WO2022211158A1 - 차량용 공기 압축기 - Google Patents

차량용 공기 압축기 Download PDF

Info

Publication number
WO2022211158A1
WO2022211158A1 PCT/KR2021/004092 KR2021004092W WO2022211158A1 WO 2022211158 A1 WO2022211158 A1 WO 2022211158A1 KR 2021004092 W KR2021004092 W KR 2021004092W WO 2022211158 A1 WO2022211158 A1 WO 2022211158A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cover
air compressor
rotor
hollow
vehicle air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2021/004092
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박치용
김현칠
박건웅
박민규
성열우
양현섭
이종성
최규성
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanon Systems Corp
Original Assignee
Hanon Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanon Systems Corp filed Critical Hanon Systems Corp
Priority to DE112021003196.1T priority Critical patent/DE112021003196T5/de
Priority to PCT/KR2021/004092 priority patent/WO2022211158A1/ko
Priority to CN202180058874.0A priority patent/CN116261628A/zh
Priority to US18/017,327 priority patent/US11982283B2/en
Publication of WO2022211158A1 publication Critical patent/WO2022211158A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • F04D25/082—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation the unit having provision for cooling the motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing
    • F04D29/0513—Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/053—Shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5813—Cooling the control unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/60—Shafts
    • F05D2240/61—Hollow

