KR20210117686A - Air compressor for car - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 공기 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동부를 냉각하는 제1냉각유로를 통과하는 일부 공기가 냉각수와 열교환된 후 냉각이 이루어지는 제2냉각유로가 형성되어 냉각 효율을 보다 높일 수 있는 차량용 공기 압축기에 관한 것이다. The present invention relates to an air compressor for a vehicle, and more particularly, a second cooling passage through which some air passing through a first cooling passage for cooling a driving unit is heat-exchanged with cooling water and then cooling is formed, which can further increase cooling efficiency. It relates to an air compressor for a vehicle.
일반적으로 연료전지 차량은 수소와 산소가 가습기에 공급되어 물의 전기분해 역반응인 전기화학 반응을 통해 생성되는 전기 에너지를 차량의 구동력으로 공급하는 차량을 말하며, 한국특허등록 제0962903호에 일반적인 연료전지 차량이 개시되어 있다.In general, a fuel cell vehicle refers to a vehicle in which hydrogen and oxygen are supplied to a humidifier, and electric energy generated through an electrochemical reaction, which is a reverse reaction of electrolysis of water, is supplied as a driving force of the vehicle. This is disclosed.
통상적으로 승용연료전지 자동차는 100kW 급의 연료전지스택을 탑재하고 있는데, 연료전지스택의 운전을 가압조건에서 할 경우 연료전지스택에 공급되는 공기는 1~4bar의 고압으로 공급되기 때문에 이를 위해서 10만에서 20만 RPM의 회전수를 갖는 공기압축기를 사용하여야 한다.In general, passenger fuel cell vehicles are equipped with a 100kW fuel cell stack. When the fuel cell stack is operated under pressure, the air supplied to the fuel cell stack is supplied at a high pressure of 1 to 4 bar. An air compressor with a rotation speed of 200,000 RPM should be used.
연료전지 차량은 통상적으로 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 공급되는 공기의 습도를 높여주는 가습기와, 연료전지 스택에 수소를 공급하는 연료공급부와, 연료전지 스택에 산소를 포함한 공기를 공급하는 공기공급부와, 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각 모듈 등으로 구성된다.A fuel cell vehicle typically includes a fuel cell stack that produces electricity, a humidifier that increases the humidity of air supplied to the fuel cell stack, a fuel supply unit that supplies hydrogen to the fuel cell stack, and air containing oxygen in the fuel cell stack. It is composed of an air supply unit for supplying the fuel cell, a cooling module for cooling the fuel cell stack, and the like.
공기공급부는 공기 중에 포함된 이물질을 여과하는 에어클리너와, 에어클리너에서 여과된 공기를 압축해 공급하는 공기 압축기, 가압된 고온의 공기를 냉각하는 냉각장치, 공기의 습도를 높여주는 가습기, 유량을 조절하는 밸브로 구성된다.The air supply unit includes an air cleaner that filters foreign substances contained in the air, an air compressor that compresses and supplies the air filtered from the air cleaner, a cooling device that cools the pressurized high temperature air, a humidifier that increases the humidity of the air, and controls the flow rate. It consists of a regulating valve.
전술한 공기 압축기는 외부로부터 흡입한 공기를 압축기임펠러를 이용하여 압축한 후 연료전지스택으로 송출한다. The above-described air compressor compresses air sucked in from the outside using a compressor impeller and then sends it to the fuel cell stack.
여기서 압축기임펠러는 구동부로부터 동력을 전달받는 회전축과 연결되어 있으며, 일반적으로 구동부는 스테이터와 로터의 전자기 유도에 의해 회전축을 구동하게 된다. Here, the compressor impeller is connected to the rotating shaft receiving power from the driving unit, and in general, the driving unit drives the rotating shaft by electromagnetic induction of the stator and the rotor.
이때 공기 압축기는 로터의 고속 회전으로 인하여 공기 베어링에서 공기의 저항으로 인한 열손실이 발생하게 되며, 주요 발열부(heat source)인 모터와 베어링에 대한 냉각이 필요하다. 이에, 공기 압축기의 임펠러가 생산하는 압축 공기의 일부를 활용하여, 임펠러를 회전시키기 위한 모터 및 베어링을 냉각한 후에, 이를 모터의 회전축 내부 구멍을 통하여 다시 임펠러의 입구 측으로 유입시키는 구조가 제안되고 있다.At this time, the air compressor generates heat loss due to air resistance in the air bearing due to the high-speed rotation of the rotor, and cooling of the motor and the bearing, which are main heat sources, is required. Accordingly, a structure in which a motor and a bearing for rotating the impeller are cooled by using a part of the compressed air produced by the impeller of the air compressor, and then introduced into the inlet side of the impeller through the inner hole of the rotation shaft of the motor is proposed. .
