KR100636050B1 - Turbo blower capable of actively adjusting tip clearance of impeller - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 터보 송풍기의 내부구조를 보인 단면도,1 is a cross-sectional view showing the internal structure of a conventional turbo blower,
도 2는 본 발명에 따른 임펠러 팁 틈새의 능동적 조절이 가능한 터보 송풍기의 내부구조를 보인 단면도,Figure 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the turbo blower capable of actively adjusting the impeller tip clearance according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 터보 송풍기의 회전축과 에어 포일 저널 베어링의 결합구조를 보인 단면도,3 is a cross-sectional view showing a coupling structure of a rotary shaft and an air foil journal bearing of a turbo blower according to the present invention;
도 4a는 도 2의 "A"부의 확대도,4A is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 2;
도 4b는 도 2의 "B"부의 확대도,4B is an enlarged view of a portion “B” of FIG. 2;
도 5는 본 발명에 따른 터보 송풍기의 압전 세라믹 패드를 보인 정면도,5 is a front view showing a piezoelectric ceramic pad of the turbo blower according to the present invention;
도 6은 압전 세라믹 패드가 작동하고 있는 상태의 터보 송풍기를 보인 단면도,6 is a cross-sectional view showing a turbo blower with a piezoelectric ceramic pad in operation;
도 7a는 도 6의 "C"부의 확대도,7A is an enlarged view of a “C” part of FIG. 6, FIG.
도 7b는 도 6의 "D"부의 확대도.FIG. 7B is an enlarged view of a portion “D” of FIG. 6.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
102: 케이싱 104: 공기 유입구102: casing 104: air inlet
106: 공기 유출구 107: 회전축106: air outlet 107: axis of rotation
108: 스러스트 칼라 110: 임펠러108: thrust collar 110: impeller
112: 전기자 116: 영구자석112: armature 116: permanent magnet
120: 에어 포일 저널 베어링 130: 제 1에어 포일 스러스트 베어링120: air foil journal bearing 130: first air foil thrust bearing
140: 압전 세라믹 패드 142a,142b: 전극140: piezoelectric
144: PZT필름 146: PVDF필름144: PZT film 146: PVDF film
150: 제 2에어 포일 스러스트 베어링 160: 위치가변판150: second air foil thrust bearing 160: variable position plate
164: 스프링 d2: 팁 틈새164: spring d 2 : tip clearance
본 발명은 터보 송풍기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적은 전력소모로 공기유량 조절이 가능하고, 공기역학적 안정성을 향상시킬 수 있는 임펠러 팁 틈새의 능동적 조절이 가능한 터보 송풍기에 관한 것이다.The present invention relates to a turbo blower, and more particularly, to a turbo blower capable of controlling the air flow rate with low power consumption and actively adjusting the impeller tip clearance, which can improve aerodynamic stability.
일반적으로, 수소를 연료로 사용하는 연료전지(Fuel Cell) 시스템에 있어서, 수소 연료와 반응하여 전기를 발생시키기 위한 메카니즘의 일환으로 산소가 음극(Cathode)에 공급되어야 하며, 이를 위한 산소공급장치로서 터보 송풍기와 압축기 등이 사용된다.In general, in a fuel cell system using hydrogen as a fuel, oxygen must be supplied to the cathode as part of a mechanism for generating electricity by reacting with the hydrogen fuel. Turbo blowers and compressors are used.
종래의 터보 송풍기의 일례는 미국특허번호 제6,682,324호에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.An example of a conventional turbo blower is disclosed in US Pat. No. 6,682,324, which will be described with reference to FIG.
