KR102002876B1 - 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러의 회전에 의해 공기가 유입되는 공기유입구에 냉각공기가이드를 설치하여 임펠러의 회전에 의해 송풍될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 모터가 냉각되게 하여 별도의 냉각용 임펠러나 장치를 설치하지 않고도 모터를 냉각시킬 수 있게 한 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조에 관한 것이다.

Description

직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조{cooling structure without power of pair direction blower}

본 발명은 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조에 관한 것으로 상세하게는 고출력을 요구하는 직결 구동식 양방향 블로워의 모터를 냉각시키는 공기를 축의 동력을 이용하지 않고 유입시킬 수 있게 한 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조에 관한 것이다.

보다 상세하게 본 발명은 스크롤 또는 임펠러(이하 “임펠러”이라 통칭함)의 회전에 의해 공기가 유입되는 공기유입구에 냉각공기가이드를 설치하여 임펠러의 회전에 의해 송풍될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 모터가 냉각되게 하여 별도의 냉각용 임펠러나 장치를 설치하지 않고도 모터를 냉각시킬 수 있게 한 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조에 관한 것이다.

모터는 전력을 받아서 회전하고, 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계이다. 이러한 모터 중 직결형 터보 모터는 규소강판에 에나멜로 절연된 절연 동선을 감아 자력을 만들어 회전자를 회전시키고, 회전자를 지지하여 부드러운 회전이 가능하게 하기 위해 베어링을 구비하고 있다. 이러한 모터는 송풍기용 혹은 공기나 가스의 압축기용 모터로 사용된다.

또한 원심형 터보모터는 터보 송풍기 혹은 터보 압축기로 사용되고 있다. 이러한 고속 터보모터는 회전체의 고속 회전을 위하여 전기적인 교류 변환 장치가 사용되기 때문에 전기적인 발열이 발생하고, 이런 열의 발생은 장비의 수명을 단축시키거나 부분품의 손상을 촉진시킨다.

이에 따라 발생한 열을 냉각시키기 위해 다양한 냉각장치가 사용되고 있고, 냉각 방식은, 공기를 순환시켜 모터를 냉각시키는 공랭식과, 냉각수를 순환시켜 모터의 발생 열을 냉각시키는 수냉식이 많이 사용된다.

터보모터의 냉각과 관련된 기술로는 다양한 것이 있으나, 그 예로 특허문헌 1 및 2가 있다.

특허문헌 1은 공기가 송풍되는 송풍부를 가지며 그 일면에 공기가 유입되는 개방부가 형성된 케이스부재와; 케이스 부재의 내부에 설치되는 것으로서 모터를 지지하는 내부 케이스와 여기서 내부케이스의 내부에는 모터의 고정자와 회전자가 지지되어 고정자와 회전자 사이에는 에어 갭이 형성되며, 회전자와 결합되는 중공의 회전축이 형성되고; 송풍부와 연통되며 모터의 회전축과 연결된 임펠러와; 내부케이스의 전단에 설치되어 개방부와 연통되며 모터의 회전축과 연결된 팬 날개와; 내부케이스의 외면을 둘러 형성되는 것으로서 개방부와 연통하며 이들 사이의 공간이 임펠러와 연통하게 되는 냉각핀을 포함하여 이루어지고, 여기서 내부케이스는 팬 날개부재와 연통하는 개방유로가 형성되고 중공의 회전축은 팬 날개 부재와 연통하는 공기유입유로공과 임펠러와 연통하는 공기유출유로공이 형성된 것이고,

