KR20210128827A - 전동식 과급장치 - Google Patents

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KR20210128827A
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Abstract

본 발명은 전자식 과급장치에서의 문제점들을 해소하기 위한 새로운 구조의 전자식 과급장치에 관한 발명이다. 본 발명의 한 특징에 따르면 인버터부를 별도의 인버터하우징으로 분리 구성하고 이 인버터하우징에 베어링 지지부를 포함시킨다. 이로써 인버터 관련 부분의 고장시에 과급기 전체를 교체하지 않고 인버터하우징만 교체하거나 인버터하우징 내의 인버터모듈만 교체할 수 있다. 또한 종래의 베어링 패키지 설계제약 조건(후방베어링 외경 < 고정자 내경)을 배제할 수 있게 되어 설계 자유도 확보가 가능해진다. 또한 본 발명의 제2특징에 따르면 디퓨저와 모터하우징의 일체화를 제공한다. 이로써 모터부의 냉각성 향상에 의한 내구성 증대를 얻을 수 있고 종래의 디퓨저 및 회전자 조립시 필요했던 쓰러스트 플레이트 및 볼트가 삭제되고 관련 공정이 배제된다.

Description

전동식 과급장치 {Electric supercharger}
본 발명은 압축부, 모터부, 인버터부를 구비한 전동식 과급장치 및 공기압축기에 관한 것이다.
자동차용 과급기(supercharger)는 흡기를 압축해서 대기압보다 높은 압력으로 만들어 실린더로 보내기 위한 공기 압축기이다.
일반적인 과급기는 기능적으로는 압축부, 모터부, 인버터부로 구성되고, 구조적으로는 도 1과 같이 모터하우징(5)을 중심으로 그 전방에 디퓨저(3)와 볼루트(volute)(1), 임펠러(2)가 조립되고 그 후방에 인버터커버(7)가 조립된다.
모터하우징(5) 내에 고정자(9), 회전자(11), 구동축(13)을 갖는 모터부와 인버터모듈(15)이 조립되고 인버터커버(7)에 의해 마감된다. 회전자(11)의 회전축인 구동축(13)은 전방베어링(17)과 후방베어링(19)에 의해 지지된다. 구동축(13)의 지지를 위해 일반적으로 쓰러스트 플레이트(thrust plate)(도시하지 않았음)와 베어링 안착부(도시하지 않았음)가 필요하다. 모터 하우징에는 또한 모터부의 냉각을 위해 냉각액이 지나가는 냉각유로(21)가 형성되어 있다.
이러한 종래 과급장치의 문제점은 다음과 같다.
- 후방베어링(19)과 모터하우징(5) 간의 루스핏(loose fit)으로 인해 베어링 외륜이 헛도는 현상이 발생하여, 소음과 진동이 발생하고 베어링이 마모된다(기능적으로 베어링의 외륜은 고정되어야 하며 내륜만 회전해야 함). 이와 관련하여, 조립시 후방베어링(19)의 외경이 회전자(11)의 외경(또는 고정자(9)의 내경)보다 작아야 하는 설계상 제약조건이 있어서 모터 반경 방향으로의 패키지 축소가 어렵다.
- 인버터 고장시에 보호로직이 작동하지만, 수리를 위해서는 과급기 전체를 교체해야 한다.
- 디퓨저(3)와 회전자(11)의 조립을 위해 쓰러스트 플레이트와 볼트가 사용되고 작업공수가 과다하다. 그리고 디퓨저(3) 및 회전자(11)를 모터하우징(5)에 조립시에 누적 공차에 의한 편심이 발생할 우려가 있어, NVH(Noise, Vibration, Harshness) 이슈를 불러일으킨다.
- 도 1에서 보듯이 종래 과급기에서는 냉각유로(21)의 공간이 한정되어 있어 전방베어링(17)에 냉각액이 근접할 수 없어 모터부의 냉각에 어려움이 있다.
전자식 과급장치에서의 상기 문제점들을 해소하기 위하여 새로운 구조의 전자식 과급장치를 제안하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단의 제1특징으로서, 인버터부를 별도의 인버터하우징으로 분리 구성하고 이 인버터하우징에 베어링 지지부를 포함시킨다.
이로써 인버터 관련 부분의 고장시에 과급기 전체를 교체하지 않고 인버터하우징만 교체하거나 인버터하우징 내의 인버터모듈만 교체할 수 있다. 또한 모터부 지지를 위한 후방베어링을 지지할 수 있는 구조를 인버터하우징에 포함시키고 여기에 후방베어링을 억지끼워맞춤할 수 있게 되어서, 종래의 베어링 패키지 설계제약 조건(후방베어링 외경 < 고정자 내경)이 배제될 수 있어 설계 자유도 확보가 가능해진다.
한편 상기 과제를 해결하기 위한 수단의 제2특징으로서, 디퓨저와 모터하우징의 일체화를 제공한다. 디퓨저 및 모터하우징 일체형을 적용함으로써 전방베어링 부까지 냉각유로를 근접하게 형성할 수 있어 냉각성 향상에 의한 내구성 증대를 얻을 수 있고 종래의 디퓨저 및 회전자 조립시 필요했던 쓰러스트 플레이트 및 볼트가 삭제되고 관련 공정이 배제된다.
이상에서 소개한 본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 이득을 얻을 수 있다.
1. 편의성 향상: 인버터부의 별도 구성으로 A/S가 용이해져 과급기 자체를 교체할 필요가 없으며, 설계시에도, 모터 및 후방베어링의 패키지 자유도가 높다.
2. 성능 향상: 본 발명의 한 특징에 따른 디퓨저 및 모터하우징 일체형 구성으로써, 전방베어링의 냉각성능이 증대되어 내구성이 향상되고, 디퓨저 조립시 누적공차로 인한 산포가 축소되어 품질 안정성이 확보된다.