도 1에 도시된 종래의 터보 송풍기는 라디얼 터보 송풍기로서, 펌프 하우징(10)과 전기자 하우징(30)을 포함한다. 펌프 하우징(10)은 공기를 유입하기 위한 펌프실(11)과, 유입된 공기를 배출하기 위한 출구(12)를 가진다.The conventional turbo blower shown in FIG. 1 is a radial turbo blower, which includes a
펌프실(11)내에는 허브(14, hub) 및 이로부터 돌출하는 베인(15, vane)을 포함하는 로터(13)가 배치된다. 로터(13)의 허브(14)는 튜브 섹션(16a, tube section)과 플랜지 섹션(16b, flange section)으로 이루어진 지지부재(16)를 포함한다. 플랜지 섹션(16b)은 로터(13)의 후벽을 이루고, 영구 자석(17)이 배치된다.In the
펌프 하우징(10)의 내부 중심에는 축방향으로 베어링 핀(20)이 구비되고, 전기자 하우징(30)의 내부 중심에는 축방향으로 베어링 핀(20)과 일체로 형성된 베이스 핀(21)이 구비된다. 베이스 핀(21)은 전기자 하우징(30)의 후벽(33)에 고정된다. 베어링 핀(20)의 둘레에는 전방 볼베어링(22)과 후방 볼베어링(23)이 설치된다. 이들 볼베어링(22, 23)은 로터(13)의 지지부재(16)의 튜브 섹션(16a)을 지지한다.An inner center of the
전기자 하우징(30) 내에는 영구자석(17)과 대향하는 권선(32)을 가지는 전기자(31)가 설치된다.In the armature housing 30, an
종래의 터보 송풍기에 전원이 인가되면, 전기자(31)와 영구자석(17)의 상호 작용에 의해 로터(13)가 회전한다. 로터(13)의 회전에 의해, 펌프 하우징(10)의 펌프실(11)내로 공기가 유입되고 출구(12)를 통해 배출된다.When power is applied to the conventional turbo blower, the
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 터보 송풍기에 있어서, 기본적으로 30,000rpm 이상의 고속으로 회전하는 터보 송풍기의 로터를 볼베어링이 지지하기에 는 마찰, 발열, 소음 및 진동발생이 커서 부적합하며, 터보 송풍기의 고속에서의 작동안정성이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이, 마찰에 의한 전력소모가 큰 단점이 있다.However, in the conventional turbo blower configured as described above, the ball bearing supports the rotor of the turbo blower that rotates at a high speed of 30,000 rpm or more at large, so that friction, heat generation, noise and vibration are large, which is not suitable. There is a problem of deterioration of the operating stability. Moreover, there is a disadvantage in that power consumption by friction is large.
또한, 종래의 터보 송풍기의 공기유량을 제어하기 위해서는 모터출력에 따른 로터의 회전수를 조절해야 하는데, 종래의 터보 송풍기를 연료전지 차량의 공기공급장치로서 사용하는 경우에는 연료전지에서 생산되는 전력의 대략 15%~20%의 전력이 터보 송풍기의 작동에 소모되는 것으로 나타난다. 따라서, 연료전지의 효율을 향상시키기 위한 노력도 터보 송풍기의 전력소모에 대한 문제 해결없이는 이루어지기가 어려운 실정이다.In addition, in order to control the air flow rate of the conventional turbo blower, the rotation speed of the rotor must be adjusted according to the motor output. When the conventional turbo blower is used as the air supply device of the fuel cell vehicle, Approximately 15% to 20% of the power appears to be consumed by the turbo blower. Therefore, efforts to improve the efficiency of fuel cells are difficult to achieve without solving the problem of power consumption of the turbo blower.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고속에서의 작동안정성을 확보할 수 있는 임펠러 팁 틈새의 능동적 조절이 가능한 터보 송풍기를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a turbo blower capable of actively adjusting the impeller tip clearance that can ensure the operation stability at high speed.