특허문헌 2는 터보 블로워 냉각 구조에 있어서, 원통형의 모터케이싱과; 모터케이싱의 내부에 내장되며, 내부에 로터를 포함하고 있는 스테이터와; 스테이터의 양측에 형성되며, 공기가 통과하기 위한 냉각공기통과구멍이 형성되어 있는 코어링과; 로터의 일측을 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 레프트백플레이트와; 레프트백플레이트와 일면이 결합되며, 타측이 제1스크롤볼루트에 결합되어 발생된 유체가 세지 않도록 하기 위하여 형성되는 씰이 포함된 레프트캡과; 모터케이싱과 쿨링팬 사이에 형성되는 라이트백플레이트와; 로터를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링하우징과; 레프트캡의 일면에 형성되는 제1임펠러와; 제1임펠러의 일측을 감싸고 있으며, 제1임펠러에서 발생된 유동을 가이드하며, 유체의 운동에너지를 위치에너지로 변환시키기 위한 제1스크롤볼루트와; 제1임펠러를 감싸도록 제1스크롤볼루트의 일측에 결합되며, 제1임펠러가 고속 회전시 공기 흐름을 원활히하여 유압을 발생시키기 위한 제1스크롤덮개와; 공기가 유입되는 흡입구로서, 제1스크롤덮개의 일측과 결합되어 있는 제1노즐과; 라이트백플레이트의 일측에 결합되어 있는 쿨링팬과; 라이트캡의 일측에 형성되어 유체가 외부로 세는 것을 방지하기 위한 팬슈라우드와; 쿨링팬을 감싸고 있으며, 유체를 외부로 토출시키기 위한 팬스크롤과; 팬스크롤의 일측에 결합되어 냉각 공기를 토출시키기 위한 쿨링덕트와; 라이트백플레이트의 일면에 형성되는 라이트캡과; 라이트캡의 일면에 형성되는 제2임펠러와; 제2임펠러의 일측을 감싸고 있으며, 제2임펠러에서 발생된 유동을 가이드하며, 유체의 운동에너지를 위치에너지로 변환시키기 위한 제2스크롤볼루트와; 제2임펠러를 감싸도록 제2스크롤볼루트의 일측에 결합되며, 제2임펠러가 고속 회전시 공기 흐름을 원활히하여 유압을 발생시키기 위한 제2스크롤덮개와; 공기가 유입되는 흡입구로서, 제2스크롤덮개의 일측과 결합되어 있는 제2노즐;을 포함하여 구성되되, 모터케이싱은, 외경을 따라 레프트백플레이트측 코어링 상측 주변에 일정 간격으로 다수 형성되는 제1구멍부와, 외경을 따라 라이트백플레이트측 코어링 상측 주변에 일정 간격으로 다수 형성되는 제2구멍부와, 제1구멍부와 제2구멍부의 직경보다 작은 직경을 가지되, 외경을 따라 제2구멍부와 일정 간격 이격된 거리의 라이트백플레이트측 코어링 상측 주변에 다수 형성되는 제3구멍부를 포함하여 구성되며, 쿨링팬이 동작할 경우에, 제2구멍부를 통해 유입되는 공기를 이용하여 스테이터를 냉각시키며, 제1구멍부를 통해 유입되는 공기와 제2구멍부를 통해 유입된 공기를 이용하여 제1임펠러측 코일부와 베어링하우징 및 로터를 냉각시키며, 제3구멍부를 통해 유입되는 공기와 코일부와 베어링하우징 및 로터를 냉각시킨 공기와 공기를 이용하여 제2임펠러측 베어링하우징 및 코일부를 냉각시킨 후, 팬스크롤에 형성된 쿨링덕트를 통해 외부로 내부를 순환한 공기를 토출하게 한 직결 구동형 듀얼 터보 블로워 냉각 구조이다.

이와 같이 구성된 종래의 터보모터 냉각 장치 중 공냉식은 모터의 한 축에 냉각용 팬을 달거나 별도의 공기순환용 팬을 달아서 공기를 공급하여 냉각시키고 있으나, 공기의 열 흡수 효율이 떨어짐에 따라 냉각 효율이 떨어지고, 외부 대기 온도가 높을 경우 모터의 냉각효율은 더욱 떨어지는 문제가 있다. 또한, 이들 공냉식은 공기의 강제순환 방식이기 때문에 모터의 회전력을 이용하는 별도의 임펠러를 달거나 모터 외부에서 또 다른 송풍 팬을 사용하여야 하는 번거로움이 있다.

한편 수냉식은 모터의 양쪽에 임펠러를 달아 공정 효율을 높이는 경우가 있으나, 도시한 바와 같이, 순환펌프, 열교환기, 물탱크, 배관 등 냉각을 위한 다수의 부자재와 상대적으로 많은 노동력이 필요하고, 공정상의 노력에 비하여 상대적으로 냉각 효과는 미미한 문제가 있다.

또한 터보모터는 고 전압을 사용하는 장비이고, 이러한 수냉식은 누수가 발생할 위험이 있고, 누수가 발생할 경우 대형 사고를 유발할 수 있는 위험성이 존재하기 때문에 사용하기를 꺼려하는 경향이 있다.

또한, 냉각용 팬을 이용하여 공기를 순환시키는 공랭식은 모터의 일측 케이싱에 구멍을 뚫어 공기를 흡입하여 모터의 내부를 돌며 모터의 각 부분을 냉각시킨 후, 마지막으로 흡입부의 베어링 파트를 냉각시키게 되는 구조이고, 이러한 공기순환 냉각 방식은 처음 냉각되는 부분품과 마지막에 냉각되는 부분품의 온도 차가 많기 때문에 모터가 받는 스트레스가 많으며 궁극적으로 진동으로 이어지는 단점이 있다.