Definitions

  • the present invention relates to a compressor, and more particularly, to an air compressor for a vehicle that can support a rotor disk by a first cover and a second cover, and can form a cooling flow path to further increase manufacturability and improve cooling efficiency. is about
  • 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.
  • passenger fuel cell vehicles are equipped with a 100kW fuel cell stack.
  • the air supplied to the fuel cell stack is supplied at a high pressure of 1 to 4 bar.
  • a fuel cell vehicle typically includes a fuel cell stack for generating electricity, a humidifier for increasing the humidity of air supplied to the fuel cell stack, a fuel supply unit for supplying hydrogen to the fuel cell stack, and air containing oxygen to the fuel cell stack. It consists of an air supply unit for supplying the fuel cell, and a cooling module for cooling the fuel cell stack.
  • 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.
  • the above-described air compressor compresses air sucked from the outside using a compressor impeller and then sends it to the fuel cell stack.
  • 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.
  • 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, after cooling the motor and bearing for rotating the impeller by utilizing a part of the compressed air produced by the impeller of the air compressor, a structure in which it is introduced back into the inlet side of the impeller through the inner hole of the rotation shaft of the motor is proposed. .
  • 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 driving housing to the motor outer chamber is extracted from the compressed air formed by the impeller, and the cooling air is sucked into the air exhaust hole to the shaft rear end of the shaft. It is characterized in that it includes a motor cooling path for discharging to the front end.
  • the present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to support the rotor disk by the first cover and the second cover, and to form a cooling flow path to further improve manufacturability.
  • An object of the present invention is to provide an air compressor for a vehicle having improved cooling efficiency.
  • an object of the present invention is that the second cover is integrally formed with the first member and the second member to form a chamber part therein to form a cooling passage, and to support the rear of the rotor disk, thereby reducing the number of parts.
  • An object of the present invention is to provide an air compressor for a vehicle with improved manufacturability.
  • an object of the present invention is to provide an air compressor for a vehicle in which a first heat dissipation rib and a second heat dissipation rib are formed on the inside of the second cover, and the separation distance from the control board is sufficiently secured to further increase heat dissipation and cooling performance.
  • the vehicle air compressor 1000 includes an impeller 120 for generating compressed air by compressing inlet air;
  • a driving unit 200 for driving the impeller 120 including a stator 210, a rotor 220 coupled to the impeller 120, and a rotor disk 221 integrally formed behind the rotor 220 ); a driving housing 300 having the driving unit 200 therein; an impeller housing 110 coupled to the front of the driving housing 300 and having the impeller 120 therein;
  • a first cover 400 coupled to the rear of the driving housing 300 and supporting the front of the rotor disk 221 , and a first cover 400 coupled to the first cover 400 to support the other side of the rotor disk 221 . It is characterized in that it includes two covers (500).
  • the vehicle air compressor 1000 includes a bearing unit 600 including a first airfoil bearing 611 and a second airfoil bearing 612 respectively provided at the front and rear of the rotor disk 221 . characterized in that it is provided.
  • the vehicle air compressor 1000 includes a cooling passage for cooling the bearing unit 600 and the rotor 220 by introducing the compressed air discharged from the impeller 120 into the bearing unit 600 . characterized.
  • the cooling passage includes a first cooling passage P1 and the first cooling passage for cooling a part of the air compressed by the impeller 120 while moving along the outside of the rotor 220 from front to rear
  • a second cooling passage P2 in which the air moved from P1) is cooled while moving toward the impeller 120 along the hollow shaft portion 222 in which the center of the rotor 220 is hollow in the axial direction includes a second cooling passage P2,
  • the second cover 500 is characterized in that a hollow portion 512 in which a predetermined central region is hollow is formed to communicate the first cooling passage P1 and the second cooling passage P2.
  • the cooling flow passage is characterized in that it includes a bypass passage (P3) for allowing the compressed air to bypass at least a partial area of the bearing part (600), and in this case, the bypass passage (P3) is It is characterized in that it is formed by a first hollow hole (401) penetrating the first cover (400).
  • bypass passage (P3) is characterized in that it is formed by a second hollow hole (515) passing through the second cover (500).
  • the second cover 500 is characterized in that the second hollow hole 515 is formed to be inclined toward the center of the rotor 220 from the front to the rear.
  • the second cover 500 is characterized in that a plurality of the second hollow holes 515 are formed along the circumference.
  • the second cover 500 is characterized in that a predetermined space is formed therein, and a chamber part 501 communicating with the hollow part 512 and the bypass passage P3 is formed.
  • the second cover 500 has a body portion 511 forming a coupling surface with the first cover 400 and protrudes from one side of the body portion 511 to support the rotor disk 221 .
  • the first member 510 and the first member 510 including a support part 513 which It is characterized in that the plate-shaped second member 520 coupled to the chamber forming part 514 of the member 510 is integrally joined.
  • the second cover 500 is characterized in that a plurality of first heat dissipation ribs 530 protruding from the inner surface of the chamber forming unit 514 to the inside of the chamber unit 501 are formed in plurality.
  • the second cover 500 is characterized in that a plurality of second heat dissipation ribs 540 protruding from the other side surface of the body portion 511 and the outer surface of the chamber forming portion 514 are formed.
  • the vehicle air compressor 1000 is characterized in that the inner diameter (D512) of the hollow part of the second cover (500) is formed to be larger than the inner diameter (D400) of the first cover.
  • the rotor 220 is characterized in that a predetermined region of the rear end is inserted into the hollow portion 512 region of the second cover 500 .
  • the rotor 220 is characterized in that the stepped portion 223 having an outer diameter that is narrowed rearwardly is formed in the region inserted into the hollow portion 512 .
  • the hollow shaft portion 222 is characterized in that it includes an expansion introduction portion (222a) in which the hollow inner diameter of a predetermined area on the rear side communicating with the chamber portion 501 is larger than that of the remaining area.
  • the vehicle air compressor 1000 is provided with a control unit 700 including a control board 710, and the control board 710 is driven to be spaced a predetermined distance from the outside of the second cover 500 to the rear side. It is characterized in that it is fixed to the housing (300).
  • the separation distance D710 between the second cover 500 and the control board 710 is 4 mm or more.
  • the vehicle air compressor 1000 is disposed at both ends of the outer peripheral surface of the rotor 220 to support the rotor 220 to smoothly rotate inside the driving housing 300.
  • a front journal bearing 621 and a rear journal It is characterized in that it includes a bearing (622).
  • the second cover 500 is characterized in that the second hollow hole 515 is formed in parallel with the central axis of the rotor 220 .
  • the distance C2 between the rear end of the rotor 220 and the second member 520 is larger than the inner diameter C1 of the hollow shaft portion 222 .
  • the air compressor for a vehicle of the present invention can support the rotor disk by the first cover and the second cover, and can form a cooling flow path, thereby further improving manufacturability and improving cooling efficiency.
  • the second cover is integrally formed with the first member and the second member to form a chamber part therein to form a cooling passage, and the number of parts can be supported by the rear of the rotor disk reduced and improved manufacturability.
  • the vehicle air compressor of the present invention can easily cool the bearing part and the rotor while passing through the outside and inside of the rotor, and the cooling performance can be improved by making the cooling air flow more smoothly through the bypass flow path and the hollow expansion part.
  • a first heat dissipation rib and a second heat dissipation rib are formed on the inside of the second cover, and the separation distance from the control board is sufficiently secured to further improve heat dissipation and cooling performance.
  • FIG 1 and 2 are a cross-sectional view and a partially enlarged view of an air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged view showing the flow of the cooling flow of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 4 is a partially exploded perspective view of an air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a second cover of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a second cover of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional and partial enlarged views of the air compressor 1000 for a vehicle according to the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the cooling flow flow of the air compressor 1000 for a vehicle according to the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view of the second cover 500 of the vehicle air compressor 1000 according to the present invention
  • FIG. 6 is a vehicle air compressor 1000 according to the present invention ) is an exploded perspective view of the second cover 500.
  • the vehicle air compressor 1000 includes an impeller 120 , a driving unit 200 , a driving housing 300 , an impeller housing 110 , a first cover 400 , and a second cover 500 . .
  • the impeller 120 is a part that compresses the inlet air to generate compressed air, and is coupled to the inside of the impeller housing 110 .
  • the impeller housing 110 is connected in the form of a volute in which the internal space is gradually narrowed from the front inlet 111 and the front inlet 111 through which the air to be compressed is introduced, and the front outlet 112 through which the compressed air is discharged is formed. do.
  • the impeller 120 compresses the incoming air while rotating by receiving a driving force from the rotor 220 of the driving unit 200 to be described later.
  • the driving unit 200 includes a stator 210 , a rotor 220 , and a rotor disk 221 .
