KR20140131055A - 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치 - Google Patents

자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치 Download PDF

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이승훈
성호준
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히팅 및 쿨링 기능이 가능한 하나의 시스템 구성을 통하여, 동절기에는 스티어링 휠을 히팅하고, 하절기에는 쿨링시킬 수 있도록 한 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 스티어링 휠의 림 골격을 이루면서 열을 흡수하는 히트싱크와; 상기 히트싱크의 외주부에 장착되어, 전원 인가시 일면은 발열 작동되는 동시에 타면은 냉각 작동을 하는 열전소자와; 상기 히트싱크의 외주면에 감싸여지되, 소자를 제외하고 감싸여지는 단열재와; 상기 단열재의 외면에 감싸여져, 소자의 발열시 히팅되거나, 냉각 작동시 쿨링되는 열전달 시트와; 상기 열전달 시트의 외면에 차례로 감싸여지는 패드 및 커버부재; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치를 제공한다.

Description

자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치{Heating and cooling system for steering wheel of vehicle}
본 발명은 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히팅 및 쿨링 기능이 가능한 하나의 시스템 구성을 통하여, 동절기에는 스티어링 휠을 히팅하고, 하절기에는 쿨링시킬 수 있도록 한 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 운전석 전면에는 차량의 조향을 위한 스티어링 휠이 배치되어 있으며, 최근에는 동절기시 유용하게 사용할 수 있도록 스티어링 휠의 가죽 안에 열선을 깔아 발열시키는 편의 기능이 구비되어 있다.
상기 스티어링 휠에 열선이 내장된 종래기술로서, 한국 공개특허공보 공개번호 제2011-38291호 및 제2004-80196호 등에는 스티어링 휠에 열선을 내장한 상태에서 컨트롤러 및 스위치에 의한 전원을 인가하여 열선을 발열시킴으로써, 동절기에도 스티어링 휠을 따뜻한 상태로 유지시킬 수 있는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 겨울철에 스티어링 휠이 열선에 의하여 히팅되도록 하여 운전 초기에 운전자의 손이 시려운 불편함을 해소할 수 있는 장점은 있으나, 열선이라는 구조로 인하여 겨울철과 대비되는 여름철에는 전혀 필요 없는 기능이 되는 단점도 있다.
실제로, 여름철에 차량을 장시간 야외 주차하는 경우, 실내로 들어오는 직사광선에 의하여 스티어링 휠의 상단부는 약 90℃ 가까이 상승하게 되므로, 운전 초기에 운전자가 스티어링 휠을 잡을 때 불편함을 느낄 수 밖에 없다.
따라서, 겨울철에는 스티어링 휠에 대한 히팅이 필요하고, 여름철에는 반대 개념인 쿨링 기능이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 겨울철에는 스티어링 휠을 히팅시키는 히팅장치와, 반대로 여름철에는 스티어링 휠을 쿨링시키는 쿨링장치를 하나의 구조로 모듈화하여, 스티어링 휠에 대한 히팅 및 쿨링이 모두 가능하도록 한 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 스티어링 휠의 림 골격을 이루면서 열을 흡수하는 히트싱크와; 상기 히트싱크의 외주부에 장착되어, 전원 인가시 일면은 발열 작동되는 동시에 타면은 냉각 작동을 하는 소자와; 상기 히트싱크의 외주면에 감싸여지되, 소자를 제외하고 감싸여지는 단열재와; 상기 단열재의 외면에 감싸여져, 소자의 발열시 히팅되거나, 냉각 작동시 쿨링되는 열전달 시트와; 상기 열전달 시트의 외면에 차례로 감싸여지는 패드 및 커버부재; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 스티어링 휠의 림 골격을 이루는 히트싱크에는 그 원주방향을 따라 단열재쪽으로 개방된 열 순환통로 또는 밀폐된 열 순환통로가 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 스티어링 휠의 스포크부에는 히트싱크의 열 순환통로와 연통되는 강제순환통로가 형성되고, 강제순환통로에는 뜨거운 기체를 림에서 빼주는 동시에 차가운 기체를 림의 열 순환통로로 불어 넣는 1개 또는 2개 이상의 블로워모터가 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열전달 시트는 알루미늄 프로파일로 채택된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치는 상기 소자를 비롯한 블로워모터를 동작시키기 위한 스위치와, 스티어링 휠의 온도 및 열량을 감지하는 센서와, 스티어링 휠의 히팅 또는 쿨링 시간을 설정하는 시간설정부와, 스위치 온 작동시, 시간설정부의 설정 시간 동안 소자 및 블로워모터에 전원을 인가하거나 스티어링 휠의 온도 및 열량 수준에 따라 소자 및 블로워모터에 전원을 인가하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 겨울철에 스티어링 휠을 히팅할 수 있을 뿐만 아니라, 여름철 직사광선에 노출되어 뜨거워진 스티어링 휠을 냉각시켜 줌으로써, 운전자 편의성을 증대시킬 수 있으며, 스티어링 휠의 쿨링과 히팅을 동시에 대응할 수 있어 여름철과 겨울철에 선택적으로 사용하여 그 사용 효율을 높을 수 있는 효용성이 있다.