본 발명의 다른 목적은 임펠러의 축방향 변위를 조절함으로써 적은 전력소모로 공기유량을 용이하게 조절할 수 있는 임펠러 팁 틈새의 능동적 조절이 가능한 터보 송풍기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a turbo blower capable of actively adjusting the impeller tip clearance, which can easily adjust the air flow rate with low power consumption by controlling the axial displacement of the impeller.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 임펠러 팁 틈새의 능동적 조절이 가능한 터보 송풍기는 공기 유입구와 유출구를 가지는 케이싱; 케이싱 내에 회전가능하게 지지되고, 케이싱의 축방향으로 이동가능하게 구비되며 유출구와 인접하는 단부에 스러스트 칼라가 돌출형성되는 회전축; 공기 유입구에 인접하여 회전축에 결합되는 임펠러; 회전축을 회전시키기 위한 모터; 상호 대향하는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 사이에 구비되고 전원과 연결되어 있는 압전 엑추에이터를 포함하는 압전 세라믹 패드로 이루어져 스러스트 칼라와 대향하도록 케이싱에 고정되어 상기 회전축을 상기 유입구측으로 가압하기 위한 제1 가압수단; 그리고 제 1가압수단의 가압력에 대항하는 방향으로 회전축을 가압하기 위한 제 2가압수단으로 이루어진다. 바람직하게는, 압전 엑추에이터는 티탄산 지르코산연 필름이다.Turbo blower capable of actively adjusting the impeller tip clearance according to the present invention for achieving the above object is a casing having an air inlet and outlet; A rotating shaft rotatably supported in the casing, the rotating shaft being provided movably in the axial direction of the casing, and having a thrust collar protruding from an end adjacent to the outlet; An impeller coupled to the rotating shaft adjacent the air inlet; A motor for rotating the rotating shaft; Composed of a pair of electrodes facing each other and a piezoelectric ceramic pad including a piezoelectric actuator provided between the pair of electrodes and connected to a power source, and fixed to the casing to face the thrust collar to press the rotary shaft toward the inlet side. First pressing means; And second pressurizing means for pressurizing the rotating shaft in a direction against the pressing force of the first pressurizing means. Preferably, the piezoelectric actuator is a lead zirconate titanate film.
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압전 세라믹 패드는 한 쌍의 전극 사이에서 압전 엑추에이터와 겹쳐 구비되는 압전 압력센서를 더 포함한다. 바람직하게는, 압전 압력센서는 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름이다. The piezoelectric ceramic pad further includes a piezoelectric pressure sensor provided overlapping the piezoelectric actuator between the pair of electrodes. Preferably, the piezoelectric pressure sensor is a polyvinylidene fluoride film.
제 2가압수단은 스러스트 칼라를 사이에 두고 제 1가압수단과 대응하며 케이싱의 축방향으로 이동하게 구비되는 위치가변판과, 위치가변판을 스러스트 칼라측으로 편의시키기 위한 스프링을 포함한다. The second pressing means includes a position variable plate corresponding to the first pressure means with the thrust collar therebetween and provided to move in the axial direction of the casing, and a spring for biasing the position variable plate toward the thrust collar side.
