KR101915967B1

KR101915967B1 - 연료전지 차량용 공기 블로워

Info

Publication number: KR101915967B1
Application number: KR1020130015887A
Authority: KR
Inventors: 정현석; 양현섭; 박치용; 권대복
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: KR20140102791A

Abstract

본 발명은 공기 블로워에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 회전 샤프트 후단으로 유입되는 공기의 압력에 따라, 모터 하우징의 후단에 구비되는 릴리프 밸브의 개폐가 이루어지도록 함으로써, 베어링의 냉각이 가능하고 임펠러에 가해지는 축하중을 저감할 수 있는 연료전지 차량용 공기 블로워가 제공된다.

Description

연료전지 차량용 공기 블로워{Air blower for fuel cell vehicle}

본 발명은 공기 블로워에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 샤프트 후단으로 유입되는 공기의 압력에 따라, 모터 하우징의 후단에 구비되는 릴리프 밸브의 개폐가 이루어지도록 하여, 임펠러에 가해지는 축하중을 저감할 수 있는 연료전지 차량용 공기 블로워에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지 차량은 연료공급부에서 공급되는 수소와, 공기공급부에서 공급되는 공기 중 산소가 가습기에 공급되어, 물의 전기분해 역반응인 전기화학반응에 의해 연속적으로 생성되는 전기에너지를 사용하여 구동하게 된다.

여기서, 연료전지 차량은 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 이 연료전지 스택에 연료와 공기를 가습하여 공급하는 가습기와, 가습기에 수소를 공급하는 연료공급부와, 가습기에 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급부, 및 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각모듈을 포함하고 있다.

이때, 공기공급부는 공기 중에 포함된 이물질을 여과하는 에어클리너와, 에어클리너에서 여과된 공기를 압축하여 공급하는 공기 블로워, 및 공기 블로워를 제어하는 컨트롤박스를 포함하여 구성된다.

그런데, 공기 블로워는 압축공기를 생성하기 위해 모터가 고속으로 구동되고, 이로 인해 회전 샤프트의 고속 회전시 이를 지지하는 베어링이 과열되므로, 모터 과열에 의한 고장발생 방지와 베어링의 내구성 향상을 위해서는 이들을 적절히 냉각시킬 수 있는 냉각수단이 구비되어야 할 필요가 있다.

또한, 임펠러의 후방으로 유입되는 고압의 압축공기로 인해, 회전 샤프트에는 임펠러를 전방으로 미는 축방향의 하중이 형성되는데, 이와 같이 공기 블로워에서 발생되는 축방향 하중은 전체적으로 공기 블로워에 무리를 줄 수 있으며, 특히 모터의 회전 샤프트를 지지하는 베어링의 수명을 단축시켜 정상적인 작동을 어렵게 하고, 진동 및 소음 발생의 한 원인이 된다.

이를 해결하기 위해, 회전 샤프트 후단에 장착되는 커버에 공기배출구를 관통 형성하는 방안이 제시될 수 있으나, 이 경우 공기배출구를 통해 외부의 수분이 공기 블로워 내부로 유입되어 고장 발생의 원인이 되는 문제가 있다.

도 1은 베어링과 모터의 냉각이 가능한 공기 블로워에 관한 것으로, 한국공개특허 제10-2010-0109720호(특허문헌 1)에서 개시된 것이다.

도 1에 도시된 공기 블로워(10)는, 하우징(20)과, 하우징(20) 내에 회전 가능하게 지지되는 회전축(30)과, 회전축(30)의 원주방향을 따라 장착되는 영구자석(41)과 영구자석(41)을 둘러싸는 슬리브부재(42)를 포함하는 로터(40)와, 로터(40)를 둘러싸도록 하우징(20) 내에 배치되며 로터(40)를 회전시키도록 영구자석(41)과 기능적으로 작용하는 코어부(51) 및 권선부(52)를 구비하는 스테이터(50)와, 로터(40)가 하우징(20)에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 로터 회전축(30)의 전방측과 후방측에 각각 배치된 적어도 두 개의 라디얼 베어링(61,62)과, 스테이터(50)의 권선부(52)에 대응되지 않는 영역의 로터 회전축(30)의 후방 단부에 장착되는 자석(70)과, 자석(70)에 대응되는 영역의 하우징(20)에 장착되며, 자석(70)과 짝을 이뤄 로터 회전축(30)의 회전수를 검출하는 홀 센서(80)를 포함하여 구성된다.