이에 관련하여, 한국특허등록 제1810430호에서는 내부 공기 흐름이 모터 축 끝단을 이용해 순환되는 공기압축기 및 연료전지 차량에 관하여 개시하고 있으며, 상기 공기 압축기는, 로터와 스테이터를 내장한 구동 하우징; 상기 구동 하우징을 관통하여 공기배출 홀이 뚫려진 모터 축; 상기 구동 하우징의 상기 하우징 후방엔드에 결합되어 상기 모터 축의 상기 축 후방 엔드를 지지하는 공기 베어링; 상기 임펠러 챔버에서 상기 구동 하우징의 내부공간을 거쳐 상기 모터 외부 챔버로 모여지는 냉각 공기를 상기 임펠러가 형성하는 압축 공기에서 뽑아내고, 상기 냉각공기를 상기 공기배출 홀로 빨아들여 상기 축 후방 엔드에서 상기 축 전방 엔드로 배출시켜주는 모터냉각경로를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this regard, Korean Patent Registration No. 1810430 discloses an air compressor and a fuel cell vehicle in which an internal air flow is circulated using an end of a motor shaft, the air compressor comprising: a drive housing having a rotor and a stator therein; a motor shaft in which an air exhaust hole is drilled through the drive housing; an air bearing coupled to the housing rear end of the drive housing to support the shaft rear end of the motor shaft; Cooling air collected from the impeller chamber through the inner space of the drive housing to the motor outer chamber is drawn out from the compressed air formed by the impeller, and the cooling air is sucked into the air outlet hole at the rear end of the shaft. It is characterized in that it includes a motor cooling path for discharging to the front end.
그러나 종래와 같은 공기 압축기는, 압축 공기가 공기 베어링(Air foil bearing) 주변의 협소한 공간을 지나면서 유량이 감소하고, 공기의 흐름이 지체되면서, 압축 공기를 통한 자체 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.However, in the conventional air compressor, the flow rate decreases as the compressed air passes through a narrow space around the air foil bearing, and as the air flow is delayed, there is a problem in that the self-cooling efficiency through the compressed air decreases. .
본 발명에 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구동부를 냉각하는 제1냉각유로를 통과하는 일부 공기가 냉각수와 열교환된 후 냉각이 이루어지는 제2냉각유로가 형성되어 냉각 효율을 보다 높일 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to form a second cooling passage through which some air passing through the first cooling passage for cooling the driving unit is heat-exchanged with the cooling water and then cooling is formed. An object of the present invention is to provide an air compressor for a vehicle that can further increase efficiency.
또한, 본 발명의 목적은 제1스러스트베어링, 제2스러스트베어링, 제1저널베어링 및 제2저널베어링에 의해 충분한 회전이 가능하면서도 내부의 제1냉각유로 내지 제3냉각유로에 의해 충분한 냉각 성능을 확보할 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다. In addition, it is an object of the present invention to sufficiently rotate by the first thrust bearing, the second thrust bearing, the first journal bearing and the second journal bearing, while providing sufficient cooling performance by the internal first to third cooling passages. It is to provide an air compressor for a vehicle that can be secured.
또, 본 발명의 목적은 전방 카트리지에 제1열교환이동홈 및 제1유동홀을 형성하는 간단한 구성을 통해 냉각수와 열교환되는 제2냉각유로를 형성하여 압축 공기를 외부로 이송할 필요없이 간단한 제조에 의해 냉각성을 높일 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다. In addition, it is an object of the present invention to form a second cooling flow path that exchanges heat with cooling water through a simple configuration of forming a first heat exchange moving groove and a first flow hole in the front cartridge, so that it is easy to manufacture without the need to transport compressed air to the outside. An object of the present invention is to provide an air compressor for a vehicle capable of increasing cooling performance by
아울러, 본 발명의 목적은 후방카트리지 및 후방커버에 의해 제1냉각유로 및 제2냉각유로를 통과한 공기가 챔버로 이송되며, 상기 로터에 중공축홀이 형성되어 로터를 냉각하는 제3냉각유로를 용이하게 형성할 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to transport the air that has passed through the first and second cooling passages to the chamber by the rear cartridge and the rear cover, and a hollow shaft hole is formed in the rotor to cool the rotor. An object of the present invention is to provide an air compressor for a vehicle that can be easily formed.
본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)는 임펠러(120)의 작동에 의해 유입 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축부(100); 냉각수가 유동되는 제1냉각수유동부(212)가 형성된 모터하우징(210)과, 상기 모터하우징(210) 내주면에 결합되는 스테이터(201)와, 상기 스테이터(201) 내측에서 회전하는 로터(202)와, 상기 로터(202)에 일체로 형성되는 로터디스크(202a)를 포함하여 상기 임펠러(120)를 구동시키는 구동부(200); 상기 임펠러(120)와 로터(202) 사이를 통해 압축 공기 중 일부가 유입되어 상기 구동부(200)를 냉각하는 제1냉각유로(P1); 및 상기 제1냉각유로(P1)의 공기 중 일부가 분기되어 상기 제1냉각수유동부(212) 내부의 냉각수와 열교환되고 상기 모터하우징(210) 내부로 공급되어 냉각하는 제2냉각유로(P2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The
또한, 상기 차량용 공기 압축기(1000)는, 상기 로터디스크(202a)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 제1스러스트베어링(311) 및 제2스러스트베어링(312); 상기 로터(202)의 전방 및 후방에서 양단을 회전 가능하게 지지하는 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322); 상기 모터하우징(210)의 전방에 결합되어 상기 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 및 제1저널베어링(321)을 지지하는 전방카트리지(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 상기 전방카트리지(220)는, 제1판부(221)와, 상기 제1판부(221)의 중심이 중공되어 상기 로터(202)가 장착되는 제1장착부(222); 상기 제1판부(221) 전방의 상기 제1장착부(222)의 둘레가 상기 제1스러스트베어링(311), 로터디스크(202a) 및 제2스러스트베어링(312)이 안착되도록 오목한 제1안착부(223)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