이러한 구조적인 한계성은 모터의 외부에서 인입된 공기가 스테이터의 외부의 열을 흡수하여 높아진 공기가 다시 모터의 일측 베어링 파트에서 발생한 열을 냉각하게 되는 것이며, 다시 베어링의 발생 열을 흡수하게 되며, 데워진 공기는 다시 스테이터와 로터의 간극을 통과하면서 스테이터의 열과 회전자인 로터의 회전에 따르는 공기마찰 열을 흡수하여 모터의 일측 베어링 파트로 배출된다. 이렇게 또 다시 열을 흡수한 공기가 모터의 나머지 일측 베어링을 냉각하게 됨으로 모터의 냉각에 있어서 심각한 열 편차가 발생되는 문제가 있는 것이다.

이러한 단점을 개선하기 위해 개발된 기술이 본 출원인에 의해 출원된 특허출원 제10-2018-0005806호(터보모터의 이중냉각구조) 및 특허출원 제10-2018-0005809호(열 사이펀을 이용한 터보모터의 냉각 구조)이다.

이러한 본 출원인의 기술은 임펠러의 구동에 의해 흡입되는 공기를 이용하여 모터를 공냉시키는 기술을 포함하고 있으나 공기의 흐림이 원활하지 않아 공기의 흐름을 원활하게 하기 위해 별도의 임펠러 등을 설치하여함에 따라 구조가 복잡해지고 효율이 떨어지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0572849호 대한민국 등록특허 제10-1607492호

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 보다 효율 적으로 블로워의 모터를 냉각시킬 수 있게 한 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 상세하게 본 발명은 임펠러케이스에 형성된 공기유입구에 냉각공기가이드를 설치하여 임펠러의 회전에 의해 송풍될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 압축공기로 배출되게 함에 의해 모터가 냉각되게 하여 별도의 냉각용 임펠러나 장치를 설치하지 않고도 모터를 냉각시킬 수 있게 한 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조는 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터와, 스테이터의 자화에 의해 회전 운동하는 로터를 포함하는 모터와; 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 임펠러을 포함하는 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워에 있어서, 상기 스테이터의 외부에 설치된 모터하우징의 일측에는 공기흡입구를 형성하고 다른 부분에는 공기배출구를 형성하고, 상기 임펠러가 설치된 임펠러케이스의 중앙에 설치되는 임펠러덮개에 설치되어 임펠러에 의해 흡임되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부가 형성된 냉각공기가이드을 구비하며, 상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출구 사이에 순환호스를 연결하여 일펠러의 회존에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 모터가 냉각되게 한 것을 특징으로 한다.

상기 냉각공기가이드의 임펠러덮개와 대향되는 단부의 내주면에는 상기 임펠러덮개의 결합단부의 외주면보다 크게 형성되어 내부와 연통되는 유로가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 냉각공기가이드의 임펠러덮개 반대쪽 단부 내주면에는 호형상의 호형가이드면이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 직결 구동식 양방향 블로워의 무동력 냉각구조는 냉각공기가이드를 구비하여 임펠러의 송풍압력에 의해 냉각 공기를 순환시킴에 따라 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 임펠러를 구비하지 않고 냉각공기를 순환시킬 수 있음에 따라 구조를 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 임펠러의 구동에 소요되는 에너지의 소비를 줄일 수 있어 블로워의 효율도 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워의 일부를 절개하여 도시한 사시도
도 3은 본 발명에 따른 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워에 설치되는 냉각공기가이드의 일예의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워에 설치되는 냉각공기가이드의 일예의 단면도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 임펠러에서 흡입하는 공기를 모터 측으로 유도하여 순환시킴에 의해 불필요한 에너지를 사용하지 않고 모터를 냉각시킬 수 있다.

본 발명에 따른 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워는 도 1에 도시한 바와 가이, 통상의 블로워와 동일하게 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터(110)와, 스테이터의 자화에 의해 회전 운동하는 로터(120)를 포함하는 모터(100)와; 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 임펠러(200)을 포함한다.

본 발명의 요지가 되는 기술은 상기 스테이터(110)의 외부에 설치된 모터하우징(130)의 일측에는 공기흡입구(Ai)를 형성하고 다른 부분에는 공기배출구(Ao)를 형성하고, 상기 임펠러(200)가 설치된 임펠러케이스(200h)의 중앙에 설치되는 임펠러덮개(200c)에 설치되어 임펠러에 의해 흡임되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부(10h)가 형성된 냉각공기가이드(10)을 구비하며, 상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출구(Ao) 사이에 순환호스(20)를 연결하여 일펠러의 회존에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 한 것이다.

이러한 본 발명의 냉각구조를 블로워를 일예로 설명하지만, 블로워는 물론 압축기에도 적용될 수 있다.

또한 본 발명은 본 출원인에 의해 출원한 특허출원 제10-2018-0005806호(터보모터의 이중냉각구조) 및 특허출원 제10-2018-0005809호(열 사이펀을 이용한 터보모터의 냉각 구조)에도 적용할 수 있다.

