KR20090013728A

KR20090013728A - 벨트 구동식 차량 전력 제너레이터를 위한 공기 흐름 냉각패턴

Info

Publication number: KR20090013728A
Application number: KR1020080075536A
Authority: KR
Inventors: 마이클 디. 브래드필드
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20090033161A1; CN101409477A; DE102008035159A1; US7880347B2; CN101409477B; KR101562287B1

Abstract

본 발명에 따른 차량용 벨트 구동식 전기 장치는 하나 이상의 전방 하우징 개구부를 포함하는 전방 하우징과, 하나 이상의 후방 하우징 개구부를 포함하는 후방 하우징을 구비한다. 또한, 냉각 기체를 강제로 상기 하나 이상의 전방 하우징 개구부를 통해 상기 전기 장치 안으로 유입시키고, 상기 하나 이상의 후방 하우징 개구부를 통해 상기 전기 장치의 외부로 유출시키는 기능을 가지는 하나 이상의 팬을 구비한다. 본 발명에 따른 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법은 냉각 기체가 실질적으로 전기 장치의 전방에서 상기 전기 장치 안으로 강제로 유입되는 단계를 포함한다. 상기 냉각 기체는 상기 전기 장치에서 후방으로 흐르고, 열은 상기 전기 장치로부터 상기 냉각 기체로 복사된다. 상기 냉각 기체의 적어도 제 1 부분은 상기 전기 장치의 후방으로부터 실질적으로 축방향으로 빠져나간다.

전기장치, 차량, 냉각, 기체, 팬, 하우징

Description

벨트 구동식 차량 전력 제너레이터를 위한 공기 흐름 냉각 패턴{AIRFLOW COOLING PATTERN FOR BELT-DRIVEN VEHICLE ELECTRICAL POWER GENERATOR}

본 명세서에는 전반적으로 전기 장치에 관한 것이 기재되어 있다. 더욱 상세하게는 본 명세서에는 벨트 구동식 차량용 전력 제너레이터의 냉각에 관한 것이 기재되어 있다.

차량의 언더후드 기류(underhood airflow)는, 실질적으로 차량의 전방부에 위치한 라디에이터 냉각 팬의 작용으로 인해, 차량의 전방부에서 후방부로 생긴다. 그러나, 이와 대조적으로 냉각 기체는 일반적으로, 예를 들어 교류발전기와 같은 전기 장치의 후방부 또는 그 근처에서 들어간다. 상기 기체는 교류발전기를 통해서 교류발전기의 전방부로 흐르고, 상기 교류발전기의 구성요소에 의해 가열된다. 가열된 기체는 교류발전기로부터 빠져나가서, 상기 언더후드 기류와 합쳐지고, 상기 가열된 기체의 적어도 일부분이 교류발전기를 통해서 재순환(recirculated)되는 곳인 상기 교류발전기의 후방으로 다시 이송된다. 상기 교류발전기의 형상에 따라서, 가열된 기체의 30% 내지 35% 정도가 상기 교류발전기를 통해서 재순환되고, 상기 교류발전기로 들어간 냉각 기체의 온도는 섭씨 20 내지 30도 정도 증가된다. 상기 증가된 냉각 기체의 온도는 기체의 냉각 성능의 감소를 초래하고, 교류발전기의 작동에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기 장치를 통하는 냉각 기체의 흐름에 의해, 가열된 기체는 전기 장치로 재순환되지 않고, 따라서 전기 장치의 최적의 작동이 유지되는 전기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 벨트 구동식 전기 장치는 하나 이상의 전방 하우징 홀을 포함하는 전방 하우징과, 하나 이상의 후방 하우징 홀을 포함하는 후방 하우징을 구비한다. 또한, 냉각 기체를 강제로 상기 하나 이상의 전방 하우징 홀을 통해 상기 전기 장치 안으로 유입시키고, 상기 하나 이상의 후방 하우징 홀을 통해 상기 전기 장치의 외부로 유출시키는 기능을 가지는 하나 이상의 팬을 구비한다.

본 발명에 따른 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법은 냉각 기체가 실질적으로 전기 장치의 전방에서 상기 전기 장치 안으로 강제로 유입되는 단계를 포함한다. 상기 냉각 기체는 상기 전기 장치에서 후방으로 흐르고, 열은 상기 전기 장치로부터 상기 냉각 기체로 복사된다. 상기 냉각 기체의 적어도 제 1 부분은 상기 전기 장치의 후방부로부터 실질적으로 축방향으로 빠져나간다.