  • the driving unit 200 is provided in the driving housing 300, the stator 210 is composed of a plate and a coil, is mounted and fixed inside the driving housing 300, the rotor 220 is the inside rotate in
  • the rotor 220 and the rotor disk 221 are integrally formed, and in the present invention, the rotor disk 221 is provided with the impeller 120 at the rear (in the right direction in FIGS. 1 to 6 , the front in the present invention). side, and the rear is defined as the opposite of the front in the longitudinal direction of the rotor 220).
  • the rotor 220 has a hollow shaft portion 222 having a hollow center in the axial direction to form a second cooling passage P2.
  • the hollow shaft part 222 is formed with an expansion introduction part 222a in which the hollow inner diameter of the predetermined area on the rear side, which is the side in which the air is introduced, is larger than that of the remaining area, so that the air flow of the cooling flow path to be described later is smoothly made. desirable.
  • the rotor 220 When external power is supplied, the rotor 220 generates a rotational force by electromagnetic interaction with the stator 210 , and the impeller 120 rotates by this force, and air is compressed.
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention is provided with a bearing unit 600 to easily support the rotation of the rotor 220 and the rotor disk 221 , and the bearing unit 600 is
  • a first airfoil bearing 611 and a second airfoil bearing 612 provided at the front and rear of the rotor disk 221, respectively, are disposed at both ends (front and rear) of the outer peripheral surface of the rotor 220 and the rotor ( 220) may include a front journal bearing 621 and a rear journal bearing 622 that support the driving housing 300 to rotate smoothly inside.
  • the first cover 400 and the second cover 500 are sequentially coupled to the rear of the driving housing 300 to support the rotor disk 221 and form a cooling passage.
  • the first cover 400 is coupled to the rear of the driving housing 300 and supports the front of the rotor disk 221 .
  • the first cover 400 is hollow so that the rotor 220 (and the rear journal bearing 622) is inserted into the center.
  • the first cover 400 is a rear journal bearing supporting the first airfoil bearing 611 and the rotor 220 in front of the rotor disk 221 . (622) is supported.
  • the second cover 500 is coupled to the first cover 400 to support the rear of the rotor disk 221 .
  • the second cover 500 supports the second airfoil bearing 612 behind the rotor disk 221 .
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention includes a cooling passage for cooling the bearing unit 600 and the rotor 220 by introducing the compressed air discharged from the impeller 120 into the bearing unit 600, A description of the cooling passage will be described later.
  • the second cover 500 is formed integrally with the first member 510 and the second member 520 to form a chamber part 501 that is a predetermined space in which air flows.
  • the first member 510 is a portion coupled to the first cover 400 , and forms a front side of the second cover 500 .
  • the first member 510 includes a body portion 511 forming a coupling surface with the first cover 400 , and a support portion protruding from one side of the body portion 511 to support the rotor disk 221 . 513 and a chamber forming part 514 protruding from the other side of the body part 511 to form a chamber part 501 therein.
  • the support part 513 is a part that protrudes toward the front side, which is one side of the body part 511 , to support the rotor disk 221 and the second airfoil bearing 612 .
  • the chamber forming part 514 is a part that protrudes toward the rear side, which is the other side of the body part 511 , to form the chamber part 501 therein.
  • the first member 510 of the second cover 500 has a hollow portion 512 in which a predetermined central area is hollow, and a rear predetermined area of the rotor 220 is inserted into the hollow portion 512 area. .
  • a plurality of second hollow holes 515 forming the bypass passage P3 are formed around the hollow portion 512 .
  • the second hollow hole 515 is formed to be inclined toward the center of the rotor 220 from the front to the rear.
  • the hollow inner diameter D512 of the second cover 500 is formed larger than the inner diameter D400 of the first cover, and the rotor inserted into the hollow portion 512 side of the second cover 500 ( A step portion 223 having a narrow outer diameter is formed at the end of the 220) so that air can easily move from the front to the rear in which the chamber portion 501 is formed (see FIG. 2).
  • the second cover 500 may have a plurality of first heat dissipation ribs 530 protruding from the inner surface of the chamber forming unit 514 to the inside of the chamber unit 501 .
  • a plurality of the first heat dissipation ribs 530 are disposed to be spaced apart from each other in the rear circumferential direction, and are centered on the inner surface of the chamber forming part 514 at the rear of the body part 511 so that the chamber part 501 can secure a sufficient space. is formed to form a smooth curved surface in the circumferential direction.
  • the second cover 500 has a plurality of second heat dissipation ribs 540 protruding in a radial direction from the other side of the support part 513 and the outer surface of the chamber forming part 514 .
  • the second cover 500 has a first heat dissipation rib 530 on the inside and a second heat dissipation rib 540 on the outside, so that the air is smoothly cooled and then supplied to the hollow shaft 222 to the rotor 220 .
  • the cooling performance can be further improved.
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention may be provided with a control unit 700 including a control board 710 , wherein the control unit 700 is spaced apart from the rear of the second cover 500 by a predetermined distance. It is formed so that heat generated in the control board 710 is heat-exchanged with the air inside the chamber unit 501, and the separation distance D710 is preferably 4 mm or more.
  • the second member 520 has a plate shape coupled to the chamber forming part 514 of the first member 510 and is integrally formed with the first member 510 .
  • Reference numeral 800 not described in FIG. 1 denotes a diffuser 800, which is provided between the impeller housing 110 and the driving housing 300 to support the rear of the impeller 120, and a front journal bearing 621. support the
  • a cooling flow path (air flow) for cooling the vehicle air compressor 1000 of the present invention having the configuration as described above will be described.
  • the cooling flow path is configured to cool the driving unit 200 and the bearing unit 600 inside the driving housing 300 using a part of the compressed air compressed by the impeller 120, and a first cooling path P1 and It includes a second cooling passage (P2).
  • the cooling passage is shown in FIG. 3 . 3 shows the air flow with arrows using the same drawing as FIG. 2 , and the configuration of the bearing part 600 is not shown in order to clearly indicate the flow of the arrow.
  • the first cooling passage P1 is configured to cool a portion of the air compressed by the impeller 120 while moving along the outside of the rotor 220 from front to rear, together with the outside of the rotor 220 . , the front journal bearing 621, the rear journal bearing 622, the first airfoil bearing 611 and the second airfoil bearing 612 are cooled.
  • the second cooling passage P2 is cooled while the air moved in the first cooling passage P1 moves toward the impeller 120 along the hollow shaft portion 222 of the rotor 220 . That is, the air inside the second cooling passage P2 moves from the rear to the front.
  • the first cooling passage P1 and the second cooling passage P2 are communicated through the chamber part 501, and the air passing through the first cooling passage P1 is the second cover 500. It flows into the chamber part 501 through the hollow part 512 and moves to the second cooling passage P2.
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention may include a bypass flow path P3 through which the compressed air bypasses at least a partial region of the bearing unit 600 .
  • the bypass flow path P3 may be formed by a first hollow hole 401 passing through the first cover 400 , and also a second hollow hole 515 passing through the second cover 500 . ) can be formed by
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention includes one and both of the first hollow hole 401 and the second hollow hole 515 formed therein,
  • the first hollow hole 401 does not pass through the rear journal bearing 622, but forms a space in which the air inside the driving housing 300 is bypassed, and the second hollow hole 515 is the second hollow hole 515.
  • the air moved through the first hollow hole 401 or the air that has passed through the rear journal bearing 622 and the first airfoil bearing 611 of the first cooling passage P1 passes through the second airfoil bearing 612. Forms a space that does not pass through and is bypassed.
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention forms the bypass passage P3 while cooling the bearing portion 600 by the first cooling passage P1 and passes the hollow shaft portion 222 . It is possible to lower the temperature of the air to be used, it is possible to sufficiently secure the cooling performance of the rotor (220).
  • the vehicle air compressor 1000 of the present invention can support the rotor disk 221 using only the configuration of the first cover 400 and the second cover 500, and can form a cooling flow path to improve manufacturability. It has the advantage of improving cooling efficiency while being able to further increase it.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the air compressor for a vehicle according to the present invention.
  • the second hollow hole 515 of the second cover 500 may be formed in a direction parallel to the central axis of the rotor 220 , and thus made inclined with respect to the central axis of the rotor 220 . Compared to that in which the two hollow holes 515 are formed, the processing of the holes may be easier.
  • the distance C2 between the rear end of the rotor 220 and the surfaces of the second member 520 facing each other may be greater than the inner diameter C1 of the hollow shaft portion 222 .
  • the minimum length of C2 is configured to be longer than the length of C1, thereby increasing the space of the chamber part 501 and securing the inlet flow path at the same time, thereby increasing the amount of cooling air, thereby increasing the cooling effect inside the compressor.
  • 222a expansion introduction part
  • 223 step part
  • 300 drive housing
  • 520 a second member
  • 530 a first heat dissipation rib
  • 540 a second heat dissipation rib
  • 600 bearing part, 611: first airfoil bearing, 612: second airfoil bearing,
  • 621 front journal bearing
  • 622 rear journal bearing
  • control unit 710: control board
  • D710 separation distance
  • C1 the inner diameter of the hollow shaft
  • C2 the distance between the rear end of the rotor and the second member