상기 냉각공기가이드(10)는 임펠러가 회전하여 공기를 흡입하고 송풍구를 통해 배출하는 과정에서 모터의 내부를 순환하는 냉각공기를 흡입하여 송풍되는 공기와 같이 배출하는 기능을 하는 것으로, 상기한 바와 같이 순환호스(20)에 의해 모터하우징(130)에 형성된 공기배출구(Ao)에 연결되어 있다.

물론, 하우징의 다른 일측에는 공기흡입구(Ai)가 형성되어 있어 외부의 찬공기가 모터하우징의 내부로 유입된다.

공기유입구(Ai)를 통해 유입된 공기는 스테이터 및 로터를 경유하여 공기배출구(Ao)로 배출된다.

이때 공기배출구 측의 압력이 상대적으로 낮아야 공기흡입구로 유입된 공기가 공기배출구로 배출될 수 있으며, 이렇게 공기배출구 측이 상대적으로 낮은 압력을 유지할 수 있게 하는 것이 상기 냉각공기가이드이다.

상기한 바와 가이 임펠러가 회전하여 흡입된 공기를 압축하여 송풍구로 배출하는 과정에서 임펠러하우징의 내부를 통과하는 공기의 흐름이 빠르고 이렇게 빨리 공기가 통과하는 냉각공기가이이드의 측벽에 구멍이 형성되면 이 구멍을 통해 공기가 흡입되며, 이 구멍이 상기한 호스연결부(10h)가 되는 것이다.

상기 호스연결부(10h)의 내부 압력이 낮아지면, 이 호스연결부(10h)가 연결된 공기배출구(Ao)의 압력도 낮아 모터 내부의 공기가 순환호스를 통해 냉각공기가이드를 통과하여 임펠러하우징으로 이동하여 냉각공기의 순환이 이루어지는 것이다.

또한, 상기 냉각공기가이드(10)의 임펠러덮개(200c)와 대향되는 단부의 내주면에는 상기 임펠러덮개의 결합단부의 외주면보다 크게 형성되어 내부와 연통되는 유로(10a)를 형성하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 유로(10a)는 냉각공기가이드의 일단 내주면과 임펠러덮개(200c)의 단부 외주면 사이에 형성되고 이 유로의 일측에 순환호스가 연결되어 있으며, 이 유로를 통해 유입된 공기는 임펠러하징의 송풍구로 배출된다.

또한 상기 냉각공기가이드(10)의 임펠러덮개 반대쪽 단부 내주면에는 호형상의 호형가이드면(10g)을 형성하여 임펠러의 구동시 흡입되는 공기가 저항을 받지 않고 임펠러로 유입되게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각공기가이드(10) 또는 임펠러덮개의 일 측벽에는 관통홀이 형성되고, 이 관통홀에는 유량센서(30)를 설치하여 냉각공기가이드를 통과하는 공기의 양을 측정할 수 있다.

상기 유량센서에서 감지된 공기의 양에 따라 블로워의 구동속도를 제어하여 발열량을 조절할 수도 있다.

상기의 호스연결부(10h)는 모터 외부에서 유입되는 공기 유로(Ai)의 수량을 고려하여 1개 이상으로 조절하여 장착하는 것이 바람직하다.

10: 냉각공기가이드 10a: 유로
10g: 호형가이드면 10h: 호스연결부
20: 순환호스
30: 유량센서
Ai: 공기흡입구
Ao: 공기배출구
100: 모터 110: 스테이터 120: 로터
130: 모터하우징
200: 임펠러 200h: 임펠러케이스 200c: 임펠러덮개

Claims (3)

1. 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터(110)와, 스테이터의 자화에 의해 회전 운동하는 로터(120)를 포함하는 모터(100)와; 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 임펠러(200)을 포함하는 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워에 있어서,
   상기 스테이터(110)의 외부에 설치된 모터하우징(130)의 일측에는 공기흡입구(Ai)를 형성하고 다른 부분에는 공기배출구(Ao)를 형성하고,
   상기 임펠러(200)가 설치된 임펠러케이스(200h)의 중앙에 설치되는 임펠러덮개(200c)에 설치되어 임펠러에 의해 흡임되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부(10h)가 형성된 냉각공기가이드(10)을 구비하며,
   상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출구(Ao) 사이에 순환호스(20)를 연결하여 일펠러의 회존에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 모터가 냉각되게 하였으며,
   상기 냉각공기가이드(10)의 임펠러덮개(200c)와 대향되는 단부의 내주면에는 상기 임펠러덮개의 결합단부의 외주면보다 크게 형성되어 내부와 연통되는 유로(10a)가 형성되는 것을 특징으로 하는 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각공기가이드(10)의 임펠러덮개 반대쪽 단부 내주면에는 호형상의 호형가이드면(10g)이 형성된 것을 특징으로 하는 무동력 냉각구조를 갖는 직결 구동식 양방향 블로워.
   

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