본 발명에 따른 전기 장치에 의하면 전기 장치를 통하는 냉각 기체의 흐름에 의해, 가열된 기체는 전기 장치로 재순환되지 않고, 따라서 전기 장치의 최적의 작 동이 유지된다.

본 발명의 상술한 이점 뿐만 아니라, 다른 이점은 이하 첨부하는 도면에 비추어서 고려될 때, 이하 자세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.

도 1은 예를 들어, 교류발전기(alternator)(10)와 같은 차량용 벨트 구동식 전기장치를 도시한다. 교류발전기(10)은 샤프트(14)와 작동가능하게 연결되는 로터(rotor)(12)를 포함한다. 로터(12)와 샤프트(14)는 사프트 축(16)에 대해서 회전되도록 형성되어 배치된다. 스테이터(stator)(18)는 전단 우회부(forward end turns)(20)와 후단 우회부(rear end turns)(22)를 포함하고, 로터(12)의 반경 바깥쪽에 설치된다. 스테이터(18)는 로터(12)의 축방향 길이를 따라 연장되고, 로터(12)의 주위를 감싸도록 연장된다. 스테이터(18)와 로터(12)는, 일 실시예에서 전방 하우징(26)과 후방 하우징(28)을 포함하는 하우징(24) 사이에 설치된다. 교류발전기(10)는, 전방 하우징(26)이 차량의 전방부에 실질적으로 접하고, 후방 하우징(28)이 차량의 후방부에 실질적으로 접하도록 차량(미도시) 안에 위치된다. 본 발명의 일 실시예에서 실질적으로 축방향으로 배치되는 연결부(30)가 전방 하우징(26)과 후방 하우징(28)의 사이에 위치된다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에서 연결부(30)는 교류발전기(10)의 주위를 감싸도록 연장되는 틈(gap)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전방 하우징(26) 및/또는 후방 하우징(28)은 냉각 성능을 향상시키기 위해 하나 이상의 냉각 리브(ribs)(32)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 후방 하우징(28)은 실질적으로 "T"자 형태의 단면 을 가진다. 레그(leg)(34)는 샤프트(14)를 향해 실질적으로 반경방향으로 연장되고, 후방 베어링(36)을 지지한다. 반면에, 암부재(arms)(38)는 레그(34)로부터 전후 축방향으로 연장된다.

전방 하우징(26)은 하나 이상의 전면 냉각 홀(front face cooling holes)(40)과, 하나 이상의 외측 냉각 홀(outer cooling holes)(42)을 포함한다. 유사하게, 후방 하우징(28)은 하나 이상의 후면 냉각 홀(rear face cooling holes)(44)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 하나 이상의 주변 슬롯(circumferential slot)(46)이 포함될 수도 있다. 상기 주변 슬롯(46)은 하우징(24)의 외측 길이방향 표면을 통해 형성되고, 전방 하우징(26) 및/또는 후방 하우징(28)에 위치될 수도 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 각각의 주변 슬롯(46)은 일부분이 전방 하우징(26)에 위치되고, 일부분이 후방 하우징(28)에 위치되어, 연결부(30)을 가로질러 연장된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 교류발전기(10)은 하나 이상의 팬(fan)(48)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 팬(48)은 샤프트(14)의 나사부(50)에 위치되고, 슬리브(52)를 이용하여 샤프트(14)에 고정된다. 팬(48)은 반경 방향 및 축 방향의 두 흐름을 제공하도록 형성된다. 그러나, 현재의 범위와 다른 팬(48)의 형상, 위치 및 설치 방법이 고려되고 있다. 예를 들어, 팬(48)은 순수하게 축방향 흐름을 위해 형성될 수 있으며, 그리고/또는 팬(48)은 나사부가 형성되지 않은 샤프트(14)에 고정될 수 있다. 나아가, 추가적인 팬(48)이 로터(12)의 전방 및/또는 후방에 배치될 수도 있다.

교류발전기(10)을 냉각시키기 위해서, 냉각 기체는 전면 냉각 홀(40)을 통해서 전방 하우징(26) 안으로 끌려들어간다. 이러한 것은, 화살표(54)로 도시(도 2 참조)된 방향인, 차량의 전방에서 후방으로의 자연적인 언더후드 기체 흐름에 의해 이루어질 수도 있으며, 그리고/또는 팬(48)의 작용에 의해서 이루어질 수도 있다. 전면 냉각 홀(40)을 통한 기체 흐름은, 어떤 실시예에서는 분리될 수 있다. 제 1 부분은 흐름선(flowline)(56)에 의해 도시된 바와 같이, 후면 냉각 홀(44)과 팬(48)을 통해 교류발전기(10)을 통해서 축방향으로 흐르고, 최종적으로 덮개 판(58)을 통해 교류발전기(10)를 빠져나간다. 기체 흐름의 제 2 부분은, 흐름선(60)에 의해 도시된 바와 같이, 전단 우회부(20)을 축방향으로 가로질러서, 외측 냉각 홀(42)을 통해서 교류발전기(10)를 빠져나간다.

