의 갭을 통해 팬 회전자 아래에 배치된 팬 내부 챔버를 거쳐 전기 모터의 코일 및 자석을 지나 제 2 팬 휠로 흡입되도록 설계된다. 냉각 공기 유동이 제 1 팬 휠을 통해 방사방향 외측으로 다시 압력 상승 나선으로 안내되도록 제 2 팬 휠 상부의 냉각 공기 유동을 방향 전환하기 위해 제 2 팬 휠 상부에 가이드 구조체가 배치된다. 이로써 압축 공기가 압력 상승 나선으로부터 배출되지 않으므로, 팬 모듈은 그 최대 이송 출력에 맞게 설계될 수 있고 따라서 이송된 공기로부터 냉각 공기가 분기되는 팬 모듈보다 작은 조립 공간을 필요로 한다.
본 발명의 실시예에 따라, 제 1 팬 휠, 제 2 팬 휠 및 팬 회전자는 일체형으로 구현된다. 이것은 제 1 팬 휠, 제 2 팬 휠 및 팬 회전자가 하나의 제조 단계로 예를 들어 사출 성형에 의해 제조될 수 있는 장점을 제공한다.
하기에서 본 발명은 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 팬 모듈의 회전자 축을 따른 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 팬 모듈의 팬 회전자의 개략적인 입체도.
도 3은 본 발명에 따른 팬 모듈의 팬 회전자 하측면의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 팬 모듈의 팬 회전자 상측면의 평면도.
도 1은 팬 모듈(13)의 회전자 축(20)을 따른 단면도를 도시한다. 냉각 공기 유동은 도면에서 화살표로 표시되고, 이 경우 유동 방향은 화살표 방향으로 표시된다. 팬 모듈(13)은 하우징(10)을 포함하고, 상기 하우징은 팬 모듈(13)의 부품들을 방사방향으로 둘러싼다. 팬 모듈(13)의 하우징(10)은 고정 개구(11)에 의해 차량에 고정될 수 있다. 하우징(10)은 그 내주면에 챔버 형태의 압력 상승 나선(1)을 포함하고, 상기 압력 상승 나선은 제 1 팬 휠(14)로부터 가속된 공기 유동을 받는다. 하우징(10)의 중심축은 회전자 축(20) 상에 배치된다.
또한, 회전자 축(20) 상에 팬 회전자(9) 및 상기 팬 회전자(9)의 구동을 위한 전기 모터(24)가 배치된다. 전기 모터(24)는 외부 회전자로서 구성되고, 이 경우 코일들(7)은 고정자(8) 상에 배치된다. 고정자(8)는 내측에 팬 회전자(9)의 회전자 샤프트(21)를 위한 2개의 베어링(25)을 갖는다. 팬 회전자(9)의 하측면은 종 형태로 형성되고, 수용부(12)로 전기 모터(24)의 다수의 자석들(6)을 둘러싼다. 회전자 샤프트(21)는 고정자(8)를 통해 중앙으로 안내되고, 2개의 베어링(25)에 의해 지지된다. 자석(6)용 수용부(12)에 대해 원주측으로 팬 회전자(9)는 하우징(10)과 함께 팬 회전자(9)의 종 모양 윤곽 하부에 팬 내부 챔버(2)를 형성한다.
팬 내부 챔버(2)는 제 1 갭(23)에 의해 압력 상승 나선(1)에 연결된다. 팬 회전자(9)의 상부 수용부 영역에 제 2 팬 휠(4)이 장착된다. 팬 회전자(9)에 일체형으로 연결된 제 2 팬 휠(4) 상부에서, 가이드 구조체(5)는 회전자 샤프트(21) 상에 배치된다. 가이드 구조체(5)의 외부 윤곽은 제 1 팬 휠(14)의 영역 내로 돌출한다. 제 1 팬 휠(14)은 원심 압축기로서 형성되고, 팬 회전자(9)에 일체형으로 연결된다. 팬 모듈(13)의 하우징(10)은 위로 개방된 측면과 거기에 배치된 밀봉 립(22)으로 팬 회전자(9)의 상부 에지를 둘러싼다. 팬 회전자(9)의 전기 모터는 하우징(10)의 하측면에 전기 접속부(18)를 갖고, 상기 접속부는 플러그 영역(19)에 의해 접촉된다.
