KR100572849B1

KR100572849B1 - 간단한 구조로 효율적인 모터 냉각이 가능한 터보 블로워

Info

Publication number: KR100572849B1
Application number: KR1020040083014A
Authority: KR
Inventors: 김동권
Original assignee: 주식회사 뉴로스
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-24

Abstract

본 발명에 따른 터보블로워(1000)는 모터(230)가 내장되는 모터 케이스(200)와 임펠러(60)가 내장되는 임펠러 케이스(100)를 가진다. 상기 모터 케이스(200)는 그 내부에 모터(230)가 지지되는 내부케이스(250)를 가지며 상기 내부케이스(250)의 전단에는 팬 날개(210)부재가 형성되고 그 주위를 둘러 냉각핀(210)이 형성된다. 상기 내부케이스(250)는 상기 팬 날개(210)와 연통하는 개방유로(2072)를 가진다.

Description

간단한 구조로 효율적인 모터 냉각이 가능한 터보 블로워{Turbo blower enabling efficient motor-cooling}

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 터보 블로워의 외장을 보이는 도면;

도 3에서 도 6은 본 발명에 따른 터보 블로워의 절개도로서 유입공기의 흐름을 보이는 도면.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

100: 임펠러 케이스 200: 모터 케이스 60: 임펠러

210: 팬 날개 250: 내부 케이스 230: 모터

231: 모터 고정자 233: 에어 갭 235: 모터 회전자

208: 회전축 217: 공기유입유로공

2072: 개방유로 227: 공기유출유로공

20711: 베어링 공기 유입공

본 발명은 터보 블로워(turbo blower)에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 간단한 구조로 효율적으로 모터의 냉각을 이루는 터보 블로워의 구조에 관한 것이다.

터보 블로워(turbo blower)는 모터의 회전력을 이용하여 임펠러(impeller)를 고속으로 회전하여 외부의 공기를 유입하여 이를 송풍하는 기계를 말하며 분체 이송용이나 하수처리장 등에서 폭기(爆氣)용으로 사용되고 있다.

이러한 터보 블로워는 임펠러를 회전시키는 모터에서 발생하는 열을 냉각할 필요가 있는데, 통상적으로 상기 임펠러를 회전하는 모터 이외에 별도의 모터를 가져 그 회전력으로 팬 날개를 구동하는 팬(fan)을 설치하여 모터를 냉각하고 있다.

터보블로워의 모터에서 발생하는 열은 모터의 고정자 및 회전자 각각에서 발생하는 열과 이들 고정자와 회전자 사이의 에어 갭(air gap)에서 발생하는 열로 나눌 수가 있는데 만일 이들 열의 냉각을 전적으로 팬(fan)에 의존할 경우 다량의 공기유입이 필요하며 이에 따라 대용량의 팬이 필요하게 된다. 특별히, 이러한 경우 모터의 고정자를 냉각하는 것은 어려움이 있을 수 있는데, 왜냐하면 모터의 고정자에 별도로 공기통로 및 냉각부위를 만들어야 하므로 구조가 복잡해지고 만일 냉각팬의 성능이 저하되거나 고장이 생기면 모터의 파손 등을 일으켜 신뢰성이 떨어질 수 있기 때문이다. 따라서 모터의 냉각을 전적으로 팬에 의존하기 보다는 이를 분산시켜 효율적으로 모터의 냉각을 이룰 수 있다면 바람직하다 할 것이다.

다른 측면에서, 터보블로워에 팬을 설치하여 모터를 냉각하는 경우 팬이 흡입하는 공기를 외기하여야 할 필요성이 있는데, 이와 관련되어 독립적으로 흡입공기를 외기하는 외기구를 설치하는 경우가 있으며 이때 많은 소음이 발생하게 된다. 그러므로 흡입공기의 외기를 자연스럽게 이루고 소음을 줄일 수 있다면 바람직하다 할 것이다.