이때, 로터(40) 및 베어링들(61,62)을 냉각시키는 냉각 공기의 냉각 유로(AF₁,AF₂)가 로터 회전축(30)의 전방 및 후방으로 연결된다.

또한, 스테이터(50)를 냉각시키기 위한 수냉부(90)가 하우징(20) 내부에 형성되는데, 이 수냉부(90)는, 냉각액이나 냉각수가 들어오는 통로인 입력포트(91), 냉각수가 나가는 통로인 출력포트(92), 및 냉각수가 채워지는 부분, 일명 냉각자켓을 포함하여 이루어지며, 냉각자켓의 일부에는 방열을 촉진하기 위한 냉각핀(93)이 더 구비될 수 있다.

이때, 냉각액을 수용하는 수냉부(90)의 일 부분은 스테이터(50)의 코어부(51)에 실질적으로 접하도록 배치되어 스테이터(50)를 냉각시키며, 수냉부(90)의 다른 일 부분은 스러스트 베어링(63) 및 좌측의 라디얼 베어링(62)의 케이스 부분에 실질적으로 접하도록 형상이 설계된다.

따라서, 수냉부(90)는 일부의 베어링들(62,63)을 더 냉각시킨다. 즉, 스러스트 베어링(62) 및 라디얼 베어링(62)이 수냉부(90)에 의해 이미 일정 부분 냉각된 상태이므로, 임펠러(25)에서 나온 비교적 고온의 공기가 스러스트 베어링(62) 및 좌측의 라디얼 베어링(62)을 순차적 또는 동시에 통과한 후, 영구 자석(70) 및 우측의 라디얼 베어링(61)에 도달했을 때 더욱 효과적으로 냉각시키게 되어 영구 자석(70) 및 라디얼 베어링(61)의 온도가 한계 온도를 초과하는 것을 억제하게 되는 것이다.

그런데, 상기 특허문헌 1에서 개시된 공기 블로워(10)의 경우, 외부에 별도의 냉각 유로(AF₁,AF₂)를 구성함에 따라 구조가 복잡하고 부피가 커진다는 문제가 있다.

또한, 베어링(61~63)의 냉각은 가능하나, 회전축(30)에 가해지는 축방향 하중의 저감은 기대할 수 없다는 문제가 있다.

KR

10-2010-0109720

A (2010.10.11 공개)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는, 모터와 베어링의 냉각을 통한 내구성 증대와 함께, 회전 샤프트의 축하중 저감 효과가 있는 연료전지 차량용 공기 블로워의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 볼루트 하우징; 상기 볼루트 하우징의 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러; 상기 임펠러를 구동시키는 모터; 상기 볼루트 하우징의 후단에 결합되며, 상기 모터가 내부에 장착되는 모터 하우징; 상기 모터 하우징의 전단에 결합되며, 상기 모터의 회전 샤프트 전단을 회전 가능하게 지지하는 전방커버; 상기 모터 하우징의 후단에 결합되며, 상기 모터의 회전 샤프트 후단을 회전 가능하게 지지하는 후방커버; 및 상기 후방커버의 후단에 결합되고, 일측에 릴리프 유로가 형성되며, 상기 회전 샤프트 후단으로 유입되는 공기의 압력에 따라 상기 릴리프 유로를 개폐하는 릴리프 밸브를 포함하는 연료전지 차량용 공기 블로워가 제공된다.

여기서, 상기 모터 하우징의 내부에는 상기 임펠러의 후방으로 유입된 공기가 상기 릴리프 밸브 방향으로 유동하는 냉각유로가 형성되며, 상기 냉각유로를 따라 유동하는 공기에 의해, 상기 회전 샤프트를 지지하는 지지베어링과 상기 모터의 냉각이 이루어진다.

