KR100635692B1

KR100635692B1 - 라디얼 터보송풍기

Info

Publication number: KR100635692B1
Application number: KR1020027009556A
Authority: KR
Inventors: 요제프 호다프; 카를-하인쯔 론탈러; 한스 크리헬
Original assignee: 라이볼트 바쿰 게엠베하
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2006-10-17
Also published as: CN1440493A; ATE280328T1; KR20030017466A; EP1250531A1; DE50104205D1; US6682324B2; JP2003524730A; US20030118461A1; CN1178005C; WO2001055598A1; EP1250531B1; DE10003153A1

Abstract

본 발명의 라디얼 터보송풍기는 고정자 하우징(10)내에 하우징된 고정자(35), 및 펌프 하우징(11)내에서 회전하는 로터(13)를 포함한다. 로터(13)는 돌출 베어링 핀(25)에 의해 수용되는 베어링 배열(26)을 갖는 캐비티(23)를 포함한다. 펌프실(12)은 얇은 격벽(25)에 의해 고정자실(22)로부터 분리된다. 이로써, 고정자실(22)내에 대기압이 유지된다. 상기 송풍기는 소수의 구성 요소로 구성되며, 구조적 길이가 짧다. 사실상 유지 관리비가 들지 않으며, 로터 영역은 오일에 의해 오염되지 않도록 보호된다.

Description

라디얼 터보송풍기{RADIAL TURBO-BLOWER}

본 발명은 회전가능하게 지지되는 로터(rotor) 및 로터를 구동시키는 모터(motor)를 포함하는 라디얼 터보송풍기(radial turbo-blower)에 관한 것이다.

통상적으로, 진공 기술에서 단일 스테이지 및 2 스테이지 타입의 라디얼 터보송풍기는 두 타입 모두 로터, 모터 및 베어링이 하나가 다른 하나의 배후에 배열되도록 구성되고, 로터는 베어링들 사이에 배치되거나 캔틸레버(cantilever)되도록 개작된다. 베어링은 오일 전달 수단에 의해 베어링에 오일이 전달되므로써 윤활된다. 이러한 라디얼 터보송풍기는 축방향의 구조적 길이가 길며, 매우 다수의 구성 요소를 갖는다. 이들 라디얼 터보송풍기는 복잡한 밸런싱(balancing) 공정을 요한다. 추가로, 베어링을 윤활시키기 위해 제공되는 오일에 의해 로터 영역이 오염될 위험이 있다. 모터는 진공 상태로 위치되며, 이는 권선의 불량한 열전달이 일어나게 하는 복잡한 단열, 및 전력 라인을 위한 실링된 라인 레드쓰루(leadthrough)를 요한다.

본 발명의 목적은 밀집된(compact) 구조를 가지며 저가로 소수의 구성 요소로부터 제조될 수 있는 라디얼 터보송풍기를 제공하는 데 있다.

상기 목적은 청구항 제 1 항에 기재된 특징을 갖는 본 발명에 따라 달성된다. 따라서, 모터는 로터에 설치된 축방향 자장 배향을 갖는 영구자석 및 정지 고정자 권선을 포함한다. 따라서, 모터는 부분적으로 로터내에 통합되고, 로터에 바로 인접하여 배열된다. 이에 따라 송풍기의 구조적 길이가 감소된다. 추가로, 로터의 캐비티내에 하우징된 베어링 배열에 의해, 로터는 캐비티로 돌출되는 정지 베어링 핀 상에 지지된다. 이에 따라, 로터는 오로지 로터의 내부에서만 지지되어, 이와 함께 회전하는 샤프트가 요구되지 않는다. 로터 허브(rotor hub)는 베어링 핀 상에 안착된 베어링 배열 상에 다소 직접적으로 지지될 수 있다. 이러한 류의 지지에 의해 로터의 진동 또한 방지된다. 이것은 로터의 손실을 적게 하고, 이로써 효율이 증가한다. 정지 베어링 핀은 제조를 용이하게 한다. 모터에 대해 간단한 수 냉각부가 설치될 수 있다.