본 발명은 이러한 요청을 만족시킨다. 따라서 본 발명의 목적은 모터의 냉각을 전적으로 팬에 의존하기 보다는 이를 분산시켜 효율적으로 모터의 냉각을 이루며 자연스럽게 흡입공기를 외기하고 소음을 줄일 수 있는 터보블로워의 구조를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적에 따른 터보블로워는 공기가 송풍되는 송풍부를 가지며 그 일면에 공기가 유입되는 개방부가 형성된 케이스부재와; 상기 케이스 부재의 내부에 설치되는 것으로서 모터를 지지하는 내부 케이스와; 여기서 상기 내부케이스의 내부에는 모터의 고정자와 회전자가 지지되어 상기 고정자와 회전자 사이에는 에어 갭이 형성되며, 상기 회전자와 결합되는 중공의 회전축이 형성되고; 상기 송풍부와 연통되며 상기 모터의 회전축과 연결된 임펠러와; 상기 내부케이스의 전단에 설치되어 상기 개방부와 연통되며 상기 모터의 회전축과 연결된 팬 날개와; 상기 내부케이스의 외면을 둘러 형성되는 것으로서 상기 개방부와 연통하는 냉각핀을 포함하여 이루어지고; 여기서 상기 내부케이스는 상기 팬 날개부재와 연통하는 개방유로가 형성되고; 상기 중공의 회전축은 상기 팬 날개 부재와 연통하는 공기유입유로공과 상기 임펠러와 연통하는 공기유출유로공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 팬 날개와 회전축이 결합할 때, 상기 회전축의 길이방향의 이동을 지지하기 위한 트러스트 포일 에어베어링이 상기 내부 케이스에 설치되고 또한 회전축의 회전을 지지하는 저널 포일 에어베어링이 내부 케이스에 설치되는 것이 바람직하며, 이때, 상기 내부케이스에서 상기 트러스트 포일 에어 베어링의 전단에 베어링 공기 유입공이 형성된다.

본 발명에 따를 경우, 상기 개방유로에 대하여 상기 에어 갭측으로 유로를 가이드하는 가이드 유로가 더욱 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 상기 공기유입유로공은 내부 케이스에 대하여 상기 팬 날개의 후면에 형성되고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 상기 케이스 부재는 상기 모터가 내장되는 모터 케이스와 상기 임펠러가 내장되는 임펠러 케이스를 포함하여 이루어지며; 상기 내부 케이스는 상기 모터케이스에 대한 내부케이스와 이와 결합되는 임펠러 케이스에 대한 내부케이스를 가지며; 상기 모터케이스의 내부케이스와 결합된 임펠러 케이스의 내부케이스에는 상기 공기유출유로공을 통하여 유출된 공기를 상기 임펠러 측으로 안내하는 안내유로가 형성되어 있다.

이제 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 설명한다.

먼저 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 터보 블로워(1000)의 외장을 보인다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터보 블로워(1000)는 임펠러 케이스(100)와 모터 케이스(200)를 가지며 이들이 결합되어 있다.

상기 임펠러 케이스(100)는 그 내부에 임펠러가 내장되며 임펠러의 회전에 따라 외부로 공기가 유출되도록 송풍구(55)를 가지는 송풍부(50)가 제공된다.

상기 모터 케이스(200)는 상기 임펠러 케이스(100)의 임펠러를 회전시키는 모터가 내장되며 그 전면에 공기가 유입되는 개방부인 공기유입개방부(280)가 형성되 어 있다. 후술하는 바와 같이 상기 임펠러가 고속회전 함에 따라 상기 모터 케이스(200)의 공기유입개방부(280)를 통하여 외부의 공기가 유입되어 모터를 냉각하게 된다.

상기 임펠러 케이스(100)의 임펠러 측은 케이스 막음부재(10)를 가진다. 또한 상기 임펠러 케이스(100)와 모터 케이스(200)는 각각 플랜지 부재(170)(270)를 가져 이들이 맞닿으면서 플랜지이음이 되어 결합되고 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 터보 블로워(1000)의 내부를 보이는 절개도이며, 본 발명에 따른 터보블로워(1000)에서 임펠러(60)의 회전에 따른 공기의 유로(流路)와 이에 따른 냉각경로를 보이고 있다. 특별히 도 5 및 도 6은 유입공기의 유로와 냉각경로를 확대하여 보이고 있다.

이들 도면을 참고로, 상기 임펠러 케이스(100)는 그 내부에 임펠러(60)가 장착되고 그 외주를 둘러 환형의 공간(40)이 형성되고 절개부(44)에 의하여 상기 임펠러(60)와 환형의 공간(40)은 연통된다. 또한 상기 환형의 공간(40)과 상기 송풍부(50)의 송풍구(55)는 연통된다. 따라서 상기 임펠러(60)의 회전에 따른 송풍공기는 절개부(44)를 통하여 상기 환형의 공간(40)으로 유입되고 이후 송풍부(50)의 송풍구(55)를 통하여 외부로 송풍된다.

