JP2019518171A - エアコントローラ - Google Patents

Abstract

空気が引き込まれる引込口及び前記引き込まれた空気が吐き出される吐出口を有するハウジングと、前記ハウジング内に所定の間隔を置いて積層されておりその表面に熱交換部が形成されている一個以上のディスクと、前記ディスクを回転させる駆動手段と、を含むエアコントローラを公開する。

Description

本発明はエアコントローラに関し、回転体によって空気の流れを発生させ、前記空気の温度を調節できる装置に関する。

テスラタービン（Ｔｅｓｌａ ｔｕｒｂｉｎｅ）は、ブレードのないタービンであって一組のディスクから構成されている。テスラタービンは前記ディスクが回転する際、テスラタービンの内部の空気が前記ディスクの縁側に動くようにすることを特徴とする。ディスクが回転すると前記ディスクの中心部に空気が引き込まれ、境界面効果（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）によって空気はディスクの表面上から螺旋軌跡を描きながらディスクの外枠に移動するようになる。

境界面効果とは、固体が動くと前記固体の表面に隣接している流体の境界面も前記表面に沿って移動することを言う。固体と流体が互い接している際、固体表面上の一定部分に固体と流体間の境界面が存在する。この際、固体が動くと前記境界面も前記固体の動きに応じて移動するようになるが、この際、前記境界面に作用する力は摩擦力（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）ではなく、粘着力（ａｄｈｅｓｉｏｎ）である。逆に固体物質の表面上を流体が移動する際、固体物質も粘着力によって移動するようになる。

一般に従来の温風機においては、空気を移動させるブレードと空気を加熱させる加熱要素がお互い分離されている。例えば、ヘアドライヤーの動作構造を見ると以下のようである。空気が引込まれるとブレードのような回転手段によって空気の流れが形成され、空気の加熱は別度の加熱部によって行われる。加熱された空気は吐出口を介してヘアドライヤーの外に吐出されるようになる。従来の一般的な温風機は空気の流れを提供する回転手段と空気を加熱させる加熱手段がお互い分離されているため温風機の体積が大きくなる恐れがある。また、回転するブレードと空気間の摩擦によって大きな騒音が発生するという問題がある。

本発明では、テスラタービンにて使用される技術を利用して低騒音のエアコントローラを提供することで上述の問題を解決しようとする。

本発明の一観点によるエアコントローラは、空気が引込まれる引込口及び前記引き込まれた空気が吐出される吐出口を有するハウジングと、前記ハウジング内に所定の間隔を置いて積層されており、その表面に熱交換部が形成されている一個以上のディスクと、前記ディスクを回転させる駆動手段（回転駆動手段）と、を含む。

この際、前記熱交換部は発熱体または冷却体であってもよい。

この際、前記引込口は前記ディスクの回転軸の延長方向に配置されていて、吐出口は前記ディスクの円周に対する接線の延長方向に配置されていてもよい。

この際、前記ディスクの中央部には空気が流通できる空気孔が形成されてもよい。

この際、前記ディスクを回転させるための回転軸が前記ディスクの中央部に固定結合されてもよい。

この際、前記駆動手段は、お互い電磁気結合されるように配置された複数個の固定子コイルと複数個の永久磁石（回転子）を含んでもよい。前記各の永久磁石はあらかじめ決定された連結手段によって各々前記回転軸に固定結合されていて、前記固定子コイルは各々前記ハウジングに対して固定結合されていてもよい。

この際、前記回転軸には二個のスリップリングが固定結合されていて、各々の前記スリップリングはブラシを介して電気を供給されるようになっていてもよい。

この際、前記熱交換部は電気が通じると発熱する発熱体を含み、前記回転軸には前記発熱体に電気を提供するための二個の導電端子が形成されており、前記各の導電端子は前記発熱体の両端子にそれぞれ固定結合されていてもよい。