바람직하게는, 베어링 배열은 그리스로 윤활되며, 하나 이상의 그리스 챔버가 로터의 캐비티에 제공된다. 대안으로서, 유지관리가 필요하지 않는 자기 베어링을 사용하는 것이 가능하다. 자기 베어링과 그리스 윤활된 베어링의 조합 또한 가능하다.

바람직하게는, 로터의 캐비티는 후면에 대해 개방되며, 캐비티의 후미에서, 실링 갭이 로터와 베어링 핀 사이에 형성된다. 이러한 실링 갭은, 윤활 그리스 및 베어링 구성 요소가 캐비티로부터 펌프 챔버(pump chamber)로 흡입되는 것을 방지한다. 또한, 거기에 실링을 사용하는 것도 가능한데, 이러한 경우에는 실링으로부터 마찰에 의해 벗겨지는 부분이 펌프실(pump room)에 들어갈 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 로터로부터 베어링 핀으로 열을 운반하기 위한 폭이 0.5mm 이하인 협소한 열 전달 갭이, 캐비티를 한정하는 벽과 베어링 핀 상에 안착된 스페이서 링 사이에서 열이 잘 전도되는 방식으로 형성된다. 협소한 열 전달 갭의 형성으로 인해, 열은 로터에서 냉각된 베어링 핀으로 전달된다.

내압력(pressure-tight) 자기 침투성 격벽이 로터와 정지자 권선 사이에 배열될 수 있다. 이러한 격벽은 멤브레인, 섬유 복합체 또는 주조(casting) 화합물로 이루어질 수 있다. 상기 격벽은 펌프실과 모터실 사이에 진공 실링을 수행하여, 모터실 내에 포함된 고정자가 진공실 측이 아닌 대기압 측 상에 위치하도록 한다. 이것은 고정자 권선을 보다 간단하고 저렴하게 권선 단열되도록 한다. 또한, 고정자 하우징 상에는 내압력 전류 레드쓰루(leadthrough)가 전혀 필요하지 않다. 간단한 단자함(terminal box)을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 라디얼 터보송풍기에 있어서, 고정자 하우징에 냉각 장치를 하우징하므로써 냉각을 사실상 간편화시키는 것 또한 가능하다. 이러한 냉각 장치는 고정자 및 베어링 핀 모두를 냉각시키며, 로터로부터 베어링 핀에 전달된 열이 제거되도록 한다.

로터의 회전 위치를 찾아내어야 하는 경우, 유도, 용량 또는 광학 기재 상에 상응하는 송신기(transmitter)가 제공될 수 있으며, 이러한 송신기는 고정자내에 배열된다.

본 발명에 따른 디스크 전기자 모터(disk armature motor)로서의 모터 구성의 또 다른 이점은 고정자 권선이 로터를 끌어당겨 로터 상에 바이어스 축력(biasing axial force)을 기계적으로 인가시킬 필요가 없다는 것이다.

라디얼 터보송풍기는 고속 송풍기에, 예를 들어 고유속 CO₂ 레이저에 사용하기에 특히 적합하다.

이후, 본 발명의 구체예가 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 종단면으로 도시된 본 발명의 라디얼 터보송풍기이다.

라디얼 터보 송풍기는 고정자 하우징(10) 및 펌프 하우징(11)을 포함한다. 펌프 하우징(11)은 펌프실(12)을 포함하고, 펌프실내에는 허브(hub)(14) 및 이로부터 돌출되는 베인(vanes)(15)을 포함하는 회전가능한 로터(13)가 배치된다. 베인(15)는 작은 갭을 남기면서 펌프 하우징의 벽의 윤곽을 따라 외부 엣지를 갖는다. 펌프는 펌핑시킬 유체를 축방향으로 취하여 이것을 출구(16)에 방사상으로 전달한다.