이때, 상기 냉각유로는, 상기 전방커버에 관통 형성되는 연통홀과, 상기 전방커버의 후단에 결합되는 가이드부재의 축공과, 상기 모터의 중공과, 상기 후방커버의 축공이 서로 연통되어 형성된다.

또한, 상기 릴리프 밸브는, 상기 후방커버의 후단에 결합되고 일측에 릴리프 유로가 형성되는 밸브블럭과, 상기 밸브블럭 내에서 상기 릴리프 유로를 개폐하는 밸브몸체를 포함한다.

이때, 상기 밸브블럭은, 전방에 형성되는 요입홈과, 상기 요입홈의 후방에 이격하여 형성되며 상기 밸브몸체를 수용하는 실린더부와, 상기 실린더부와 연통하도록 형성되며 탄성부재가 개재되는 가이드홈을 포함한다.

이때, 상기 요입홈과 상기 실린더부는 공기배출구에 의해 연통되고, 상기 릴리프 유로가 상기 실린더부의 일측에서 상기 밸브블럭의 외주면으로 연장 형성된다.

또한, 상기 후방커버의 일측에는 상기 요입홈과 상기 모터의 중공을 연통하는 관통공이 형성된다.

아울러, 상기 밸브몸체는, 상기 탄성부재의 일단에 지지되는 축경부와, 상기 릴리프 유로를 개폐하는 확경부를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워에 의하면, 로터와 스테이터 및 후방 베어링의 냉각에 의해 공기 블로워의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 회전 샤프트 후단의 고압 공기가 릴리프 밸브를 통해 외부로 배출됨에 따라, 회전 샤프트에 걸리는 축하중을 저감시켜 전방 베어링 및 후방 베어링의 내구성을 증대시킬 수 있다.

아울러, 회전 샤프트 후단에 축적되는 공기가 일정 압력 이상에 도달하는 경우에만 릴리프 유로가 개방되므로, 외부로부터 공기 블로워 내부로 수분이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 공기 블로워 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워의 단면도.
도 3과 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워의 작동 상태도.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워(이하, '공기 블로워')(100)는, 볼루트 하우징(200)과, 볼루트 하우징(200)의 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(300)와, 임펠러(300)를 구동시키는 모터(400)와, 볼루트 하우징(200)의 후단에 결합되고 모터(400)가 내부에 장착되는 모터 하우징(500)과, 모터 하우징(500)의 전단에 결합되어 모터(400)의 회전 샤프트(420) 전단을 회전 가능하게 지지하는 전방커버(520)와, 모터 하우징(500)의 후단에 결합되어 모터(400)의 회전 샤프트(420) 후단을 회전 가능하게 지지하는 후방커버(600)와, 후방커버(600)의 후단에 결합되고 일측에 릴리프 유로(713)가 형성되는 릴리프 밸브(700)를 포함한다.

여기서, 볼루트 하우징(200)은, 전방에 공기유입구(211)가 형성되고 외주면 둘레를 따라 원주방향으로 스크롤 형태의 송풍부(212)가 형성되는 제1 볼루트 하우징(210)과, 제1 볼루트 하우징(210)의 후단에 결합되는 제2 볼루트 하우징(220)을 포함한다.

이때, 제1 볼루트 하우징(210)의 내부에는 공기유입구(211)를 통해 유입된 공기를 압축하는 임펠러(300)가 회전 가능하게 장착되며, 임펠러(300)의 회전은 후술하는 모터(400)의 구동에 의해 이루어진다.

또한, 제1 볼루트 하우징(210)의 송풍부(212) 끝단에는 공기유입구(211)에 수직인 방향으로 공기토출구(214)가 형성되며, 따라서 임펠러(300)에 의해 압축된 압축공기는 송풍부(212)를 따라 공기토출구(214)로 이송된다.

즉, 공기유입구(211)를 통해 볼루트 하우징(200)의 내부로 유입된 공기는, 고속으로 회전하는 임펠러(300)에 의해 압축되어 송풍부(212) 내부의 공기유로(213)를 따라 이송되며, 공기토출구(214)를 통해 외부로 공급되는 것이다.