상기 임펠러 케이스(100)는 모터케이스(200)와 결합되는 측이 개방되어 개방부(80)를 형성하고 그 주위에 공기유입 가이드부(24)가 형성된다.

상기 모터 케이스(200)는 그 내부에 모터를 지지하는 내부케이스(250)가 제공되어 그 내부에 모터(230)가 지지되는데, 도시된 바와 같이, 상기 모터(230)는 상 기 내부케이스(250)와 맞닿는 고정자(231)와 상기 임펠러(60)와 연결된 회전축(208)과 상기 회전축(208)과 결합되어 일체로 회전하는 회전자(235)를 포함하며 상기 고정자(231)와 회전자(235)사이에는 에어 갭(air gap)(233)이 형성된다.

또한 상기 내부케이스(250)의 전단에는 상기 회전축(208)과 결합된 팬 날개(210)가 설치되고 상기 팬 날개(210)에 대하여 상기 공기유입개방부(280)와 연통하는 개방부(2298)가 형성된 커버부재(229)가 설치되고 있다. 상기 회전축(208)은 그 내부가 중공(2087)을 이룬다.

따라서 상기 모터(230)의 회전자(233)가 회전하면 회전축(208)의 회전에 따라 상기 임펠러(60)와 팬 날개(210)가 회전하게 된다.

본 발명에 따를 경우, 상기 내부케이스(250)의 주위를 둘러서 냉각핀(203)이 형성되는데, 본 실시예에서 상기 냉각핀(203)은 모터케이스(200)에 대하여 상기 내부케이스(250)를 지지하는 역할을 동시에 수행한다.

상기 냉각핀(203)의 사이에는 상기 임펠러(60)와 연통하는 모터고정자냉각유로(283)가 형성되는데, 이를 통하여 외부에서 유입된 공기가 흐르며, 후술하는 바와 같이, 모터(230)의 고정자(231)를 냉각하게 된다.

본 실시예에서, 상기 임펠러 케이스(100)의 개방부(80)에는 상기 모터케이스(100)의 내부케이스(250)와 결합되는 내부케이스(150)가 형성되어 상기 회전축(208)은 그 내부로 연장되어 상기 임펠러(60)와 결합되고 있다.

본 발명에 따를 경우, 상기 내부 케이스(250)는 상기 팬 날개부재(210)와 연통한다. 본 실시예에 따를 경우 상기 내부케이스(250)의 전면측에 개방유로(2072)가 형성되어 상기 팬 날개(210)의 회전에 따라 유입되는 공기가 상기 내부케이스(250)의 내부로 유입되어 상기 고정자(231)와 상기 회전자(235)사이의 에어 갭(233)으로 흘러가게 되며 이에 따라 모터(230)의 회전자(235)와 에어 갭(233)을 냉각하게 된다. 특별히, 본 실시예에서 상기 개방유로(2072)에 대하여 상기 에어 갭(233)측으로 유로를 가이드하는 가이드 유로(20721)가 형성되어, 상기 팬 날개(210)의 회전에 따라 유입되는 공기는 상기 개방유로(2072)를 통하여 내부 케이스(250)의 내부로 유입되고 상기 가이드유로(20721)에 의하여 가이드 되어 상기 에어 갭(233)측으로 흘러 상기 회전자(235)와 에어 갭(233)을 효율적으로 냉각한다.

상기 중공의 축(208)은 상기 팬 날개(210)에 대하여 공기유입유로공(217)이 형성되어 상기 팬날개(210)의 회전에 따라 유입되는 공기는 상기 공기유입유로공(210)을 통하여 중공(2087)으로 흘러 이와 접하는 회전자(235)를 냉각하게 된다.

본 실시예에서, 상기 공기유입유로공(217)은 상기 팬 날개(210)의 후면에서 상기 중공의 축(208)에 형성되고 있다.

