KR20200103398A

KR20200103398A - 쿨링팬

Info

Publication number: KR20200103398A
Application number: KR1020190021822A
Authority: KR
Inventors: 정민교; 김병국; 박성준; 박희권; 백충재; 심성운
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-09-02
Also published as: KR102647528B1

Abstract

본 발명은 쿨링팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명의 쿨링팬은 고전압을 연결하기 위한 고전압커넥터에 인터락 구조가 형성되며, 모터제어부에 인터락감지부를 포함하여 커넥터 탈거를 빠르게 확인할 수 있으며, 별도의 와이어를 이용하지 않고, CAN 통신부를 통해 차량측으로 전송하여 구성을 간소화하면서도 안전성을 보다 높인 쿨링팬을 제공하는 것이다.

Description

쿨링팬{COOLING FAN}

차량의 엔진룸 전방에는 라디에이터나 응축기 등의 열교환기들이 구비되며, 상기 열교환기들에서는 주변의 공기와 열교환기 내부의 열교환매체 사이에 열교환이 발생된다. 이 때, 상기 열교환기의 방열 효율을 높이기 위하여 상기 열교환기에 대해 공기를 강제 송풍할 수 있는 냉각용 팬이 설치된다.

상기 팬은 일반적으로 쉬라우드 내에 수용 구비되며, 쉬라우드에 팬을 회전시키기 위한 모터 등이 고정되고, 또한 쉬라우드가 마운팅 되어 그 위치가 고정된다. 이와 같이 팬, 쉬라우드, 모터 등이 이루는 팬 및 쉬라우드 조립체가 열교환기 또는 엔진 룸 바닥에 마운팅 되어 열교환기 전방 또는 후방에 배치되게 된다.

한편, 기존의 엔진을 구동원으로 하는 자동차의 팬 및 쉬라우드 조립체의 직류 브러시 모터는 저전압 배터리로부터 저전압 직류 전압이 인가되면 브러시로 전원이 전달되고 브러시와 정류자의 접촉에 의하여 직류 전압이 회전할 수 있는 전기자 코일로 전달된다. 그리고 전기자에 감겨있는 코일에 전류가 흐르면 계자에 형성되어 있는 영구 자석과의 전자기 상호 작용에 의하여 전기자에 회전력이 발생되고 전기자 샤프트(Shaft)에 연결된 쿨링팬(Cooling Fan)에 전달되어 팬을 구동시키게 된다.

이와 같이, 상기의 직류 브러시 모터는 배터리의 전원이 브러시와 정류자의 마찰 접촉에 의해서 내부로 전달되며, 이에 따라, 습동 마찰 토크 발생, 마모와 부식에 의한 접촉 불량 및 기동 불량, 기계적 또는 전기적 잡음, 또는 마모로 인한 모터 수명이 단축되는 등의 문제가 존재한다.

그리고 기계적인 마찰 토크에 의하여 기계 손실이 매우 증가하게 된다. 또한, 높은 방열 성능이 필요로 되는 연료 전지 자동차의 냉각팬에 직류 브러시 모터가 사용될 경우에는 냉각팬 구동에 고속 및 고전류가 필요한데, 직류 브러시 모터에 고전류가 인가되는 경우, 브러시 및 정류자 사이의 접촉 저항이 매우 크기 때문에 스파크에 의한 화재 발생의 우려가 있고, 전압 강하에 의한 모터 성능 저하가 빈번하게 발생되고 있는 실정이다.

이에 따라, 최근 개발되고 있는 하이브리드 자동차의 팬 모터의 경우, 냉각성능 증대와 연비개선 차원에서 고효율화를 위하여 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 적용하는 추세에 있다. 이 때, 상기 BLDC 모터의 경우 모터 및 인버터로 구성된다.

이러한 고전압이 필요한 BLDC 모터는 고전압 케이블을 연결하기 위한 커넥터가 구비되는데, 접속이 탈락되는 경우, 사용자의 안전을 이해하는 요소로 작용된다.