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1커버 및 제2커버에 의해 로터디스크를 지지할 수 있으며, 냉각유로를 형성할 수 있어 제조성을 보다 높일 수 있으면서도 냉각 효율을 향상시킨 차량용 공기 압축기에 관한 것이다.

Description

차량용 공기 압축기
본 발명은 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1커버 및 제2커버에 의해 로터디스크를 지지할 수 있으며, 냉각유로를 형성할 수 있어 제조성을 보다 높일 수 있으면서도 냉각 효율을 향상시킨 차량용 공기 압축기에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
전술한 공기 압축기는 외부로부터 흡입한 공기를 압축기임펠러를 이용하여 압축한 후 연료전지스택으로 송출한다.
여기서 압축기임펠러는 구동부로부터 동력을 전달받는 회전축과 연결되어 있으며, 일반적으로 구동부는 스테이터와 로터의 전자기 유도에 의해 회전축을 구동하게 된다.
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.
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.
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.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 등록특허 제10-1810430호(2017.12.13. 등록)
본 발명에 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 제1커버 및 제2커버에 의해 로터디스크를 지지할 수 있으며, 냉각유로를 형성할 수 있어 제조성을 보다 높일 수 있으면서도 냉각 효율을 향상시킨 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 제2커버가 제1부재 및 제2부재가 일체로 형성되어 내부에 챔버부를 형성하여 냉각유로를 형성할 수 있으며, 로터디스크의 후방을 지지할 수 있어 부품수를 줄이고 제조성을 높인 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 로터의 외측 및 내측을 통과하며 베어링부 및 로터를 용이하게 냉각할 수 있으며, 바이패스유로 및 중공확장부를 통해 냉각공기의 흐름을 보다 원활히 하여 냉각 성능을 높일 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 상기 제2커버 내측에 제1방열리브 및 외측에 제2방열리브가 형성되며, 제어기판과의 이격 거리를 충분히 확보하여 방열, 냉각 성능을 보다 높일 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)는 유입 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 임펠러(120); 스테이터(210)와, 상기 임펠러(120)와 결합되는 로터(220)와, 상기 로터(220) 후방에 일체로 형성되는 로터디스크(221)를 포함하여 상기 임펠러(120)를 구동시키는 구동부(200); 상기 구동부(200)가 내부에 구비되는 구동하우징(300); 상기 구동하우징(300)의 전방에 결합되어 상기 임펠러(120)가 내부에 구비되는 임펠러하우징(110); 상기 구동하우징(300)의 후방에 결합되며 상기 로터디스크(221) 전방을 지지하는 제1커버(400) 및 상기 제1커버(400)에 결합되어 상기 로터디스크(221)의 타측을 지지하는 제2커버(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터디스크(221)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 제1에어포일베어링(611) 및 제2에어포일베어링(612)을 포함하는 베어링부(600)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 임펠러(120)에서 배출된 압축 공기를 상기 베어링부(600)에 유입시켜 상기 베어링부(600) 및 로터(220)를 냉각하는 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 냉각유로는, 상기 임펠러(120)에서 압축된 공기의 일부를 전방에서 후방으로 상기 로터(220)의 외측을 따라 이동하면서 냉각하는 제1냉각유로(P1) 및 상기 제1냉각유로(P1)에서 이동된 공기가 상기 로터(220)의 중심이 축방향으로 중공되는 중공축부(222)를 따라 상기 임펠러(120) 측으로 이동하면서 냉각하는 제2냉각유로(P2)를 포함하며, 상기 제2커버(500)가 중앙 일정영역이 중공되는 중공부(512)가 형성되어 상기 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 연통하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각유로는 상기 압축 공기가 상기 베어링부(600)의 적어도 일부 영역을 바이패스하도록 하는 바이패스유로(P3)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 때, 상기 바이패스유로(P3)는 상기 제1커버(400)를 관통하는 제1중공홀(401)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 바이패스유로(P3)는 상기 제2커버(500)를 관통하는 제2중공홀(515)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제2커버(500)는 상기 제2중공홀(515)이 전방에서 후방으로 갈수록 상기 로터(220)의 중심 방향에 가까워지도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제2커버(500)는 상기 제2중공홀(515)이 둘레를 따라 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2커버(500)는 내부에 일정 공간을 형성하며 상기 중공부(512) 및 바이패스유로(P3)와 연통되는 챔버부(501)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제2커버(500)는 상기 제1커버(400)와 결합면을 형성하는 몸체부(511)와, 상기 몸체부(511)의 일측면으로부터 돌출되어 상기 로터디스크(221)를 지지하는 지지부(513)와, 상기 몸체부(511)의 타측면으로부터 둘레가 돌출되어 내부에 챔버부(501)를 형성하는 챔버형성부(514)를 포함하는 제1부재(510) 및 상기 제1부재(510)의 챔버형성부(514)와 결합되는 판형의 제2부재(520)가 일체로 접합된 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2커버(500)는 상기 챔버형성부(514) 내면으로부터 일정영역이 상기 챔버부(501) 내측으로 돌출되는 제1방열리브(530)가 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제2커버(500)는 상기 몸체부(511)의 타측면과 상기 챔버형성부(514) 외면으로부터 돌출되는 제2방열리브(540)가 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 제2커버(500) 중공부 내경(D512)이 상기 제1커버의 내경(D400)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 로터(220)는 후방측 단부 일정 영역이 상기 제2커버(500)의 중공부(512) 영역에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 로터(220)는 상기 중공부(512)에 삽입된 영역에 후방측으로 외경이 좁아지는 단차부(223)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 중공축부(222)는 상기 챔버부(501)와 연통되는 후방측 일정영역의 중공된 내경이 나머지 영역에 비해 크게 형성된 확장도입부(222a)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 차량용 공기 압축기(1000)는 제어기판(710)을 포함하는 제어부(700)가 구비되되, 상기 제어기판(710)은 상기 제2커버(500) 외측에서 후방측으로 일정거리 이격되게 상기 구동하우징(300)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제2커버(500)와 제어기판(710)의 이격 거리(D710)는 4mm 이상인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터(220)의 외주면 양단부에 배치되어 상기 로터(220)가 구동하우징(300) 내부를 원활히 회전할 수 있도록 지지하는 전방저널베어링(621) 및 후방저널베어링(622)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2커버(500)는, 상기 제2중공홀(515)이 로터(220)의 중심축과 나란하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 로터(220)의 후단과 제2부재(520) 사이의 거리(C2)는 상기 중공축부(222)의 내경(C1)보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 차량용 공기 압축기는 제1커버 및 제2커버에 의해 로터디스크를 지지할 수 있으며, 냉각유로를 형성할 수 있어 제조성을 보다 높일 수 있으면서도 냉각 효율을 향상시킨 장점이 있다.
