KR100645380B1 - 감속비를 이용하는 브러시 모터를 구비한 진공청소기 - Google Patents

Abstract

진공청소기가 개시된다. 개시된 진공청소기는 모터의 구동축의 회전력을 임펠러에 인가하도록 구동축과 임펠러를 상호 연결시키며, 상기 구동축의 회전수를 임펠러의 회전수보다 크게 설정하는 감속비를 이용한 감속수단을 갖는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

진공청소기, 흡입모터, 흡입력, 진공압력, 기어비, 회전수, 임펠러

Description

감속비를 이용하는 브러시 모터를 구비한 진공청소기{VACUUM CLEANER HAVING BRUSH MOTOR USING RATE OF DESELERATION}

도 1은 종래의 진공청소기에 설치된 브러시 모터를 나타내는 사시도,

도 2는 도 1에 표시된 임펠러를 나타내는 측면도,

도 3은 종래의 진공청소기에 사용되는 일반 청소기 모터와 고흡력 청소기 모터의 진공효율을 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 감속비를 이용하는 브러시 모터를 구비한 진공청소기를 나타내는 개략 사시도,

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 진공청소기의 감속비를 이용하는 브러시 모터를 나타내는 개략 단면도,

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 진공청소기의 감속비를 이용하는 브러시 모터를 나타내는 개략 단면도이다.

*도면 내 주요부분에 대한 부호설명*

53, 153: 구동축 60, 160: 감속수단

61: 제1기어 63: 제2기어

65, 165: 회전축 161: 제1풀리

163: 제2풀리 167: 구동벨트

본 발명은 브러시 모터를 채용한 진공청소기에 관한 것으로, 특히 감속비를 이용하여 모터의 회전수보다 임펠러의 회전수를 크게 설정함에 따라, 모터의 안정성을 확보한 상태에서 임펠러를 고속 회전시켜 높은 흡입력을 갖을 수 있고, 저가의 브러시 모터를 사용하여 진공청소기의 가격 경쟁력을 상승시킬 수 있는 감속비를 이용하는 브러시 모터를 구비한 진공청소기에 관한 것이다.

일반적으로 진공청소기는 흡입력을 발생시키기 위한 장치로 브러시 모터를 사용한다. 이와 같은 브러시 모터(1)는 도 1과 같이, 청소기 내부로 공기와 함께 오물을 흡입하기 위해 진공청소기에 전원을 인가하면, 전기자(armature)(4)에서 회전력을 발생시켜 구동축(3)에 결합된 임펠러(5)를 회전시킨다.

이때, 진공청소기의 흡입체(도시하지 않음)와 청소면 사이에 발생하는 진공압력에 의해, 공기와 함께 오물을 청소기 내부로 수거한 뒤, 필터에 의해 걸러진 공기는 하우징(9) 내부 즉, 임펠러(5), 디퓨저(6), 코일(7) 및 배기구(9a)를 순차적으로 통과하여 외부로 배출하는 구성으로 이루어져 있다.

그런데, 이와같은 진공청소기의 효율을 가늠하는 기준은 통상적으로 진공압력 즉, 상기 모터(1)에 의해 발생하는 흡입력이다. 이처럼 흡입력은 진공청소기에 있어 매우 중요한 요소이며, 다수의 진공청소기 개발업체들은 이러한 진공청소기의 흡입력을 향상시키는데 주력하고 있다.

한편, 진공청소기에 사용되는 모터의 종류 및 임펠러의 구조에 따라 조금씩 상이하지만, 진공청소기의 흡입력을 높이기 위해서 기본적으로 사용되는 방법은 모터의 회전수(rpm)를 증가시키는 것이다.

더욱이, 모터(1)의 회전수를 증가시킴과 동시에 도 2와 같이, 임펠러(5)의 외경(D) 또는 임펠러의 배출부(6) 높이(h)를 적절히 조절하여 진공청소기의 전체적인 진공압력을 높일 수 있다.

이하, 도 3을 참고하여, 일반 청소기 모터(회전수: 26000rpm∼33000rpm, 임펠러 외경: 108mm∼137mm)와 고흡력 청소기 모터(회전수: 35000rpm∼40000rpm, 임펠러 외경: 95mm∼87mm)의 효율 차이를 설명하면 다음과 같다. 도 3에 표시된 "M1"은 진공청소기의 최대 성능을 발휘할 수 있는 영역이고, "M2"는 청소기용 모터의 자체의 최대 성능을 발휘할 수 있는 영역이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 고흡력 청소기 모터 및 일반 청소기 모터는 M1에 비해 M2에서 유량 및 흡입력이 증가하지만, 이때, M2에서는 유량 증가에 따라 회전하고 있는 임펠러(5)에 의해 발생하는 압력손실도 함께 증가하므로 M1에 비하여 흡입력(또는 진공효율) 상승효과가 상대적으로 낮아지게 된다.