로터(13)의 허브(14)는 튜브 섹션(tube section)(18) 및 플랜지 섹션(flange section)(19)으로 이루어진 지지 부재(17)를 포함한다. 플랜지 섹션(19)은 로터(13)의 후미 벽을 형성한다. 이것은 리세스(recess)를 포함하고, 리세스내에 영구 자석(20)이 배치된다. 이러한 영구 자석은 축방향의 자장 배향을 갖는다. 이것은 N극 및 S극이 로터 축과 평행하게 연장되는 선상에 있음을 의미한다. 이러한 지지 부재(17) 및 허브(14)는 비자성 물질로 이루어진다.

펌프실(12)로부터 고정자 하우징(10)의 내부(22)를 분리하는 격벽(21)이 영구 자석(20)에 인접하여 제공된다. 격벽(21)은 자기 침투 멤브레인, 바람직하게는 섬유 복합물, 또는 주조 화합물로 이루어진다. 이것은 고정자실(stator room)(22)과 펌프실(12) 사이에 진공 실링을 수행한다.

로터(13)는 전단부에서 캡(24)에 의해 실링 폐쇄된 내부 캐비티(23)를 포함한다. 그 위에 로터(13)가 베어링 배열(26)에 의해 지지되어 있는 베어링 핀(25)이 상기 캐비티(23)로 돌출된다. 이러한 베어링 배열은 두개의 롤링 베어링, 즉, 전면부 볼 베어링(27) 및 후면부 볼 베어링(28)을 포함한다. 이들 볼 베어링은 베어링 핀(25) 상에 안착되어 있으며, 이들은 지지 부재(17)의 튜브 섹션(18)을 지탱한다. 각각의 볼 베어링에 인접하여, 베어링을 윤활시키는 페이스트 상태의 그리스를 함유하는 하나 이상의 그리스 챔버(29)가 배치된다. 이러한 베어링의 하나 이상은 또한 자기 베어링으로서 구성될 수 있다. 실제로, 베어링 전부를 자기 베어링으로서 구성하는 것 또한 가능하다.

베어링 핀(25)의 외측 단부 상에는, 캡(30)이 설치되어, 디스크 스프링 패키지(disk spring package)(31)를 지지하고, 이것이 전면부 볼 베어링(27)에 대해 가압되므로써, 베어링 배열이 축상으로 가압되게 유지된다.

볼 베어링(27, 28) 사이에는, 열 전도 특성이 우수한 물질로 된 스페이서 링(spacer ring)(32)이 베어링 핀(25) 상에 밀착 접촉 방식으로 배치된다. 캐비티(23)를 한정하는 튜브 섹션(18)의 벽과 스페이서 링(32) 사이에는, 로터(13)의 열을 스페이서 링(32)을 통해 베어링 핀(25)으로 전달하기 위해, 폭이 0.5mm이하, 바람직하게는 약 0.4mm인 열 전달 갭(33)이 존재한다.

지지 부재(17)의 튜브 섹션(18)의 후미와 베어링 핀(25) 사이에는 실링 갭(34)이 형성된다. 이 실링 갭은 가스가 펌프실(12)로부터 캐비티(23)로 흡입되도록 한다. 이것은 캐비티로부터, 베어링 핀(25)내의 구멍(미도시됨)을 통해 운반된다. 실링 갭(34)은 캐비티(23)의 개구를 설명한다.