팬 회전자(9)는 회전하는 경우,제 1 팬 휠(14)을 이용하여 하우징(10) 상측면의 공기를 팬 모듈(13) 내로 흡입한다. 공기 유동은 회전에 의해 외부로 안내되고 방사방향으로 가속된다. 공기 유동이 압력 상승 나선(1)에 도달하면, 동압력이 정압력으로 변환된다. 전기 모터의 회전수는 일반적으로 차량의 운전자에 의해 또는 차량의 환기 시스템의 조절 장치에 의해 제어된다. 압력 상승 나선(1)으로부터 공기 유동이 도시되지 않은 접속부를 통해 난방 장치 또는 에어 컨디셔너의 증발기처럼 환기 장치에 연결된 장비 내로 안내된다.
코일 또는 자석과 같은 전기 모터의 온도 임계적 부품들은 전기 모터의 회전수가 더 높은 경우, 냉각을 필요로 한다. 이것은 공기 유동이 압력 상승 나선(1)으로부터 제 1 갭(23)을 지나 팬 회전자(9)의 하부에 배치된 팬 내부 챔버(2) 내로 안내됨으로써 달성된다. 거기에서부터 공기 유동은 자석(6)과 코일(7) 사이로 제 2 팬 휠(4)에 의해 위로 흡입된다. 제 2 팬 휠에 의해 흡입된 공기 유동은 제 2 팬 휠(4) 상부에 배치된 가이드 구조체(5)를 통해 그 유동 방향으로 편향된다. 공기 유동은 팬 회전자(9)의 윤곽과 가이드 구조체(5) 사이로 제 2 갭(17)에 의해 제 1 팬 휠(14)의 영역으로 이송된다. 제 1 팬 휠(14)은 가열된 공기 유동을 차량 주변으로부터 새로 흡입된 공기 유동과 함께 다시 압력 상승 나선(1)으로 펌핑한다.
또한, 전기 모터(24)의 냉각 장치를 위한 공기 유동은 제 1 팬 휠(14)의 작동점과 무관하게 전기 모터(24)를 통해 안내된다. 이로써 팬 회전자(9)의 심한 성능 감소 시에도 확실한 냉각이 이루어진다. 특히 오버 블로잉 상태에서도 압력 상승 유닛(1)으로부터 냉각 공기를 흡입함으로써 자석(6)과 코일(7)의 확실한 냉각이 보장된다. 전기 모터(24)의 냉각을 위해 압축된 공기 유동으로부터 공기가 배출되지 않기 때문에, 팬 모듈(13)의 효율이 증가한다. 제 2 팬 휠(4)의 축방향 팬 배치에 의해 작동점에 따라 팬 내부 챔버와 제 2 팬 휠(4) 상부에 있는 챔버 사이에 압력 차가 형성되므로, 공기 유동은 전기 모터의 임계 부품들을 지나 흐른다.
도 2는 본 발명에 따른 팬 모듈(13)의 팬 회전자(9)의 개략적인 입체도를 도시하고, 이 경우 도 1에 도시된 팬 모듈(13)의 자석(6)을 포함하지 않는 실시예의 팬 회전자(9)가 도시된다. 자석들(6)은 팬 회전자(9) 내측에 수용부(12)의 원주를 따라 배치된다. 또한, 회전자 샤프트(21)는 하측면으로 팬 회전자(9) 밖으로 돌출한다. 회전자 샤프트(21)는 제 2 팬 휠(4) 영역에서 팬 회전자(9)에 의해 둘러싸이고, 거기에서 팬 회전자(9)에 고정된다. 또한, 회전자 샤프트(21) 상에는 제 2 팬 휠(4)로 공기 유동을 편향하기 위한 가이드 구조체(5)가 배치된다.