3. 원가 절감 및 부품수 축소: 본 발명의 한 특징인 인버터부의 별도 구성으로, 소형의 고가 재료로 제작된 베어링을 사용했던 것 대신에 중/대형의 저가 베어링 사용이 가능하여 원가 절감이 가능하다. 그리고 본 발명의 다른 특징인 디퓨저 및 모터하우징 일체형 적용에 의해, 회전축을 지지하는 쓰러스트 플레이트가 삭제되고(인버터 하우징이 기능을 대체함), 디퓨저와 쓰러스트 플레이트의 조립을 위한 체결수단(볼트)이 삭제되어 원가 절감 및 부품수 축소의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 전동식 과급장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전동식 과급장치의 구성도
도 3은 분리된 인버터하우징(100)의 구체 설명을 위한 정면 사시도
도 4는 디퓨저 일체형 모터하우징(200)의 구체 설명을 위한 부분절개 사시도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 기술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용된 '포함한다(comprise)' 또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 과급장치의 구성도이다. 두 가지 구성상의 특징이 있는데, 하나는 인버터부를 별도의 하우징 모듈로 분리 구성한 것이고, 다른 하나는 모터하우징을 디퓨저 일체형으로 구성(즉, 디퓨저-모터하우징 일체형)한다는 것이다. 이하 상세히 설명한다.
첫째, 인버터부를 별도의 하우징(인버터하우징(100))으로 분리 구성한다. 즉, 인버터하우징(100)이 모터하우징(200)과 별물이 된다. 별도의 인버터하우징(100) 내에 인버터모듈(115)이 설치되고 인버터커버(120)가 씌워져 마감된다. (모터부는 종래와 같이 모터하우징(200) 내에 구비된다.)
또한 인버터하우징(100)에 모터부의 후방베어링(219)을 지지하기 위한 베어링지지부(110)가 구비된다. 이 베어링지지부(110)에 모터부의 후방베어링(219)이 억지끼워맞춤 되도록 모터하우징(200)에 인버터하우징(100)을 결합한다.
둘째, 모터하우징(200)을 디퓨저 일체형으로 구성한다. 즉, 도 1의 디퓨저(3)가 삭제된다. 전방베어링(217)의 지지를 위한 구조가 모터하우징(200)에 마련되며 이로써 쓰러스트 플레이트가 삭제된다. 따라서 디퓨저(3)와 쓰러스트 플레이트의 조립을 위한 볼트도 삭제된다.
그리고 디퓨저(3)가 삭제되고 모터하우징(200)이 디퓨저 일체형으로 되므로, 모터하우징(200) 내의 냉각유로(221)를 모터하우징(200)의 전면부 내부까지 확장 형성 가능해진다. 이 확장된 냉각유로(222)에 의해 전방베어링(217)까지 냉각액이 근접할 수 있게 되어 모터부의 냉각 성능이 증대된다. 기존의 인버터 일체형 모터 하우징에서는, 디퓨저에 냉각유로 형성이 불가하여 전방베어링의 보증 온도(약 130℃)를 넘는 열이 전달되어 파손의 위험이 컸다.
도 3은 분리된 인버터하우징(100)의 구체 설명을 위한 정면 사시도이다.
모터하우징(200)에서 별물로 분리된 인버터하우징(100)의 내부에, 인버터 기능을 하는 PCB와 회로물로 구성된 인버터모듈(115)이 설치되고, 인버터 가스켓(130)을 사이에 두고 인버터커버(120)가 씌워진다. 인버터하우징(100)과 인버터커버(120)는 볼트(122)에 의해 체결된다.
인버터하우징(100)의 앞면은 모터하우징(200)의 후면과 접촉되는 면이다. 본 발명에서는 모터하우징(200)의 후면에 위치하는 모터부 지지용 후방베어링(219)이 인버터하우징(100)의 전면에 있는 베어링지지부(110)에 지지된다. 이 베어링지지부(110)에 모터하우징(200)의 후방베어링(219)이 억지끼워맞춤 되도록 자유롭게 베어링지지부(110)의 형태를 설계할 수 있게 된다. 따라서 종래에는 도 1에서와 같이 후방베어링(19)의 직경이 모터하우징(5) 내의 회전자(11)의 외경 또는 고정자(9)의 내경보다 작아야 했던 조건이 적용될 필요가 없다.
도 4는 디퓨저 일체형 모터하우징(200)의 구체 설명을 위한 부분절개 사시도이다.
모터하우징(200)의 전면에 결합되었던 디퓨저(도 1의 3)를 삭제하고 모터하우징(200)의 전면부가 디퓨저 역할을 하도록 하였다. 따라서 도 1에서와 같이 냉각유로(21)가 디퓨저(3)에는 형성할 수 없었던 문제가 해결되어, 도 4에서와 같이 냉각유로(221)가 모터하우징(200)의 전면부에까지 확장된 냉각유로(222)를 형성할 수 있다. 다른 요소들, 즉, 고정자(209), 전방베어링(217), 후방베어링(219)은 모터하우징(200) 내에 조립된다(도 4에서 회전자는 고정자(209) 내부에 들어있어 보이지 않음). 도 4에서 223은 회전자에 연결된 전원 및 신호 연결 단자이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
볼루트(1), 임펠러(2), 디퓨저(3), 모터하우징(5), 인버터커버(7), 고정자(9), 회전자(11), 구동축(13), 인버터모듈(15), 전방베어링(17), 후방베어링(19), 냉각유로(21), 인버터하우징(100), 베어링지지부(110), 인버터모듈(115), 인버터커버(120), 볼트(122), 인버터 가스켓(130), 모터하우징(200), 고정자(209), 전방베어링(217), 후방베어링(219), 냉각유로(221), 확장된 냉각유로(222), 전원 및 신호 연결 단자(223)

