KR20140096548A - 차량용 냉각팬 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차량용 콘덴서와 라디에이터를 포함하는 열교환기, 열교환기의 후방에 결합하고 중앙부에 통풍구가 마련된 하우징과, 통풍구 내주면에서 중앙방향으로 연장되며 방사상으로 이격된 복수개의 스테이터와, 스테이터와 결합하는 모터 안착부를 포함하는 쉬라우드와 모터 안착부에 안착되는 구동 모터 및 구동 모터와 결합하여 구동 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 냉각팬을 포함하되, 상기 쉬라우드는 상기 통풍구 전방에 원주방향을 따라 볼록하게 만곡된 벨마우스를 구비하는 냉각팬 조립체를 제공한다.
따라서 냉각팬 조립체의 전체 부피를 슬림화함으로써 엔진룸 내 다른 부품들과의 간섭제약으로 인한 설계상의 어려움을 줄일 수 있으며, 간섭으로 인한 설계상의 잦은 변경과, 잦은 성능시험을 없앰으로써 생산성 및 경제성을 향상시키고 소음을 감소시킬 수 있다.

Description

차량용 냉각팬 조립체 {Cooling fan assembly for vehicle}

본 발명은 차량용 냉각팬 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬림화하여 설계변경을 제로화 할 수 있으며, 소음 성능을 향상할 수 있는 차량용 냉각팬 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 냉각팬은 엔진 및 에어컨 시스템의 구성부품으로 주로 냉각용으로 사용되는데, 여기서 엔진에 적용되는 경우에는 엔진 냉각을 원활하게 하여 소비전력을 저하시킬 뿐만 아니라 연비향상을 기여할 수 있으며, 에어컨 시스템에 적용되는 경우에는 응축기 열을 제거시켜 냉방능력을 향상시켜 운전자에게 쾌적한 환경 조건을 부여하는 역할을 한다.

상세하게, 상기한 차량용 쿨링 모듈 구성 요소는 콘덴서, 라디에이터를 포함하는 열교환기와 냉각팬 조립체로 나뉘며, 열교환기를 기준으로 냉각팬 조립체의 장착 위치에 따라 콘덴서 전방에 냉각팬이 장착되는 푸셔 타입과 라디에이터 후방에 냉각팬이 장착되는 풀러 타입으로 구분되며, 이 중 엔진룸 내 제약된 공간에서 냉각성능을 향상시키기 위하여 풀러 타입이 많이 사용되고 있다.

한편, 상기한 차량용 냉각팬 조립체는 차량의 대형화에 따라 많은 송풍량을 요구하게 되는데, 이에 냉각팬 조립체에서 많은 풍량을 확보하기 위하여 냉각팬, 모터, 쉬라우드 순으로 결합되는 구조를 많이 채용하고 있다. 이러한 기술의 예로 대한민국 등록특허 제 669917호의 차량용 냉각팬 조립체가 개시된 바 있다.

그런데, 상기한 종래의 차량용 냉각팬 조립체는 높이가 높고, 폭 또한 크기 때문에 전체적으로 차지하는 부피 또한 커지게 되어, 엔진룸과 같이 제약된 공간 내에서 이러한 부피증가는 다른 주변 기능 부품들과의 간섭문제를 유발하여, 이로 인하여 설계상의 어려움 및 잦은 설계 변경과 반복되는 성능시험 등을 실시해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 냉각팬 조립체의 전체 부피를 슬림화하여 다른 부품들과의 간섭으로 인한 설계상의 어려움을 줄이고, 이로 인한 불필요한 잦은 설계변경과 성능시험을 없앰으로써 생산성 및 경제성을 향상시키고, 소음을 감소시킬 수 있는 차량용 냉각팬 조립체를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 차량용 콘덴서와 라디에이터를 포함하는 열교환기; 상기 열교환기의 후방에 결합하고 중앙부에 통풍구가 마련된 하우징과, 상기 통풍구 내주면에서 중앙 방향으로 연장되며 방사상으로 이격된 복수개의 스테이터와, 상기 복수개의 스테이터와 결합하는 모터 안착부를 포함하는 쉬라우드, 상기 모터안착부에 안착되는 구동 모터, 상기 구동 모터와 결합하여 상기 구동 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 냉각팬을 포함하되, 상기 쉬라우드는 상기 통풍구 전방에 원주방향으로 볼록하게 만곡된 벨마우스를 구비하는 냉각팬 조립체를 제공한다.