아울러, 상기 제1냉각유로(P1)는 공기가 상기 로터(202)를 따라 상기 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322)이 구비되는 영역을 전방에서 후방으로 순차적으로 이동하면서 냉각하며, 상기 제2냉각유로(P2)는 상기 제1스러스트베어링(311)을 통과한 공기 중 일부가 상기 전방카트리지(220)의 전방에서 냉각수와 열교환되어 냉각하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the first cooling passage P1, air flows along the
또한, 상기 전방카트리지(220)는, 제1안착부(223)와 연통되어 상기 제1냉각유로(P1)에서 분기된 일부 공기가 이동되면서 상기 제1판부(221) 전방 영역에서 상기 냉각수와 열교환되도록 오목한 제1열교환이동홈(224); 상기 제1판부(221)의 일정영역이 관통되어 상기 제1열교환이동홈(224)과 모터하우징(210) 내부를 연통하는 제1유동홀(226)이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 상기 전방카트리지(220)는 상기 제1열교환이동홈(224)이 원주방향을 따라 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
아울러, 상기 전방카트리지(220)는 복수개의 상기 제1열교환이동홈(224)을 원주방향으로 연결하는 연결부(225)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 모터하우징(210)은 상기 제1냉각수유동부(212)가 상기 전방카트리지(220)와 맞닿는 전방에 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 상기 전방카트리지(220)는 상기 제1판부(221)의 후방에 상기 제1냉각수유동부(212)와 연통되어 냉각수가 유동되는 공간인 제2냉각수유동부(227)가 오목하게 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
아울러, 상기 전방카트리지(220)는 상기 제2냉각수유동부(227)가 원주방향으로 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 압축부(100)는, 공기가 유입되는 전방유입구(111) 및 압축된 공기가 배출되는 전방배출구(112)가 형성된 전방하우징(110); 상기 전방하우징(110)과 상기 전방카트리지(220) 사이에 상기 임펠러(120)를 지지하는 디퓨저(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 상기 디퓨저(130)는, 제2판부(131); 상기 제2판부(131)의 중심이 중공되어 상기 로터(202)가 장착되는 제2장착부(132); 상기 제2판부(131) 후방에 상기 제1열교환이동홈(224)에 대응되는 형태로 오목한 제2열교환이동홈(134)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
아울러, 상기 구동부(200)는 후방에 상기 제2저널베어링(322)을 지지하는 후방카트리지(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 구동부(200)는 상기 후방카트리지(230)에 후방에 장착되며 내부에 공기가 이동되는 챔버(241) 공간을 형성하는 후방커버(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터(202) 축방향으로 중공된 중공축홀(202b)에 의해 상기 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 통과하여 상기 챔버(241)로 유입된 공기를 상기 전방하우징(110) 측으로 이송하는 제3냉각유로(P3)를 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 상기 구동부(200)는 상기 모터하우징(210) 및 후방카트리지(230)에 서로 대응되도록 중공된 제2유동홀(213) 및 제3유동홀(233)이 중공되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
본 발명에 따른 차량용 공기 압축기는 구동부를 냉각하는 제1냉각유로를 통과하는 일부 공기가 냉각수와 열교환된 후 냉각이 이루어지는 제2냉각유로가 형성되어 냉각 효율을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. The air compressor for a vehicle according to the present invention has an advantage in that a second cooling passage is formed in which some air passing through the first cooling passage for cooling the driving unit is heat-exchanged with the cooling water, and then the cooling efficiency can be further increased.
또한, 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기는 제1스러스트베어링, 제2스러스트베어링, 제1저널베어링 및 제2저널베어링에 의해 충분한 회전이 가능하면서도 내부의 제1냉각유로 내지 제3냉각유로에 의해 충분한 냉각 성능을 확보할 수 있는 장점이 있다. In addition, in the vehicle air compressor according to the present invention, sufficient rotation is possible by the first thrust bearing, the second thrust bearing, the first journal bearing, and the second journal bearing, and sufficient rotation is possible by the internal first to third cooling passages. There is an advantage of securing cooling performance.
또, 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기는 전방 카트리지에 제1열교환이동홈 및 제1유동홀을 형성하는 간단한 구성을 통해 냉각수와 열교환되는 제2냉각유로를 형성하여 압축 공기를 외부로 이송할 필요없이 간단한 제조에 의해 냉각성을 높일 수 있는 장점이 있다. In addition, the vehicle air compressor according to the present invention forms a second cooling passage for heat exchange with coolant through a simple configuration of forming a first heat exchange movement groove and a first flow hole in the front cartridge, without the need to transfer compressed air to the outside. There is an advantage in that cooling properties can be improved by simple manufacturing.
아울러, 본 발명의 목적은 후방카트리지 및 후방커버에 의해 제1냉각유로 및 제2냉각유로를 통과한 공기가 챔버로 이송되며, 상기 로터에 중공축홀이 형성되어 로터를 냉각하는 제3냉각유로를 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있다. In addition, an object of the present invention is to transport the air that has passed through the first and second cooling passages to the chamber by the rear cartridge and the rear cover, and a hollow shaft hole is formed in the rotor to cool the rotor. It has the advantage of being easily formed.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 사시도, 분해사시도, 단면도, 및 냉각 공기 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 전방카트리지 전방측 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 디퓨저 후방측 평면도.
도 7 및 8은 각각 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 전방카트리지 다른 전방측 평면도.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 전방카트리지 후방측 평면도.1 to 4 are a perspective view, an exploded perspective view, a cross-sectional view, and a view showing a cooling air flow of an air compressor for a vehicle according to the present invention.