스러스트 칼라와 제 1 및 제 2가압수단 사이에는 각각 에어 포일 스러스트 베어링이 설치되고, 회전축의 둘레에는 적어도 하나의 에어 포일 저널 베어링이 설치된다.An air foil thrust bearing is installed between the thrust collar and the first and second pressurizing means, respectively, and at least one air foil journal bearing is installed around the rotation shaft.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 임펠러 팁 틈새의 능동적 조절이 가능한 터보 송풍기 의 내부구조를 보인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터보 송풍기는 원심형 송풍기의 고압축비와 축류형 송풍기의 대유량의 장점을 모두 가지는 혼합형 터보 송풍기이다. 케이싱(102)의 일단에는 공기 유입구(104)가 구비되고 타단에 공기 유출구(106)가 구비된다. 케이싱(102)의 내부에는 회전축(107)이 케이싱(102)의 중심축(X-X)을 따라 회전가능하게 배치되고, 케이싱(102)의 축(X-X)방향으로도 이동가능하게 구비된다. 바람직하게는, 회전축(107)은 경량의 중공축으로 형성된다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the turbo blower capable of actively adjusting the impeller tip clearance according to the present invention. As shown, the turbo blower according to the present invention is a hybrid turbo blower having both the high compression ratio of the centrifugal blower and the large flow rate of the axial blower. One end of the
케이싱(102)의 유입구(104)측에 위치하는 회전축(107)의 일단부에는 유입구(104)를 통해 공기를 흡입하기 위한 임펠러(110)가 결합된다. 케이싱(102)의 유출구(106)측에 위치하는 회전축(107)의 타단부에는 스러스트 칼라(108)가 회전축(107)의 반경방향으로 돌출형성된다. 스러스트 칼라(108)는 케이싱(102)에 고정되는 후벽(109)과 대향한다.An
회전축(107)의 주위에는 코일이 권선된 전기자(112)를 수용하는 전기자 하우징(114)이 설치된다. 회전축(107)의 외주면에는 전기자(112)와 대향하는 영구자석(116)이 장착된다. 즉, BLDC모터(Brushless DC Motor)의 구조를 갖는다.An
전기자 하우징(114)의 외면과 케이싱(102)의 내벽면 사이에는 공기 유입구(104)를 통해 케이싱(102)의 내부로 유입되어 유출구(106)를 향해 유동하는 공기의 와류(swirl)를 억제하기 위한 복수의 와류억제부(118)가 설치된다.Between the outer surface of the
회전축(107)과 임펠러(110)의 고속회전을 원활하게 지지하기 위해, 회전축(107)의 둘레에는 적어도 하나의 에어 포일 저널 베어링(120, air foil journal bearing)이 설치된다. 에어 포일 저널 베어링(120)은 도 3에 도시된 바와 같이, 원 테형상의 단면을 가지는 프레임(122)과, 프레임(122)의 내주면에 구비되는 범프 포일(124, bump foil)과, 범프 포일(124)의 상부에 걸쳐 구비되며 회전축(107)의 축방향에 대해 수직으로 작용하는 하중을 받는 탑 포일(126, top foil)을 포함한다.In order to smoothly support the high speed rotation of the
도 4b에서 보여지는 바와 같이, 스러스트 칼라(108)와 후벽(109) 사이에는 회전축(107)의 축방향의 추력을 지지하기 위한 제 1에어 포일 스러스트 베어링(130, air foil thrust bearing)이 설치된다. 제 1에어 포일 스러스트 베어링(130)은 스러스트 칼라(108)와 접촉하여 유막력에 의해 회전축(107)을 지지하는 제 1스러스트 탑포일(132)과, 제 1스러스트 탑포일(132)에 탄성력과 진동흡수력을 부여하는 제 1스러스트 범프포일(134)을 포함한다.As shown in FIG. 4B, a first air
제 1에어 포일 스러스트 베어링(130)과 후벽(109) 사이에는 압전(Piezoelectric) 세라믹 패드(140)가 설치된다. 압전 세라믹 패드(140)는 회전축(107)을 케이싱(102)의 축(X-X)방향으로 유입구(104)측을 향해 이동시키기 위한 제 1가압수단으로서, 상호 대향하는 한 쌍의 전극(142a, 142b, electrode) 사이에 서로 다른 두 종류의 제 1 및 제 2압전물질(144, 146)을 겹쳐 구비한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 단일의 제 2압전물질(146)에 복수의 제 1압전물질(144)이 겹쳐지는데, 복수의 제 1압전물질(144)은 대략 부채꼴형상으로 형성되고 등각도로 배치된다. 제 1압전물질(144)은 압전 엑추에이터의 기능을 수행하기 위한 것이고, 제 2압전물질(146)은 압전 압력센서의 기능을 수행하기 위한 것이다. 