따라서 흡입력을 높이기 위해서는, 압력손실을 줄여야 하며, 이를 위해 임펠러의 외경을 줄여 유량을 줄임과 동시에 임펠러의 회전수를 증가시켜야 한다. 도 3에는 이와 같은 조건을 만족하는 고흡력 청소기 모터에 대한 성능을 나타내는 그래프가 도시되있다.

그런데 상기와 같은 고흡력 청소기 모터의 경우에는 일반 청소기 모터에 비 해 소형의 임펠러에 가해지는 부하가 줄면서 압력손실은 줄어들지만, 이러한 현상은 한편으로 모터의 회전수를 증가시키는 요인이 된다.

이에 따라, 임펠러(5)는 설정된 회전수보다 더 큰 회전수로 고속 회전하게 되고, 고속 회전이 지속됨에 따라 정류가 불안정해지고 이는 정류자(commutator)(2)와 카본 브러시(8) 사이에서 스파크 증가로 이어지며, 결국 모터의 손실을 초래하게 된다.

한편, 진공청소기의 수명은 상기와 같은 모터의 수명에 큰 영향을 받고 있으며, 통상적으로 모터의 수명 단축이 진공청소기의 수명 단축으로 이어지는 경우가 빈번한 실정이다.

따라서, 상기와 같은 고흡력 브러시 모터의 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 진공청소기용 모터로써, 브러시 장치를 전기회로로 대체하는 BLDC(Brushless DC motor) 모터 또는 단상 SR(Switched Reluctance) 모터 등 모터 자체에 무리를 주지 않으면서 고속의 회전이 가능한 높은 흡입력을 갖는 모터를 사용한다.

이와 같은 BLDC 모터 또는 단상 SR 모터는 40000rpm 이상의 고속 회전이 가능하며, 근본적으로 브러시가 존재하지 않기 때문에 이러한 고속 회전 시 모터 내에서 스파크가 발생하는 등의 모터를 손상시키는 요인이 없어, 모터의 안정성을 확보할 수 있으며, 이와 더불어 진공청소기의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

그러나, 이들 BLDC 모터 또는 단상 SR 모터는 고가(高價)이므로 진공청소기에 확대 적용하는데에는 한계가 있으며, 이는 진공청소기의 가격 경쟁력을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 감속비를 이용하여 모터의 회전수보다 임펠러의 회전수를 크게 설정함에 따라, 모터의 안정성을 확보한 상태에서 임펠러를 고속 회전시켜 높은 흡입력을 갖을 수 있고, 저가의 브러시 모터를 사용하여 진공청소기의 가격 경쟁력을 상승시킬 수 있는 감속비를 이용하는 브러시 모터를 구비한 진공청소기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 임펠러를 구동시켜 오물을 흡입하기 위한 흡입력을 제공하는 모터를 구비한 청소기에 있어서, 상기 모터의 구동축의 회전력을 임펠러에 인가하도록 구동축과 임펠러를 상호 연결시키며, 상기 구동축의 회전수를 임펠러의 회전수보다 낮게 설정하는 감속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공청소기를 제공한다.

상기 감속수단은 상기 모터의 구동축 일단에 결합된 제1기어; 상기 제1기어에 치합되며, 제1기어 보다 작은 직경으로 이루어진 제2기어; 및 일단이 상기 임펠러의 중앙에 결합되고, 중앙이 제2기어에 관통결합된 회전축을 포함하는 것이 가능하다. 이때, 상기 제1 및 제2기어는 평기어 또는 헬리컬 기어로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 감속수단은 상기 모터의 구동축 일단의 외주에 형성된 제1풀리;

상기 제1풀리 보다 작은 직경으로 이루어진 제2풀리; 상기 제1풀리의 회전구동력을 제2풀리로 인가하기 위해 제1 및 제2풀리를 서로 연결하는 구동벨트; 및 일 단이 상기 임펠러의 중앙에 결합되고, 중앙이 제2풀리에 관통결합된 회전축을 포함하는 것도 물론 가능하다.

따라서 본 발명에 있어서는, 진공청소기에 고가(高價)의 BLDC 모터 또는 단상 SR 모터에 대신 저가(低價)인 브러시 모터를 사용하여 모터의 안정성을 확보할 수 있도록 모터의 회전수를 낮추는 동시에 높은 흡입력을 갖도록하여 진공청소기의 제작비용을 낮춰 가격경쟁력을 확보할 수 있고, 아울러 모터의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한 감속수단을 채용함에 따라 발생하는 진공청소기의 부피증가를 임펠러의 소형화를 통해 최대한 줄여, 전체적으로 콤팩트하게 제작할 수 있고 진공청소기의 상품성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시예에 따른 진공청소기의 감속비를 이용한 브러시 모터를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 감속비를 이용한 브러시 모터를 구비한 진공청소기를 나타내는 개략 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 진공청소기의 감속비를 이용한 브러시 모터를 나타내는 개략 단면도이다.

먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 감속비를 이용한 브러시 모터를 구비한 진공청소기는 도 4에 도시된 바와 같이, 청소기 본체(20), 플랙시블 호스(30), 흡입브러시(40), 본체(20) 내측에 설치된 모터(50)를 포함한다.

또한 도 5와 같이 상기 모터(50)의 구동축(53)의 회전력을 임펠러(58)에 인가하도록 구동축(53)과 임펠러(58)를 상호 연결시키며, 감속비를 이용하여 상기 구 동축(53)의 회전수를 임펠러(58)의 회전수보다 크게 설정하기 위한 감속수단(60)을 포함한다.

본 실시예에서는 도 4와 같이 일반적인 진공청소기를 예로 들어 설명하지만, 업라이트형 진공청소기 또는 캐니스터형 진공청소기 등 진공청소기의 종류에 제한되지 않고 모두 적용 가능하다.

한편, 상기 감속수단(60)은 구동축(53) 일단에 결합된 제1기어(61)와, 상기 제1기어(61)에 치합되며, 제1기어(61) 보다 작은 직경으로 이루어진 제2기어(63)를 포함한다. 이 경우, 상기 제1 및 제2기어(61, 63)는 평기어 또는 헬리컬기어로 적용할 수 있다.

상기 제1기어(61)는 직경이 제2기어(63)의 직경보다 크게 형성되어, 제1 및 제2기어(61, 63) 간에 설정되는 감속비 만큼 모터(50)를 낮은 회전수로 구동시키면서 동시에 임펠러(58)는 높은 회전수로 고속 회전시키는 것이 가능하다.

즉, 제1기어(61)의 회전수가 20000rpm이고 제2기어(63)와의 감속비가 0.5일 경우, 제2기어(63)는 40000rpm 으로 회전함에 따라 임펠러(58)를 모터 회전수의 2배로 고속 회전한다.

이에 따라, 모터(50)는 구동 시 종래보다 낮은 회전수로 회전하게 되며 정류자(commutator)(52c)와 카본 브러시(carbon brush)(52d) 사이에 스파크가 발생하는 현상을 사전에 방지함에 따라 스파크 또는 고온에 의한 모터의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 임펠러(58)는 그 외경(D, 도 2 참조) 및 배출부(58a)의 높이(h, 도 2 참조)를 임펠러(58)의 고속 회전을 고려하여 일반 청소기용 모터의 임펠러보다 작게 설정하여 회전 시, 임펠러(58)에 가해지는 부하를 줄이면서 모터(50)의 회전수를 저하시키지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 감속수단(60)을 통해 모터의 안정성을 확보한 상태에서 임펠러(58)의 회전수를 증가시키고 동시에 임펠러(58)를 소형화함에 따라 진공청소기의 진공압력을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 높은 청소효율을 얻을 수 있다.

한편, 상기 제2기어(63)는 중앙을 관통하는 회전축(65)에 고정 결합되며, 상기 회전축(65)의 일단에는 너트(59)를 통해 상기 임펠러(58)가 결합된다.

이때, 상기 구동축(53) 및 회전축은(65) 고정볼트(56a, 56b)에 의해 하우징(50a) 내측에 장착되는 서포트 패널(55)에 회전 가능하게 지지된다. 물론 상기 구동축(53) 및 회전축(65)과 서포트 패널(55) 사이에는 도 5와 같이 각각 베어링(51b, 51c)이 설치된다. 또한, 상기 구동축(53)의 타단도 하우징(50a) 내측에 설치된 베어링(51a)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

한편, 상기 하우징(50a)의 하측에는 상기 임펠러(58)를 커버링하고 하우징(50a) 내부로 공기를 안내하기 위한 공기유입구멍(54a)을 갖는 임펠러 커버(54)가 결합된다. 미설명 부호 52a는 전기자(armature), 52b는 코일을 나타낸다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 진공청소기에 대하여, 감속수단을 통해 구동하는 모터의 동작을 중심으로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 진공청소기에 전원을 인가하면, 도 5와 같이 전기자(armature)(52a)에서 회전력이 발생되어 구동축(53)을 회전시킨다.

동시에 상기 구동축(53)에 결합된 제1기어(61)가 회전하고, 제1기어(61)에 치합되어 있는 제2기어(63)도 회전축(65)을 중심으로 함께 회전한다. 결국 구동축(53)의 회전력은 상기 제1기어(61), 제2기어(63) 및 회전축(65)을 순차적으로 거쳐 임펠러(58)에 인가된다.