Figure 5 is a front side plan view of the front cartridge of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
6 is a rear plan view of the diffuser of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
7 and 8 are respectively another front side plan view of the front cartridge of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
9 and 10 are each a rear plan view of the front cartridge of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다. Hereinafter, the
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 사시도, 분해사시도, 단면도, 및 냉각 공기 흐름을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 전방카트리지(220) 전방측 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 디퓨저(130) 후방측 평면도이고, 도 7 및 8은 각각 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 전방카트리지(220) 다른 전방측 평면도이며, 도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 전방카트리지(220) 후방측 평면도이다.1 to 4 are a perspective view, an exploded perspective view, a cross-sectional view, and a view showing a cooling air flow of the
본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 압축부(100), 구동부(200), 제1냉각유로(P1), 및 제2냉각유로(P2)를 포함한다. The
상기 압축부(100)는 임펠러(120)의 작동에 의해 유입 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 부분이다. The
상기 압축부(100)는 전방하우징(110), 임펠러(120)를 포함한다. The
상기 전방하우징(110)은 압축 대상 공기가 유입되는 전방유입구(111) 및 압축된 공기가 배출되는 전방배출구(112)를 포함하여, 상기 전방유입구(111)를 통해 유입된 공기가 이동되는 방향으로 단면적이 점차 축소되는 형상으로 압축되는 블로우 형태를 갖는다. The
상기 임펠러(120)는 상기 전방하우징(110) 내부에 배치되어 상기 전방유입구(111)를 통해 유입된 공기를 압축한다. The
또한, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 압축부(100)에 디퓨저(130)가 더 포함될 수 있다. In addition, in the
상기 디퓨저(130)는 모터하우징(210) 전방측에서 상기 전방하우징(110)과 결합하여 상기 전방하우징(110)과 형성하는 내부 영역에 상기 임펠러(120)가 구비된다. 또한, 상기 디퓨저(130)는 후방측에서 상기 구동부(200)의 제1스러스트베어링(311)을 지지하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 디퓨저(130)는 상기 임펠러(120)가 구비되어 공기가 압축되는 공간을 형성하며, 상기 제1스러스트베어링(311)을 지지한다. 이 때, 상기 디퓨저(130)는 제2판부(131) 및 제2장착부(132)를 포함한다. 상기 제2판부(131)는 상기 전방하우징(110)의 후방에 구비되고, 상기 제2장착부(132)는 상기 제2판부(131)의 중심이 중공되어 상기 로터(202)가 장착된다. The
상기 구동부(200)는 모터하우징(210), 스테이터(201), 로터(202), 및 로터디스크(202a)를 포함한다. The driving
상기 모터하우징(210)은 구동부(200)를 형성하는 기본 몸체로서, 상기 압축부(100)의 후방측에 연결되며, 내부에 상기 스테이터(201), 로터(202) 및 로터디스크(202a)가 내장된다. 또한, 상기 모터하우징(210)은 냉각수가 유동되는 공간인 제1냉각수유동부(212)가 형성된다. 상기 제1냉각수유동부(212)에 의해 상기 차량용 공기 압축기(1000)는 수냉식으로 냉각이 수행된다. The
상기 스테이터(201)는 상기 모터하우징(210) 내주면에 결합고정되는 것으로, 플레이트 및 코일로 구성된다. The
상기 로터(202)는 전방 일측이 상기 압축부(100)의 임펠러(120)와 결합되어 회전하면서 상기 임펠러(120)를 회전시킨다. 이 때, 상기 로터디스크(202a)는 로터(202)에 일체로 형성되는 구성이다. The front side of the
외부 전력이 공급되면 상기 로터(202)는 상기 스테이터(201)와의 전자기적 상호 작용에 의해 회전력이 발생되며, 이 힘에 의해 상기 임펠러(120)가 회전되고, 공기가 압축된다. When external power is supplied, the
상기 로터(202)는 회전을 용이하게 하기 위하여 베어링이 구비될 수 있으며, 더욱 상세하게, 상기 로터디스크(202a)의 전방에 제1스러스트베어링(311), 상기 로터디스크(202a)의 후방에 구비되는 제2스러스트베어링(312), 상기 로터(202)의 전방 및 후방에서 양단을 회전 가능하게 지지하는 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322)을 포함할 수 있다. The