본 실시예에서는 엑추에이터의 기능을 수행하기 위한 제 1압전물질(144)로서 티탄산 지르코산연 (Pb(Zr, Ti)O3)필름(이하, PZT필름이라 칭함)을 사용하였는데, 이는 PZT필름(144)에 전압을 가하면 PZT필름(144)이 팽창하는 성질을 이용한 것이다. 또한, 압력센서의 기능을 수행하기 위한 제 2압전물질(146)로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene Fluoride)필름(이하, PVDF필름이라 칭함)을 사용하였는데, 이는 PVDF필름(146)에 압력이 가해질 때 압력에 비례하여 전압이 발생되는 성질을 이용한 것이다. PZT와 PVDF물질은 대표적인 압전물질로서 이미 널리 알려져 있으므로, 이들 물질에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 엑추에이터로서 PZT필름(144)을 사용하고, 압력센서로서 PVDF필름(146)를 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다른 압전물질을 적용하는 것도 물론 가능하다. 상기 압전 세라믹 패드(140)의 작용효과는 후에 설명하기로 한다.Piezoelectric
회전축(107)의 스러스트 칼라(108)와 전기자 하우징(114) 사이에는 회전축(107)의 축방향의 추력을 지지하기 위한 제 2에어 포일 스러스트 베어링(150)이 설치된다. 제 2에어 포일 스러스트 베어링(150)은 스러스트 칼라(108)와 접촉하여 유막력에 의해 회전축(107)을 지지하는 제 2스러스트 탑포일(152)과, 제 2스러스트 탑포일(152)에 탄성력과 진동흡수력을 부여하는 제 2스러스트 범프포일(154)을 포함한다.A second air
제 2에어 포일 스러스트 베어링(150)과 전기자 하우징(114) 사이에는 스러스트 칼라(108)에 대한 압전 세라믹 패드(140)의 가압력에 대항하여 회전축(107)을 케이싱(102)의 축(X-X)방향으로 유출구(106)측을 향해 가압하는 제 2가압수단으로 서 위치가변판(160)이 설치된다. 위치가변판(160)은 그 일측면으로부터 돌출되어 전기자 하우징(114)에 삽입되는 가이딩 로드(162)에 의해 이동이 안내된다. 가이딩 로드(162)에는 위치가변판(160)을 제 2에어 포일 스러스트 베어링(150) 측으로 편의시키기 위한 스프링(164)이 감겨 구비된다.Between the second air
이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 터보 송풍기의 작동 및 작용효과를 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation and operation of the turbo blower according to the present invention configured as described above will be described.
도 2, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 정상상태의 터보 송풍기에 전원을 인가하면, 전기자(112)와 영구자석(116)의 상호 작용에 의해 회전축(107)과 이에 결합된 임펠러(110)가 회전하게 된다. 임펠러(110)의 회전에 의해, 케이싱(102)의 공기 유입구(104)를 통해 외부 공기가 유입되고, 케이싱(102)의 내벽면을 따라 유동하여 유출구(106)를 통해 배출된다. 이 때, 케이싱(102)과 임펠러(110)사이의 팁 틈새(tip clearance)는 d1의 크기를 유지한다.When power is applied to the turbocharger in the steady state as shown in FIGS. 2, 4A and 4B, the
회전축(107)이 회전하면서 회전축(107)과 에어 포일 저널 베어링(120)의 탑포일(126) 사이의 공간으로 공기가 유입되고, 유입된 공기로 인해 탄성력을 가지는 탑포일(126)이 회전축(107)으로부터 멀어지는 방향으로 변형하게 된다. 즉, 회전축(107)의 회전속도가 소정 속도에 도달할 때까지는 회전축(107)에 탑포일(126)이 계속 접촉한 상태를 유지하다가 유입되는 공기로 인하여 범프포일(124)이 회전축(107)으로부터 멀어지는 방향으로 탄성변형됨으로써, 회전축(107)은 탑포일(126)과 이격된 상태로 회전운동하게 된다.As the
또한, 회전축(107)과 함께 스러스트 칼라(108)가 회전하므로, 스러스트 칼라(108)와 제 1 및 제 2에어 포일 스러스트 베어링(130, 150) 사이의 공간으로 공기가 유입되고, 유입된 공기로 인해 탄성력을 가지는 제 1 및 제 2탑포일(132, 152)이 스러스트 칼라(108)로부터 멀어지는 방향으로 변형하게 된다. 즉, 스러스트 칼라(108)의 회전속도가 소정 속도에 도달할 때까지는 스러스트 칼라(108)에 제 1 및 제 2탑포일(132, 152)이 계속 접촉한 상태를 유지하다가 유입되는 공기로 인하여 제 1 및 제 2범프포일(134, 154)이 스러스트 칼라(108)로부터 멀어지는 방향으로 탄성변형됨으로써, 스러스트 칼라(108)는 제 1 및 제 2탑포일(132, 152)과 이격된 상태로 회전운동하게 된다.In addition, since the
