KR101684709B1 - 차량용 냉각팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동축에 결합되는 허브와, 허브의 외주면에 일정의 간격을 두고 허브의 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 블레이드들과, 블레이드들의 끝단들을 연결하는 원형링을 포함하는 냉각팬에 있어서, 블레이드들 각각의 전연선(LE; Leading edge)들은, 허브와 원형링 사이에 위치하는 설정지점에 대하여, 허브와 설정지점 사이 및 설정지점과 원형링 사이 각각이 회전방향에 대하여 오목한 곡선을 형성하고, 블레이드들 각각의 후연선(TE; Traling edge)들은, 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록곡선을 이루고 있으며, 블레이드들 각각은 허브의 원주방향을 따라 비등각 간격으로 배열된 차량용 냉각팬을 제공한다.
따라서, 송풍량은 유지하면서 소음을 저감시킬 수 있다.

Description

차량용 냉각팬 {Cooling fan for vehicle}

본 발명은 차량용 냉각팬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소음을 저감시킬 수 있는 차량용 냉각팬에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 냉각팬은 라디에이터와 응축기 등의 열교환기 후면에 설치되며, 팬모터의 구동축에 결합되어 회전되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 소정의 간격으로 형성되는 복수개의 블레이드들로 구성된다.

한편, 상기한 냉각팬은 상기 블레이드의 회전에 의하여 회전소음이 발생하게 되는데, 이러한 회전소음을 저감시키기 위하여 종래에는 국내공개특허 제2002-0075660호의 블레이드가 허브의 길이방향으로 교대로 돌출되게 형성된 구조의 냉각팬이 개시되어 있으나, 블레이드가 엇배열의 2열 구성으로 되어 있어 만족할 만한 소음저감효과를 얻지는 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 소음을 저감시킬 수 있는 차량용 냉각팬을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 구동축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 일정의 간격을 두고 상기 허브의 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 블레이드들과, 상기 블레이드들의 끝단들을 연결하는 원형링을 포함하는 냉각팬에 있어서, 상기 블레이드들 각각의 전연선(LE; Leading edge)들은, 상기 허브와 상기 원형링 사이에 위치하는 설정지점에 대하여, 상기 허브와 상기 설정지점 사이 및 상기 설정지점과 상기 원형링 사이 각각이 상기 회전방향에 대하여 오목한 곡선을 형성하고, 상기 블레이드들 각각의 후연선(TE; Traling edge)들은, 상기 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록곡선을 이루고 있으며, 상기 블레이드들 각각은 상기 허브의 원주방향을 따라 비등각 간격으로 배열된 차량용 냉각팬을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 구동축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 일정의 간격을 두고 상기 허브의 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 블레이드들과, 상기 블레이드들의 끝단들을 연결하는 원형링을 포함하는 냉각팬에 있어서, 상기 블레이드들 각각의 전연선들은, 회전방향에 대하여 전체적으로 매끈한 오목곡선을 이루고, 상기 전연선상에 외부로 돌출된 하나의 돌기부를 일체로 구비하고 있으며, 상기 블레이드들 각각의 후연선들은, 상기 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록곡선을 이루고 있으며, 상기 블레이드들 각각은 상기 허브의 원주방향을 따라 비등각 간격으로 배열된 차량용 냉각팬을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 차량용 냉각팬은, 송풍량은 유지하면서 소음을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 냉각팬의 전면을 향한 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각팬의 후면을 향상 사시도이다.
도 3은 도 1의 비등각 배열된 블레이드들을 나타내기 위한 정면도이다.
도 4는 도 3의 비등각 배열된 블레이드의 배열각도를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 냉각팬에서 상기 블레이드의 세부구성을 나타내는 정면도이다.
도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각팬의 블레이드의 세부구성을 나타내는 정면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시예와 비교예에 따른 BPF소음특성을 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11은 도 3의 블레이드의 배치각에 따른 전체소음과 BPF소음을 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 냉각팬(500)은, 구동축에 결합되는 허브(100)와, 상기 허브(100)의 외주면에 일정한 간격을 두고 상기 허브(100)의 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 블레이드(200)들과, 상기 블레이드(200)들의 끝단들을 연결하는 원형링(300)을 포함하는 구조로 되어 있다. 이때, 상기 냉각팬(500)은 상기 블레이드(200)들의 개수가 5개 내지 9개의 범위에 있으며, 본 실시예는 상기 블레이드(200)들은 7개로 이루어져 있다.