또한 상기 중공의 축(208)은 임펠러 측에서 공기유출유로공(227)이 형성되어 상기 공기유입유로공(217)을 통하여 유입된 공기가 임펠러(60)측으로 흘러나갈 수 있게 된다. 이때 상기 모터케이스(200)의 내부케이스(250)와 결합된 임펠러 케이스(100)의 내부케이스(150)에는 상기 공기유출유로공(227)을 통하여 유출된 공기를 상기 임펠러(60)로 측으로 안내하는 안내유로(237)가 형성되어 있다.

특별히 본 발명에 따를 경우 포일 에어 베어링(foil air bearing)을 베어링으로 사용하는 것이 바람직하다. 포일 에어베어링은 로터(rotor)의 고속회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 이와 접하는 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성하여 하중을 지지하는 베어링을 말하는데, 예를 들어 본 출원인의 대한민국 특허출원 제2004-0030992호는 압축공기의 누출로 인한 베어링 성능의 감소를 최소화하는 포일 에어베어링을 보이고 있다.

도시된 바와 같이 팬 날개(210)와 회전축(208)이 결합할 때, 상기 회전축(208)의 길이방향의 이동을 지지하기 위하여 트러스트 포일 에어베어링(211)이 이들 사이의 디스크(2110)에 대하여 설치되고 있으며 또한 회전축(208)의 회전을 지지하는 저널 포일 에어베어링(213)이 설치되고 있다. 또한 상기 회전축(208)이 상기 임펠러 측에도 저널 포일 에어베어링(213)이 설치된다.

이때 본 발명에서는 상기 포일 에어베어링(211)(213)에 효율적으로 공기를 공급하기 위하여 내부케이스(250)에서 상기 트러스트 포일 에어 베어링(211)의 전단에 베어링 공기 유입공(20711)을 형성하고 있다.

또한 상기 저널 포일 에어베어링(213)은 상기 트러스트 포일 에어 베어링(211)과 연통되며, 상기 개방유로(2072)와 가이드 유로(20721)를 통하여 유입된 공기가 상기 저널 포일 에어베어링(213)으로 유입되어 베어링 작용을 하게 된다. 또한 후방에 설치된 저널 포일 에어베어링(213)은 임펠러측의 개방부(80)와 연통되며 동시에 모터에어갭(233)과 공기유출유로공(227)으로 유입된 공기의 일부가 후방저널포일에어베어링(213)으로 유입되어 베어링 작용을 하게 된다.

이러한 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저 모터(230)가 작동하고 이에 따라 상기 회전자(235)와 결합된 중공의 회전 축(208)이 회전하게 된다. 그러면 상기 임펠러(60)가 회전되며 임펠러의 회전에 따라 형성되는 부압에 의하여 상기 모터케이스(100)의 개방부(280)를 통하여 외부의 공기가 유입되기 시작한다.

먼저, 외부에서 유입되는 공기는, 도 3의 화살표가 보이는 것과 같이, 상기 냉각핀(203)의 사이의 공간인 코너 고정자 냉각유로(283)를 통하여 유입되어 임펠러(60)측으로 흘러 나가게 된다. 이에 따라 상기 냉각핀(203)을 냉각하고 그러면 이와 직접 접촉되는 내부케이스(250)와 접하는 고정자(231)의 열을 빼앗아 결국 고정자(231)의 냉각을 이룬다.

상기 회전축(208)의 회전에 따라 상기 팬 날개(210)가 회전하면 이를 통하여 공기의 유입을 일으킨다. 이렇게 유입된 공기는, 특별히 도 4 및 도 5를 참고로, 내부케이스(250)전면의 개방유로(2072)를 통하여 상기 에어 갭(233)을 통과하면서 상기 에어 갭(233) 및 회전자(235)를 냉각하고 임펠러측 안내유로(237)와 후방저널 베어링(213)을 통하여 임펠러(60)측으로 흘러간다.

또한 상기 팬 날개(210)의 회전에 의하여 유입된 공기는 상기 중공의 축에 대한 공기유입유로공(217)으로 공기가 유입되어 중공의 축 내부(2087)를 흘러 임펠러 측에 형성된 공기유출유로공(227)을 통하여 유출되어 상기 임펠러측 안내유로(237) 및 후방저널 베어링(213)을 통하여 임펠러(60)측으로 흘러간다. 이에 따라 상기 모터의 회전자(235)를 냉각하게 된다.