제2 볼루트 하우징(220)의 후단에 모터 하우징(500)이 결합된다.

이때, 모터 하우징(500)은 내부에 모터 장착 공간인 모터 수용부(510)가 형성되고, 모터 하우징(500)의 전단에는 전방커버(520)가 결합되며, 모터 하우징(500)의 후단에는 후방커버(600)가 결합된다.

모터(400)는 모터 수용부(510)의 내주면에 인접하게 설치되는 중공(411)을 가진 스테이터(410)와, 스테이터(410)의 중공(411)을 관통하도록 설치되고 그 선단부에 임펠러(300)가 결합되는 회전 샤프트(420)와, 회전 샤프트(420)의 외주면에 결합되는 로터(430)를 포함하여 구성되며, 스테이터(410)에 권선된 코일(440)에 전원이 인가되면 자기력에 의해 로터(430)와 함께 회전 샤프트(420)가 회전함으로써, 임펠러(300)의 고속 회전이 이루어진다.

이때, 모터 수용부(510)의 전단에는 회전 샤프트(420)가 관통하도록 전방커버(520)가 결합되고, 전방커버(520)와 회전 샤프트(420)의 외주면 사이에 전방 베어링(521)이 개재되어 회전 샤프트(420)를 회전 가능하게 지지한다.

또한, 전방커버(520)의 후단에는 가이드부재(530)가 결합되는데, 이 가이드부재(530)의 축공(531)을 관통하여 회전 샤프트(420)가 설치된다.

아울러, 모터 수용부(510)의 후단에는 회전 샤프트(420)가 관통하는 축공(620)을 가진 후방커버(600)가 결합되고, 후방커버(600)와 회전 샤프트(420)의 외주면 사이에 후방 베어링(610)이 개재되어 회전 샤프트(420)를 회전 가능하게 지지한다.

이때, 모터 하우징(500)의 내부에는 임펠러(300) 후방으로 유입된 고압의 공기가 릴리프 밸브(700) 방향으로 유동하는 냉각유로(540)가 형성된다.

그리고, 이 냉각유로(540)는 전방커버(520)에 관통 형성되는 연통홀(522)과, 가이드부재(530)의 축공(531)과, 모터(400)의 스테이터(410)에 형성되는 중공(411)과, 후방커버(600)의 축공(620)이 서로 연통되어 형성된다.

즉, 제2 볼루트 하우징(220)과 임펠러(300) 사이에는 임펠러(300)가 회전할 수 있도록 약간의 틈새가 형성되며, 따라서 임펠러(300)에 의해 압축된 공기의 일부가 공기유로(213) 방향으로 이송되는 과정에서 이 틈새를 통해 임펠러(300) 후방으로 유입되어 전방 베어링(521)을 냉각시킨다.

이때, 임펠러(300) 후방으로 유입된 공기는 다시 전방커버(520)의 연통홀(522)을 통해 가이드부재(530) 내부로 유입된다.

또한, 가이드부재(530)의 축공(531)과 회전 샤프트(420) 사이의 틈새를 통해 가이드부재(530) 내부의 공기가 모터(400) 방향으로 유동한다.

이때, 가이드부재(530)의 축공(531)과 스테이터(410)의 중공(411)이 서로 대향함에 따라, 가이드부재(530)의 축공(531)을 통해 스테이터(410)의 중공(411)으로 공기가 유동하게 되며, 공기가 스테이터(410)의 중공(411)을 지나는 과정에서 스테이터(410) 및 로터(430) 등 모터(400)의 냉각이 이루어진다.

이후, 스테이터(410)의 중공(411)을 빠져나온 공기는, 후방커버(600)의 축공(620)을 통해 회전 샤프트(420)의 후단 방향으로 유동하게 되며, 이 과정에서 후방베어링(610)의 냉각이 이루어진다.

한편, 후방커버(600)의 후단에는 릴리프 밸브(700)가 장착된다.