따라서, 안전하게 고전압을 이용할 수 있으며, 전자기파 적합성(EMC, electromagnetic compatibility)을 최소화할 수 있는 팬 및 쉬라우드 조립체가 요구되고 있다.

국내공개특허 제2009-0004021호(공개일 2009.01.12, 명칭 : 단일 모터 구동 타입 듀얼 쿨링팬 장치)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고전압을 연결하기 위한 고전압커넥터에 인터락 구조가 형성되며, 모터제어부에 인터락감지부를 포함하여 커넥터 탈거를 빠르게 확인할 수 있으며, 별도의 와이어를 이용하지 않고, CAN 통신부를 통해 차량측으로 전송하여 구성을 간소화하면서도 안전성을 보다 높인 쿨링팬을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 인터락 감지 신호를 전송하기 위한 별도의 와이어를 이용하지 않으므로, 중량 저감이 가능하고, 원가를 보다 절감할 수 있으며, 전자파 노이즈 방사 경로가 발생되지 않아 전자기파 적합성을 만족할 수 있는 쿨링팬을 제공하는 것이다.

본 발명의 쿨링팬(1000)은 송풍부(110)를 형성하는 쉬라우드(100); 상기 쉬라우드(100)의 송풍부(110)에 장착되는 팬(200); 상기 팬(200)을 구동하는 모터(300); 고전압 회로부(401)와 저전압 회로부(402)를 포함하여 상기 모터(300)의 작동을 제어하는 모터제어부(400)를 포함하는 쿨링팬(1000)에 있어서, 상기 쿨링팬(1000)은 상기 모터제어부(400)의 고전압 회로부(401)와 제1케이블(511)을 통해 연결되며 내부에 제1인터락연결부가 형성된 제1고전압커넥터(510); 및 상기 제1고전압커넥터(510)와 체결되어 고전압을 인가하며 상기 제1인터락연결부에 대응되는 제2인터락연결부가 형성되는 제2고전압커넥터(610)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 고전압 회로부(401)는 상기 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부의 인터락 체결 상태를 감지하는 인터락감지부(410)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쿨링팬(1000)은 상기 모터제어부(400)의 저전압 회로부(402)와 제2케이블(521)을 통해 연결되는 제1저전압커넥터(520); 및 상기 제1저전압커넥터(520)와 체결되는 제2저전압커넥터(620)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 고전압 회로부(401)는 상기 제1케이블(511)을 통해 공급된 고전압을 저전압으로 변환시키는 스위칭부(450)와, 상기 팬(200)을 구동하기 위한 PWM 신호를 인가하는 DSP(420)와, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 IPM(460)을 포함하며, 상기 저전압 회로부(402)는 차량측과 CAN 신호를 송수신하는 CAN 통신부(430)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터제어부(400)는 상기 인터락감지부(410)에 의해 감지된 신호를 상기 CAN 통신부(430)를 통해 차량측(2000)에 전달가능한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 모터제어부(400)는 상기 DSP(420)와 CAN 통신부(430) 사이에 절연소자(440)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부는 하나가 "ㄷ"자형 인터락 핀 형태이며, 나머지 하나가 상기 인터락 핀 형태에 대응되어 전기적으로 연결시키는 단자 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쿨링팬(1000)은, 상기 제1팬(200a) 및 제2팬(200b)이 구비되는 제1송풍부(110a) 및 제2송풍부(110b)를 포함하는 듀얼 형태로, 상기 제1팬(200a)을 구동하는 모터제어부(400)에 고전압을 인가하기 위한 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)와, 상기 제2팬(200b)을 구동하는 모터제어부(400)에 고전압을 인가하기 위한 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)에 모두 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 쿨링팬은 고전압을 연결하기 위한 고전압커넥터에 인터락 구조가 형성되며, 모터제어부에 인터락감지부를 포함하여 커넥터 탈거를 빠르게 확인할 수 있으며, 별도의 와이어를 이용하지 않고, CAN 통신부를 통해 차량측으로 전송하여 구성을 간소화하면서도 안전성을 보다 높인 장점이 있다.