본 발명의 터보 송풍기가 연료전지 차량의 공기공급장치에 적용되는 경우에는 공기유량을 가변하는 형태의 운전모드가 행해지도록 요구된다. 압전 세라믹 패드(140)의 제 1압전물질, 즉, PZT필름(144)에 소정 크기의 전압을 인가하면 압전물질의 특성상 PZT필름(144)은 팽창, 즉 두께가 두꺼워지게 된다. 이에 의해, 도 7b에 도시된 바와 같이, PZT필름(144)의 팽창력은 위치가변판(160)에 작용하는 스프링(164)의 탄성력에 대항하여 회전축(107)의 스러스트 칼라(108)에 전달되고, 회전축(107) 및 이에 결합된 임펠러(110)는 케이싱(102)의 축(X-X)방향으로 공기 유입구(104)를 향해 전진(도 6의 좌측방향)한다. 따라서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 케이싱(102)과 임펠러(110) 사이의 팁 틈새(d2, tip clearance)는 PZT필름(144)에 전압을 인가하기 이전의 틈새크기(d1, 도 4a참조)보다 작아진다.When the turbo blower of the present invention is applied to an air supply device of a fuel cell vehicle, an operation mode of varying air flow rate is required. When a voltage having a predetermined magnitude is applied to the first piezoelectric material of the piezoelectric
반대로, PZT필름(144)에 인가하는 전압의 크기를 감소시키면, PZT필름(144)이 감축되어 두께가 줄어들고, 위치가변판(160)에 작용하는 스프링(164)의 탄성복원력에 의해 위치가변판(160) 및 스러스트 칼라(108)가 원래의 위치를 향해 후진(도 6의 우측방향)한다. 따라서, 회전축(107) 및 임펠러(110)가 공기유입구(104)로부터 점차 이격되면서 팁 틈새(d2)가 커지게 된다. 즉, PZT필름(144)에 가해지는 전압의 크기를 조절함으로써 케이싱(102)과 임펠러(110)사이의 팁 틈새(d2)를 간단하게 조절할 수 있는 것이다.On the contrary, when the magnitude of the voltage applied to the
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 제 1가압수단의 가압력에 대항하여 회전축(107)의 스러스트 칼라(108)를 가압하는 제 2가압수단으로서 위치가변판(160)과 스프링(164)을 적용하였으나, 위치가변판(160)과 스프링(164)대신 압전 엑추에이터(예를 들어, 두 전극 사이에 구비되는 PZT필름)를 가지는 또 다른 압전 세라믹 패드를 적용하여도 제 1가압수단과 상호 작용하여 회전축(107)의 전,후진 이동을 조절할 수 있음은 물론이다.As described above, in the present embodiment, the
압전 압력센서인 PVDF필름(146)은 스러스트 칼라(108)에 대한 PZT필름(144)의 가압력, 스프링(164)의 탄성력 및 임펠러(110)의 회전에 의해 결정되는 회전축(107)의 축방향 추력을 인가받고, 이에 비례하는 전압을 발생시킴으로써 실제 발생되는 회전축(107)의 추력을 측정할 수 있게 된다. 이러한 PVDF필름(146)으로부터 출력되는 회전축(107)의 추력정보를 피드백 제어하여 PZT필름(144)에 인가되는 전압을 적절히 조절함으로써 회전축(107)의 작동을 포함한 터보 송풍기의 작동안정성 을 최대로 할 수 있게 되는 것이다.The
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 터보 송풍기는 압전 엑추에이터에 인가되는 전압을 조절하는 것만으로 케이싱과 임펠러 사이의 팁 틈새 및 이에 따른 공기역학적 성능제어의 효과가 있다. 또한, 압전 압력센서를 구비하고 이로부터 출력되는 회전축의 추력정보를 피드백 제어하여 압전 엑추에이터에 인가되는 전압을 적절히 조절함으로써 능동적으로 러빙(rubbing)현상을 피할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 공기 토출압력과 토출량이 반복적으로 변동하는 서지현상이나 스톨현상에 대해서도 능동적으로 대처가능하므로 터보 송풍기의 공기역학적 안전성을 향상시키는 효과가 있다.As described above in detail, the turbo blower according to the present invention has an effect of controlling tip clearance between the casing and the impeller and thus aerodynamic performance control by only adjusting the voltage applied to the piezoelectric actuator. In addition, by providing a piezoelectric pressure sensor and feedback control of the thrust information of the rotating shaft outputted therefrom, the voltage applied to the piezoelectric actuator is appropriately adjusted to actively avoid rubbing, as well as air discharge pressure and discharge amount. It is also possible to actively cope with such repeated fluctuations and stalls, thereby improving the aerodynamic safety of the turbo blower.