Claims (11)

  1. 베어링에 의해 지지되는 구동축을 갖는 회전자와, 냉각액이 지나가는 냉각유로와, 디퓨저가 포함된 모터부; 그리고 인버터모듈이 내장되는 인버터부를 포함한 전동식 과급장치에서, 상기 인버터부는 상기 모터부와 분리된 별도의 인버터하우징을 포함하는 전동식 과급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인버터하우징은
    상기 모터부의 베어링을 지지하기 위한 베어링지지부를 포함하여, 이 베어링지지부에 상기 모터부의 베어링이 결합되도록 인버터하우징이 상기 모터부에 결합되는 것을 특징으로 하는, 전동식 과급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터부는
    상기 디퓨저와 일체로 형성되며, 상기 회전자와 상기 냉각유로를 포함하는 모터하우징을 포함하는, 전동식 과급장치.
  4. 제4항에 있어서, 상기 모터하우징에 포함된 냉각유로는
    상기 모터하우징에서부터 상기 디퓨저에까지 확장되어 있는 것을 특징으로 하는, 전동식 과급장치.
  5. 베어링에 의해 지지되는 구동축을 갖는 회전자와, 냉각액이 지나가는 냉각유로와, 디퓨저가 포함된 모터부; 그리고 인버터모듈이 내장되는 인버터부를 포함한 전동식 과급장치에서, 상기 모터부는 상기 디퓨저와 일체로 형성되며, 상기 회전자와 상기 냉각유로를 포함하는 모터하우징을 포함하는, 전동식 과급장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모터하우징에 포함된 냉각유로는
    상기 모터하우징에서부터 상기 디퓨저에까지 확장되어 있는 것을 특징으로 하는, 전동식 과급장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 인버터부는 상기 모터부의 모터하우징과 분리된 별도의 인버터하우징을 포함하는 전동식 과급장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인버터하우징은
    상기 모터부의 베어링을 지지하기 위한 베어링지지부를 포함하여, 이 베어링지지부에 상기 모터부의 베어링이 결합되도록 인버터하우징이 상기 모터부의 모터하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는, 전동식 과급장치.
  9. 베어링에 의해 지지되는 구동축을 갖는 회전자와, 냉각액이 지나가는 냉각유로와, 디퓨저가 포함된 모터부; 그리고 인버터모듈이 내장되는 인버터부를 포함한 전동식 과급장치에서,
    상기 모터부는 상기 디퓨저와 일체로 형성되며, 상기 회전자와 상기 냉각유로를 포함하는 모터하우징을 포함하고,
    상기 인버터부는 상기 모터부의 모터하우징과 분리된 별도의 인버터하우징을 포함하는 전동식 과급장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 모터하우징에 포함된 냉각유로는
    상기 모터하우징에서부터 상기 디퓨저에까지 확장된 것을 특징으로 하는, 전동식 과급장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 인버터하우징은
    상기 모터부의 베어링을 지지하기 위한 베어링지지부를 포함하여, 이 베어링지지부에 상기 모터부의 베어링이 결합되도록 인버터하우징이 상기 모터하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는, 전동식 과급장치.
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