한편, 상기 제1실시예에 따른 냉각팬(500)은 차량용 엔진 냉각팬으로 적용되어 라디에이터와 같은 열교환기에 장착될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 제1실시예에 따른 냉각팬(500)은, 상기 블레이드(200)들이 상기 허브(100)의 원주방향을 따라 비등각 간격으로 배열되어 있다.

우선 상기 냉각팬(500)이 차량에 장착되는 엔진 냉각팬인 경우에는, 일반 팬과는 달리 라디에이터와 같은 열교환기에 장착되어 엔진룸 주변의 복잡한 구조물에 의한 구조적인 소음을 동반한다. 이에, 상기 냉각팬(500)은 상기한 소음을 저감시키기 위하여, 상기 블레이드(200)들을 비등각 간격으로 배열하여 주기적인 음압 발생형태를 분산시킴으로써, 엔진룸 주변의 구조물과의 간섭음을 회피하고, 상기 블레이드(200)의 일정한 회전에 의해 귀에 거슬리는 피크 형태의 이산주파수에서 발생하는 음압을 줄일 수 있도록 하였다. 여기서, 상기 냉각팬(500)의 소음저감효과는 본 실시예에 따른 냉각팬의 소음특성을 나타낸 그래프인 도 8과, 비교예에 따른냉각팬의 소음특성을 나타낸 그래프 도 9에서 확인할 수 있다. 이때, 상기 비교예에 따른 냉각팬은 블레이드 상면은 볼록하고 하면은 오목한 블레이드 전연선에 볼록한 돌기를 갖는 등각의 구조로 되어 있다.

상기 그래프에 따르면, 본 실시예에 따른 냉각팬(500)은 종래의 냉각팬보다 BPF피크가 작다는 것을 알 수 있다. 도 3에서 점선으로 표현된 블레이드들은 등각 배열된 블레이드들을 나타내며, 실선으로 표현된 블레이드들은 비등각 배열된 블레이드들을 나타낸다.

한편, 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 상기 블레이드(200)들의 비등각 배열 각도는, 표1에 나타난 바와 같이 -2도 내지 5도 범위이다.

	비등각 배치각(°)	등각 배치각(°)	비등각-등각(°)
1	0.000	0.000	0.000
2	55.000	51.428	3.571
3	101.900	102.857	-0.957
4	158.830	154.285	4.544
5	204.430	205.714	-1.284
6	259.970	257.142	2.827
7	310.520	308.571	1.948

여기서, (+)는 시계방향, (-)는 반시계방향으로의 각도차이을 나타낸다.

상기한 바와 같이, 상기 블레이드들(200)의 비등각 배열 각도를 -2도 내지 5도 범위로 설정하는 이유는 표 2와 도 10 및 도 11에 나타난 바와 같이, 상기 블레이드(200)들의 비등각 배열 각도에 따라 전체소음과 BPF(blade passing frequency)소음에 영향을 미치기 때문이다. 즉, 상기 블레이드(200)의 비등각 배열 각도가 -2도 미만, 5도 초과를 하는 경우에는 전체소음과 BPF소음이 증가하는 현상이 나타났다.

이는, 상기 전체소음의 경우 상기 블레이드(200)마다 유입간섭음이 다르게 나타나고 블레이드(200) 사이마다 유입 압력이 다르게 나타나기 때문에, 상기 블레이드(200)의 비등각 배열 각도가 -2도 미만인 경우에는 등각 블레이드의 특성을 유지하기 때문에 등각 블레이드와 유사한 BPF 특성을 보이므로 소음이 증가하는 경향을 보이며, 5도를 초과하는 경우에는 바람을 치는 간섭음이 증가하여 소음이 증가하기 때문이다.

