KR20170016295A

KR20170016295A - 전기 압축기

Info

Publication number: KR20170016295A
Application number: KR1020160097016A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 백; 니콜라이 슈묄쳐; 게어르트 슐라거
Original assignee: 마그나 파워트레인 게엠베하 운트 코 카게
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2017-02-13
Also published as: US20170037872A1; DE102015214785B3; US10378555B2; CN106402030A; CN106402030B

Abstract

가스 압축용, 특히 자동차용 전기 압축기(16)는 압축기 휠(17), 전기 모터(18), 제어 유닛(1) 및 하우징(2)을 포함하며, 압축기 휠(17)은 전기 모터(18)에 의해 구동될 수 있고, 전기 모터(18)는 제어 유닛(1)에 의해 제어될 수 있으며, 하우징(2)은 제어 유닛(1)을 수용하기 위한 적어도 하나의 개방 단부(3)를 갖고, 하우징(2)은 개방 단부(3)의 내주에 적어도 하나의 리세스(4)를 가지며, 리세스(4)는 하우징 내부(5) 방향으로 개방되도록 설계되고, 제어 유닛(1)은 하우징(1)의 개방 단부(3)와 내주의 리세스(4)를 폐쇄하는 방식으로 하우징(2)에 삽입될 수 있다.

Description

전기 압축기{ELECTRIC COMPRESSOR}

본 발명은 가스 압축용, 특히 자동차용 전기 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 분야에서의 압축기는 자동차의 내연 기관의 출력 및 효율을 향상시키고자 하는 욕구와 특히 연관된다.

압축기의 아마도 가장 잘 알려진 실시예 중 하나는 배기 터보차저이다. 배기 터보차저는 주변 공기 또는 주변 공기/배기 가스 혼합물을 압축하여 이 연소 공기를 과잉 압력으로 실린더에 공급함으로써, 내연 기관의 실린더에서 충분한 양의 연소 공기를 확보하기 위해 사용된다.

일반적으로, 배기 터보차저는 배기 터빈과 압축기 휠로 구성되며, 배기 터빈과 압축기 휠은 공통 샤프트 상에 배치된다. 배기 터빈은 내연 기관으로부터 나온 배기 가스의 열과 운동 에너지를 회전 에너지로 변환한다. 이 회전 에너지는 공통 샤프트를 통해 압축기 휠로 전달된다. 압축기 휠에 의해, 주변 공기 또는 주변 공기와 배기 가스의 혼합물이 흡인되어 압축된다. 이에 따라, 내연 기관의 실린더에서 동일한 온도에 대해 더 높은 작동 압력을 달성하는 것이 가능해진다.

내연 기관 측에서 유입되어 배기 터빈을 구동하는 배기 가스가 충분히 존재하기만 하면, 흡기 측에 과잉 압력을 야기하기에는 회전 속도만으로도 충분하다. 그러나, 자동차를 가속할 때, 예컨대, (심지어) 비교적 빠른 회전 속도에서 터보가 지연 응답할 수 있으며-이러한 상태는 "터보 래그"로서 일반적으로 알려져있다.

터보 래그의 발생에 대응하기 위한 많은 접근법이 있다. 예컨대, 배기 터빈을 소형화함으로써 그 관성을 저감할 수 있다. 이는 터보의 효율을 저하시키지만, 배기 터빈이 심지어 약한 배기 가스 흐름에 의해서도 구동될 수 있다.

이러한 맥락에서 또 다른 접근법은 (추가적인) 전기적으로 구동되는 압축기(전기 압축기)를 사용하는 것이며, 예컨대, 상기 압축기는 내연 기관의 배기 가스 흐름과 무관하게 작동하는 것이다.

국제 공보 WO 99/10654는 전기적으로 구동되는 압축기를 개시하고 있으며, 예컨대, 압축기와 전기 구동 모터는 샤프트 상에 서로 동축으로 배치되며 공통 하우징 내에 수용된다. 특히, 여기서의 주된 목적은 가능한 한 소형 구조의 압축기를 명시하는 것이다.