또한, 상기 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 및 제1저널베어링(321)이 구비되는 경우, 상기 모터하우징(210)의 전방에 결합되어 상기 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 및 제1저널베어링(321)을 지지하는 전방카트리지(220)가 구비되며, 상기 모터하우징(210)의 후방에 결합되어 상기 제2저널베어링(322)을 지지하는 후방카트리지(230)가 구비되는 것이 바람직하다. In addition, when the
더욱 상세하게, 상기 전방카트리지(220)는 제1판부(221), 제1장착부(222), 및 제1안착부(223)를 포함한다. 상기 제1판부(221)는 상기 압축부(100)의 디퓨저(130)와 모터하우징(210) 사이에 구비된다.In more detail, the
상기 제1장착부(222)는 상기 로터(202)가 삽입되도록 상기 제1판부(221)의 중심이 중공된 영역이다. The first mounting
상기 제1안착부(223)는 상기 제1판부(221)의 전방에 상기 제1스러스트베어링(311), 로터(202) 및 제2스러스트베어링(312)이 안착되도록 후방측으로 오목한 영역을 의미한다. The
상기 후방카트리지(230)는 제3판부(231), 제4장착부(232)를 포함한다. 상기 제3판부(231)는 상기 모터하우징(210) 후방에 장착되며, 상기 제4장착부(232)는 상기 로터(202)가 삽입되도록 상기 제3판부(231)의 중심이 중공된 영역이다. The
이 때, 고출력으로 작동될 경우, 로터디스크(202a)가 구비되는 영역, 로터(202)와 스테이터(201) 사이 영역(상기 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322)이 구비되는 영역)에서 열이 높아질 수 있다. At this time, when operating at high output, the area where the
본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 이와 같이, 구동부(200) 내부에서 발생하는 열을 용이하게 냉각하기 위한 구성으로, 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 포함한다. The
상기 제1냉각유로(P1)는 상기 임펠러(120)와 로터(202) 사이를 통해 압축 공기 중 일부가 유입되어 상기 구동부(200)를 냉각하는 구성으로, 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322)이 구비되는 영역을 순차적으로 이동하면서 냉각을 수행한다. 상기 도 4에서, 상기 제1냉각유로(P1)를 통과하는 흐름을 표시하기 위하여 제1스러스트베어링(311) 및 제2스러스트베어링(312)을 삭제하고, 화살표로 표시하였으나, 그 구성은 도 3에 도시한 형태와 동일한 것으로 간주한다. 더욱 상세하게, 상기 임펠러(120)를 통해 압축된 압축 공기 중 일부가 상기 디퓨저(130)의 제2장착부(132)와 로터(202) 사이 영역을 통과하여, 상기 제1스러스트베어링(311)이 구비되는 상기 로터디스크(202a) 전방 영역을 따라 상측으로 이동되고, 상기 제2스러스트베어링(312)이 구비되는 로터디스크(202a) 후방 영역을 따라 하측으로 이동되며, 로터(202) 축방향을 따라 전방에서 후방측으로 이동(제1저널베어링(321)과 로터(202) 사이 영역에서 제2저널베어링(322)과 로터(202) 사이 영역을 따라 이동)하면서 냉각이 수행된다. The first cooling passage P1 has a configuration in which a portion of compressed air is introduced through between the
상기 제2냉각유로(P2)는 상기 제1냉각유로(P1)의 공기 중 일부가 분기되어 상기 제1냉각수유동부(212) 내의 냉각수와 열교환되고, 상기 모터하우징(210) 내부로 공급되어 냉각을 수행한다. In the second cooling passage P2, a part of the air in the first cooling passage P1 is branched to exchange heat with the coolant in the first
상기 제2냉각유로(P2)는 상기 전방카트리지(220)에 의해 수행될 수 있는데, 더욱 상세하게, 상기 전방카트리지(220)는 상기 제2냉각유로(P2)를 형성하기 위하여 제1열교환이동홈(224) 및 제1유동홀(226)이 형성된다. The second cooling passage (P2) may be performed by the
상기 제1열교환이동홈(224)은 상기 제1판부(221)의 전방 영역의 일정영역이 오목하게 형성되어 이동되면서 상기 제1냉각수유동부(212) 내부의 냉각수와 열교환이 이루어지는 공간을 형성하는 부분이다. 이 때, 상기 제1열교환이동홈(224)은 상기 제1스러스트베어링(311), 로터디스크(202a) 및 제2스러스트베어링(312)이 안착되는 제1안착부(223)와 연통되어 상기 제1스러스트베어링(311)을 통과한 공기(상기 로터디스크(202a) 전방의 공기) 중 일부가 이동되도록 상기 제1안착부(223)와 연통된다. 상기 제1열교환이동홈(224)의 형태는 상기 도 5 및 도 7에 도시한 형태를 포함하여, 상기 제1판부(221) 전방 일정영역에 공기가 이동가능한 형태라면 더욱 다양하게 형성될 수 있다. The first heat
상기 제1유동홀(226)은 상기 제1판부(221)의 일정영역이 관통되어 상기 제1열교환이동홈(224)과 상기 모터하우징(210) 내부를 연통한다. 상기 제1유동홀(226)은 상기 로터(202) 형성방향과 나란하게 관통형성되는 것이 바람직하다. A predetermined region of the
이 때, 상기 제1열교환이동홈(224)은 원주방향을 따라 복수개 형성되고, 상기 제1유동홀(226) 역시, 각각의 상기 제1열교환이동홈(224)에 형성된다. 또한, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 전방카트리지(220)에 복수개의 상기 제1열교환이동홈(224)을 원주방향으로 연결하는 연결부(225)를 포함할 수 있다. 상기 연결부(225)는 상기 제1열교환이동홈(224)과 같이, 상기 전방카트리지(220) 제1판부(221)의 전방이 오목하게 형성된 것으로, 반경방향으로 상기 제1열교환이동홈(224)이 형성되는 부분의 가장 먼 부분을 서로 연결하여 공기가 이동되면서 충분한 냉각이 이루어지도록 할 수 있다. (도 8 참조)At this time, a plurality of the first heat
