KR20140075385A

KR20140075385A - 냉각 팬 장치

Info

Publication number: KR20140075385A
Application number: KR1020120143674A
Authority: KR
Inventors: 유병운
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-19

Abstract

동력이 입력되어 회전하는 회전판; 상기 회전판에 고정되며 회전하는 블레이드; 상기 블레이드의 폭보다 길게 형성되어 블레이드를 관통하여 상기 회전판에 고정시키는 고정구; 및 상기 고정구에 형성되며 탄성력으로 상기 블레이드를 회전판으로 가압하는 탄성부;를 포함하고, 상기 블레이드는 회전에 따라 추력이 발생하면 상기 탄성부를 가압하며 고정구의 고정축을 따라 전후방향으로 슬라이딩하는 냉각팬장치가 소개된다.

Description

냉각 팬 장치 {COOLING THE FAN APPARATUS}

본 발명은 자동차의 라디에이터에 위치하여 엔진의 수온이 일정 온도 이상으로 상승 시 냉각팬을 가동하여 수온을 일정하게 유지하도록 하는 냉각 팬 장치에 관한 것이다.

차량이 구동을 하게 되면 열이 발생하게 된다. 이 열을 적절하게 식히기 위해서는 냉각을 하게 되는데 냉각 성능의 주요 인자는 풍량으로, 풍량은 블레이드와 슈라우드의 삽입량에 의해 결정된다.

기존의 냉각 팬을 도 1에서 나타내었다. 도 2는 도 1의 측면도로 B는 블레이드(300)의 폭을 나타내고 A는 블레이드(300)가 슈라우드(400)에 삽입된 것을 나타낸다.

블레이드(300)와 슈라우드(400)의 삽입량은 중요한 요인임에도 불구하고 종래에는 블레이드(300)와 슈라우드(400)의 삽입량을 제조사에서 결정하고 그 결정대로 제조된 부품을 그대로 차량에 적용하였다. 그리하여 차종이나 차량의 레이아웃과 상관없이 슈라우드(400)에 블레이드(300)가 블레이드(300)의 폭의 1/2 ~ 2/3 정도 삽입된 냉각팬을 일률적으로 적용했다. 이것은 블레이드(300)와 슈라우드(400)의 삽입량이 작동 시의 최적조건이 아닌 제조사에서 제조된 초기 삽입량을 기준으로 하는 것이므로 블레이드(300)가 회전함에 따라 속도가 증가하여 공기의 흐름과는 반대방향으로 추력이 발생하게 되어 냉각팬의 효율이 저감되게 된다.

따라서 냉각팬의 효율을 증대시키기 위해서는 라디에이터 방열기의 사이즈를 증대시키거나 블레이드 사이즈를 증대시키거나 혹은 드라이브 레이셔(Drive Ratio, RPM)를 증대시켜야 하므로 원가가 상승하고 연비가 나빠지며 NVH(Noise, Vibration, and Harshness) 문제가 발생하는 등의 악순환이 계속 되었다.

그러므로 블레이드의 저속 또는 고속 등의 회전 속도에 상관없이 늘 최대의 냉각 성능을 발휘하도록 하는 최적의 조건을 만족하면서도 설계에 영향을 미치지 않고 상품성도 개선할 수 있는 냉각팬장치가 필요한 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 블레이드의 회전 속도에 상관없이 늘 최대의 냉각 성능을 발휘하도록 하고, 최적의 냉각 성능을 발휘하는 조건을 만족하면서도 설계에 영향을 미치지 않으며 상품성도 개선할 수 있는 냉각 팬 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각 팬 장치는 동력이 입력되어 회전하는 회전판; 상기 회전판에 고정되며 회전하는 블레이드; 상기 블레이드의 폭보다 길게 형성되어 블레이드를 관통하여 상기 회전판에 고정시키는 고정구; 및 상기 고정구에 형성되며 탄성력으로 상기 블레이드를 회전판으로 가압하는 탄성부;를 포함하고, 상기 블레이드는 회전에 따라 추력이 발생하면 상기 탄성부를 가압하며 고정구의 고정축을 따라 전후방향으로 슬라이딩할 수 있다.

상기 회전판에는 고정구가 관통하는 고정축을 중심으로 관통홈이 마련되고 상기 블레이드에는 관통홈에 대응하는 위치에 후방으로 관통돌기가 형성되어 관통돌기가 관통홈에 끼움결합되어 이탈하지 않도록 할 수 있다.