또한, 회전축을 지지하기 위해 에어 포일 베어링을 채택함으로써 고속회전하는 회전축의 진동을 줄이고, 하중을 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by adopting an air foil bearing to support the rotating shaft, there is an effect of reducing the vibration of the rotating shaft rotating at high speed, and can stably support the load.
특히, 상기와 같은 특징으로 인해 본 발명의 터보 송풍기가 연료전지 차량의 공기 공급장치에 적용되는 경우에 러빙현상이나 스톨, 서지현상을 능동적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 상기의 현상으로 인한 마찰, 발열 및 소음현상을 막음으로써 불필요한 전력소모 방지, 작동 안정성 증가 및 궁극적으로 연료전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.In particular, when the turbo blower of the present invention is applied to an air supply device of a fuel cell vehicle, not only can actively cope with rubbing, stall, and surge, but also friction and heat generation due to the above-mentioned phenomenon. And by preventing the noise phenomenon there is an advantage that can prevent unnecessary power consumption, increase the operational stability and ultimately maximize the efficiency of the fuel cell.
Claims (11)
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KR1020050037006A KR100636050B1 (en) | 2005-05-03 | 2005-05-03 | Turbo blower capable of actively adjusting tip clearance of impeller |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101596638B1 (en) * | 2015-07-30 | 2016-02-22 | 염대영 | Foreign substances jam preventing apparatus of impeller for underwater pump |
CN117267151A (en) * | 2023-04-23 | 2023-12-22 | 江苏海拓宾未来工业科技集团有限公司 | Air suspension centrifugal blower and processing technology thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62118100A (en) | 1985-11-15 | 1987-05-29 | Kobe Steel Ltd | Variable diffuser for centrifugal compressor |
-
2005
- 2005-05-03 KR KR1020050037006A patent/KR100636050B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62118100A (en) | 1985-11-15 | 1987-05-29 | Kobe Steel Ltd | Variable diffuser for centrifugal compressor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
2019930011304 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101596638B1 (en) * | 2015-07-30 | 2016-02-22 | 염대영 | Foreign substances jam preventing apparatus of impeller for underwater pump |
CN117267151A (en) * | 2023-04-23 | 2023-12-22 | 江苏海拓宾未来工业科技集团有限公司 | Air suspension centrifugal blower and processing technology thereof |
CN117267151B (en) * | 2023-04-23 | 2024-04-02 | 江苏海拓宾未来工业科技集团有限公司 | Air suspension centrifugal blower and processing technology thereof |
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