다시 말해, 상기 제2냉각유로(P2)는 상기 제1스러스트베어링(311)을 통과한 공기 중 일부가 상기 전방카트리지(220)의 제1열교환이동홈(224)으로 유입, 이동되면서 상기 제1냉각수유동부(212) 내부의 냉각수와 열교환되어 냉각된 후 상기 제1유동홀(226)을 통해 상기 모터하우징(210) 내부로 공급되어 냉각이 수행된다. In other words, in the second cooling passage P2, a portion of the air passing through the first thrust bearing 311 flows into and moves into the first heat
한편, 상기 디퓨저(130)의 후방에 상기 제1열교환이동홈(224)에 대응되는 형태로 오목한 제2열교환이동홈(134)이 더 형성될 수 있다. (도 6에 도시한 바 디퓨저(130)는 후방에서 바라본 방향을 의미한 것으로, 전방카트리지(220)의 전방과 맞닿게 위치된다.)Meanwhile, a second heat
상기 제2열교환이동홈(134)은 상기 전방카트르지의 전방과 맞닿는 디퓨저(130)의 후방에 상기 제1열교환이동홈(224)에 대응되는 형태로 공기가 이동가능한 공간을 형성하는 부분으로, 제2냉각유로(P2)를 통과하는 공기의 양을 충분히 확보할 수 있도록 한다. The second heat
또, 상기 제2냉각유로(P2)를 통과하는 공기와 냉각수의 열교환이 용이하게 수행될 수 있도록, 상기 모터하우징(210)의 제1냉각수유동부(212)는 전방카트리지(220)와 맞닿는 전방에 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 열교환효율을 높이기 위하여 상기 전방카트리지(220)의 제1판부(221) 후방에 제2냉각수유동부(227)가 더 형성될 수 있다. In addition, the first
상기 제2냉각수유동부(227)는 상기 제1판부(221)의 후방에 상기 제1냉각수유동부(212)와 연통되어 냉각수가 유동되도록 오목한 공간으로, 이를 통해, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 전방카트리지(220)를 기준으로, 전방에 공기가, 후방에 냉각수가 이동되어 보다 효과적으로 서로 열교환이 이루어진다.The second
상기 제2냉각수유동부(227)는 도 9에 도시한 바와 같이, 원주방향을 따라 이격된 형태일 수도 있고, 도 10에 도시한 바와 같이, 원주방향으로 일체로 연결되는 형태일수 있다. As shown in FIG. 9 , the second
실제로, 도 3에 도시한 바와 같은 형태의 차량용 공기 압축기(1000)의 실험 결과, 상기 임펠러(120)를 통과한 압축 공기는 120~130 ℃이고, 상기 제1스러스트베어링(311)을 통과한 공기의 온도는 140~150 ℃로, 상기 제1스러스트베어링(311) 구비 영역에서 열이 발생된다. 상기 제2냉각유로(P2)의 상기 제1열교환이동홈(224) 및 제1유동홀(226)을 통과한 공기의 온도는 100 ℃ 이하로, 냉각됨을 확인하였다. 즉, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 냉각수와 공기가 열교환되어 냉각된 상태로 구동부(200) 내부를 냉각할 수 있는 장점이 있다. In fact, as a result of the experiment of the
본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)는 후방카트리지(230) 후방에 장착되며 이동되는 챔버(241) 공간을 형성하는 후방커버(240)가 구비되고, 상기 로터(202) 축방향으로 중공된 중공축홀(202b)이 형성될 수 있다. The
상기 후방커버(240)는 상기 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 통과한 공기가 이동되는 공간인 챔버(241)를 형성하는 구성이며, 상기 챔버(241)로 유입된 공기는 상기 로터(202)의 중공축홀(202b)을 따라 상기 전방하우징(110) 측으로 이동되면서 로터(202)를 냉각하는 제3냉각유로(P3)를 형성한다. The
이 때, 상기 모터하우징(210) 및 후방카트리지(230)는 모터하우징(210) 내부와 챔버(241)를 연통하도록 서로 대응되는 위치에 중공되는 제2유동홀(213) 및 제3유동홀(233)이 형성된다. At this time, the
이에 따라, 상기 로터(202)의 주변을 따라 상기 제2저널베어링(322) 구비 영역을 통해 상기 챔버(241)로 공급되는 흐름과 함께 상기 모터하우징(210) 내부의 공 상기 제2유동홀(213) 및 제3유동홀(233)을 통해 챔버(241)로 공급된다. Accordingly, the ball inside the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)는 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322)에 의해 고출력의 충분한 회전이 가능하면서도 내부의 제1냉각유로(P1) 내지 제3냉각유로(P3)에 의해 충분한 냉각 성능을 확보할 수 있는 장점이 있다. As described above, the
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.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is varied, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims It goes without saying that various modifications are possible.