이때, 릴리프 밸브(700)는 회전 샤프트(420) 후단을 폐쇄하여, 외부로부터 수분 등 이물질이 모터 하우징(500) 내부로 유입되는 것을 방지하는 한편, 회전 샤프트(420) 후단에 축적되는 고압의 공기를 외부로 배출함으로써, 회전 샤프트(420)의 임펠러(300) 방향 축하중을 저감하는 역할을 한다.

즉, 평소에는 모터 하우징(500) 내부와 연통되는 릴리프 유로(713)를 폐쇄하여 외부의 수분 등 이물질의 유입을 방지하고, 회전 샤프트(420) 후단의 공기가 일정 압력 이상에 도달하면 릴리프 유로(713)를 개방하여 공기를 외부로 배출시킴으로써 회전 샤프트(420)의 후단부에 형성되는 압력을 낮추는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 릴리프 밸브(700)는, 후방커버(600)의 후단에 결합되고 일측에 릴리프 유로(713)가 형성되는 밸브블럭(710)과, 밸브블럭(710) 내에서 공기의 압력에 따라 슬라이드 이동하여 릴리프 유로(713)를 개폐하는 밸브몸체(720)를 포함한다.

이때, 밸브블럭(710)은 원형 또는 다각형 단면의 블럭 형태이며, 후방커버(600)와의 대향면에는 회전 샤프트(420)의 후단에 체결되는 체결부재(421)를 수용하도록 소정 깊이의 요입홈(711)이 형성된다.

이때, 후방 베어링(610)을 지난 공기가 밸브블럭(710)의 요입홈(711)으로 유입될 수 있도록, 요입홈(711)의 폭은 후방 베어링(610)의 폭과 대응되는 규격으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 후방커버(600)에는 축공(620)의 일측에 관통공(630)이 형성되어, 스테이터(410)의 중공(411)을 통해 빠져나온 공기가 관통공(630)을 통해 요입홈(711)으로 유입되게끔 하는 것이 바람직하다.

아울러, 요입홈(711)의 후방에는 밸브몸체(720) 장착 공간인 실린더부(712)가 형성되는데, 이 실린더부(712)에 의해 밸브몸체(720)의 슬라이드 이동 방향이 안내된다.

이때, 실린더부(712)의 일측에는 밸브블럭(710)의 외주면으로 연통되는 릴리프 유로(713)가 형성되며, 실린더부(712)와 요입홈(711)은 공기배출구(714)에 의해 연통된다.

따라서, 후방 베어링(610)을 지난 공기는 밸브블럭(710)의 요입홈(711)으로 유입되어, 공기배출구(714)를 통해 실린더부(712)로 이동하게 되는데, 이때 공기의 압력이 일정 압력 이상에 도달하면 실린더부(712)의 밸브몸체(720)가 슬라이드 이동하면서 릴리프 유로(713)를 개방하게 되는 것이다.

한편, 밸브몸체(720)는 실린더부(712)의 내주면에 밀착하여 슬라이드 이동함과 동시에 릴리프 유로(713)를 개폐하는 확경부(721)와, 확경부(721)의 후단에서 후방으로 연장 형성되어 후술하는 탄성부재(730)에 삽입되는 축경부(722)를 포함한다.

이때, 밸브몸체(720)의 확경부(721)에 의해 릴리프 유로(713)의 개폐가 이루어질 수 있도록, 확경부(721)의 두께는 릴리프 유로(713)의 폭 보다 큰 것이 바람직하다.

아울러, 밸브몸체(720)를 탄성 지지하는 탄성부재(730)가 실린더부(712)의 후방에 구비되는데, 실린더부(712)의 후방에 소정 폭으로 가이드홈(715)이 형성되고, 코일스프링 등의 탄성부재(730)가 이 가이드홈(715) 내에 개재된다. 이때, 밸브몸체(720)의 축경부(722)가 탄성부재 내부로 삽입되고, 밸브몸체(720)의 확경부(721)가 탄성부재(730)의 일단에 탄성 지지된다.