특히, 본 발명의 차량용 공기 압축기는 제2커버가 제1부재 및 제2부재가 일체로 형성되어 내부에 챔버부를 형성하여 냉각유로를 형성할 수 있으며, 로터디스크의 후방을 지지할 수 있어 부품수를 줄이고 제조성을 높인 장점이 있다.
또, 본 발명의 차량용 공기 압축기는 로터의 외측 및 내측을 통과하며 베어링부 및 로터를 용이하게 냉각할 수 있으며, 바이패스유로 및 중공확장부를 통해 냉각공기의 흐름을 보다 원활히 하여 냉각 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 차량용 공기 압축기는 상기 제2커버 내측에 제1방열리브 및 외측에 제2방열리브가 형성되며, 제어기판과의 이격 거리를 충분히 확보하여 방열, 냉각 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 단면도 및 부분 확대도.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 냉각유로 흐름을 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 부분 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 제2커버 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 제2커버 분해사시도.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 다른 실시예를 나타낸 부분 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 단면도 및 부분 확대도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 냉각유로 흐름을 나타낸 확대도이며, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 부분 분해사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 제2커버(500) 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)의 제2커버(500) 분해사시도이다.
본 발명에 따른 차량용 공기 압축기(1000)는 임펠러(120), 구동부(200), 구동하우징(300), 임펠러하우징(110), 제1커버(400), 및 제2커버(500)를 포함한다.
상기 임펠러(120)는 유입 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 부분이며, 상기 임펠러하우징(110) 내부에 결합된다. 상기 임펠러하우징(110)은 압축 대상 공기가 유입되는 전방유입구(111) 및 전방유입구(111)로부터 내부 공간이 점차 좁아지는 볼류트 형태로 연결되어 압축된 공기가 배출되는 전방배출구(112)가 형성된다. 이 때, 상기 임펠러(120)는 후술하는 상기 구동부(200)의 로터(220)로부터 구동력을 제공받아 회전하면서 유입 공기를 압축한다.
상기 구동부(200)는 스테이터(210), 로터(220), 및 로터디스크(221)를 포함한다. 상기 구동부(200)는 상기 구동하우징(300) 내부에 구비되는데, 상기 스테이터(210)가 플레이트 및 코일로 구성되며, 상기 구동하우징(300) 내부에 장착 고정되고, 상기 로터(220)가 그 내부에서 회전한다.
상기 로터(220) 및 로터디스크(221)는 일체형으로, 본 발명에서 상기 로터디스크(221)는 후방(도 1 내지 도 6에서 도면 우측방향으로, 본 발명에서 전방은 상기 임펠러(120)가 구비된 측으로 정의하며, 후방은 로터(220)의 길이방향으로 상기 전방의 반대로 정의한다.)에 구비된다.
상기 로터(220)는 중심이 축방향으로 중공되는 중공축부(222)가 형성되어 제2냉각유로(P2)를 형성한다.
상기 중공축부(222)는 공기가 유입되는 측인 후방측 일정 영역영역의 중공된 내경이 나머지 영역에 비해 크게 형성되는 확장도입부(222a)가 형성되어 후술할 냉각유로의 공기 흐름을 원활히 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
외부 전력이 공급되면 상기 로터(220)는 상기 스테이터(210)와의 전자기적 상호 작용에 의해 회전력이 발생되며, 이 힘에 의해 상기 임펠러(120)가 회전되고, 공기가 압축된다.
이 때, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터(220) 및 로터디스크(221)의 회전을 용이하게 지지할 수 있도록 베어링부(600)가 구비되며, 상기 베어링부(600)는 상기 로터디스크(221)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 제1에어포일베어링(611) 및 제2에어포일베어링(612), 상기 로터(220)의 외주면 양단부(전방 및 후방)에 배치되어 상기 로터(220)가 구동하우징(300) 내부를 원활히 회전할 수 있도록 지지하는 전방저널베어링(621) 및 후방저널베어링(622)을 포함할 수 있다.
상기 제1커버(400) 및 제2커버(500)는 순차적으로 상기 구동하우징(300)의 후방에 결합되어 상기 로터디스크(221)를 지지하며, 냉각유로를 형성한다.
먼저, 상기 제1커버(400)는 상기 구동하우징(300)의 후방에 결합되며, 상기 로터디스크(221)의 전방을 지지한다. 상기 제1커버(400)는 중심에 상기 로터(220)( 및 후방저널베어링(622))가 삽입되도록 중공된다. 특히, 상기 베어링부(600)가 장착되는 경우, 상기 제1커버(400)는 상기 로터디스크(221) 전방에서 상기 제1에어포일베어링(611) 및 상기 로터(220)를 지지하는 후방저널베어링(622)을 지지한다.
상기 제2커버(500)는 상기 제1커버(400)에 결합되어 상기 로터디스크(221)의 후방을 지지한다. 특히, 상기 베어링부(600)가 장착되는 경우, 상기 제2커버(500)는 상기 로터디스크(221) 후방에서 상기 제2에어포일베어링(612)을 지지한다.
본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 임펠러(120)에서 배출된 압축 공기를 상기 베어링부(600)에 유입시켜 상기 베어링부(600) 및 로터(220)를 냉각하는 냉각유로를 포함하며, 상기 냉각유로에 대한 설명은 다시 후술한다.
상기 제2커버(500)는 제1부재(510) 및 제2부재(520)가 일체로 형성되어 내부에 공기가 유동되는 일정공간인 챔버부(501)를 형성한다.
상기 제1부재(510)는 제1커버(400)와 결합되는 부분으로, 제2커버(500)의 전방측을 형성하는 부분이다. 상기 제1부재(510)는 상기 제1커버(400)과 결합면을 형성하는 몸체부(511)와, 상기 몸체부(511)의 일측면으로부터 돌출되어 상기 로터디스크(221)를 지지하는 지지부(513)와, 상기 몸체부(511)의 타측면으로부터 둘레가 돌출되어 내부에 챔버부(501)를 형성하는 챔버형성부(514)를 포함한다.
상기 지지부(513)는 상기 몸체부(511)의 일측면인 전방 측으로 돌출되어 상기 로터디스크(221) 및 제2에어포일베어링(612)을 지지하는 부분이다.
상기 챔버형성부(514)는 상기 몸체부(511)의 타측면인 후방 측으로 둘레가 돌출되어 내부에 챔버부(501)를 형성하는 부분이다.