1000 : 차량용 공기 압축기
100 : 압축부
110 : 전방하우징
111 : 전방유입구
112 : 전방배출구
120 : 압축임펠러
130 : 디퓨저
131 : 제2판부
132 : 제2장착부
133 : 제2안착부
134 : 제2열교환이동홈
200 : 구동부
201 : 스테이터
202 : 로터
202a : 로터디스크
202b : 중공축홀
210 : 모터하우징
211 : 제3장착부
212 : 제1냉각수유동부
213 : 제2유동홀
220 : 전방카트리지
221 : 제1판부
222 : 제1장착부
223 : 제1안착부
224 : 제1열교환이동홈
225 : 연결부
226 : 제1유동홀
227 : 제2냉각수유동부
230 : 후방카트리지
231 : 제3판부
232 : 제4장착부
233 : 제3유동홀
240 : 후방커버
241 : 챔버
311 : 제1스러스트베어링
312 : 제2스러스트베어링
321 : 제1저널베어링
322 : 제2저널베어링;
P1 : 제1냉각유로
P2 : 제2냉각유로
P3 : 제3냉각유로1000: car air compressor
100: compression unit
110: front housing
111: front inlet 112: front outlet
120: compression impeller
130: diffuser
131: second plate portion 132: second mounting portion
133: second seating part 134: second heat exchange moving groove
200: drive unit
201 : stator
202: rotor
202a:
210: motor housing
211: third mounting part
212: first coolant flow part
213: second flow hole
220: front cartridge
221: first plate portion 222: first mounting portion
223: first seating part
224: first heat exchange moving groove 225: connection part
226: first flow hole
227: second coolant flow part
230: rear cartridge
231: third plate part 232: fourth mounting part
233: third flow hole
240: rear cover 241: chamber
311: first thrust bearing 312: second thrust bearing
321: first journal bearing 322: second journal bearing;
P1: 1st cooling flow path
P2: 2nd cooling flow path
P3: 3rd cooling flow path
Claims (16)
냉각수가 유동되는 제1냉각수유동부(212)가 형성된 모터하우징(210)과, 상기 모터하우징(210) 내주면에 결합되는 스테이터(201)와, 상기 스테이터(201) 내측에서 회전하는 로터(202)와, 상기 로터(202)에 일체로 형성되는 로터디스크(202a)를 포함하여 상기 임펠러(120)를 구동시키는 구동부(200);
상기 임펠러(120)와 로터(202) 사이를 통해 압축 공기 중 일부가 유입되어 상기 구동부(200)를 냉각하는 제1냉각유로(P1); 및
상기 제1냉각유로(P1)의 공기 중 일부가 분기되어 상기 제1냉각수유동부(212) 내부의 냉각수와 열교환되고 상기 모터하우징(210) 내부로 공급되어 냉각하는 제2냉각유로(P2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
Compression unit 100 for generating compressed air by compressing the inlet air by the operation of the impeller 120;
A motor housing 210 in which a first coolant flow portion 212 through which coolant flows is formed, a stator 201 coupled to an inner circumferential surface of the motor housing 210, and a rotor 202 rotating inside the stator 201 and a driving unit 200 for driving the impeller 120 including a rotor disk 202a integrally formed with the rotor 202;
a first cooling passage P1 through which a portion of compressed air is introduced to cool the driving unit 200 through between the impeller 120 and the rotor 202; and
A portion of the air in the first cooling flow path P1 is branched to exchange heat with the cooling water inside the first cooling water flow part 212 and is supplied into the motor housing 210 to cool the second cooling flow path P2. A vehicle air compressor comprising a.
상기 차량용 공기 압축기(1000)는,
상기 로터디스크(202a)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 제1스러스트베어링(311) 및 제2스러스트베어링(312);
상기 로터(202)의 전방 및 후방에서 양단을 회전 가능하게 지지하는 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322);
상기 모터하우징(210)의 전방에 결합되어 상기 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 및 제1저널베어링(321)을 지지하는 전방카트리지(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
According to claim 1,
The vehicle air compressor 1000,
a first thrust bearing 311 and a second thrust bearing 312 respectively provided at the front and rear of the rotor disk 202a;
a first journal bearing 321 and a second journal bearing 322 rotatably supporting both ends of the rotor 202 at the front and rear;
It is coupled to the front of the motor housing 210 and comprises a front cartridge 220 supporting the first thrust bearing 311, the second thrust bearing 312, and the first journal bearing 321. car air compressor.
상기 전방카트리지(220)는,
제1판부(221)와,
상기 제1판부(221)의 중심이 중공되어 상기 로터(202)가 장착되는 제1장착부(222);
상기 제1판부(221) 전방의 상기 제1장착부(222)의 둘레가 상기 제1스러스트베어링(311), 로터디스크(202a) 및 제2스러스트베어링(312)이 안착되도록 오목한 제1안착부(223)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
3. The method of claim 2,
The front cartridge 220,
A first plate portion 221 and;
a first mounting part 222 in which the center of the first plate part 221 is hollow and the rotor 202 is mounted;
The periphery of the first mounting part 222 in front of the first plate part 221 is concave so that the first thrust bearing 311, the rotor disk 202a, and the second thrust bearing 312 are seated. 223), characterized in that it comprises a vehicle air compressor.
상기 제1냉각유로(P1)는 공기가 상기 로터(202)를 따라 상기 제1스러스트베어링(311), 제2스러스트베어링(312), 제1저널베어링(321) 및 제2저널베어링(322)이 구비되는 영역을 전방에서 후방으로 순차적으로 이동하면서 냉각하며,
상기 제2냉각유로(P2)는 상기 제1스러스트베어링(311)을 통과한 공기 중 일부가 상기 전방카트리지(220)의 전방에서 냉각수와 열교환되어 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
4. The method of claim 3,
In the first cooling passage P1, air flows along the rotor 202, the first thrust bearing 311, the second thrust bearing 312, the first journal bearing 321, and the second journal bearing 322. Cooling the provided area while moving sequentially from front to rear,
The second cooling passage (P2) is a vehicle air compressor, characterized in that a portion of the air that has passed through the first thrust bearing (311) is heat-exchanged with the coolant at the front of the front cartridge (220) to cool it.
상기 전방카트리지(220)는,
제1안착부(223)와 연통되어 상기 제1냉각유로(P1)에서 분기된 일부 공기가 이동되면서 상기 제1판부(221) 전방 영역에서 상기 냉각수와 열교환되도록 오목한 제1열교환이동홈(224);
상기 제1판부(221)의 일정영역이 관통되어 상기 제1열교환이동홈(224)과 모터하우징(210) 내부를 연통하는 제1유동홀(226)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
5. The method of claim 4,
The front cartridge 220,
A first heat exchange moving groove 224 concave so as to communicate with the first seating part 223 and exchange heat with the coolant in the front area of the first plate part 221 as some air branched from the first cooling passage P1 moves. ;
A vehicle air compressor, characterized in that a predetermined region of the first plate portion 221 is penetrated to form a first flow hole 226 communicating with the first heat exchange moving groove 224 and the inside of the motor housing 210 .