この際、各々の前記スリップリングは、前記回転軸に固定結合されたスリップ電極を含み、前記各スリップ電極は前記二個の導電端子とそれぞれ電気的に連結されるようになっていてもよい。

この際、前記ブラシは、前記スリップリングが回転する時、前記スリップリングの表面に摺接することによって前記スリップリングに電気を供給するようになっていてもよい。

本発明によると、加熱手段がその表面に結合されているディスクが空気の流れを作り出すと同時に空気を加熱させることができる。よって、エアコントローラは空気を加熱するための別度の手段を必要としないため、エアコントローラの全体的な体積を小さくすることができる。また、ディスクと空気間の粘着力利用するため、空気の流れの発生による騒音が減る効果がある。

本発明の一実施例によるエアコントローラを示す図である。 図１のＸ−Ｘ´に沿って切断した様子を示す温風機の内部断面図である。 図２に示した温風機の正面図を他の観点から示す図である。 本発明の一実施例によるディスクを回転軸と共に示す図である。 図２の「Ｂ」部分のみを示す図である。 図５の回転軸、導電端子、スリップリングの結合関係を説明する図である。 図２に示した温風機内における空気の流れ図である。 本発明の一実施例によるエアコントローラの各物品を機能別に分類して再構成したブロック図である。 回転部アセンブリに属した物品間の連結関係及び回転部アセンブリとハウジングとの連結関係の理解を助けるための図である。

以下、本発明の実施例を添付の図面を参考して説明する。しかし、本発明は本明細書において説明する実施例に限定されずに多様な形成に具現されることができる。本明細書において使用される用語は実施例の理解を助けるためのものであって、本発明の範囲を限定しようと意図されたものではない。また、以下で使用される単数の形態は文がこれと明確に反対の意味を示さない限り複数の形態も含む。

本発明は、ディスクの回転によって空気の流れを発生させて、前記ディスクの表面に提供された熱交換部を利用して空気の温度を調節できるエアコントローラに関する。以下、エアコントローラの中、特に温風機を例示して本発明の思想を説明するが、本発明の思想は温風機に限定されない。

図１は、本発明の一実施例による温風機を示す図である。

温風機１の全体的な形態は、例えばホイッスルのような形態であってもよく、温風機１の中心部の形態はトイレットペーパーのように孔が開いている形態であってもよい。

温風機１は、一個以上のディスク２０と回転軸３０を含む回転部と、ハウジング１０と、空気を吸い込む引込口１１と、ハウジング内部の空気を放出する吐出口１２と、を含んでもよい。ハウジング１０は温風機1の外の表面をなすケース（ｃａｓｅ）であって、温風機1の内部構成要素を保護する役割も共に果たすことができる。ハウジング１０にはハウジング１０の内部に空気を引き込む引込口１１と、ハウジング１０から空気が吐出される吐出口１２と、が形成されていてもよい。ハウジング１０の外部にはハウジング１０を囲む追加的外箱がさらに提供されてもよい。例えば、温風機１がヘアドライヤーのために使用される場合、温風機１の外部には使用者が手で取りやすくするための別度の外箱が提供されてもよい。

一個以上のディスク２０は、ハウジング１０内に所定の間隔を置いて積層されていてもよい。ディスク２０の外側の縁は、好ましくは円状であってもよい。図１において、ディスク２０の外側の縁は点線で表示している。ディスク２０の広い表面は理想的にはすべて一つの平面上に存在する。またディスク２０の表面には熱交換部を提供するための抵抗性発熱体が配置されてもよい。

ディスク２０の中心部には、ディスク２０回転の中心となる回転軸３０がディスク２０に固定され結合されていてもよい。

図２は図１のＸ−Ｘ´に沿って切断した様子を示す温風機１の内部断面図であって、図３は温風機１の正面図を他の観点から示す図である。

温風機１には、ディスク２０を回転させるための駆動手段、例えばモータが提供されてもよい。図２の「Ａ」部分はディスク２０を回転させるための駆動手段を説明するために示した部分である。前記駆動手段が回転モータであれば、回転軸３０と、ベアリング３１と、永久磁石３２と、固定子コイル３３と、を含めて構成されてもよい。