이에 따라, 공기배출구(714)를 통해 유입되는 공기의 압력에 의해 밸브몸체(720)가 슬라이드 이동하면 탄성부재(730)가 밀려서 수축하며, 릴리프 유로(713)를 통해 일정 공기가 외부로 배출되어 압력이 떨어지면, 탄성부재(730)의 탄성복원력에 의해 밸브몸체(720)가 요입홈(711) 방향으로 슬라이드 이동하여 공기배출구(714)와 릴리프 유로(713)를 폐쇄하게 되는 것이다.

이처럼, 본 발명의 일실시예에 의하면, 평소에는 밸브몸체(720)에 의해 릴리프 유로(713)가 폐쇄되어 있음에 따라, 외부의 수분 등 이물질이 릴리프 유로(713)를 통해 공기 블로워(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 회전 샤프트(420) 후단의 공기 압력이 높아져서 회전 샤프트(420)에 걸리는 축하중이 상승하는 경우, 일정 압력 이상에서 밸브몸체(720)가 슬라이드 이동하여 릴리프 유로(713)를 개방하고 공기를 외부로 배출함에 따라, 회전 샤프트(420)에 걸리는 축하중에 의해 전방 베어링(521) 및 후방 베어링(610)이 파손되는 것을 방지하고 공기 블로워의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 3과 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량용 공기 블로워의 작동 상태도로서, 도 3은 릴리프 밸브가 폐쇄상태일 때 공기 블로워 내부의 공기 유동을 도시한 것이고, 도 4는 릴리프 밸브가 개방상태일 때 릴리프 유로를 통해 배출되는 공기의 유동을 도시한 것이다. 이때, 점선으로 도시된 화살표는 공기의 유동방향을 가리킨다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 평소에는 탄성부재(730)에 의해 밸브몸체(720)의 확경부(721)가 요입홈(711) 방향으로 탄성 지지됨에 따라, 공기배출구(714)와 릴리프 유로(713)가 폐쇄된 상태로 있게 된다.

이때, 모터(400)의 구동에 의해 임펠러(300)가 회전하면, 공기유입구(211)를 통해 볼루트 하우징(200) 내부로 유입된 공기가 임펠러(300)에 의해 압축되어 공기토출구(214)를 통해 토출된다.

이때, 압축된 공기가 공기유로(213)를 통해 송풍부(212)로 이송되는 과정에서, 압축공기의 일부가 임펠러(300)와 제2 볼루트 하우징(220) 사이의 틈새를 통해 임펠러(300) 후단으로 유동하여 전방 베어링(521)을 냉각시키며, 냉각유로(540)를 따라 릴리프 밸브(700) 방향으로 유동하게 된다.

이때, 임펠러(300) 후방으로 유입된 공기는 전방커버(520)의 연통홀(522)을 통해 모터 하우징(500) 내부로 유입된다.

모터 하우징(500) 내부로 유입된 공기는 가이드부재(530)의 축공(531)을 통해 스테이터(410)의 중공(411)을 지나면서 스테이터(410)와 로터(430)를 냉각시킨다.

이후, 스테이터(410)의 중공(411)을 나온 공기는, 후방커버(600)의 축공(620)과 관통공(630)을 통해 밸브블럭(710)의 요입홈(711)으로 유입된다. 이때, 공기가 후방커버(600)의 축공(620)을 지나는 과정에서 후방 베어링(610)의 냉각이 이루어진다.

요입홈(711)으로 유입되는 공기량이 증가함에 따라, 회전 샤프트(420) 후방에 형성되는 공기의 압력이 증가하면, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브몸체(720)가 탄성부재(730)를 압축 변형시키면서 가이드홈(715) 방향으로 슬라이드 이동하며, 요입홈(711)의 공기가 공기배출구(714)를 통해 실린더부(712) 내로 유입된다.

이때, 밸브몸체(720)의 확경부(721)가 릴리프 유로(713)를 벗어나 후방으로 슬라이드 이동함에 따라 릴리프 유로(713)가 개방되며, 실린더부(712) 내로 유입된 공기는 릴리프 유로(713)를 통해 외부로 배출된다.