상기 전방카트리지(220)는 상기 제1열교환이동홈(224)이 원주방향을 따라 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
6. The method of claim 5,
The front cartridge 220 is a vehicle air compressor, characterized in that the first heat exchange moving groove 224 is formed in a plurality along the circumferential direction.
상기 전방카트리지(220)는 복수개의 상기 제1열교환이동홈(224)을 원주방향으로 연결하는 연결부(225)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
7. The method of claim 6,
The front cartridge 220 is an air compressor for a vehicle, characterized in that it includes a connecting portion 225 for connecting the plurality of first heat exchange moving grooves 224 in the circumferential direction.
상기 모터하우징(210)은 상기 제1냉각수유동부(212)가 상기 전방카트리지(220)와 맞닿는 전방에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
6. The method of claim 5,
The motor housing (210) is a vehicle air compressor, characterized in that the first coolant flow portion (212) is formed in front of the contact with the front cartridge (220).
상기 전방카트리지(220)는 상기 제1판부(221)의 후방에 상기 제1냉각수유동부(212)와 연통되어 냉각수가 유동되는 공간인 제2냉각수유동부(227)가 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
9. The method of claim 8,
The front cartridge 220 has a second coolant flow portion 227 that communicates with the first coolant flow portion 212 at the rear of the first plate portion 221 and is a space through which the coolant flows. car air compressor.
상기 전방카트리지(220)는 상기 제2냉각수유동부(227)가 원주방향으로 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
10. The method of claim 9,
The front cartridge 220 is a vehicle air compressor, characterized in that the second coolant flow portion 227 is integrally connected in the circumferential direction.
상기 압축부(100)는,
공기가 유입되는 전방유입구(111) 및 압축된 공기가 배출되는 전방배출구(112)가 형성된 전방하우징(110);
상기 전방하우징(110)과 상기 전방카트리지(220) 사이에 상기 임펠러(120)를 지지하는 디퓨저(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
6. The method of claim 5,
The compression unit 100,
a front housing 110 having a front inlet 111 through which air is introduced and a front outlet 112 through which compressed air is discharged;
and a diffuser (130) supporting the impeller (120) between the front housing (110) and the front cartridge (220).
상기 디퓨저(130)는,
제2판부(131);
상기 제2판부(131)의 중심이 중공되어 상기 로터(202)가 장착되는 제2장착부(132);
상기 제2판부(131) 후방에 상기 제1열교환이동홈(224)에 대응되는 형태로 오목한 제2열교환이동홈(134)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
12. The method of claim 11,
The diffuser 130,
second plate portion 131;
a second mounting part 132 in which the center of the second plate part 131 is hollow and the rotor 202 is mounted;
and a second heat exchange moving groove (134) concave in a shape corresponding to the first heat exchange moving groove (224) at the rear of the second plate part (131).
상기 구동부(200)는 후방에 상기 제2저널베어링(322)을 지지하는 후방카트리지(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
6. The method of claim 5,
The driving unit (200) is a vehicle air compressor, characterized in that it includes a rear cartridge (230) for supporting the second journal bearing (322) at the rear.
상기 구동부(200)는 상기 후방카트리지(230)에 후방에 장착되며 내부에 공기가 이동되는 챔버(241) 공간을 형성하는 후방커버(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
14. The method of claim 13,
The driving unit 200 is mounted on the rear of the rear cartridge 230, the vehicle air compressor, characterized in that it comprises a rear cover 240 forming a chamber 241 space in which air is moved.
상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터(202) 축방향으로 중공된 중공축홀(202b)에 의해 상기 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 통과하여 상기 챔버(241)로 유입된 공기를 상기 전방하우징(110) 측으로 이송하는 제3냉각유로(P3)를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
15. The method of claim 14,
The vehicle air compressor 1000 passes through the first cooling passage P1 and the second cooling passage P2 by the hollow shaft hole 202b hollow in the axial direction of the rotor 202 to the chamber 241. A vehicle air compressor, characterized in that forming a third cooling passage (P3) for transferring the introduced air toward the front housing (110).
상기 구동부(200)는 상기 모터하우징(210) 및 후방카트리지(230)에 서로 대응되도록 중공된 제2유동홀(213) 및 제3유동홀(233)이 중공되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기. 16. The method of claim 15,
The driving unit 200 is a vehicle air compressor, characterized in that the hollow second flow hole 213 and the third flow hole 233 to correspond to each other to the motor housing 210 and the rear cartridge (230) are hollow.
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---|---|---|---|
KR1020200034222A KR20210117686A (en) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | Air compressor for car |
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ID=77924754
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---|---|---|---|---|
US20220403854A1 (en) * | 2019-10-10 | 2022-12-22 | Hanon Systems | Air compressor for vehicle |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
KR101810430B1 (en) | 2016-05-16 | 2017-12-19 | 주식회사 동희산업 | Shaft Extension Cooling type Air Compressor and Fuel Stack Vehicle thereof |
-
2020
- 2020-03-20 KR KR1020200034222A patent/KR20210117686A/en unknown
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