또한, 본 발명의 쿨링팬은 인터락 감지 신호를 전송하기 위한 별도의 와이어를 이용하지 않으므로, 중량 저감이 가능하고, 원가를 보다 절감할 수 있으며, 전자파 노이즈 방사 경로가 발생되지 않아 전자기파 적합성을 만족할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 쿨링팬의 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 쿨링팬의 제1고전압커넥터 및 제2고전압커넥터를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 쿨링팬의 모터제어부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 쿨링팬의 다른 정면도.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 쿨링팬(1000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 쿨링팬(1000)의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 쿨링팬(1000)의 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)를 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 쿨링팬(1000)의 모터제어부(400)를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 쿨링팬(1000)의 다른 정면도이다.

본 발명의 쿨링팬(1000)은 팬(200), 모터(300), 인터락, 모터제어부(400)를 포함한다.

상기 팬(200)은 쉬라우드(100)에 장착되어 회전에 의해 공기를 송풍한다.

상기 쉬라우드(100)는 공기가 송풍되며 팬(200)이 장착되는 송풍부(110)를 형성하는 구성으로, 벨마우스(111), 안착부(112), 및 스테이터(113)를 포함한다.

상기 쉬라우드(100)의 벨마우스(111)는 내부가 중공되는 영역이며, 상기 안착부(112)는 벨마우스(111)의 중앙을 형성하는 부분이며, 상기 스테이터(113)에 의해 벨마우스(111)와 연결된다.

상기 안착부(112)는 상기 팬(200)을 구동하는 모터(300)가 장착되는 부분이며, 상기 모터(300)는 모터(300)의 작동을 제어하기 위한 모터제어부(400)(인버터)가 구비된다. 상기 모터제어부(400)는 상기 모터(300) 내부에 구비되거나, 외부에 구비될 수도 있다. 상기 모터제어부(400)는 내부에 고전압 회로부(401)와 저전압 회로부(402)를 포함하는데, 상기 고전압 회로부(401)에는 차량으로부터 고전압을 공급받기 위한 제1고전압커넥터(510)가 제1케이블(511)을 통해 연결되고, 상기 제1고전압커넥터(510)는 제2고전압커넥터(610)와 연결된다.

여기서, 고전압은 모터를 구동하기 위한 전압으로서 정격 290V일 수 있고, 변동범위로서 255~450V일 수 있다. 이는 모터(300)의 규격에 맞춰 변경 가능하다. 또한, 저전압은 모터(300)를 제어하기 위한 모터제어부(400)에 공급되는 전압으로서 약 11~14V의 전압 일 수 있다.

상기 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)는 하나가 메일커넥터이며, 나머지 하나가 이에 대응되는 형태의 피메일커넥터이다.

본 발명의 쿨링팬(1000)은 인터락이 상기 제1고전압커넥터(510)에 제1인터락연결부가 형성되며, 상기 제2고전압커넥터(610)에 상기 제1인터락연결부에 대응되는 제2인터락연결부가 형성된다. 상기 제1인터락연결부 및 제2인터락여결부는 서로 대응되어 제1고전압커넥터(510)와 제2고전압커넥터(610)의 체결 및 해제를 감지할 수 있는 형태로서, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 그 중, 상기 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부는 하나가 "ㄷ"자형 인터락 핀 형태이며, 나머지 하나가 상기 인터락 핀 형태에 대응되어 전기적으로 연결시키는 단자 형태일 수 있다.

상기 모터제어부(400)는 팬(200) 작동을 위한 고전압 회로부(401)와 CAN 통신을 위한 저전압 회로부(402)를 포함하는데, 상기 고전압 회로부(401)는 상기 제1케이블(511)을 통해 공급된 고전압을 저전압으로 변환시키는 스위칭부(450)와, 상기 팬(200)을 구동하기 위한 PWM 신호를 인가하는 DSP(420)와, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 IPM(460)을 포함한다.

상기 스위칭부(450)는 스위칭 회로를 이용한 전압 변동장치로서, SMPS(Switching mode power supply)가 이용될 수 있으며, 상기 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)에 의해 공급되는 고전압을 저전압으로 변환시켜주기 위한 것이다.