여기서, 상기 스테이터는, 상기 벨마우스와 결합하는 일단부에 구비되어 스테이터 지지대 부분의 유입되는 공기의 유동 교란을 방지하는 교란방지부를 구비할 수 있으며, 상기 교란방지부는, 상기 벨마우스 원주방향으로 스테이터 지지대쪽으로 갈수록 넓어지는 삼각형상일 수 있다.

한편, 상기 쉬라우드는, 제1각도로 서로 이격된 한 쌍의 스테이터들로 이루어진 스테이터 그룹으로 복수개가 제2각도로 서로 이격되게 배치되어 형성될 수 있으며, 이때 상기 제2각도는 상기 제1각도의 2배 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각팬은, 상기 구동 모터의 회전축과 결합하는 허브와, 일단부가 상기 허브에 결합하고, 상기 허브의 외주에 원주방향을 따라 방사상으로 배치되는 복수개의 블레이드와, 링형상으로 상기 블레이드 타단부 각각에 결합하고, 하류측 단부에 만곡된 역류 방지 밴드부를 구비하는 냉각팬 밴드부를 포함한다.

이때, 상기 역류 방지 밴드부는 상기 벨마우스의 만곡형상과 대칭되는 형상이고, 상기 벨마우스에는 상기 하우징과 상기 냉각팬 밴드부 사이의 압력 불균형을 해소하기 위한 하나 또는 복수개의 압력공이 관통 형성될 수 있다.

또한, 상기 쉬라우드는, 상기 벨마우스와 일체로 결합하고, 상기 냉각팬 밴드부와 소정거리 이격되게 대면하는 하우징을 구비하고, 상기 압력공은 상기 하우징과 상기 냉각팬 밴드부 사이의 공간과 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 차량용 냉각팬 조립체는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 전체 부피를 슬림화함으로써 제약된 엔진룸 공간 내 다른 부품들과의 간섭제약으로 인한 설계상의 어려움을 줄일 수 있다.

둘째, 부품간의 구조 간섭으로 인한 설계상의 잦은 변경과, 이에 따른 성능시험을 없앰으로써 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 슬림화에 따른 성능 악화를 극복하고 소음을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각팬 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 차량용 냉각팬 조립체의 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ부분의 확대도이다.
도 4는 도 1의 스테이터들의 각도 관계를 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 차량용 냉각팬 조립체와 비교예의 인가 전압 변화에 따른 성능비교를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 차량용 냉각팬 조립체와 비교예의 정격 전압에서의 실차 상태에서 소음 스펙트럼 비교를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각팬 조립체의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 차량용 냉각팬 조립체의 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 Ⅲ부분의 확대도이며, 도 4는 도 1의 스테이터들의 각도 관계를 나타내기 위한 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각팬 조립체(500)는, 열교환기(100)와, 상기 열교환기(100)의 후방에 결합하는 쉬라우드(200;Shroud)와, 상기 쉬라우드(200)의 후방에 결합하는 구동 모터(300:Motor)와, 상기 구동 모터(300)의 후방에 결합하는 냉각팬(400;Cooling Fan)을 포함한다.

상기 열교환기(100)는, 차량용 콘덴서(120;Condenser)와 라디에이터(110;Radiator)를 포함하며, 이에 대한 상세한 설명은 공지의 차량용 콘덴서와 라디에이터는 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 쉬라우드(200)는, 상기 열교환기(100)의 상기 라디에이터(110)의 후방에 결합하며, 중앙부에 통풍구(211)가 마련되어 있고, 상기 통풍구(211)를 원주방향으로 감싸고 있는 하우징(210;Housing)과, 모터안착부(230)와, 상기 모터안착부(230)를 지지하는 스테이터(220;Stator)를 포함한다. 여기서, 상기 쉬라우드(200)와 상기 라디에이터(110)가 결합하는 구조는 도면에서와 같이 끼움결합 후 볼트체결을 하기 위한 체결부가 형성되는 등 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 구조가 적용 가능하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

더불어, 상기 쉬라우드(200)는 상기 통풍구(211)를 감싸고 있는 하우징(210) 전방에 원주방향으로 볼록하게 만곡된 벨마우스(240;Bellmouth)를 구비하고 있으며, 상기 벨마우스(240)의 측면으로 상기 스테이터(220)가 결합하고 있다. 여기서, 상기 전방은 공기가 유입되는 방향에 대하여 전방 즉 상기 라디에이터(110) 측의 방향을 나타낸다.