이 경우, 상기 제1기어(61)의 직경이 제2기어(63)의 직경보다 크게 이루어짐에 따라, 모터(50)는 낮은 회전수로 구동하면서 동시에 제1 및 제2기어(61, 63) 간의 감속비에 해당하는 만큼 임펠러(58)의 회전수를 크게하여 임펠러(58)를 고속으로 회전시킨다.

이에 따라, 모터(50)는 낮은 회전수로 회전하므로, 정류자(52c)와 카본 브러시(52d) 사이에 스파크가 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 이와 함께 일반 청소기용 모터에 결합된 임펠러보다 그 외경(D) 및 배출부(58a)의 높이(h)가 작게 형성된 임펠러(58)를 통해, 모터에 무리를 주지 않으면서 진공청소기의 흡입브러시(40) 및 청소면 사이의 진공압력을 증가시켜 청소 효율을 극대화할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 진공청소기의 감속비를 이용한 브러시 모터를 나타내는 개략 단면도이다.

본 발명의 제2실시예는, 모터(150)의 전체적인 구성이 제1실시예의 모터(150)와 동일하며, 다만 임펠러(158)를 가속하기 위한 감속수단(160)의 구성이 상이하다.

즉, 상기 감속수단(160)은 모터(150)의 구동축(153) 일단에 결합된 제1풀리(161), 중앙이 회전축(165)에 관통 결합되고 상기 제1풀리(161) 보다 작은 직경으로 이루어진 제2풀리(163) 및 상기 제1풀리(161)의 회전력을 제2풀리(163)로 인가 하기 위해 제1 및 제2풀리(161, 163)를 서로 연결하는 구동벨트(167)를 포함한다.

이 경우, 상기 제1풀리(161)는 제2풀리(163)보다 큰 직경으로 이루어지며, 이에 따라 상기 제1실시예와 마찬가지로 임펠러(158)를 큰 회전수로 고속 회전시킴과 동시에, 모터의 회전수는 이 보다 작게하여 모터에 무리를 주지 않도록 함에 따라 모터의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제2실시예에서도, 상기 제1실시예와 마찬가지로, 상기 임펠러(158)의 크기를 일반 청소기용 모터의 임펠러보다 작게 형성함에 따라 모터로 유입되는 공기의 유량을 줄여 전체적인 진공청소기의 진공압력을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 상기 본 발명의 제1 및 제2실시예에 적용되는 감속수단은 브러시 모터에 한정되어 사용되는 것은 아니며, 브러시 구조가 아닌 BLDC 모터 또는 단상 SR 모터에 적용하는 것도 가능하다.

이와 같이 상기 감속구조를 BLDC 모터 또는 단상 SR 모터에 적용하면, 임펠러의 고속을 유지한 상태에서 모터의 회전속도를 낮출 수 있어, 장기적으로 모터의 수명을 연장할수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 있어서는, 진공청소기에 고가(高價)의 BLDC 모터 또는 단상 SR 모터에 대신 저가(低價)인 브러시 모터를 사용하여 모터의 안정성을 확보할 수 있도록 모터의 회전수를 낮추는 동시에 높은 흡입력을 갖도록하여 진공청소기의 제작비용을 낮춰 가격경쟁력을 확보할 수 있고, 아울러 모터의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 감속수단을 채용함에 따라 발생하는 진공청소기의 부피증가를 임펠러의 소형화를 통해 최대한 줄여, 전체적으로 콤팩트하게 제작할 수 있고 진공청소기의 상품성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 임펠러를 구동시키켜 오물을 흡입하기 위한 흡입력을 제공하는 모터를 구비한 청소기에 있어서,

   상기 모터의 구동축의 회전력을 임펠러에 인가하도록 구동축과 임펠러를 상호 연결시키며, 상기 구동축의 회전수를 임펠러의 회전수보다 낮게 설정하는 감속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공청소기.
2. 제1항에 있어서, 상기 감속수단은

   상기 모터의 구동축 일단에 결합된 제1기어;

   상기 제1기어에 치합되며, 제1기어 보다 작은 직경으로 이루어진 제2기어; 및

   일단이 상기 임펠러의 중앙에 결합되고, 중앙이 제2기어에 관통결합된 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공청소기.
3. 제1항에 있어서, 상기 감속수단은

   상기 모터의 구동축 일단의 외주에 형성된 제1풀리;

   상기 제1풀리 보다 작은 직경으로 이루어진 제2풀리;

   상기 제1풀리의 회전구동력을 제2풀리로 인가하기 위해 제1 및 제2풀리를 서로 연결하는 구동벨트; 및

   일단이 상기 임펠러의 중앙에 결합되고, 중앙이 제2풀리에 관통결합된 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공청소기.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2기어는 평기어 또는 헬리컬기어인 것을 특징으로 하는 진공청소기.

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