상기 DSP(420)(Digital signal processor)는 팬(200)을 구동하기 위한 PWM 신호를 인가하기 위한 구성으로, 상기 CAN 통신부(430)를 통해 수신된 제어신호와, 팬(200)의 작동상태를 판단하여 팬(200)을 구동하기 위한 PWM 신호를 인가한다.

상기 IPM(460)(Intelligent power module)은 차량용 고전압 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 구성으로, 상기 DSP(420)의 PWM 신호에 따라, 고전압 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(300)의 고정자 코일에 인가된다. 이에 따라, 상기 모터(300)의 고정자에서, 전자기 에너지 변화에 의해 3상 회전자계가 발생되면, 발생된 회전자계와 회전자의 영구 자석의 자속 영향으로 회전자가 회전하면서 상기 팬(200)을 구동한다.

본 발명의 쿨링팬(1000)은 상기 고전압 회로부(401)에 인터락감지부(410)를 포함한다. 상기 인터락감지부(410)는 상기 제1고전압커넥터(510)의 제1인터락연결부 및 제2고전압커넥터(610)의 제2인터락연결부의 인터락 체결 상태를 감지하는 회로로서, 상기 DSP(420)와 연결된다.

또한, 상기 저전압 회로부(402)는 차량측(2000)과 CAN 신호를 송수신하는 CAN 통신부(430)를 포함한다. 상기 차량측(2000)이란, 차량 전체를 제어하는 제어부를 의미한다. 상기 CAN 신호는 상기 팬(200)의 작동을 제어하기 위하여 차량측으로부터 수신받는 신호 및 팬(200)의 작동 상태를 차량측으로 송신하는 신호와 함께, 상기 인터락감지부(410)를 통해 감지된 인터락 체결 상태 신호를 차량측으로 송신하는 신호를 포함한다.

이 때, 상기 모터제어부(400)의 저전압 회로부(402)와 제2케이블(521)을 통해 연결되는 제1저전압커넥터(520); 및 상기 제1저전압커넥터(520)와 체결되는 제2저전압커넥터(620)가 구비된다.

또한, 본 발명의 쿨링팬(1000)은 상기 모터제어부(400)의 DSP(420)와 CAN 통신부(430) 사이에 절연소자(440)가 구비되어 안정적으로 고전압 회로부(401)의 인터락 체결 상태 신호를 CAN 통신부(430)로 전달할 수 있다.

본 발명의 쿨링팬(1000)은 차량 전자동 온도조절부(FATC, Full Auto Temperature Controller)를 통하지 않고 CAN 통신부(430)를 통해 차량측으로 직접 인터락 체결 상태 신호를 전송할 수 있어, 인터락 체결 상태 신호를 차량 전자동 온도조절부로 전송하는 와이어가 구비될 필요가 없어, 전체 구성을 간소화하고, 중량 및 원가를 절감할 수 있는 장점이 있으며, 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)의 탈거 상태를 빠르게 확인할 수 있어 안전성을 보다 높인 장점이 있다.

또한, 본 발명의 쿨링팬(1000)은 상기 제1팬(200a) 및 제2팬(200b)을 포함하는 듀얼 형태에도 적용될 수 있다. 상기 쉬라우드(100)는 상기 제1팬(200a) 및 제2팬(200b)이 구비되는 제1송풍부(110a) 및 제2송풍부(110b)를 포함한다. 이 때, 상기 제1팬(200a)을 구동하기 위하여 고전압을 인가하는 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)에 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부가 형성되고, 이를 감지하는 인터락감지부(410)가 형성된다. 또한, 제2팬(200b)을 구동하기 위하여 고전압을 인가하는 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)에 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부가 형성되고, 이를 감지하는 인터락감지부(410)가 형성되어 고전압이 인가되는 측 모두에서 인터락 체결 상태를 감지하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 모터제어부(400)가 상기 제1팬(200a)을 구동하기 위한 제1모터(300)와 제1팬(200a)을 구동하기 위한 제2모터(300)에 각각 개별적으로 구비되는 경우에, 상기 각각의 모터제어부(400)에 상기 인터락감지부(410)가 개별적으로 형성된다.