回転軸３０には、回転軸３０をハウジング１０に対して回転可能に支持するためのベアリング３１が結合されていてもよい。ベアリング３１の外側には空気が引込まれるように引込口１１が形成されていてもよい。

回転軸３０には連結手段（例えば、棒）３４によって永久磁石３２が固定結合されていてもよい。永久磁石３２は回転軸３０を中心に回転することができる。永久磁石３２の回転面の延長面上には固定子コイル３３が提供されてもよい。固定子コイル３３は、ハウジング１０の壁面に付着されていてもよい。前記永久磁石３２と固定子コイル３３が一個の回転モータの役割を果たすことができる。よって、回路基板４０を介して固定子コイル３３に電流を流すと永久磁石３２が回転し、永久磁石３２に固定されて連結されている回転軸３０が回転することによって、回転軸３０に固定連結されたディスク２０が回転されることができる。

この際、電源３００によって回路基板４０に電気が供給されることができる。回路基板４０には駆動手段の動作を制御する制御回路４６が提供されてもよい。

本発明の実施例によって、前記駆動手段として提供されるモータの動作原理はＤＣモータ、ＡＣモータまたはＢＬＤＣモータの動作原理を従ってもよい。本発明は前記駆動手段の具体的な例によって制限されない。

図２の「Ｂ」部分は、回転するディスク２０表面の抵抗性発熱体を加熱するために電気を供給する電気供給連結手段を示す部分である。

回転軸３０にはスリップリング４１、４２が固定され結合されていてもよい。この際、ハウジング１０の内部に形成されている回路基板４０の制御回路部４６がブラシ（ｂｒｕｓｈ）４３を介してスリップリング４１、４２に電気を供給するようにしてもよい。この際、スリップリング４１が（＋）端子、スリップリング４２が（−）端子であってもよく、他の実施例においてはスリップリング４１が（−）端子、スリップリング４２が（＋）端子であってもよい。制御回路部４６はハウジングに固定結合されたＰＣＢ基板４０上に提供される電子物品を利用して構成されてもよい。スリップリング４１、４２の外部表面とブラシ４３は、相互間に電気を導通させるために導電体で構成されてもよい。

図４は、本発明の一実施例による一個のディスク２０を回転軸３０と共に示す図である。

図４を参照して説明すると、ディスク２０の中心部に固定結合されている回転軸３０の表面の一部には二個の導電端子５１、５２が固定されて提供されてもよい。そして、ディスク２０の中心部に結合されている回転軸３０の周辺部には引込口１１から引込まれる空気の通路として、予め決定された模様の空気孔２５が形成されていてもよい。この際、前記空気孔２５は図２に示した左側の引込口１１と右側の引込口１１をお互い最も近く連結する空間に隣接して配置されてもよい。

ディスク２０の広い表面には抵抗性発熱体２１が図４と同様に配置されていてもよい。この際、抵抗性発熱体２１の両端子６１、６２には導電端子５１、５２が固定結合されていてもよい。例えば、両端子６１、６２には導電端子５１、５２が半田付けで相互結合されていてもよい。空気孔２５が形成されている各ディスク２０は連結ブリッジ７１、７２により回転軸３０に固定結合されていてもよい。連結ブリッジ７１、７２はディスク２０と一体型に形成されたものであってもよい。

本発明において、前記抵抗性発熱体２１の配置は、前記抵抗性発熱体をディスク表面に付着、舗設、設置または印刷することと同様な方向で行われてもよい。

導電端子５１、５２は、例えば、回転軸３０の表面に薄い金属箔を結合して提供してもよい。図４に示したように、導電端子５１と導電端子５２はお互い絶縁された状態を維持することができる。