상기 블레이드에는 탄성부를 감싸도록 고정홈이 형성되어 탄성부가 이탈하지 않도록 할 수 있다.

상기 블레이드의 전면에는 블레이드의 회전축과 동일축을 갖는 링형상으로 형성된 팬디스크가 별물로 설치되어 고정구가 팬디스크를 관통하여 블레이드를 회전판에 고정할 수 있다.

상기 고정구는 볼트일 수 있다.

상기 탄성부는 코일스프링으로 고정구의 고정축을 중심으로 나선형으로 권취될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 냉각팬장치에 따르면 하나의 냉각팬 장치로 저속과 고속에서 모두 최대 효율을 발휘할 수 있도록 하여 기존과 동일한 크기로 설계 시 풍량이 증대되어 냉각 성능이 향상되고, 라디에이터 및 인터쿨러, 블레이드의 크기를 감소시킬 수 있으며 드라이브 레이셔를 감소시켜 NVH 문제를 제거하며 연비를 향상시키는 장점이 있다.

또한, 제한된 차량 레이아웃에 설계해야하는 경우에 효과적인 냉각 효율을 위해 라디에이터 및 인터쿨러 크기를 증대해야하는데 설계 변경이 불가능할 때에도 동일 크기 대비 높은 효율의 냉각 팬으로 설계할 수 있어 설계 자유도가 증대되며, 냉각팬 자체의 소모마력 감소로 전자식 팬 클러치 및 기어박스의 내구성이 증대된다.

도 1은 기존의 냉각팬장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬장치의 부품을 나타낸 도면.
도 4는 냉각팬장치를 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 C 부분을 확대한 도면.
도 6은 도 4의 정지 혹은 저속에서의 단면도.
도 7은 도 4의 고속에서의 단면도.
도 8은 냉각팬의 최대 효율 작동점에서의 저속과 고속에서의 슈라우드 삽입량을 비교하는 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각팬장치에 대하여 살펴본다.

도 3에서부터 설명하는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 냉각 팬 장치의 팬디스크(900)는 블레이드(300)에 일물로 형성될 수도 있고, 별물로 형성될 수도 있으나, 여기서는 별물로 형성된 실시예에 대하여 알아본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 팬 장치의 부품을 나타낸 도면이고 도 4는 냉각 팬 장치가 조립된 것을 나타낸 도면으로 동력이 입력되어 회전하는 회전판(100); 상기 회전판(100)에 고정되며 회전하는 블레이드(300); 상기 블레이드(300)의 폭보다 길게 형성되어 블레이드(300)를 관통하여 상기 회전판(100)에 고정시키는 고정구(500); 및 상기 고정구(500)에 형성되며 탄성력으로 상기 블레이드(300)를 회전판(100)으로 가압하는 탄성부(700);를 포함하고, 상기 블레이드(300)는 회전에 따라 추력이 발생하면 상기 탄성부(700)를 가압하며 고정구(500)의 고정축(510)을 따라 전후방향으로 슬라이딩한다.

상기 회전판(100)에는 고정구(500)가 관통하는 고정축(510)을 중심으로 관통홈(110)이 마련되고 상기 블레이드(300)에는 관통홈(110)에 대응하는 위치에 후방으로 관통돌기(310)가 형성되어 관통돌기(310)가 관통홈(110)에 끼움결합된다.

상기 블레이드(300)의 전면에는 블레이드(300)의 회전축과 동일축을 갖는 링형상으로 형성된 팬디스크(900)가 별물로 설치되어 고정구(500)가 팬디스크(900)를 관통하여 블레이드(300)를 회전판(100)에 고정한다.

통상적으로 냉각 팬 장치에는 엔진으로부터 동력을 전달받아 블레이드(300)에 전달하는 팬 클러치가 설치된다. 팬 클러치는 수온센서에 입력된 값에 따라 ECU에서 출력하는 제어신호에 의해 엔진으로부터 전달받은 동력을 블레이드(300)에 전달하거나 차단하여 냉각팬 장치를 구동 또는 정지시키게 된다.

팬 클러치의 전면에는 회전판(100)이 형성되고 회전판(100)의 전면에는 블레이드(300)가 고정되며, 블레이드(300)의 전면에는 블레이드(300)의 회전축과 동일축을 갖는 링형상으로 형성된 팬 디스크(900)가 별물로 설치되어 고정구(500)와 탄성부(700)가 팬디스크(900)를 관통할 수 있도록 고정홈(330)이 형성되고, 고정구(500)가 블레이드(300)를 회전판(100)에 고정한다.