즉, 회전 샤프트(420) 후단으로 유입되는 공기에 의해 요입홈(711)에 일정 압력 이상이 형성되면, 밸브몸체(720)가 이동하여 릴리프 유로(713)를 개방함으로써, 고압의 공기를 외부로 배출하고, 회전 샤프트(420)에 걸리는 축하중을 저감시키게 되는 것이다.

100 : 공기 블로워 200 : 볼루트 하우징
211 : 공기유입구 212 : 송풍부
214 : 공기토출구 300 : 임펠러
400 : 모터 420 : 회전 샤프트
500 : 모터 하우징 520 : 전방커버
530 : 가이드부재 540 : 냉각유로
521 : 전방 베어링 522 : 연통홀
600 : 후방커버 610 : 후방 베어링
700 : 릴리프 밸브 710 : 밸브블럭
711 : 요입홈 712 : 실린더부
713 : 릴리프 유로 714 : 공기배출구
715 : 가이드홈 720 : 밸브몸체
730 : 탄성부재

Claims

볼루트 하우징(200);
상기 볼루트 하우징(200)의 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(300);
상기 임펠러(300)를 구동시키는 모터(400);
상기 볼루트 하우징(200)의 후단에 결합되며, 상기 모터(400)가 내부에 장착되는 모터 하우징(500);
상기 모터 하우징(500)의 전단에 결합되며, 상기 모터(400)의 회전 샤프트(420) 전단을 회전 가능하게 지지하는 전방커버(520);
상기 모터 하우징(500)의 후단에 결합되며, 상기 모터(400)의 회전 샤프트(420) 후단을 회전 가능하게 지지하는 후방커버(600); 및
상기 후방커버(600)의 후단에 결합되고, 일측에 릴리프 유로(713)가 형성되며, 상기 회전 샤프트(420) 후단으로 유입되는 공기의 압력에 따라 상기 릴리프 유로(713)를 개폐하는 릴리프 밸브(700)를 포함하며,
상기 모터 하우징(500)의 내부에는 상기 임펠러(300)의 후방으로 유입된 공기가 상기 릴리프 밸브(700) 방향으로 유동하는 냉각유로(530)가 형성되며, 상기 냉각유로(530)를 따라 유동하는 공기에 의해, 상기 회전 샤프트(420)를 지지하는 지지베어링(521,610)과 상기 모터(400)의 냉각이 이루어지고,
상기 냉각유로(530)는,
상기 전방커버(520)에 관통 형성되는 연통홀(522)과, 상기 전방커버(520)의 후단에 결합되는 가이드부재(530)의 축공(531)과, 상기 모터(400)의 중공(411)과, 상기 후방커버(600)의 축공(620)이 서로 연통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로워.
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청구항 1에 있어서, 상기 릴리프 밸브(700)는,
상기 후방커버(600)의 후단에 결합되고 일측에 릴리프 유로(713)가 형성되는 밸브블럭(710)과, 상기 밸브블럭(710) 내에서 상기 릴리프 유로(713)를 개폐하는 밸브몸체(720)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로워.
청구항 4에 있어서, 상기 밸브블럭(710)은,
전방에 형성되는 요입홈(711)과, 상기 요입홈(711)의 후방에 이격하여 형성되며 상기 밸브몸체(720)를 수용하는 실린더부(712)와, 상기 실린더부(712)와 연통하도록 형성되며 탄성부재(730)가 개재되는 가이드홈(715)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로워.
청구항 5에 있어서,
상기 요입홈(711)과 상기 실린더부(712)는 공기배출구(714)에 의해 연통되고, 상기 릴리프 유로(713)가 상기 실린더부(712)의 일측에서 상기 밸브블럭(710)의 외주면으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로워.
청구항 5에 있어서,
상기 후방커버(600)의 일측에 상기 요입홈(711)과 상기 모터(400)의 중공(411)을 연통하는 관통공(630)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로워.
청구항 5에 있어서, 상기 밸브몸체(720)는,
상기 탄성부재(730)의 일단에 지지되는 축경부(722)와, 상기 릴리프 유로(713)를 개폐하는 확경부(721)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 공기 블로워.