一実施例において、回転軸３０と、ディスク２０とは絶縁体で構成されてもよい。ディスク本体に設置された抵抗性発熱体２１と、導電端子５１、５２とは導電体であってもよい。

または、他の実施例において、ディスク２０本体と抵抗性発熱体２１は伝導体であってもよく、ディスク本体と抵抗性発熱体２１との間には絶縁膜が提供されていてもよい。

ディスク２０と、抵抗性発熱体２１と、回転軸３０と、二個の導電端子５１、５２とはお互い工程結合されているため、回転軸３０が回転するとディスク２０と二個の導電端子５１、５２とは回転軸と一つになって同一な角速度で回転することができる。よってディスク２０と二個の導電端子５１、５２との回転速度は回転軸３０の回転速度と同じであってもよい。すなわち、回転軸３０が角速度ｗ１で回転すると、各々のディスク２０も角速度ｗ１で回転することができ、二個の導電端子５１、５２も角速度ｗ１で回転することができる。ディスク２０と、抵抗性発熱体２１と、回転軸３０と、導電端子５１、５２と、スリップリング４１、４２とはお互いに対して固定されて同じ角速度で回転されるため、これらの集合体を「回転部」と指称することができる。この回転部という概念には、前記駆動手段（モータ）に含まれた回転子（例：永久磁石）をさらに含ませてもよい。

図５は図２の「Ｂ」部分のみを示す図であって、図６は図５の回転軸、導電端子、スリップリングの結合関係を説明するための図である。

図５に示した二個のブラシ４３は、制御回路部４６を利用して提供される電流を、回転するスリップリング４１、４２に提供する媒介の役割を果たすことができる。ブラシ４３のうちスリップリングに接する一端部は、スリップリングが回転する際にスリップリングの表面に沿って滑りながら前記表面に接触して前記表面に電流を供給してもよい。ブラシの他端部は制御回路部４６に電気的に連結されており、ハウジングに対して固定結合されてもよい。

スリップリング４１、４２の本体は絶縁体からなってもよい。また、スリップリング４１、４２のうちブラシ４３に接する表面は導電体からなってもよい。スリップリング４１、４２はボビンのような形状をしてもよく、スリップリング４１、４２の中心部には回転軸３０が貫通され得る貫通孔が形成されていてもよい。

スリップリング４１の外表面に形成された導電体は回転軸３０表面に形成された導電端子５１に電気的に連結され、スリップリング４２の外表面に形成された導電体は回転軸３０表面に形成された導電端子５２に電気的に連結されてもよい。このために、例えば、スリップリングの円筒型の本体にはスリップリングの外表面に形成された導電体を回転軸の表面に形成された導電端子に連結するためのビア（ｖｉａ）が形成されていてもよい。しかし、上述した電気的連結は多様な従来技術により行われてもよい。本発明の明細書において、前記「導電体」は「スリップ電極」と指称されてもよい。

ブラシ４３は上述の回転モータのような駆動手段に含まれるブラシではなく、上述したように各々のスリップリング４１、４２に電気を供給するための別度のブラシであってもよい。

以下、図６を参照して、回転軸と、導電端子と、スリップリングとの例示的結合関係を説明する。

まず、図６の（ａ）のように回転軸３０の表面に導電端子５１，５２が形成されることができる。次に、図６の（ｂ）のようにスリップリング４１、４２に完成された回転軸３０を嵌め込んで結合して図６の（ｃ）のような構造が提供されることができる。図６は回転軸と、導電端子と、スリップリングとの相対的な結合関係に対する理解を助けるためのものであって、この構造を作るための工程は他の方式でも可能である。