고정구(500)는 블레이드(300)의 폭 보다 길게 형성되며 고정구(500)에 탄성부(700)가 형성되어 탄성부(700)의 탄성력으로 블레이드(300)를 회전판(100)측으로 가압하게 된다.

탄성부(700)는 초기에 일정한 탄성력을 가짐으로써 블레이드(300)를 회전판(100)측으로 가압하여 블레이드(300)가 정지 상태이거나 저속 회전 상태에서 냉각 팬이 최적의 효율을 갖도록 하는 블레이드(300)와 슈라우드(400) 간의 삽입량을 유지한다.

ECU에서 출력되는 제어신호에 의해 블레이드(300)가 고속으로 회전하게 되면 블레이드(300)의 회전에 의해 발생하는 추력에 의해 블레이드(300)가 탄성부(700)의 탄성력을 이기고 고정구(500)의 축을 따라 전방으로 이동하여 블레이드(300)와 슈라우드(400) 간의 삽입량이 증가하여 냉각 팬이 고속 회전 시에 최적의 효율을 갖는 블레이드(300)와 슈라우드(400) 간의 삽입량을 유지하여 냉각 팬의 효율을 증대시킨다.

도 5는 도 4의 C 부분을 확대한 것을 나타낸 도면으로 팬디스크(900)에 고정홈(330)이 형성되어 고정홈(330)에 고정구(500)가 탄성부(700)와 결합하여 관통한 것을 볼 수 있다.

도 6은 도 4의 블레이드(300)가 정지 혹은 저속 회전할 때의 단면도이고, 도 7은 도 4의 블레이드(300)가 고속 회전할 때의 단면도로 상기 회전판(100)에는 고정구(500)가 관통하는 고정축(510)을 중심으로 관통홈(110)이 마련되고 상기 블레이드(300)에는 관통홈(110)에 대응하는 위치에 후방으로 관통돌기(310)가 형성되며, 상기 블레이드(300)에는 탄성부(700)를 감싸도록 고정홈(330)이 형성되어 블레이드(300)가 고속으로 회전하며 고정구(500)의 축을 따라 전후방향으로 슬라이딩하더라도 고정구(500)에서 탄성부(700)가 이탈하여 팬디스크(900) 위를 미끄러지지 않도록 한다.

도 6에서 나타내었듯이 블레이드(300)가 정지 혹은 저속 회전 상태에서는 블레이드(300)의 관통돌기(310)가 회전판(100)의 관통홈(110)에 면밀착 상태로 끼움결합된다.

블레이드(300)가 점점 고속으로 회전하게 되면, 블레이드(300)에 공기의 흐름과의 반대 방향 즉, 블레이드(300)의 전방으로 추력이 발생하여 도 7에서 나타낸 것처럼 블레이드(300)가 고정구(500)의 축을 따라 탄성부(700)의 탄성력을 이기며 전방으로 슬라이딩하여 블레이드(300)가 슈라우드(400)에 삽입되는 양이 증가하여 고속 회전에서도 냉각 팬이 최대 효율을 나타내도록 한다.

그 후 다시 블레이드(300)가 저속으로 회전하게 되면 탄성부(700)의 탄성력에 의해 블레이드(300)가 원래 자리로 복원하게 된다.

상기한 설명에서 블레이드(300)와 팬디스크(900)가 일물로 형성되었을 때는 관통돌기(310)도 블레이드(300)에 형성되고 블레이드(300)와 팬디스크(900)가 별물로 설치되었을 때는 관통돌기(310)는 팬디스크(900)에 형성된다.

블레이드(300)가 정지 또는 저속회전 할 때와 고속회전 할 때의 블레이드(300)와 슈라우드(400)의 삽입량과 효율에 관련된 내용을 도 8에 나타내었다. 도 8은 냉각 팬의 최대 효율 작동점에서 블레이드(300)가 저속회전할 때와 고속회전할 때 블레이드(300)와 슈라우드(400) 간의 필요 삽입량을 나타낸 것으로, 가로축은 냉각 팬의 효율을 세로축은 슈라우드(400)의 삽입량을 표시하였다.

냉각 팬의 최대 효율 작동점에서 보면 고속 회전할 때를 나타내는 빨간선의 그래프가 저속 회전할 때를 나타내는 파란선의 그래프보다 더 낮은 것을 볼 수 있다. 이것은 블레이드(300)가 고속회전할 때 블레이드(300)가 슈라우드(400)에 더 많이 삽입되어야 하는 것을 나타낸다.