또한, 상기 BPF 소음의 경우 상기 전체소음과 같이 각 블레이드(200)마다 받는 압력이 다르고 블레이가 충격파가 증가하기 때문에, -2도 미만, 5도 초과를 하는 범위에서는 BPF소음도 급격히 증가함을 알 수 있다.

따라서, 상기 블레이드(200)의 비등각 배열 각도는 -2도 내지 5도 범위로 설정하고, 이는 상기 블레이드(200)의 고유 주파수와 유체가 상기 불레이드(200)에 주는 외력의 주파수가 일치하지 않는 점을 찾아내어 공진현상이 가장 낮은 부분이다.

블레이드(°)	전체소음(dB)	BPF(peak점)(dB)
2∼-7.5	69.9	58.9
0∼-5	67.3	54.8
0∼-2.5	66.2	53.4
0∼2.5	66.5	54.5
0∼5	66.7	52.7
-2∼5	66.7	49.7
-2∼7.5	67.5	53.5
-2∼10	68.6	61.1

한편, 도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 블레이드(200) 각각에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 5를 참조하면, 상기 블레이드(200)들 각각의 전연선(210,LE; Leading edge)들은, 상기 허브(100)와 상기 원형링(300) 사이에 위치하는 설정지점(A)에 대하여, 상기 허브(100)와 상기 설정지점(A) 사이 및 상기 설정지점(A)과 상기 원형링(300) 사이 각각에 상기 회전방향에 대하여 오목한 곡선을 형성하고 있다. 상세하게는, 상기 블레이드(200)들 각각의 전연선(210)들은 상기 허브(100)와 상기 설정지점(A) 사이에서 상기 회전방향에 대하여 오목한 곡선을 갖는 제1전연선(211)과, 상기 설정지점(A)과 상기 원형링(300) 사이에서 상기 회전방향에 대하여 오목한 곡선을 갖는 제2전연선(212)을 포함한다. 이에 따라, 상기 전연선(210)들은 각각 상기 제1전연선(211)과 상기 제2전연선(212)이 만나는 상기 설정지점(A)에 하나의 돌출된 부분을 갖고 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 돌출된 부분은 회전시 회전소음을 저감시켜주는 역할을 한다.

여기서, 상기 설정지점(A)은, 상기 허브(100)와 상기 원형링(300) 사이에 위치하고 있으며, 상세하게는 상기 설정지점은 상기 허브(100)와 상기 원형링(300) 사이의 반경방향 거리에 대하여 중앙에 위치하고 있다. 이는 공기유입 시간차를 분산하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 설정지점(A)에서의 돌출된 부분은, 상기 전연선(210)에서 상기 허브(100)와 만나는 제1지점과, 상기 원형링(300)과 만나는 제2지점을 연결하는 가상의 연결선의 내측에 위치하고 있다. 여기서, 상기 설정지점(A)에서의 돌출된 부분은, 상기 설정지점(A)점을 기준으로 전연선이 돌출되어 있기 때문에, 공기유입 시간차를 부여하여 회전에 의해 발생하는 소음을 감소시키고, 충격을 감소시켜서 음색을 부드럽게 할 수 있다.

한편, 상기 제1전연선(211)과 상기 제2전연선(212)의 오목한 곡선형상은, 도시된 바와 같이 일정한 곡률반경을 갖는 곡선이 아닌 불규칙한 곡률반경을 갖는 곡선으로 되어 있으며, 이는 상기 블레이드(200)의 크기, 냉각팬(500)의 용량 및 구조 등에 따른 설계에 따라 다양하게 변형가능하다.

본 발명의 제1실시예에서 상기 블레이드(200)들 각각의 후연선(220,TE; Traling edge)들은, 상기 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록한 곡선을 이루고 있다. 이는, 상기 블레이드(200)의 평단면적을 크게 하여 송풍용량을 향상시키기 위함이다.