상기 벨마우스(240)는, 전방으로 볼록하게 만곡된 형상으로서, 유입되는 공기의 저항을 최소화하고 풍량을 확보함과 동시에, 후술하는 냉각팬 밴드부(430)와 하우징(210) 사이의 틈새로 공기가 유입되는 것을 최소화하여, 성능 저하를 방지하는 역할을 한다.

상기 하우징(210)은, 일단부가 상기 벨마우스(240)와 일체로 결합하고, 상기 냉각팬 밴드부(430)와 소정거리 이격되게 대면하고 있다.

상기 스테이터(220)는, 상기 통풍구(211) 내주면에서 중앙방향으로 연장되어 있으며, 복수개가 방사상으로 이격되어 상기 모터안착부(230)를 지지하고 있다. 여기서, 상기 스테이터(220)의 배치각도 등 상기 스테이터(220)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 상기 스테이터(220)에는, 냉각팬(400)의 블레이드(420) 회전에 의해 공기 유동이 축방향으로 벨마우스(240)를 통과하면서 상기 벨마우스(240)와 결합하고 있는 상기 스테이터 지지대(221)가 유동의 흐름에 장애가 발생하여 스테이터 지지대(221) 뒤쪽에서는 유동의 소용돌이가 발생하고, 이러한 소용돌이와 회전하는 냉각팬 블레이드(420)가 충돌하면서 냉각팬(400)의 유입 유동 소음이 발생한다. 여기서 뒤쪽이란 냉각팬 블레이드(420)가 회전하면서 스테이터 지지대(221)를 통과한 후면을 말한다.

상기 스테이터(220)는 냉각팬 블레이드(420)에 유입되는 공기의 유동 교란을 방지하기 위하여 스테이터 지지대(221)의 일단부에 교란 방지부(250)를 구비한다. 상기 교란 방지부(250)는, 상기 스테이터 지지대(221) 방향으로 갈수록 넓어지는 삼각형상으로 되어 있다. 하지만. 이는 바람직한 실시예로, 이에 한정하는 것은 아니며 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 형상이 가능함은 물론이다.

상기 모터 안착부(230)는, 상기 통풍구(211)의 중앙에 위치하고 상기 스테이터(220)의 타단부에 결합하며, 대략 컵 형상으로 상기 구동 모터(300)가 안착된다.

상기 구동 모터(300)는, 상기 쉬라우드(200)의 후방에 위치하고, 상기 모터 안착부(230)에 안착되며, 이에 대한 상세한 설명은 공지의 구동 모터와 실질적으로 동일하므로 생략하기로 한다.

상기 냉각팬(400)은, 상기 구동 모터(300)의 후방에 위치하고, 상기 구동 모터(300)와 결합하여 상기 구동 모터(300)의 회전력을 전달받아 회전한다. 상기 냉각팬(400)은, 상기 구동 모터(300)의 회전축과 결합하는 허브(410)와, 일단부가 상기 허브(410)에 결합하고 상기 허브(410)의 외주에 원주방향을 따라 방사상으로 배치되는 복수개의 블레이드(420)와, 냉각팬 밴드부(430)를 포함한다.

상기 허브(410)는 상기 구동 모터(300)와 결합하며, 상기 블레이드(420)는 복수개로 상기 허브(410)에서 원주방향을 따라 방사상으로 이격되게 배치되어 있다. 여기서, 상기 허브(410)와 상기 블레이드(420)는 공지의 냉각팬의 허브와 블레이드와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 냉각팬 밴드부(430)는, 링형상으로 상기 블레이드(420) 타단부 각각에 결합하여 상기 블레이드(420)들을 지지하며, 하류측 단부에 만곡된 역류 방지 밴드부(440)를 구비한다.

도 3을 참조하면, 상기 역류 방지 밴드부(440)는 상기 벨마우스(240)의 만곡형상과 대칭되는 형상으로, 상기 냉각팬 밴드부(430)와 상기 쉬라우드(200)의 하우징(210) 틈새 사이로 공기의 역류 유동을 방지하는 역할을 한다.

즉, 상기 역류 방지 밴드부(440)는, 상기 냉각팬(400)의 하류 주위의 압력보다 상대적으로 낮은 상기 하우징(210)과 냉각팬 밴드부(430)의 틈새로 공기가 유입되는 것을 방지하여, 틈새 유동 손실을 억제하고 유동 간섭에 의한 이산화 주파수 소음을 감소시킴과 동시에 냉각팬의 소요동력도 감소시킬 수 효과를 가져온다. 도 3에서 (+)는 상대적으로 압력이 높은 상태를, (-)는 상대적으로 압력이 낮은 상태를 나타낸다.