상기 제2커버(500)의 제1부재(510)는 중앙 일정영역이 중공되는 중공부(512)가 형성되며, 상기 중공부(512) 영역에 로터(220)의 후방측 일정영역이 삽입된다. 또한, 바이패스유로(P3)를 형성하는 제2중공홀(515)이 상기 중공부(512)의 둘레에 복수개 형성된다. 상기 제2중공홀(515)은 전방에서 후방으로 갈수록 상기 로터(220)의 중심 방향에 가까워지도록 경사지게 형성된다.
이 때, 상기 제2커버(500)의 중공부 내경(D512)은 상기 제1커버의 내경(D400)보다 크게 형성되고, 상기 제2커버(500)의 중공부(512) 측으로 삽입된 로터(220)의 단부가 외경이 좁아지는 단차부(223)가 형성되어 공기가 전방에서 상기 챔버부(501)가 형성된 후방방향으로 용이하게 이동되도록 한다.(도 2 참조)
또한, 상기 제2커버(500)는 상기 챔버형성부(514) 내면으로부터 일정영역이 상기 챔버부(501) 내측으로 돌출되는 제1방열리브(530)가 복수개 형성될 수 있다. 상기 제1방열리브(530)는 후방 둘레방향으로 복수개가 이격되게 배치되며 상기 챔버부(501)가 충분한 공간을 확보할 수 있도록 상기 몸체부(511) 후방의 챔버형성부(514) 내면에 중심에서 원주방향으로 완만한 곡면을 형성하도록 형성된다.
또, 상기 제2커버(500)는 상기 지지부(513)의 타측면과 상기 챔버형성부(514) 외면으로부터 반경방향으로 돌출되는 제2방열리브(540)가 복수개 형성된다.
상기 제2커버(500)는 내부에 제1방열리브(530) 및 외부에 제2방열리브(540)가 형성되어 공기가 원활히 냉각된 후 상기 중공축부(222)로 공급되어 상기 로터(220) 냉각 성능을 보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 제어기판(710)을 포함하는 제어부(700)가 구비될 수 있는데, 상기 제어부(700)는 상기 제2커버(500)의 후방에 일정거리 이격되게 형성되어 제어기판(710)에서 발생하는 열이 상기 챔버부(501) 내부의 공기와 열교환되는 것을 최소화며, 그 이격 거리(D710)는 4mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 제2부재(520)는 상기 제1부재(510)의 챔버형성부(514)와 결합되는 판형으로, 상기 제1부재(510)와 일체로 형성된다.
도 1에서 설명하지 않은 미설명부호 800은 디퓨저(800)로, 임펠러하우징(110)과 구동하우징(300) 사이에 구비되어 상기 임펠러(120) 후방을 지지하는 구성이며, 전방저널베어링(621)을 지지한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)의 냉각을 위한 냉각유로(공기 흐름)을 설명한다.
상기 냉각유로는 상기 임펠러(120)에서 압축된 압축 공기 일부를 이용하여 구동하우징(300) 내부의 구동부(200) 및 베어링부(600)를 냉각하기 위한 구성으로, 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 포함한다.
상기 냉각유로를 도 3에 표시하였다. 도 3은 도 2와 동일한 도면을 이용하여 공기 흐름을 화살표로 표시하였으며, 화살표 흐름을 명확히 표시하기 위하여 베어링부(600)의 구성은 나타내지 않았다.
상기 제1냉각유로(P1)는 상기 임펠러(120)에서 압축된 공기의 일부를 전방에서 후방으로 상기 로터(220)의 외측을 따라 이동하면서 냉각하는 구성으로, 상기 로터(220)의 외부와 함께, 전방저널베어링(621), 후방저널베어링(622), 제1에어포일베어링(611) 및 제2에어포일베어링(612)을 냉각한다.
상기 제2냉각유로(P2)는 상기 제1냉각유로(P1)에서 이동된 공기가 상기 로터(220)의 중공축부(222)를 따라 상기 임펠러(120) 측으로 이동하면서 냉각한다. 즉, 제2냉각유로(P2) 내부의 공기는 후방에서 전방방향으로 이동한다.
상기 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)는 상기 챔버부(501)를 통해 연통되는 것으로, 상기 제1냉각유로(P1)를 통과한 공기가 상기 제2커버(500)의 중공부(512)를 통해 챔버부(501)로 유입되고, 상기 제2냉각유로(P2)로 이동된다.
또한, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 압축 공기가 상기 베어링부(600)의 적어도 일부 영역을 바이패스하도록 하는 바이패스유로(P3)를 포함할 수 있다.
상기 바이패스유로(P3)는 상기 제1커버(400)를 관통하는 제1중공홀(401)에 의해 형성될 수 있고, 또한, 상기 제2커버(500)를 관통하는 제2중공홀(515)에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 제1중공홀(401) 및 제2중공홀(515) 중 하나 및 모두 형성되는 것을 포함하는 것으로,
상기 제1중공홀(401)은 상기 후방저널베어링(622)을 통과하지 않고, 상기 구동하우징(300) 내부의 공기가 바이패스되는 공간을 형성하며, 상기 제2중공홀(515)은 상기 제1중공홀(401)을 통해 이동된 공기 또는 제1냉각유로(P1)의 후방저널베어링(622) 및 제1에어포일베어링(611)을 통과한 공기가 상기 제2에어포일베어링(612)을 통과하지 않고 바이패스되는 공간을 형성한다.
이를 통해, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 제1냉각유로(P1)에 의해 베어링부(600)의 냉각을 수행하면서도 상기 바이패스유로(P3)를 형성하여 상기 중공축부(222)를 통과하는 공기의 온도를 낮출 수 있어 로터(220)의 냉각 성능을 충분히 확보할 수 있다.
즉, 본 발명의 차량용 공기 압축기(1000)는 제1커버(400) 및 제2커버(500)의 구성만을 이용하여 로터디스크(221)를 지지할 수 있으며, 냉각유로를 형성할 수 있어 제조성을 보다 높일 수 있으면서도 냉각 효율을 향상시킨 장점이 있다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 공기 압축기의 다른 실시예를 나타낸 부분 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제2커버(500)의 제2중공홀(515)은 로터(220)의 중심축과 나란한 방향으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 로터(220)의 중심축에 대해 경사지게 제2중공홀(515)이 형성되는 것에 비해 홀의 가공이 용이할 수 있다.
또한, 로터(220)의 후단과 제2부재(520)가 서로 마주보는 면들 사이의 거리(C2)는 중공축부(222)의 내경(C1)보다 크게 형성될 수 있다. 이는 C2가 C1보다 작게되면 중공축부(222)로 유입되는 유동이 원활하지 않아 임펠러의 후면에 전달되는 냉각 유량이 감소하게 되어, 압축기 및 스러스트 베어링의 냉각에 불리하다. 이에 따라 최소 C2의 길이가 C1의 길이보다 길게 구성되어, 챔버부(501)의 공간을 크게 형성함과 동시에 도입부 유로를 확보함으로써, 냉각 공기량을 증가시켜 압축기 내부의 냉각 효과가 증대될 수 있다.
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.
[부호의 설명]
1000 : 차량용 공기 압축기,
110 : 임펠러하우징, 111 : 전방유입구, 112 : 전방배출구,
120 : 임펠러, 200 : 구동부, 210 : 스테이터,
220 : 로터, 221 : 로터디스크, 222 : 중공축부,
222a : 확장도입부, 223 : 단차부, 300 : 구동하우징,
400 : 제1커버, 401 : 제1중공홀, D400 : 제1커버의 내경,
500 : 제2커버, 501 : 챔버부, 510 : 제1부재,
511 : 몸체부, 512 : 중공부, D512 : 중공부의 내경,
513 : 지지부, 514 : 챔버형성부, 515 : 제2중공홀,
520 : 제2부재, 530 : 제1방열리브, 540 : 제2방열리브,
600 : 베어링부, 611 : 제1에어포일베어링, 612 : 제2에어포일베어링,
621 : 전방저널베어링, 622 : 후방저널베어링,
700 : 제어부, 710 : 제어기판, D710 : 이격 거리,
800 : 디퓨저, P1 : 제1냉각유로,
P2 : 제2냉각유로, P3 : 바이패스유로
C1 : 중공축부의 내경, C2 : 로터의 후단과 제2부재 사이의 거리