즉, 여름철에 스티어링 휠의 림 표면의 온도를 떨어뜨려 줌으로써, 스티어링 휠의 파지 용이성을 제공하는 동시에 화상(저온화상 포함)의 위험을 방지할 수 있으며, 스티어링 휠의 고온으로 손에 땀이 차서 발생하는 불쾌감을 없앨 수 있다.
또한, 하나의 모듈화된 시스템으로 쿨링 및 히팅 기술을 동시에 구현하여 조립 패키지성을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 디자인 및 설계 자유도도 향상시킬 수 있다.
또한, 하나의 시스템으로 쿨링 및 히팅을 동시에 구현함으로써, 각각 별개로 구현할 때보다 부품수 및 비용 등을 줄일 수 있다.
또한, 별도의 열선 없이 스티어링 휠을 가열할 수 있어, 열선 도드라짐에 따른 핸들 그립감 저하를 방지할 수 있고, 부수적으로 천공 형태 커버부재를 필요로 하는 통풍 형태가 아니므로 천공에 따른 품질 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치를 나타낸 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치를 나타낸 일부 단면 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 휠의 쿨링 동작을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치에 사용되는 히트싱크의 구조예를 나타낸 단면도,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치의 제어도,
도 8은 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치의 열전소자가 휠에 구성된 예를 나타낸 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 히팅 및 쿨링 기능을 겸비한 하나의 시스템화된 히팅 앤 쿨링(heating & cooling) 장치를 스티어링 휠내에 내장시켜서, 겨울철에는 스티어링 휠을 히팅시키고, 여름철에는 직사광선에 노출되어 뜨거워진 스티어링 휠을 냉각킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1 및 도 2를 참조하면, 스티어링 휠(10)은 운전자가 손으로 쥘 수 있는 원형 링 형상의 림(12)과, 림(12)의 내경부 간에 연결되어 혼(horn) 및 리모콘 스위치 등이 설치되는 스포크부(14)로 구분되어 있다.
상기 스티어링 휠(10)의 림(12) 내부에는 림의 골격을 이루는 동시에 열을 흡수하는 금속 재질의 히트싱크(20)가 내설된다.
또한, 상기 히트싱크(20)의 외주부에는 전원 인가시 일면은 발열 작동되는 동시에 타면은 냉각 작동을 하는 소자(30)로서 열전소자가 부착된다.
또한, 상기 히트싱크(20)의 외주면에는 소자(30)를 제외하고 시트 형태의 단열재(40)로 감싸여지고, 이 단열재(40)의 외면에는 냉기 또는 열을 전달할 수 있는 열전달 시트(50)가 감싸여지며, 바람직하게는 열전달 시트(50)의 일례로서 알루미늄 프로파일을 이용할 수 있다.
상기 히트싱크(20)는 열을 흡수하여 순환시킬 수 있는 구조로 구비되는 바, 그 원주방향을 따라 단열재(40)쪽으로 개방된 구조의 열 순환통로(22)가 형성되거나, 내부가 밀폐된 열 순환통로(2)가 형성된다.
상기 소자(30)는 열전소자로서, 직류전원을 공급하면 한쪽은 냉각되고 반대쪽은 발열되는 열전재료의 특성을 이용한 것으로 널리 알려져 있으며, 열전재료에 직류전원의 전류 방향을 바꾸어주면서 공급하면 열전재료의 일면이 냉각 또는 가열됨으로써, 결국 상기 알루미늄 프로파일로 채택된 열전달 시트(50)가 냉각되어 차가워지거나 가열되어 따뜻해지게 된다.
상기 단열재(40)는 소자(30)에서 생성된 열과 냉기를 내외부로 분리시켜주는 기능을 하며, 예를 들어 열전소자(30)의 외면이 발열되는 동시에 내면이 냉각되면, 발열에 의한 열과 냉각에 의한 냉기가 서로 혼합되지 않게 구분해주는 기능을 한다.