또한, 상기 쉬라우드(200)는 상기 벨마우스(240)와 상기 역류 방지 밴드부(430)를 적용함으로써 상기 하우징(210)과 상기 냉각팬 밴드부(430) 사이의 틈새를 최적간극으로 용이하게 형성할 수 있으며, 형상 또한 단순화 할 수 있어, 종래의 미국 등록특허 제 5489186호의 복잡한 구조와는 달리 그 구조가 간단하여 내구성 및 생산성을 향상시킴은 물론 소음을 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 냉각팬 밴드부(430)와 상기 하우징(210) 틈새 사이로는 압력의 차이로 인하여 공기가 스며 들어가는 불가피한 현상이 발생하게 된다. 이에, 상기 벨마우스(240)에는 상기 냉각팬 밴드부(430)와 상기 하우징(210) 사이의 틈새를 따라 원주방향으로 하나 또는 복수개의 압력공(260)이 관통 형성하여 압력이 불균일하게 분포된 것을 해소할 수 있다.

상세하게, 상기 압력공(260)은, 상기 하우징(210)과 상기 냉각팬 밴드부(430) 사이의 공간과 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 공기 유동시 상기 하우징(210)과 상기 냉각팬 밴드부(430) 사이의 공간에서 압력변화가 가장 심하게 나타나고 부압이 가장 많이 걸리는 부분이기 때문이다.

상기 압력공(260)은 도면에서 장공의 형상으로 되어 있으며, 복수개가 서로 이격되게 배치되어 있다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로, 상기 압력공(260)의 형상과 개수 및 형성위치 등은 설계에 따라 다양하게 변경 가능함은 물론이다.

도 4를 참조하여, 상기 스테이터(220)의 배치 구조를 살펴보기로 한다. 도면을 참조하면, 상기 쉬라우드(200)는, 상기 스테이터(220) 복수개가 방사상으로 이격되어 있되, 제1각도(θ1)로 서로 이격된 한 쌍의 스테이터(220)가 하나의 스테이터그룹(A)을 이루고, 상기 스테이터그룹(A)은 복수개로 스테이터그룹(A,B)끼리 제2각도(θ2)로 서로 이격되게 배치되어 있다.

여기서, 상기 스테이터그룹(A,B)간의 각도인 제2각도(θ2)는, 상기 스테이터그룹(A,B)에 따른 한 쌍의 스테이터(220) 각도인 상기 제1각도(θ1)의 2배 이상으로 하여, 그룹 내의 스테이터(220)간의 각도와 스테이터그룹(A,B)간의 각도를 상이하게 함으로써, 각각의 스테이터(220)로 봤을 때는 비규칙성을 이루고 있지만, 전체적으로는 규칙성을 갖도록 되어 있다.

이것은, 일반적으로 냉각팬(400)의 블레이드(420)가 회전하면서 협대역에서 BPF(Blade passing frequency)가 발생하고 이로 인한 이음으로 성가심과 불쾌감을 유발하는 것을 개선하기 위하여 냉각팬(400) 블레이드(420)를 비등간격으로 배열하기도 하는데, 상기 차량용 냉각팬 조립체(500)는 냉각팬(400)의 블레이드(420)를 등간격으로 배치하여도, 상기 스테이터(220)는 상기한 바와 같이 불규칙하면서도 규칙적으로 배열함으로써, 상기 블레이드(420)의 비등간격의 효과를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 차량용 냉각팬 조립체(500)는, 열교환기(100), 쉬라우드(200), 구동 모터(300) 및 냉각팬(400) 순으로 배치하고, 조립 결합함으로써 종래와 비교하여 열교환기(100)에서 냉각팬(400)의 최대 돌출 부분인 허브(410)까지 폭을 28.2%까지 대폭 축소할 수 있어, 엔진룸이라는 제약된 공간에서의 다른 부품들과의 간섭을 최대한 방지할 수 있어, 제품 설계의 자유도가 크다.

도 5는 도 1의 차량용 냉각팬 조립체와 비교예의 인가 전압 변화에 따른 성능 비교를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 1의 차량용 냉각팬 조립체와 비교예의 정격 전압에서의 소음 스펙트럼 비교를 나타낸 그래프이다. 우선, 여기서 도 5 및 도 6의 실시예는 열교환기(100), 쉬라우드(200), 구동 모터(300), 냉각팬(400) 순으로 배치된 도 1의 차량용 냉각팬 조립체(500)에 대한 것이며, 비교예는 기존의 열교환기, 냉각팬, 구동 모터, 쉬라우드 순으로 배치되어 조립되는 냉각팬 조립체에 관한 것이다.