안전하고 고장 없는 전기 모터의 동작을 보장할 수 있기 위해서는, 제어 유닛의 고장 없는 동작이 특히 필수적이며, 이는 결국 제어 유닛 또는 제어 유닛의 전자 모듈의 충분한 냉각을 수반한다. 여기서의 주된 고려 사항은 제작하는데 상당한 추가 비용 없이 가능한 한 많은 공간을 절약할 수 있는 방식으로 전기 압축기의 제어 유닛의 전자 모듈을 냉각하고자 하는 욕구이다.

전자 부품을 냉각하는 다양한 접근법이 종래 기술로부터 공지되어 있다.

따라서, 문헌 DE 10 2007 005 233 A1은, 예컨대, 기판상에 배치된 적어도 하나의 반도체 칩을 갖고 외부로 이어지는 전기 접속부를 가진 파워 모듈을 개시하고 있다. 기판상에 배치된 반도체 칩과 일부 접속부는 긴밀한 열 접촉을 제공하기 위해, 외부에 대해 밀봉된 열 전도성이 양호한 전기 절연 물질로 연결된다. 이 물질은, 외부로 이어지는 접속부 측을 제외하고, 냉각 매체에 연결될 수 있는 평평한 구조 요소가 형성되도록 하는 방식으로, 기판과 반도체 칩 주변에 배치된다. 여기서는, 파워 모듈이 냉각 덕트에 삽입될 수 있도록 하기 위해 열 전도성 물질로 파워 모듈 전체를 감싸고 기밀 밀봉하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 제작하는데 상당한 추가 비용 없이 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하는 전술한 유형의 전기 압축기를 명시하는 것이다.

이 목적은 가스 압축용, 특히 자동차용 전기 압축기에 의해 달성되며, 상기 전기 압축기는 압축기 휠, 전기 모터, 제어 유닛 및 하우징을 포함하며, 압축기 휠은 전기 모터에 의해 구동될 수 있고, 전기 모터는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있으며, 하우징은 제어 유닛을 수용하기 위한 적어도 하나의 개방 단부를 갖고, 하우징은 개방 단부의 내주에 적어도 하나의 리세스를 가지며, 리세스는 하우징 내부 방향으로 개방되도록 설계되고, 제어 유닛은 하우징의 개방 단부와 내주의 리세스를 폐쇄하는 방식으로 하우징에 삽입될 수 있다.

본 발명에 따른 전기 압축기는 압축기 휠, 전기 모터, 제어 유닛 및 하우징을 갖는다.

본 발명에 따르면, 전기 모터는 압축기 휠을 구동하는 역할을 한다.

전기 모터는 회전자와, 적어도 하나의 고정자 권선을 구비한 고정자를 갖는다.

전기 모터의 회전자는, 바람직하게, 샤프트 상에서 공동 회전하도록 배치되고/또는 샤프트와 일체로 형성된다.

압축기 휠은, 바람직하게, 샤프트 상에서 공동 회전하도록 배치되고/또는 샤프트와 일체로 형성된다.

전기 모터에 의해 발생된 회전 에너지는 공통 샤프트를 통해 압축기 휠로 전달된다.

제어 유닛은 전기 모터를 위한 파워 및 신호 전자 장치를 형성하고, 바람직하게, 다양한 전자 모듈, 예컨대, 커패시터, 반도체 칩 등이 그 위에 배치될 수 있는 회로 기판을 포함한다.

그러나, 위에 배치된 다양한 전자 모듈을 포함한 회로 기판이 외부 제어 모듈로 구현되는 경우, 제어 유닛은 플러그 커넥터를 의미하는 것으로 간주될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 전기 모터는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있으며, 전기 모터와 제어 유닛 사이의 전기 접속은 적어도 하나의 접속 요소를 통해 이루어진다.