또한, 상기 블레이드(200)들 각각은, 상현(230)의 면은 볼록하고 하현(240)의 면은 오목한 형상으로 되어 있다(도 1 및 도 2참조). 이는, 공기를 상현으로부터 유입시켜 하현측으로 압축 배출하는데 유용한 구조이기 때문이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각팬(500)은, 상기 각 블레이드(200)들의 상기 전연선(210)들이 상기 설정지점(A)을 기준으로하여 양측으로 오목한 곡선을 각각 이루도록 하여 상기 전연선(210)상에 돌출된 부분을 형성함으로써 회전 시 소음을 저감시킬 수 있으며, 상기 후연선(220)은 회전방향의 반대방향으로 볼록하게 하여 송풍용량을 증대시킬 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 블레이드(200)들은, 상기 설정지점(A)을 통과하는 상기 허브(100)의 원주방향의 가상선(C)을 기준으로 상기 전연선(210)곡률변경각이 상기 후연선(220)곡률변경각 보다 작게 형성되어 있다.

도 6을 참조하면, 상기 제1실시예에 따른 냉각팬(500)은, 상기 블레이드(200)의 각 지점에 대하여 상기 블레이드(200)들 각각의 받음각(θ;angle of attack)이 상기 원형링(300)으로 갈수록 점진적으로 감소한다. 여기서, 상기 받음각은 상기 블레이드(200)가 수평면에 대하여 기울어진 각을 뜻한다. 이에 따라, 상기 냉각팬(500)은 원형링으로 갈수록 받음 면적이 점진적으로 증가됨에 따라 저항을 줄이고, 적정회전수를 유지하여 자동차의 엔진 주파수와의 주파수 간섭으로부터 이격을 이룰 수 있다.

한편, 본 발명은, 상기 블레이드(200)들 각각의 전연선(210)이 설정지점(A)을 기준으로 오목한 곡선형상의 제1전연선(211)과 제2전연선(212)으로 이루어져 상기 제1전연선(211)과 상기 제2전연선(212)에 의하여 하나의 돌출된 부분을 갖는 제1실시예에 따른 냉각팬(500)뿐만 아니라, 설정된 곡률반경을 갖는 전연선(210b)상에 돌기부(280)를 일체로 구비하는 제2실시예에 따른 냉각팬(500b)구조를 포함하며, 도 7을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 냉각팬(500b)은, 상기 블레이드(200b)들 각각의 전연선(210b)들이 회전방향에 대하여 전체적으로 매끈한 오목곡선을 이루고 있으며, 이때 상기 전연선(210b)상에는 외부로 돌출된 하나 의 돌기부(280)를 일체로 구비하고 있다. 또한, 상기 제2실시예에 따른 냉각팬(500b)은, 상기 블레이드(200b)들 각각의 후연선(220)들이 상기 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록한 곡선을 이루고 있다.

여기서, 상기 돌기부(280)는, 상기 허브(100)와 상기 원형링(300) 사이에 위치하고 있으며, 상세하게는, 상기 허브(100)와 상기 원형링(300) 사이의 반경방향 거리에 대하여 중앙에 위치하고 있다.

상기 돌기부(280)는, 유체의 마찰저항을 최대로 감소시키고 소음저감효과를 최대로 얻을 수 있는 삼각형상으로 되어 있다. 그리고, 상기 돌기부(280)는, 상기 전연선(210b)에서 상기 허브(100)와 만나는 제1지점(B1)과, 상기 원형링(300)과 만나는 제2지점(B2)을 연결하는 가상의 연결선(L)의 내측에 위치하고 있다.

상기 블레이드(200b)들은, 상기 돌기부(280)가 구비된 지점을 통과하는 상기 허브(100)의 원주방향의 가상선(C)을 기준으로 상기 전연선곡률변경각이 상기 후연선곡률변경각 보다 작게 형성되어 있다.