철 패키지(iron packge)(37)내에 있는 고정자 권선(36)이 구비된 고정자(35)가 고정자실(22)에 위치한다. 영구 자석(20)을 포함하는 지지 부재(17)와 함께, 고정자(35)는 디스크 전기자 모터(44)를 형성한다. 고정자 권선(36)은 로터(13)가 회전하는 경우에 영구 자석(20)이 움직이는 동일 써클 상에 위치한다. 주기적으로 회전하는 방식으로, 전자 정류자는 고정자 권선(36)내에 전류를 발생시키므로써 고정자 권선은 회전하는 자장을 생성시킨다. 영구 자석(20)을 사용하는 경우, 로터(13)는 이러한 자장을 따른다. 실질적으로, 디스크 전기자 모터는 비접촉 로터 구동을 위한 자기 커플링이다. 고정자 권선(36)과 영구 자석(20) 사이의 에어 갭에는 격벽(21)이 존재한다. 이 격벽은 기부(38)에 실링에 의해 설치되며, 기부는 고정자 하우징(10)의 저부 벽(39)에 고정되어, 베어링 핀(25)의 일부를 형성한다. 격벽(21)은 진공부로부터 고정자실(22)을 분리시키기 때문에, 고정자실(22)내는 대기압 상태가 된다. 고정자 하우징(10)의 벽에는 이를 통해 전력 케이블이 리딩되는 케이블용 개구(40)가 존재한다. 추가로, 냉각수가 통과하여 흐르게 되는 냉각 나선의 일부가 되는 파이프라인(42)이 통과하는 파이프 통과용 개구(41)가 제공되고, 상기 냉각 나선은 냉각 장치(43)를 형성한다. 냉각 장치(43)는 고정자(35) 뿐만 아니라 베어링 핀(25)을 냉각시키고, 전체 송풍기 하우징으로부터 열을 제거한다.

본 발명의 라디얼 터보송풍기는 소수의 구성 요소로 이루어지며, 저비용으로 제조될 수 있다. 대체적으로 유지관리비는 들지 않는다.

Claims

회전가능하게 지지되는 로터(rotor), 및 로터를 구동시키는 영구적 여기 디스크 전기자 모터(permanently excited disk armature motor) 형태의 모터(44)를 포함하고, 모터는 로터(13)에 설치된 축방향 자장 배향을 갖는 영구 자석(20) 및 정지 고정자 권선(stationary stator coil)(36)을 포함하고, 로터(13)는 캐비티(23)로 돌출되는 정지 베어링 핀(25) 상에서 로터의 캐비티(23)내에 하우징된 베어링 배열(26)에 의해 지지되는 라디얼 터보송풍기(radial turbo-blower)에 있어서,

로터(13)로부터 냉각된 베어링 핀(25)으로 열을 전달하기 위한 폭이 0.5mm 이하인 협소한 열 전달 갭(heat transmission gap)(33)이, 캐비티(23)를 한정하는 벽과 베어링 핀(25) 상에 안착된 스페이서 링(spacer ring)(32) 사이에 열이 잘 전도되는 방식으로 형성됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 1 항에 있어서, 베어링 배열(26)이 하나 이상의 그리스(grease) 챔버(29)를 갖는 그리스 윤활부를 포함함을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 로터(13)의 캐비티(23)가 그 후면부에 대해서만 개방되고, 실링 갭(sealing gap)(34)이 캐비티(23)의 후미에서 로터(13)와 베어링 핀(25) 사이에 형성됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내압력(pressure-tight) 자기 침투성 격벽(21)이 로터(13)와 고정자 권선(36) 사이에 배열됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 4 항에 있어서, 고정자 권선(36)이 냉각 장치(43)를 포함하는 대기압 하의 고정자 하우징(10)내에 포함됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 5 항에 있어서, 베어링 핀(25)의 일부(38)가 고정자(35)와 열 전도 접촉하고 이로부터 돌출되어, 냉각 장치(43)의 효과에 노출됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 1 항에 있어서, 어느 한 베어링이 그리스 윤활된 베어링으로서 구현되고, 다른 한 베어링은 수동 자기 베어링으로서 구현됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
제 1 항에 있어서, 베어링 배열이 능동 자기 베어링에 의해 구현됨을 특징으로 하는 라디얼 터보송풍기.
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