하우징은 제어 유닛을 수용하기 위한 적어도 하나의 개방 단부를 갖는다.

본 발명에 따르면, 하우징은 개방 단부의 내주에 적어도 하나의 리세스를 가지며, 리세스는 하우징 내부 방향으로 개방되도록 설계된다.

본 발명에 따르면, 제어 유닛은 한편으로는 하우징의 개방 단부를, 다른 한편으로는 내주의 리세스를 폐쇄하는 방식으로 하우징에 삽입될 수 있다.

제어 유닛으로 리세스를 폐쇄함으로써, 특히, 간단한 방식으로, 폐쇄 덕트, 특히 냉각 덕트를 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 발전이 종속항, 상세한 설명 및 첨부 도면에 표시되어 있다.

특히 바람직한 옵션으로서, 하우징의 내주의 리세스를 통해 냉각 유체, 예컨대, 냉각 액체 또는 냉각 가스의 흐름이 있을 수 있다.

제어 유닛에 의해 폐쇄된 리세스를 통한 냉각 유체의 흐름에 의해, 간단한 방식으로 제어 유닛의 충분한 냉각이 달성된다. 제어 유닛은 냉각 회로에 적어도 부분적으로 직접 통합된다.

제어 유닛은, 바람직하게, 특히 제어 유닛이 리세스를 폐쇄하는 지점 및/또는 지점들에서, 재킷에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다.

재킷은, 바람직하게, 열 전도성이 양호한 물질로 구성된다.

더욱이, 재킷의 물질은, 바람직하게, 전기 절연체이고, 유밀(fluid tight)하다.

재킷의 물질은, 바람직하게, 고분자 물질이며, 특히 열경화성이다.

하우징은 개방 단부의 영역에서 하우징의 내측이 실질적으로 원통형으로 설계된 것이 바람직하다.

하우징의 종축을 따르는 방향에 대하여, 리세스의 전후에, 하우징은 바람직하게 적어도 하나의 환형 그루브를 각각 갖는다. 환형 그루브들은 바람직하게 각각 시일 요소를 수용하는 역할을 한다.

리세스의 전후에 시일 요소를 배치함으로써, 특히 유밀 냉각 구조가 제어 유닛을 위해 제공된다.

본 발명에 따른 전기 압축기의 하우징은 바람직하게 단일 부품 또는 다중 부품 구조이다.

본 발명에 따른 전기 압축기의 유리한 일 실시예에서, 전기 압축기의 전기 모터는 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치된다.

리세스 및 그에 따른 냉각 덕트의 본 발명에 따른 설계를 통해, 전기 압축기 및 특히 전기 압축기의 제어 유닛의 신뢰할 수 있는 동작이 보장되는 한편, 조립체가 가능한 한 콤팩트하며 구성 요소 면에서 가능한 한 최적화된다.

전기 모터를 제어하는 실제 기능 이외에, 제어 유닛은 하우징 커버의 기능과 하우징의 개방 단부의 내주의 리세스를 위한 폐쇄 요소의 기능을 추가로 수행한다.

제어 유닛에 의해 폐쇄되는 내주의 리세스에 의해, 간단하면서도 저렴한 방식으로 본 발명에 따른 전기 압축기의 제어 유닛을 위해 통합된 냉각을 달성하는 것이 가능하다.

도면에 나타낸 예시적인 실시예를 참조하여, 이하에서는 본 발명을 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 압축기의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 전기 압축기의 사시도이다.
도 3은 전기 압축기의 하우징의 사시도이다.
도 4는 전기 압축기의 제어 유닛이 삽입된 하우징의 종단면도이다.
도 5는 전기 압축기의 제어 유닛이 삽입된 하우징의 평면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 전기 압축기(16)의 종단면도이다.