제 1 팬 휠(14), 제 2 팬 휠(4), 수용부(12) 및 팬 회전자(9)는 실시예에서 일체형으로 형성되고 플라스틱으로 제조된다. 특히 일체형 제조를 위해 사출 성형 방법이 적합하다. 수용부(12) 내의 자석들(6)의 원심력을 지지하기 위해, 수용부(12)는 그 외측면에 방사방향으로 지지 부재들(16)을 갖는다. 지지 부재들(16)은, 회전수의 증가 하에 수용부(12)가 휘어지 않는 것을 보장하므로, 자석들(6)이 고정자(8)의 코일(7)에 대해 균일한 간격을 갖는다.
도 3은 본 발명에 따른 팬 모듈(13)의 팬 회전자(9)의 하측면의 평면도를 도시하고, 도 4는 상측면의 평면도를 도시한다. 일체형으로 형성된 팬 회전자(9)는 3개의 부분으로 형성된 제 2 팬 휠(4)을 포함하고, 상기 팬 휠은 팬 회전자(9)의 종 형태의 하측면의 상부 영역에 배치된다. 팬 휠은 당업자가 필요 공기량에 따라 형태와 개수를 조정하는 개수의 팬 블레이드를 포함할 수 있다. 또한 제 2 팬 휠(4)은 회전자 샤프트(21)용 수용부(23)를 포함한다. 또한, 전기 모터의 자석들의 수용부(12)를 위한 지지 부재들(16)은 팬 모듈(9)의 하측면에 배치된다.
팬 모듈(13)을 통한 공기 유동의 안내는 하나의 예시라는 것이 당업자에게 분명히 공지되어 있으며, 전기 모터 및 상기 전기 모터의 온도 임계적 부품들이 팬 모듈(13)에 의해서와 별도로 흡입 장치에 의해 전기 모터를 통해 이송된 냉각 공기에 의해 냉각되는 것이 중요하다.
1 압력 상승 나선
4 흡입 유닛
9 팬 회전자
13 팬 모듈
14 팬 휠
24 전기 모터

Claims (7)

  1. 특히 차량 내의 에어 컨디셔너용 팬 모듈(13)로서, 압력 상승 나선(1)과 전기 모터(24)를 포함하고, 상기 압력 상승 나선은 제 1 팬 휠(14)을 팬 회전자 상에서 적어도 부분적으로 방사방향으로 둘러싸고, 상기 전기 모터는 팬 회전자(9)를 구동하는, 팬 모듈에 있어서,
    상기 팬 회전자(9)는 냉각 공기를 전기 모터(24) 내로 이송하도록 설계된 흡입 유닛(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팬 회전자(9)의 상기 흡입 유닛은 제 2 팬 휠(4)을 포함하고, 상기 팬 휠은 냉각 공기를 상기 압력 상승 나선(1)으로부터 상기 전기 모터(24)를 지나 다시 상기 압력 상승 나선(1) 내로 이송하는 냉각 공기 회로를 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 팬 회전자(9)는 원심 압축기로서 구현되는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 흡입 유닛은, 냉각 공기가 상기 제 2 팬 휠(4)에 의해 상기 팬 회전자(9)와 상기 압력 상승 나선(1) 사이의 갭을 통해 상기 팬 회전자(9)의 하부에 있는 팬 내부 챔버를 거쳐 상기 전기 모터(24)의 코일(7)과 자석들(6)을 지나 상기 제 2 팬 휠(4)로 흡입되도록 설계되고, 이 경우 상기 제 2 팬 휠(4) 상부의 냉각 공기의 유동을 편향하고 냉각 공기의 유동을 제 1 팬 휠(14)을 통해 방사방향 외부로, 다시 상기 압력 상승 나선(1)으로 안내할 수 있도록 상기 제 2 팬 휠(4)의 상부에 가이드 구조체(5)가 배치되는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 팬 휠(4)은 3개의 부분으로 구현되는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 팬 휠(14), 상기 제 2 팬 휠(4) 및 상기 팬 회전자(9)는 일체형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 팬 휠(4)은 실질적으로 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 팬 모듈.
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