Claims (22)

  1. 유입 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 임펠러(120);
    스테이터(210)와, 상기 임펠러(120)와 결합되는 로터(220)와, 상기 로터(220) 후방에 일체로 형성되는 로터디스크(221)를 포함하여 상기 임펠러(120)를 구동시키는 구동부(200);
    상기 구동부(200)가 내부에 구비되는 구동하우징(300);
    상기 구동하우징(300)의 전방에 결합되어 상기 임펠러(120)가 내부에 구비되는 임펠러하우징(110);
    상기 구동하우징(300)의 후방에 결합되며 상기 로터디스크(221) 전방을 지지하는 제1커버(400); 및
    상기 제1커버(400)에 결합되어 상기 로터디스크(221)의 타측을 지지하는 제2커버(500);
    를 포함하는 차량용 공기 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터디스크(221)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 제1에어포일베어링(611) 및 제2에어포일베어링(612)을 포함하는 베어링부(600)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 임펠러(120)에서 배출된 압축 공기를 상기 베어링부(600)에 유입시켜 상기 베어링부(600) 및 로터(220)를 냉각하는 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각유로는,
    상기 임펠러(120)에서 압축된 공기의 일부를 전방에서 후방으로 상기 로터(220)의 외측을 따라 이동하면서 냉각하는 제1냉각유로(P1) 및
    상기 제1냉각유로(P1)에서 이동된 공기가 상기 로터(220)의 중심이 축방향으로 중공되는 중공축부(222)를 따라 상기 임펠러(120) 측으로 이동하면서 냉각하는 제2냉각유로(P2)를 포함하며,
    상기 제2커버(500)가 중앙 일정영역이 중공되는 중공부(512)가 형성되어 상기 제1냉각유로(P1) 및 제2냉각유로(P2)를 연통하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각유로는 상기 압축 공기가 상기 베어링부(600)의 적어도 일부 영역을 바이패스하도록 하는 바이패스유로(P3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바이패스유로(P3)는 상기 제1커버(400)를 관통하는 제1중공홀(401)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바이패스유로(P3)는 상기 제2커버(500)를 관통하는 제2중공홀(515)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는 상기 제2중공홀(515)이 전방에서 후방으로 갈수록 상기 로터(220)의 중심 방향에 가까워지도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는 상기 제2중공홀(515)이 둘레를 따라 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는 내부에 일정 공간을 형성하며 상기 중공부(512) 및 바이패스유로(P3)와 연통되는 챔버부(501)가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는
    상기 제1커버(400)와 결합면을 형성하는 몸체부(511)와, 상기 몸체부(511)의 일측면으로부터 돌출되어 상기 로터디스크(221)를 지지하는 지지부(513)와, 상기 몸체부(511)의 타측면으로부터 둘레가 돌출되어 내부에 챔버부(501)를 형성하는 챔버형성부(514)를 포함하는 제1부재(510) 및
    상기 제1부재(510)의 챔버형성부(514)와 결합되는 판형의 제2부재(520)가 일체로 접합된 형태인 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는 상기 챔버형성부(514) 내면으로부터 일정영역이 상기 챔버부(501) 내측으로 돌출되는 제1방열리브(530)가 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는 상기 몸체부(511)의 타측면과 상기 챔버형성부(514) 외면으로부터 돌출되는 제2방열리브(540)가 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 제2커버(500) 중공부 내경(D512)이 상기 제1커버의 내경(D400)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 로터(220)는 후방측 단부 일정 영역이 상기 제2커버(500)의 중공부(512) 영역에 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 로터(220)는 상기 중공부(512)에 삽입된 영역에 후방측으로 외경이 좁아지는 단차부(223)가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 중공축부(222)는 상기 챔버부(501)와 연통되는 후방측 일정영역의 중공된 내경이 나머지 영역에 비해 크게 형성된 확장도입부(222a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 차량용 공기 압축기(1000)는 제어기판(710)을 포함하는 제어부(700)가 구비되되,
    상기 제어기판(710)은 상기 제2커버(500) 외측에서 후방측으로 일정거리 이격되게 상기 구동하우징(300)에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2커버(500)와 제어기판(710)의 이격 거리(D710)는 4mm 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 차량용 공기 압축기(1000)는 상기 로터(220)의 외주면 양단부에 배치되어 상기 로터(220)가 구동하우징(300) 내부를 원활히 회전할 수 있도록 지지하는 전방저널베어링(621) 및 후방저널베어링(622)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  21. 제7항에 있어서,
    상기 제2커버(500)는, 상기 제2중공홀(515)이 로터(220)의 중심축과 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 로터(220)의 후단과 제2부재(520) 사이의 거리(C2)는 상기 중공축부(222)의 내경(C1)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
PCT/KR2021/004092 2021-04-01 2021-04-01 차량용 공기 압축기 Ceased WO2022211158A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112021003196.1T DE112021003196T5 (de) 2021-04-01 2021-04-01 Luftkompressor für fahrzeuge
PCT/KR2021/004092 WO2022211158A1 (ko) 2021-04-01 2021-04-01 차량용 공기 압축기
CN202180058874.0A CN116261628A (zh) 2021-04-01 2021-04-01 用于车辆的空气压缩机
US18/017,327 US11982283B2 (en) 2021-04-01 2021-04-01 Air compressor for vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/004092 WO2022211158A1 (ko) 2021-04-01 2021-04-01 차량용 공기 압축기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022211158A1 true WO2022211158A1 (ko) 2022-10-06