図７は、図２に示した温風機１内における空気の流れ図である。

図７は、便宜のために図２の参照符号を略して示したものに空気の流れを追加したものである。参照番号３０１、は引込口１１を介して引込まれる加熱される前の空気の流れ経路を示したものである。即ち参照番号３０１の点線は熱交換前の空気の流れ経路を示すものである。参照番号３０２の実線は、抵抗性発熱体２１により空気が加熱された空気の流れ経路を示すものである。つまり、参照番号３０２は熱交換後の空気の流れ経路を示すものである。このような空気の流れのように、各々のディスク２０の間に空気が流れることができる。熱交換された空気はディスクの外側方向に流れ出されるが、図１に示したようなハウジング１０と吐出口１２とを提供すると、このように流れ出た空気が吐出口１２を介して集中されて外へ流れ出されることができる。

図８は、本発明の一実施例によるエアコントローラ１の各構成要素を機能別に分類して再構成したブロック図である。

エアコントローラ１は、電源部５００と、制御部５０１と、駆動部アセンブリー５０２と、回転部アセンブリ５０３とを含むことができる。

電源部５００は図２に示した電源２００であってもよい。

制御部５０１は、電源部５００から電源が供給されて駆動部アセンブリ５０２に電気を供給するか、回転部アセンブリ５０３に電気を供給してもよい。制御部５０１は、回路基板４０と制御回路部４６とを含んでもよい。

駆動部アセンブリ５０２は、回転部アセンブリ５０３を機械的に回転させるようになっていてもよい。駆動部アセンブリ５０２は、ベアリング３１と、永久磁石３２と、固定子コイル３３と、連結手段３４とを含んでもよい。即ち、駆動部アセンブリ５０２は上述した駆動手段を含む概念であってもよい。この際、連結手段３４は回転軸３０と永久磁石３２を相互固定結合させるためのものであってもよい。この際、駆動部アセンブリ５０２のうち固定子コイル３３が制御部５０１から電気を供給されてもよい。

回転部アセンブリ５０３は、回転軸３０と同じ角速度で共に回転する部品の集合を意味する。回転部アセンブリ５０３は、ディスク２０と、表面発熱体２１と、回転軸３０と、スリップリング４１、４２と、ブラシ４３と、導電端子５１、５２と、連結ブリッジ７１、７２とを含んでもよい。回転部アセンブリ５０３は、制御部５０１からブラシ４３を介して電気が供給されてもよい。この際、ブラシ４３を介してスリップリング４１、４２に電気が供給されることができる。そして、スリップリング４１、４２のスリップ電極と電気的に連結されている導電端子５１、５２と表面発熱体２１とに電気が供給されることができる。ブラシ４３は回転軸３０と同じ角速度で回転しないが、スリップリング４１、４２の表面に摺接することでスリップリング４１、４２に電気を供給するようになっているため、回転部アセンブリ５０３に含ませてもよい。

図９は、回転部アセンブリ５０３に属する物品間の連結関係及び回転部アセンブリ５０３とハウジング１０の連結関係の理解を助けるための図である。

回転軸３０には複数個のディスク２０が結合されてもよい。この際、図９に示されたようにディスク中心部にはディスク２０が回転軸３０と固定結合されるように回転軸３０が嵌め込まれる孔が形成されていてもよい。スリップリング４２及びスリップリング４１が順に回転軸３０と固定結合されるように、スリップリング４１、４２の本体には回転軸３０が嵌め込まれるための孔が形成されていてもよい。回転軸３０を回転させるための永久磁石３２が回転軸３０と固定結合されるように、永久磁石３２には回転軸３０が嵌め込まれるための孔が形成されていてもよい。この際、永久磁石３２はモータの体積を減らすために薄く形成されていてもよい。さらに、回転軸３０をハウジングに対して回転可能に固定するための軸固定部３００が提供されてもよい。軸固定部３００の中央部には回転軸３０を嵌め込むための孔が形成されてもよい。前記孔の周囲には回転軸３０を支持し、回転軸３０がハウジングに対して相対的に摺運できるようにベアリング３１が配置されていてもよい。軸固定部３００には空気がハウジング１０の中に引き込まれるための引込口１１が図示したように形成されていてもよい。