냉각 기체는 또한 주변 슬롯(46)을 통해 교류발전기(10)로 들어간다. 이러한 냉각 기체의 흐름은 흐름선(62)에 의해 도시된다. 냉각 기체는 스테이터(18)을 따라 축방향으로 흐르고, 후단 우회부(22)를 가로지른다. 상기 기체는 후방 하우징(28)을 통해 실질적으로 축방향으로 흘러서, 하나 이상의 다이오드(64), 후방 베어링(36), 및/또는 전기장치의 다른 구성 요소를 냉각시키는데 제공된다. 그런 후에 상기 기체는 팬(48)을 통해 흐르고, 덮개 판(58)을 통해 빠져나간다.

가열된 배출 기체는 차량의 후방으로 향하는 자연적인 언더후드 기체 흐름 방향으로 팬(48)에 의해 교류발전기(10)으로부터 강제로 밀어내진다. 상술한 방식으로 교류발전기(10)을 통하는 냉각 기체의 흐름에 의해, 가열된 기체는 교류발전기(10)으로 재순환되지 않고, 따라서 교류발전기(10)의 최적의 작동이 유지된다.

위와 같이 본 발명의 실시예가 묘사되었으나, 이것은 당업자가 현재 및 장래에 이하의 청구항의 범위 안에서 다양한 개선 및 향상을 가져올 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 청구항은 처음으로 설명된 발명의 적절한 보호를 위한 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 냉각 기체 흐름을 가지는 차량용 전기장치의 단면도이다.

도 2는 도 1의 전기 장치의 언더후드 기체 흐름에 관련된 냉각 기체 흐름을 도시한 것이다.

Claims

차량용 벨트 구동식 전기 장치로서,

하나 이상의 전방 하우징 개구부를 포함하는 전방 하우징;

하나 이상의 후방 하우징 개구부를 포함하는 후방 하우징; 및

냉각 기체를 강제로 상기 하나 이상의 전방 하우징 개구부를 통해 상기 전기 장치 안으로 유입시키고, 상기 하나 이상의 후방 하우징 개구부를 통해 상기 전기 장치의 외부로 유출시키는 기능을 가지는 하나 이상의 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 전방 하우징 및 후방 하우징의 길이방향 표면에 위치하는 하나 이상의 슬롯을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제2항에 있어서,

상기 하나 이상의 슬롯은 실질적으로 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 팬은 세 개인 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 팬은 두 개인 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 후방 하우징은 실질적으로 "T"자 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제6항에 있어서,

상기 후방 하우징은 실질적으로 반경방향 안쪽으로 연장되는 레그를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제7항에 있어서,

상기 레그는 후방 베어링을 지지하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 전방 하우징 및 후방 하우징은 하나 이상의 냉각 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치.
차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법으로서,

냉각 기체가 실질적으로 전기 장치의 전방에서 상기 전기 장치 안으로 강제로 유입되는 단계;

상기 냉각 기체는 상기 전기 장치에서 후방으로 흐르는 단계;

상기 전기 장치로부터 상기 냉각 기체로 열이 복사되는 단계; 및

상기 냉각 기체의 적어도 제 1 부분이 상기 전기 장치의 후방으로부터 실질적으로 축방향으로 빠져나가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제10항에 있어서,

상기 냉각 기체가 상기 전기 장치 안으로 강제로 유입되는 단계는 하나 이상의 팬에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제10항에 있어서,

상기 냉각 기체의 제 2 부분으로 스테이터의 하나 이상의 끝단 우회부(end turns)를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제12항에 있어서,

상기 냉각 기체의 제 2 부분이 상기 전기 장치로부터 반경방향으로 빠져나가는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제10항에 있어서,

상기 냉각 기체의 제 3 부분이 상기 전기 장치의 길이방향 표면의 슬롯을 통해 상기 전기 장치 안으로 강제로 유입되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제14항에 있어서,

상기 냉각 기체의 제 3 부분으로 후방 베어링을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제14항에 있어서,

상기 냉각 기체의 제 3 부분으로 하나 이상의 다이오드를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.
제14항에 있어서,

상기 냉각 기체의 제 3 부분이 상기 전기 장치로부터 실질적으로 축방향으로 빠져나가는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 벨트 구동식 전기 장치의 냉각 방법.