따라서 본 발명에서는 블레이드(300)가 저속회전하는 지점에서는 블레이드(300)의 구동 초기 상태로 블레이드(300)와 회전판(100)이 탄성부(700)의 탄성력에 의하여 면 접촉되어 블레이드(300)의 슈라우드(400) 삽입량이 적은 상태로 유지되며, 고속회전하는 지점에서는 블레이드(300)의 고속회전에 의해 블레이드(300)에 발생하는 추력으로 블레이드(300)가 전면으로 슬라이딩하여 탄성부(700)의 탄성력을 이겨 탄성부(700)가 압축되어 블레이드(300)와 슈라우드(400) 간의 삽입량이 많은 상태로 가변하여 적용된다.

그러므로 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 팬 장치는 블레이드(300)의 회전 속도에 따라 냉각 팬이 최대 효율을 나타내는 작동점에서 구동할 수 있도록 블레이드(300)와 슈라우드(400) 간의 삽입량을 변화시켜 냉각 팬의 성능을 최대로 유지할 수 있게 된다.

본 발명은 이렇게 하나의 냉각 팬 장치로 두 개의 냉각 팬을 동시에 장착한 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로 블레이드의 저속회전과 고속회전에서 모두 최대 효율을 발휘할 수 있도록 하여 기존과 동일한 크기로 설계 시 풍량이 증대되어 냉각 성능이 향상되고, 라디에이터 및 인터쿨러, 냉각 팬 자체의 크기를 감소시킬 수 있으며 드라이브 레이셔를 감소시켜 NVH 문제를 제거하며 연비를 향상시키는 장점이 있다.

또한, 제한된 차량 레이아웃에 설계해야하는 경우에 효과적인 냉각 효율을 위해 라디에이터 및 인터쿨러 크기를 증대해야하는데 설계 변경이 불가능할 때에도 동일 크기 대비 높은 효율의 냉각 팬으로 설계할 수 있어 설계 자유도가 증대되며, 팬 자체의 소모마력 감소로 전자식 팬 클러치 및 기어박스의 내구성이 증대된다.

본 발명에서 상기 고정구(500)는 볼트이고, 상기 탄성부(700)는 코일스프링으로 고정구의 고정축(510)을 중심으로 나선형으로 권취되며 고정구(500)와 탄성부(700)는 각각 복수개 설치된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 회전판 110 : 관통홈
300 : 블레이드 310 : 관통돌기
330 : 고정홈 400 : 슈라우드
500 : 고정구 510 : 고정축
700 : 탄성부 900 : 팬디스크

Claims

동력이 입력되어 회전하는 회전판(100);
상기 회전판(100)에 고정되며 회전하는 블레이드(300);
상기 블레이드(300)의 폭보다 길게 형성되어 블레이드(300)를 관통하여 상기 회전판(100)에 고정시키는 고정구(500); 및
상기 고정구(500)에 형성되며 탄성력으로 상기 블레이드(300)를 회전판(100)으로 가압하는 탄성부(700);를 포함하고,
상기 블레이드(300)는 회전에 따라 추력이 발생하면 상기 탄성부(700)를 가압하며 고정구(500)의 고정축(510)을 따라 전후방향으로 슬라이딩하는 냉각팬장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전판(100)에는 고정구(500)가 관통하는 고정축(510)을 중심으로 관통홈(110)이 마련되고 상기 블레이드(300)에는 관통홈(110)에 대응하는 위치에 후방으로 관통돌기(310)가 형성되어 관통돌기(310)가 관통홈(110)에 끼움결합되어 이탈하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각팬장치.
청구항 1에 있어서,
상기 블레이드(300)에는 탄성부(700)를 감싸도록 고정홈(330)이 형성되어 탄성부(700)가 이탈하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각팬장치.
청구항 1에 있어서,
상기 블레이드(300)의 전면에는 블레이드(300)의 회전축과 동일축을 갖는 링형상으로 형성된 팬디스크(900)가 별물로 설치되어 고정구(500)가 팬디스크(900)를 관통하여 블레이드(300)를 회전판(100)에 고정하는 것을 특징으로 하는 냉각팬장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고정구(500)는 볼트인 것을 특징으로 하는 냉각팬장치.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성부(700)는 코일스프링으로 고정구(500)의 고정축(510)을 중심으로 나선형으로 권취되는 것을 특징으로 하는 냉각팬장치.