전기 압축기(16)는 압축기 휠(17), 전기 모터(18), 제어 유닛(1) 및 하우징(2)을 갖는다.

전기 모터(18)는 제어 유닛(1)에 의해 제어될 수 있으며, 압축기 휠(17)을 선택적으로 구동하기 위한 역할을 한다.

압축기 휠(17)과 전기 모터(18)는 공통 샤프트(19) 상에 동축으로 배치되며, 샤프트(19)는 전기 압축기(16)의 중앙 종축(8)을 따라 형성된다.

압축기 휠(17)은 압축기 휠 하우징(20) 내에 배치된다.

제1 압축기 휠 하우징부(21)와 제2 압축기 휠 하우징부(22)가 함께 결합되어 압축기 휠 하우징(20)이 형성된다.

전기 모터(18)는 내부-회전자 전기 모터로서 설계되고, 영구 자석(24)을 구비한 회전자(23)와 고정자 권선(26)을 구비한 고정자(25)를 갖는다.

전기 모터(18)는 압축기 휠(17)을 구동하는 역할을 한다.

전기 모터(18)의 회전자(23)는 샤프트(19)와 일체로 형성된다.

압축기 휠(17)은 샤프트(19) 상에서 공동 회전하도록 배치된다.

전기 모터(18)에 의해 발생된 회전 에너지는 공통 샤프트(19)를 통해 압축기 휠(17)로 전달된다.

제어 유닛(1)은 전기 압축기(16)의 중앙 종축(8)을 따라 전기 모터(18)와 동축으로 배치되고, 적어도 하나의 접속 요소에 의해, 전기 모터(18)에, 보다 구체적으로는 전기 모터(18)의 고정자(25)의 고정자 권선(26)에 전기적으로 접속된다.

전기 모터(18)는 하우징(2) 내에 배치된다.

이에 따라, 하우징(2)과 압축기 휠 하우징(20)은 전체 압축기 하우징(28)을 형성한다(도 2).

도 2는 도 1의 종단면도에 나타낸 본 발명에 따른 예시적인 전기 압축기(16)의 사시도이며, 여기서, 압축기 휠 하우징(20)의 제1 압축기 휠 하우징부(21)에 압축기 가스 입구(29)와 압축기 가스 출구(30)가 형성된다.

또한, 전기 압축기(16)의 압축기 하우징(28)을 형성하는 압축기 휠 하우징(20)과 하우징(2)으로 이루어진 조립체를 볼 수 있다.

압축기 휠 하우징(20)은 전기 압축기(16)의 하우징(2)과 일체로 형성될 수도 있다.

도 3은 전기 압축기(16)의 하우징(2)의 사시도이다.

하우징(2)은 제어 유닛(1)을 수용하기 위한 적어도 하나의 개방 단부(3)를 갖는다.

개방 단부(3)의 영역에서, 하우징(2)은 하우징의 내측(7)이 실질적으로 원통형으로 설계되어 있다.

개방 단부(3)에서, 하우징(2)은 내주에 적어도 하나의 리세스(4)를 가지며, 리세스(4)는 하우징(2)의 내부(5) 방향으로 개방되도록 설계되어 있다.

리세스(4)는 하우징의 내측(7)을 따라 환형 형상으로 설계되어 있다.

하우징(2)의 종축(8)을 따르는 방향에 대하여, 리세스(4)의 전후에, 하우징(2)은 환형 그루브(9)를 각각 갖는다.

각각의 환형 그루브(9)에는 환형인, 완전히 원형인 시일 요소(10)가 배치된다(도 4).

도 4는 제어 유닛(1)이 삽입된 전기 압축기(16)의 하우징(2)의 종단면도이다.

제어 유닛(1)은 한편으로는 하우징(2)의 개방 단부(3)를 폐쇄하고, 다른 한편으로는 내주의 리세스(4)를 폐쇄하는 방식으로 하우징(2)에 삽입된다.