한편, 상기 열전달 시트(50)의 외면에는 핸들 그립감 향상을 위한 패드(60)가 감싸여지고, 패드(60)의 외면에는 스티어링 휠(10)의 최외층을 이루는 커버부재(62)가 감싸여지며, 바람직하게는 커버부재(62)는 가죽 외에 폴리우레탄, 우드그레인, 리얼 우드 등으로 채택될 수 있다.
따라서, 첨부한 도 3에서 보듯이 상기 소자(30)에 직류전원이 인가되면, 소자(30)의 내면이 발열되는 동시에 외면이 냉각되어 단열재(40) 내부의 히트싱크(20) 방향으로 열이 배출되고, 단열재(40) 외부의 열전달 시트(50)로 냉기가 배출된다.
연이어, 상기 열전달 시트(50)인 알루미늄 프로파일로 전달된 냉기는 림의 표면 즉, 패드(60)와 커버부재(62)로 전달되는 동시에 운전자의 손에 차가운 느낌이 전달된다.
즉, 여름철에 직사광선에 의하여 달구어진 스티어링 휠이 냉각되어 운전자가 시원한 느낌을 느끼면서 편안하게 스티어링 휠을 조작할 수 있다.
이때, 상기 소자(30)로부터 발열된 열은 히트싱크(20)에서 흡수하여 방열되는 동시에 히트싱크(20)의 열 순환통로(22)를 따라 순환되어 자연 냉각된다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 스티어링 휠(10)의 스포크부(14)에는 히트싱크(20)의 열 순환통로(22)와 연통되는 강제순환통로(16)가 형성된다.
또한, 스티어링 휠에 대한 냉각 효율을 보다 향상시키기 위하여 상기 스포크부(14)의 내부에 형성된 강제순환통로(16)에는 뜨거운 기체를 림(12)의 열 순환통로(22)에서 빼주는 동시에 차가운 기체를 림(12)의 열 순환통로(22)로 불어 넣는 1개 또는 2개 이상의 블로워모터(18)가 장착된다.
따라서, 상기 블로워모터(18)의 구동에 따른 팬의 회전시, 림의 내부 즉, 히트싱크(20)의 열 순환통로(22)로 배출된 소자(30)로부터의 열이 열 순환통로(22)로부터 스포크부(14)의 강제순환통로(16)로 흡입된 후, 다시 열 순환통로(22)로 강제 순환된다.
즉, 상기 블로워모터(18)는 하나를 사용하여 열 순환통로(22)로부터 소자에 의한 뜨꺼운 기체를 강제순환통로(16)로 빼내어 자연 냉각되도록 하고, 냉각된 기체를 강제순환통로(16)로부터 열 순환통로(22)로 불어넣어 줌으로써, 스티어링 휠에 대한 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
또는, 상기 블로워모터(18)를 두 개 사용하여, 하나는 열 순환통로(22)로부터 소자에 의한 뜨꺼운 기체를 강제순환통로(16)로 빼내어주는 역할을 하고, 다른 하나는 강제순환통로(16)로 빼내어진 뜨거운 기체를 외부로 배출시키는 송풍 기능을 하도록 함으로써, 스티어링 휠에 대한 냉각 효율을 보다 증대시킬 수 있다.
한편, 상기에서는 스티어링 휠이 냉각되는 과정을 설명하였지만, 직류 전원의 전류 방향을 반대로 바꿔주면, 소자(30)의 외면이 발열되는 동시에 내면이 냉각 작용을 하여, 결국 겨울철에 운전자의 손 시려움을 방지할 수 있도록 스티어링 휠이 따뜻해지게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 소자(30) 및 블로워모터(18)를 제어하는 수단으로서, 소자(30) 및 블로워모터(18)의 온/오프를 위한 스위치(70)와, 스티어링 휠(10)의 온도 또는 열량을 감지하는 센서(72)와, 스티어링 휠(10)의 히팅 또는 쿨링 시간을 설정하는 시간설정부(74)를 포함하고, 또한 스위치(70) 온 작동시 시간설정부(74)의 설정 시간 동안 소자(30) 및 블로워모터(18)에 전원을 인가하거나, 스티어링 휠(10)의 온도 또는 열량 수준에 따라 소자(30) 및 블로워모터(18)에 전원을 인가하는 컨트롤러(76)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 상기 스위치(70)를 온 시키면 시간설정부(74)에서 설정된 시간 동안 컨트롤러(76)에서 소자(30) 및 블로워모터(18)에 직류전원을 인가하고, 일정 시간 후에는 전원을 차단시키는 제어를 하게 되며, 이렇게 소자(30) 및 블로워모터(18)에 대한 작동 시간을 제한하는 것은 여름철 차량 탑승시 에어컨이 가동되는 것을 고려한 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 스위치(70)를 온 시키면, 센서(72)의 측정값(온도센서의 온도 측정값 내지 열량계 센서의 열량 측정값)이 컨트롤러(76)로 입력되고, 온도 또는 열량이 기준범위를 벗어나면 컨트롤러(76)에서 소자(30) 및 블로워모터(18)에 직류전원을 인가함으로써, 상기와 같이 소자 및 블로워모터에 의한 스티어링 휠의 쿨링 또는 히팅이 이루어진다.