Family

ID=83459338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/004092 Ceased WO2022211158A1 (ko) 2021-04-01 2021-04-01 차량용 공기 압축기

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11982283B2 (ko)
CN (1) CN116261628A (ko)
DE (1) DE112021003196T5 (ko)
WO (1) WO2022211158A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220403854A1 (en) * 2019-10-10 2022-12-22 Hanon Systems Air compressor for vehicle

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023105395B4 (de) 2022-03-15 2024-04-25 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Radialverdichter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140066105A (ko) * 2012-11-22 2014-05-30 로베르트 보쉬 게엠베하 구동 어셈블리의 과급 장치
KR101810430B1 (ko) * 2016-05-16 2017-12-19 주식회사 동희산업 축 확장형 냉각방식 공기압축기 및 연료전지 차량
KR20200056294A (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 한온시스템 주식회사 차량용 공기 압축기
US20200332802A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 Hanwha Powersystems Co., Ltd. Rotary device
KR20210027571A (ko) * 2019-08-28 2021-03-11 한온시스템 주식회사 공기 압축기
KR20210120275A (ko) * 2020-03-26 2021-10-07 한온시스템 주식회사 차량용 공기 압축기

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156535A (en) * 1990-10-31 1992-10-20 Itt Corporation High speed whirlpool pump
US7948105B2 (en) * 2007-02-01 2011-05-24 R&D Dynamics Corporation Turboalternator with hydrodynamic bearings
KR100962903B1 (ko) 2007-12-12 2010-06-10 현대자동차주식회사 연료전지차량용 통합형 수소재순환블로워
US10724544B2 (en) * 2011-02-07 2020-07-28 Vortech Engineering, Inc. Centrifugal compressor
KR102286835B1 (ko) * 2015-11-26 2021-08-05 현대자동차주식회사 차량용 공기 압축기
KR101888156B1 (ko) * 2016-11-14 2018-08-13 ㈜티앤이코리아 분리된 냉각 기로를 구비한 터보 압축기
US10962050B2 (en) * 2018-11-14 2021-03-30 Hanon Systems Air blower for vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140066105A (ko) * 2012-11-22 2014-05-30 로베르트 보쉬 게엠베하 구동 어셈블리의 과급 장치
KR101810430B1 (ko) * 2016-05-16 2017-12-19 주식회사 동희산업 축 확장형 냉각방식 공기압축기 및 연료전지 차량
KR20200056294A (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 한온시스템 주식회사 차량용 공기 압축기
US20200332802A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 Hanwha Powersystems Co., Ltd. Rotary device
KR20210027571A (ko) * 2019-08-28 2021-03-11 한온시스템 주식회사 공기 압축기
KR20210120275A (ko) * 2020-03-26 2021-10-07 한온시스템 주식회사 차량용 공기 압축기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220403854A1 (en) * 2019-10-10 2022-12-22 Hanon Systems Air compressor for vehicle
US11988228B2 (en) * 2019-10-10 2024-05-21 Hanon Systems Air compressor for vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
US11982283B2 (en) 2024-05-14
CN116261628A (zh) 2023-06-13
US20240011498A1 (en) 2024-01-11
DE112021003196T5 (de) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019004595A1 (ko) 공기압축기
WO2021221294A1 (ko) 차량용 공기 압축기
WO2018097511A1 (ko) 인터쿨러를 구비한 터보 압축기
WO2018088778A1 (ko) 분리된 냉각 기로를 구비한 터보 압축기
WO2022211158A1 (ko) 차량용 공기 압축기
WO2014181917A1 (ko) 냉각부재를 내장한 자동차용 전동식 워터펌프
WO2020027436A1 (ko) 전동기
WO2016195238A1 (ko) 직결 구동형 터보 블로워 냉각 구조
WO2020091357A1 (ko) 복합식 냉각구조를 갖는 연료전지용 터보 송풍기
WO2018030657A1 (ko) 차량용 공기 압축기
WO2014061918A1 (ko) 터보기계 시스템
WO2017039330A1 (ko) 흡입 유닛
WO2022181997A1 (ko) 베어링 냉각 수로를 포함하는 터보 압축기
CN101711451A (zh) 具有空气冷却系统的电机
WO2020145603A1 (ko) 전동기
WO2021025426A1 (ko) 차량의 통합 열관리 회로 {integrated thermal management circuit for vehicle}
WO2020013466A1 (ko) 전동기
WO2021071169A1 (ko) 차량용 공기 압축기
WO2014054830A1 (ko) 발전기 냉각 시스템 및 냉각 방법
WO2021251604A1 (ko) 모터 어셈블리 및 이를 포함하는 청소기
WO2014171631A1 (en) Air blower for fuel cell vehicle
WO2015178636A1 (ko) 모터 유닛, 펌프 유닛, 및 이를 이용한 전동식 오일펌프
WO2023128176A1 (ko) 냉각 기로를 구비한 기체 사이클 히트 펌프
WO2024195977A1 (ko) 공기압축기
WO2016122235A1 (en) Bldc motor and cleaner having the same

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21935273

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18017327

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21935273

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1