환형 그루브(9)에서 시일 요소(10)에 의한 밀봉은 제어 유닛(1)과 시일 요소(10)의 상호 작용을 통해 이루어진다.

도 4에서는, 하우징(2)의 종축(8)을 따르는 방향에 대하여, 리세스(4)의 전후에, 시일 요소(10)가 내부에 각각 배치되는 그루브(9)가 형성됨으로써, 삽입된 제어 유닛(1)에 의해 리세스(4) 앞에 제1 밀봉 영역(14)이 형성되고 리세스(4) 뒤에 제2 밀봉 영역(15)이 형성되는 것을 볼 수 있다.

하우징(2)의 내주의 리세스(4)는 냉각 유체의 흐름을 가능하게 하도록 설계된다.

이러한 구성에서, 냉각 유체는 냉각 유체 입구(11)를 통해 하우징의 리세스(4)로 유입된 후 냉각 유체 출구(12)를 통해 하우징(2)의 리세스(4)를 다시 빠져나간다(도 5).

고려된 예시적인 실시예에서, 제어 유닛(1)은 접점(13)을 제외하고 재킷(6)에 의해 거의 완전히 둘러싸인다(도 4, 도 5).

특히, 제어 유닛(1)은 제어 유닛(1)이 리세스(4)를 폐쇄하는 영역에서 재킷(6)에 의해 둘러싸인다.

1: 제어 유닛
2: 하우징
3: (하우징의) 개방 단부
4: 리세스
5: 하우징 내부
6: 재킷
7: 하우징 내측
8: 종축
9: 그루브
10: 시일 요소
11: 냉각 유체 입구
12: 냉각 유체 출구
13: 접점
14: 제1 밀봉 영역
15: 제2 밀봉 영역
16: 전기 압축기
17: 압축기 휠
18: 전기 모터
19: 샤프트
20: 압축기 휠 하우징
21: 제1 압축기 휠 하우징부
22: 제2 압축기 휠 하우징부
23: 회전자
24: 영구 자석
25: 고정자
26: 고정자 권선
27: 접속 요소
28: 압축기 하우징
29: 압축기 가스 입구
30: 압축기 가스 출구

Claims

- 압축기 휠(17),
- 전기 모터(18)로서, 압축기 휠(17)은 전기 모터(18)에 의해 구동될 수 있는, 전기 모터,
- 제어 유닛(1)으로서, 전기 모터(18)는 제어 유닛(1)에 의해 제어될 수 있는, 제어유닛, 및
- 하우징(2)으로서, 제어 유닛(1)을 수용하기 위한 적어도 하나의 개방 단부(3)를 가진 하우징을 포함하는, 가스 압축용 전기 압축기(16)에 있어서,
하우징(2)은 개방 단부(3)의 내주에 적어도 하나의 리세스(4)를 가지며, 리세스(4)는 하우징 내부(5) 방향으로 개방되도록 설계되고, 제어 유닛(1)은 하우징(1)의 개방 단부(3)와 내주의 리세스(4)를 폐쇄하는 방식으로 하우징(2)에 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).
제1항에 있어서, 하우징(2)의 내주의 리세스(4)를 통한 냉각 유체의 흐름이 존재할 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 유닛(1)은 재킷(6)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 재킷(6)은 열 전도성이 양호한 물질로 구성된 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).
제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(2)은 개방 단부(3)의 영역에서 하우징의 내측(7)이 실질적으로 원통형으로 설계된 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).
제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(2)의 종축(8)을 따라 리세스(4)의 전후에, 시일 요소(10)를 수용하기 위한 적어도 하나의 환형 그루브(9)가 각각 형성된 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).
제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(2)은 단일 부품 또는 다중 부품 구조인 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).
제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 압축기(16)의 전기 모터(18)는 하우징(2) 내에 적어도 부분적으로 배치된 것을 특징으로 하는, 전기 압축기(16).