이때, 스티어링 휠의 쿨링 또는 히팅에 따라, 스티어링 휠의 온도 또는 열량이 기준범위내에 들면 컨트롤러(76)에서 컨트롤러(76)에서 소자(30) 및 블로워모터(18)에 직류전원을 차단하는 제어를 한다.
도 7은 또 다른 제어 방법을 나타낸 것으로서, 차량의 시동을 걸면 제어 시스템이 자동으로 작동하는 점에 특징이 있다.
즉, 차량의 시동을 걸면, 스티어링 휠에 대한 센서(72)의 측정값(온도센서의 온도 측정값 내지 열량계 센서의 열량 측정값)이 컨트롤러(76)로 입력되고, 온도 또는 열량이 기준범위를 벗어나면 컨트롤러(76)에서 소자(30) 및 블로워모터(18)에 직류전원을 인가하여 스티어링 휠의 쿨링 또는 히팅이 이루어진다.
이때, 상기 스티어링 휠의 쿨링 또는 히팅후, 스티어링 휠의 온도가 설정온도보다 높으면 소자(30) 및 블로워모터(18)에 직류전원을 인가하여 스티어링 휠에 대한 히팅 또는 냉각을 하고, 설정온도 이하가 되면 작동을 멈추고 대기하도록 한다.
이와 같이, 히트 싱크 및 열전소자, 단열재, 블로워모터 등을 스티어링 휠에 내장하여, 겨울철에는 스티어링 휠을 히팅할 수 있을 뿐만 아니라, 여름철에는 직사광선에 노출되어 뜨거워진 스티어링 휠을 용이하게 냉각시켜 줄 수 있다.
10 : 스티어링 휠
12 : 림
14 : 스포크부
16 : 강제순환통로
18 : 블로워모터
20 : 히트싱크
22 : 열 순환통로
30 : 소자
40 : 단열재
50 : 열전달 시트
60 : 패드
62 : 커버부재
70 : 스위치
72 : 센서
74 : 시간설정부
76 : 컨트롤러

Claims (6)

  1. 스티어링 휠(10)의 림(12) 골격을 이루면서 열을 흡수하는 히트싱크(20)와;
    상기 히트싱크(20)의 외주부에 장착되어, 전원 인가시 일면은 발열 작동되는 동시에 타면은 냉각 작동을 하는 소자(30)와;
    상기 히트싱크(20)의 외주면에 감싸여지되, 소자(30)를 제외하고 감싸여지는 단열재(40)와;
    상기 단열재(40)의 외면에 감싸여져, 소자(30)의 발열시 히팅되거나, 냉각 작동시 쿨링되는 열전달 시트(50);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스티어링 휠(10)의 림(12) 골격을 이루는 히트싱크(20)에는 그 원주방향을 따라 단열재(40)쪽으로 개방된 열 순환통로(22) 또는 밀폐된 열 순환통로(2)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 스티어링 휠(10)의 스포크부(14)에는 히트싱크(20)의 열 순환통로(22)와 연통되는 강제순환통로(16)가 형성되고, 강제순환통로(16)에는 뜨거운 기체를 림(12)에서 빼주는 동시에 차가운 기체를 림(12)의 열 순환통로(22)로 불어 넣는 1개 또는 2개 이상의 블로워모터(18)가 장착된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전달 시트(50)는 알루미늄 프로파일로 채택된 것임을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소자(30)를 비롯한 블로워모터(18)를 동작시키기 위한 스위치(70)와,
    스티어링 휠(10)의 온도 또는 열량을 감지하는 센서(72)와,
    스티어링 휠(10)의 히팅 또는 쿨링 시간을 설정하는 시간설정부(74)와,
    스위치(70) 온 작동시, 시간설정부(74)의 설정 시간 동안 소자(30) 및 블로워모터(18)에 전원을 인가하거나, 스티어링 휠(10)의 온도 또는 열량 수준에 따라 소자(30) 및 블로워모터(18)에 전원을 인가하는 컨트롤러(76);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전달 시트(50)의 외면에 차례로 감싸여지는 패드(60) 및 커버부재(62)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 히팅 및 쿨링 장치.
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