以下、温風機１の全体的な動作は以下のようである。

温風機１に電気が供給され、空気がハウジング１０の両方に形成されている引込口１１に入り込むと、各々のディスク２０に形成されている空気通路２５を介して空気がハウジング内部に広がることができる。この際、ディスク２０の表面に設置された抵抗性発熱体２１によりディスク２０周辺の空気が暖かくなって加熱され、ディスク２０が回転しながら空気が粘着力により回転することができる。このように暖かくなった空気は回転による遠心力によりハウジング１０に形成されている吐出口１２を介して温風機１の外へ吐出されることができる。

ディスクに発熱体が設置されて空気の加熱と空気の送風が同時に行われる本発明は、空気の加熱にだけ適用されるのではなく、空気の冷却にも適用されることができる。例えば、冷風発生装置の場合、温風機と同様に冷却体が提供されたディスクを利用してもよい。冷却体は、例えばペルティエ素子のようなものからなってもよい。この際、冷却されたディスクの表面に沿ってい空気が移動する際、空気が冷却されることができる。その後、冷却された空気が冷風発生装置の吐出口から吐出されることができる。

本発明の変形された実施例においては、図１乃至図６に示したディスクの代わりにプロペラ（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）、インペラ（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）のようなブレード（ｂｌａｄｅ）を使用してもよい。即ち、上述した発熱体及び冷却体は前記ブレードの表面に提供されてもよい。

上述した本発明の実施例を利用して、本発明の技術分野に属する者は本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な変更及び修正を容易に実施できるだろう。特許請求の範囲の各請求項の内容は、本明細書を介して理解できる範囲内で引用関係のない他の請求項に結合され得る。

Claims (10)

1. ハウジング内に所定の間隔を置いて積層されており、その各表面に熱交換部が形成されている一個以上のディスクと、
   前記ディスクを回転させる駆動手段と、
   を含み、
   前記ディスクが回転する際に前記ディスクの中心部から前記ディスクの外側に移動する空気の流れを利用する、
   エアコントローラ。
2. 前記ハウジングは空気が引き込まれる引込口と、前記引き込まれた空気が吐出される吐出口と、を有するようになっている、
   請求項１に記載のエアコントローラ。
3. 前記引込口は前記ディスクの回転軸の延長方向に配置されており、
   前記吐出口は前記ディスクの円周に対する接線の延長方向に配置されている、
   請求項２に記載のエアコントローラ。
4. 前記ディスクの中央部には空気が流通され得る空気孔が形成されている、請求項１に記載のエアコントローラ。
5. 前記ディスクを回転させるための回転軸が前記ディスクの中央部に固定結合されている、請求項１に記載のエアコントローラ。
6. 前記駆動手段は、お互い電磁気結合されるように配置された複数個の固定子コイルと複数個の永久磁石と、を含み、
   前記永久磁石の各々は、予め決定された連結手段により各々前記回転軸に固定結合されており、
   前記固定子コイルは、各々前記ハウジングに対して固定結合されている、
   請求項５に記載のエアコントローラ。
7. 前記回転軸には二個のスリップリングが固定結合されており、
   各々の前記スリップリングは、ブラシを介して電気が供給されるようになっている、
   請求項５に記載のエアコントローラ。
8. 前記熱交換部は電気が通じると発熱する発熱体を含み、
   前記回転軸には前記発熱体に電気を提供するための二個の電気端子が形成されており、
   前記電気端子の各々は前記発熱体の両端子に各々固定結合されている、
   請求項７に記載のエアコントローラ。
9. 各々の前記スリップリングは、前記回転軸に固定結合されたスリップ電極を含み、
   前記スリップ電極の各々は、前記二個の電気端子と各々電気的に連結されるようになっている、
   請求項８に記載のエアコントローラ。
10. 前記ブラシは、前記スリップリングが回転する際、前記スリップリングの表面に摺触することで電気を供給するようになっている、
    請求項７に記載のエアコントローラ。