한편, 상기 제2실시예에 따른 냉각팬(500b)에 대하여, 상기한 블레이드(200b)의 전연선(210b) 및 후연선(220b)에 대한 구성을 제외한, 상기 블레이드(200b)들의 받음각과, 개수, 등각 분포배열 및 상현 및 하현의 형상 등에 대한 구성상의 상세한 설명은 상기 제1실시예와 대응되므로 생략하기로 한다.

상기한 구조에 따른 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 냉각팬(500,500b)은, 각각의 블레이드(200,200b)의 구조가 전연선(210)이 회전방향에 대하여 한 쌍의 볼록한 곡선형상을 이루어 하나의 돌출부분 갖거나, 오목한 곡선형상의 전연선(210b)상에 돌기부(280)를 일체로 구비하고, 후연선(220,220b)이 회전방향의 반대방향에 대하여 볼록한 곡선형상으로 이루어져, 송풍량은 향상시키면서도 회전소음은 저감시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 허브 200,200b... 블레이드
210,210b... 전연선 220,220b... 후연선
300... 원형링 500,500b... 냉각팬

Claims (13)

1. 구동축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 일정의 간격을 두고 상기 허브의 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 블레이드들과, 상기 블레이드들의 끝단들을 연결하는 원형링을 포함하는 차량용 냉각팬에 있어서,
   상기 블레이드들 각각의 전연선(LE; Leading edge)들은, 상기 허브와 상기 원형링 사이에 위치하는 설정지점에 대하여, 상기 허브와 상기 설정지점 사이에서 회전방향에 대하여 오목하며, 불규칙한 곡률반경으로 구성되는 곡선을 가지는 제 1전연선과, 상기 설정지점과 상기 원형링 사이에서 상기 회전방향에 대하여 오목하며, 불규칙한 곡률반경으로 구성되는 곡선을 가지는 제 2전연선을 포함하고,
   상기 블레이드들 각각의 후연선(TE; Traling edge)들은, 상기 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록곡선을 이루고 있으며,
   상기 블레이드들 각각은 상기 허브의 원주방향을 따라 비등각 간격으로 배열되며, 상기 블레이드들의 비등각 배열 각도는, -2도 내지 5도 범위인 차량용 냉각팬.
2. 구동축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 일정의 간격을 두고 상기 허브의 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 블레이드들과, 상기 블레이드들의 끝단들을 연결하는 원형링을 포함하는 차량용 냉각팬에 있어서,
   상기 블레이드들 각각의 전연선들은, 회전방향에 대하여 전체적으로 매끈한 오목곡선을 이루고, 상기 전연선상에 외부로 돌출된 하나의 돌기부를 일체로 구비하고 있으며,
   상기 블레이드들 각각의 후연선들은, 상기 회전방향의 반대방향에 대하여 매끈한 볼록곡선을 이루고 있으며,
   상기 블레이드들 각각은 상기 허브의 원주방향을 따라 비등각 간격으로 배열되고, 상기 블레이드들의 비등각 배열 각도는, -2도 내지 5도 범위인 차량용 냉각팬.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 블레이드들은,
   상현의 면은 볼록하고 하현의 면은 오목한 형상인 차량용 냉각팬.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 돌기부는,
   상기 허브와 상기 원형링 사이에 위치하는 차량용 냉각팬.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 돌기부는, 삼각형상인 차량용 냉각팬.
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 블레이드들은,
   받음각(angle of attack)이 상기 원형링으로 갈수록 점진적으로 감소하는 차량용 냉각팬.
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 블레이드들의 개수는 5개 내지 9개의 범위에 있는 차량용 냉각팬.
10. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌기부는,
    상기 허브와 상기 원형링 사이의 거리의 중앙에 위치하는 차량용 냉각팬.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 설정지점은,
    상기 허브와 상기 원형링 사이의 거리의 중앙에 위치하는 차량용 냉각팬.
12. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌기부는,
    상기 전연선에서 상기 허브와 만나는 제1지점과, 상기 원형링과 만나는 제2지점을 연결하는 가상의 연결선의 내측에 위치하는 차량용 냉각팬.
13. 삭제

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