나아가서, 상기 팬 날개(210)의 회전에 따라 유입되는 공기는 상기 트러스트 포일 에어 베어링(211)의 전단에 베어링 공기 유입공(20711)을 따라 유입되어 상기 트러스트 포일 에어 베어링(211)으로 흘러 베어링의 성능을 강화한다.

이렇게 임펠러 측으로 유출된 공기는, 이후, 상기 임펠러(60)의 회전을 따라 상기 절개부(44)를 통하여 상기 환형의 공간부(40)로 유입되어 송풍구(55)를 통하여 외부로 유출된다.

본 발명에 따를 경우, 모터의 냉각이 효율적으로 분산되어 있다. 즉 모터의 고정자(231)의 냉각은 임펠러(60)의 부압에 의하여 유입되는 공기에 의하여 냉각핀(203)을 냉각하면서 이루어지고 모터의 회전자(235) 및 에어 갭(233)의 냉각은 팬 날개(210)의 회전 및 임펠러(60)의 부압에 따라 유입되는 공기가 모터가 지지되는 내부 케이스(250)로 유입되어 냉각을 이룬다.

또한 중공의 회전축(208)을 제공하고 그 내부로 유로를 형성하여 모터의 회전자(235)를 효율적으로 냉각하고 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명에 따를 경우, 유입되는 공기가 모두 임펠러 측으로 흘러 임펠러의 회전을 따라 외부로 유출되어 송풍 등에 사용되고 있으며 이에 따라 별도로 팬이 유입하는 공기의 외기의 필요성이 없으며 소음이 극소화되고 송풍공기의 양이 증가하게 된다.

이로서 본 발명의 목적이 달성되었음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 실시예를 중심으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상에 따라 그 권리범위는 다음의 청구범위에 의한다.

Claims

(a) 공기가 송풍되는 송풍부를 가지며 그 일면에 공기가 유입되는 개방부가 형성된 케이스부재와;

(b) 상기 케이스 부재의 내부에 설치되는 것으로서 모터를 지지하는 내부 케이스와; 여기서 상기 내부케이스의 내부에는 모터의 고정자와 회전자가 지지되어 상기 고정자와 회전자 사이에는 에어 갭이 형성되며, 상기 회전자와 결합되는 중공의 회전축이 형성되고;

(c) 상기 송풍부와 연통되며 상기 모터의 회전축과 연결된 임펠러와;

(d) 상기 내부케이스의 전단에 설치되어 상기 개방부와 연통되며 상기 모터의 회전축과 연결된 팬 날개와;

(e) 상기 내부케이스의 외면을 둘러 형성되는 것으로서 상기 개방부와 연통하며 이들 사이의 공간이 상기 임펠러와 연통하게 되는 냉각핀을 포함하여 이루어지고; 여기서

(b1) 상기 내부케이스는 상기 팬 날개부재와 연통하는 개방유로가 형성되고;

(b2) 상기 중공의 회전축은 상기 팬 날개 부재와 연통하는 공기유입유로공과 상기 임펠러와 연통하는 공기유출유로공이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보블로워.
제1항에 있어서,

상기 팬 날개와 회전축이 결합할 때, 상기 회전축의 길이방향의 이동을 지지하기 위한 트러스트 포일 에어베어링이 상기 내부 케이스에 설치되고 또한 회전축의 회전을 지지하는 저널 포일 에어베어링이 내부 케이스에 설치되며, 이때, 상기 내부케이스에서 상기 트러스트 포일 에어 베어링의 전단에 베어링 공기 유입공이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 블로워.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 개방유로에 대하여 상기 에어 갭 측으로 유로를 가이드하는 가이드 유로가 더욱 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 블로워.
제3항에 있어서,

상기 공기유입유로공은 상기 팬 날개의 후면에서 상기 중공의 회전축에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 블로워.
제1항에 있어서,

(a) 상기 케이스 부재는 상기 모터가 내장되는 모터 케이스와 상기 임펠러가 내장되는 임펠러 케이스를 포함하여 이루어지며;

(b) 상기 내부 케이스는 상기 모터케이스에 대한 내부케이스와 이와 결합되는 임펠러 케이스에 대한 내부케이스를 가지며;

(c) 상기 모터케이스의 내부케이스와 결합된 임펠러 케이스의 내부케이스에는 상기 공기유출유로공을 통하여 유출된 공기를 상기 임펠러 측으로 안내하는 안내유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보블로워.