또한, 하나의 모터제어부(400)가 상기 제1팬(200a) 및 제2팬(200b)을 제어하는 경우에도, 개별적인 2개의 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)에 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부가 형성되므로, 이를 개별적으로 감지할 수 있는 인터락감지부(410)가 형성된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 쿨링팬
100 : 쉬라우드
110 : 송풍부(110a : 제1송풍부, 110b : 제2송풍부)
111 : 벨마우스
112 : 안착부
113 : 스테이터
200 : 팬(200a : 제1팬, 200b : 제2팬)
300 : 모터
400 : 모터제어부
401 : 고전압 회로부 402 : 저전압 회로부
410 : 인터락감지부
420 : DSP(Digital signal processor)
430 : CAN 통신부
440 : 절연소자
450 : 스위칭부(SMPS, Switching mode power supply)
460 : IPM(Intelligent power module)
510 : 제1고전압커넥터
511 : 제1케이블
520 : 제1저전압커넥터
521 : 제2케이블
610 : 제2고전압커넥터
620 : 제2저전압커넥터
2000 : 차량측

Claims

전압을 인가받아 팬(200)을 구동하는 모터(300);
상기 모터(300)의 작동을 제어하는 모터 제어부(400);
상기 전압을 상기 모터(300)에 전달하는 제1케이블(511)에 형성된 인터락; 및
상기 인터락의 상태를 감지하고, 상기 모터 제어부(400)에 실장된 인터락감지부(410);를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제1항에 있어서,
상기 인터락은 상기 모터제어부(400)의 고전압 회로부(401)와 상기 제1케이블(511)을 통해 연결되며 내부에 제1인터락연결부가 형성된 제1고전압커넥터(510); 및 상기 제1고전압커넥터(510)와 체결되어 고전압을 인가하며 상기 제1인터락연결부에 대응되는 제2인터락연결부가 형성되는 제2고전압커넥터(610)를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제2항에 있어서,
상기 인터락감지부(410)는 상기 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부의 인터락 체결 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제2항에 있어서,
상기 쿨링팬(1000)은 상기 모터제어부(400)의 저전압 회로부(402)와 제2케이블(521)을 통해 연결되는 제1저전압커넥터(520); 및 상기 제1저전압커넥터(520)와 체결되는 제2저전압커넥터(620)를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제4항에 있어서,
상기 고전압 회로부(401)는 상기 제1케이블(511)을 통해 공급된 고전압을 저전압으로 변환시키는 스위칭부(450)와, 상기 팬(200)을 구동하기 위한 PWM 신호를 인가하는 DSP(420)와, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 IPM(460)을 포함하며,
상기 저전압 회로부(402)는 차량측과 CAN 신호를 송수신하는 CAN 통신부(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제5항에 있어서,
상기 모터제어부(400)는 상기 인터락감지부(410)에 의해 감지된 신호를 상기 CAN 통신부(430)를 통해 차량측(2000)에 전달가능한 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제6항에 있어서,
상기 모터제어부(400)는 상기 DSP(420)와 CAN 통신부(430) 사이에 절연소자(440)가 구비되는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제2항에 있어서,
제1인터락연결부 및 제2인터락연결부는 하나가 "ㄷ"자형 인터락 핀 형태이며, 나머지 하나가 상기 인터락 핀 형태에 대응되어 전기적으로 연결시키는 단자 형태인 것을 특징으로 하는 쿨링팬.
제3항에 있어서,
상기 쿨링팬은,
상기 제1팬(200a) 및 제2팬(200b)을 포함하는 듀얼 형태로,
상기 제1팬(200a)을 구동하는 모터제어부(400)에 고전압을 인가하기 위한 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)와, 상기 제2팬(200b)을 구동하는 모터제어부(400)에 고전압을 인가하기 위한 제1고전압커넥터(510) 및 제2고전압커넥터(610)에 모두 제1인터락연결부 및 제2인터락연결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 쿨링팬.