먼저, 도 5는 인가 전압 변화에 따른 실시예와 비교예의 성능변화를 각각 나타낸 그래프로서, 상기 실시예는 기존의 비교예와 비교하여 성능면에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 여기서, 도면에서 Q는 시간당 공기유량(m³/h), SPL은 소음(dB[A]), N은 회전수(rpm) 및 I는 전류(A)를 나타낸다.

다음으로, 도 6은 실차 정격 전압(12V)에서의 실시예와 비교예의 스펙트럼을 각각 비교한 그래프로서, 이를 분석하면 상기 실시예는 비교예와 비교하여 200 ~ 800Hz 사이에서 유동의 교란에서 발생하는 광대역 소음이 감소되었으며, 유동이 각 구성의 간섭에 의해 피크가 발생하는 이산화주파수 성분의 발생 빈도수가 현격히 줄어들어 소음이 0.8dB(A)감소하는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 차량용 냉각팬 조립체(500)는, 폭이 감소된 상태에서도 성능에는 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.

따라서 상기 차량용 냉각팬 조립체(500)는, 폭을 감소시켜 제품 설계를 용이하게 하고, 기존의 잦은 설계변경에 따른 성능시험을 없앰으로써 생산성 및 경제성을 향상시키고 소음을 감소 시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명 되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 열교환기 110... 라디에이터
120... 콘덴서 200... 쉬라우드
210... 하우징 211... 통풍구
220... 스테이터 221... 스테이터 지지대
230... 모터 안착부 240... 벨마우스
250... 교란 방지부 260... 압력공
300... 구동 모터 400... 냉각팬
410... 허브 420... 블레이드
430... 냉각팬 밴드부 440... 역류 방지 밴드부
500... 냉각팬 조립체

Claims (8)

1. 차량용 콘덴서와 라디에이터를 포함하는 열교환기;
   상기 열교환기의 후방에 결합하고 중앙부에 통풍구가 마련된 쉬라우드와, 상기 통풍구 내주면에서 중앙 방향으로 연장되며 방사상으로 이격된 복수개의 스테이터와, 상기 복수개의 스테이터와 결합하는 모터 안착부를 포함하는 쉬라우드,
   상기 모터 안착부에 안착되는 구동 모터, 및 상기 구동 모터와 결합하여 상기 구동 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 냉각팬을 포함하고,
   상기 쉬라우드는, 유입되는 공기의 저항을 최소화하도록 상기 통풍구 전방에 원주방향을 따라 볼록하게 만곡된 벨마우스(Bellmouth)를 더 구비하는 차량용 냉각팬 조립체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 역류 방지 밴드부는 상기 벨마우스의 만곡형상과 대칭되는 형상이고,
   상기 벨마우스에는 상기 쉬라우드와 상기 냉각팬 밴드부 사이의 압력 불균형을 해소하기 위한 하나 또는 복수개의 압력공이 관통 형성된 차량용 냉각팬 조립체.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 쉬라우드는,
   상기 벨마우스와 일체로 결합하고, 상기 냉각팬 밴드부와 소정거리 이격되게 대면하는 하우징을 구비하고,
   상기 압력공은,
   상기 하우징과 상기 냉각팬 밴드부 사이의 공간과 연통되도록 형성된 냉각팬 조립체.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이터는,
   상기 벨마우스와 결합하는 스테이터 지지대가 구비되어 블레이드가 회전하면서 스테이터 지지대 주위의 유입되는 공기의 유동 교란을 방지하는 교란 방지부를 구비하는 차량용 냉각팬 조립체.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 교란 방지부는,
   상기 스테이터 지지대 방향으로 갈수록 넓어지는 삼각형상인 차량용 냉각팬 조립체.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 쉬라우드는,
   제1각도로 서로 이격된 한 쌍의 스테이터들로 이루어진 스테이터그룹 복수개가 제2각도로 서로 이격되게 배치되어 형성되는 차량용 냉각팬 조립체.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2각도는 상기 제1각도의 2배 이상인 차량용 냉각팬 조립체.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각팬은,
   상기 구동 모터의 회전축과 결합하는 허브와,
   일단부가 상기 허브에 결합하고, 상기 허브의 외주에 원주방향을 따라 방사상으로 배치되는 복수개의 블레이드와,
   링형상으로 상기 블레이드 타단부 각각에 결합하고, 하류측 단부에 만곡된 역류 방지 밴드부를 구비하는 냉각팬 밴드부를 포함하는 차량용 냉각팬 조립체.

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