KR100944543B1 - 마그네트 펌프용 커플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트 펌프용 커플러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네트 펌프의 동력전달용으로 사용되는 커플러의 중심에 삽입되는 마그네트 링을 일반 스틸 재질로 사용함으로써 고온에서도 자력의 약화가 일어나지 않도록 하는 마그네트 펌프용 커플러에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 마그네트 펌프용 커플러를 제작함에 있어서 마그네트의 크기나 용량을 최소화할 수 있어서 제작 원가가 절감되며, 절반 정도 크기의 마그네트만 사용해도 예전과 동일한 회전력을 낼 수 있으므로 커플러의 부피가 작아지는 효과가 있다.

마그네트, 펌프, 커플러, 스틸, 자성체, 마그네트 링

Description

마그네트 펌프용 커플러{COUPLER FOR MAGNET PUMP}

본 발명은 마그네트 펌프용 커플러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네트 펌프의 동력전달용으로 사용되는 커플러의 중심에 삽입되는 마그네트 링을 일반 스틸 재질로 사용함으로써 고온에서도 자력의 약화가 일어나지 않도록 하는 마그네트 펌프용 커플러에 관한 것이다.

마그네트 펌프는 영구자석끼리의 마그네트 커플링의 원리를 이용하여 펌프의 임펠러를 회전가능하게 구동하도록 한 것으로서, 펌프 하우징 내부에 위치한 임펠러의 구동축 말단에 마그네트 커플러를 설치하고, 외부에서 구동 마그네트를 회전시키면서 마그네트 커플러를 함께 회전시켜 임펠러를 구동하는 장치이다.

마그네트 커플러를 이용하여 임펠러를 구동시킬 경우 밀폐를 위한 회전 씰(seal)이 없어서 누수의 위험이 없으며, 직접 접촉식이 아니어서 마모나 파손의 위험이 적은 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 마그네트 펌프 커플러의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 2는 커플러의 자석 배치상태를 나타낸 단면도이다.

도면에서와 같이 종래기술의 마그네트 커플러는 동력원에 연결된 구동의 제1 축(또는 구동축)(2)과 유체 펌프의 내부로 연결된 종동의 제2축(또는 종동축)(4)의 사이에 설치되는 것이고, 2축간에 상호 직결되지 않은 상태에서 마그네트의 자기력을 이용하여 동력전달을 구현하도록 되어 있다.

구동축(2)과 종동축(4)은 유체 펌프(도시생략)에 부착되는 하우징(6)과 그 하우징(6)에 부착되는 스페이서(8)를 이용하여 상호 구획된 공간에 위치되는 것이며, 특히 종동축(4)은 상기 하우징(6)과 비자성체로 된 스페이서(8)에 의해 밀폐된 유체 펌프의 내부에 위치된다.

여기서 구동축(2)의 끝 단부에는 소정 길이의 중공을 갖는 원통형 홀더(10)가 설치되고, 그 홀더(10)에는 다수개의 자석 스페이서(12)를 이용하여 다수개의 마그네트(14)가 등간격으로 배치 및 장착되어 진다. 마그네트(14)는 내주면을 향하여 동일 극성을 갖도록 설치되며, 이것은 홀더(10)의 중공으로 삽입되는 대상물에 대하여 균일한 자기력을 부여하게 된다.

종동축(4)의 끝 단부에는 구동축(2)의 끝 단부에 장착된 마그네트(14)에 대응하는 마그네트(16)가 배치된다.

상기한 마그네트(16)는 도 2와 같이, 홀더(10)에 장착된 마그네트(14)에 대하여 상호 다른 극성을 갖도록 마그네트(16a)를 배치하고, 이것을 마그네트블럭(16b)을 이용하여 장착되게 한 구성으로 될 수 있다. 이때, 종동축(4)의 마그네트(16a)는 구동축(2)의 마그네트(14)와 협동하여 자기력을 배가시킴으로써, 구동축(2)의 회전력이 종동축(4)에 효율적으로 전달된다.

그리고, 종동축(4)에 장착되는 마그네트(16a)는 마그네트블럭(16b)에 의해 고정되는데, 마그네트블럭(16b)과 종동축(4) 사이에는 마그네트링(도면 미도시)이 개재된다.

그런데 펌프가 고속으로 회전할 때 발생하는 열에 의해 구동축(2)과 종동축(4)에 배치된 마그네트의 온도가 올라가게 된다.

일반적으로 고속 회전시에는 마그네트가 300℃ 이상의 온도가 되는데, 이 정도의 온도에서는 자력이 50% 이하로 감소하게 되어 구동축(2)의 회전력이 전부 종동축(4)에 전달되지 않는 문제점이 생긴다.

마그네트의 자력이 저하되면 구동축(2)과 커플러 사이의 인력이 약해지면서 슬립(slip) 현상이 벌어지면서 펌프의 효율이 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서 상온에서 필요한 자력보다 두 배의 자력을 낼 수 있도록 마그네트를 2열로 배치하여 사용하고 있는데, 이에 따른 원가상승과 커플러의 부피 증가로 인한 문제점이 발생하고 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 종동축에 배치되는 마그네트를 고정시키는 마그네트링을 일반 스틸 재질로 제작함으로써 고온에서도 자력의 저하가 없이 동일한 인력이 작용할 수 있도록 하는 마그네트 펌프용 커플러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 마그네트 펌프의 임펠러 구동축의 말단에 설치되어 구동 마그네트의 회전에 따라 동기화되어 함께 회전하는 커플러로서, 상기 임펠러 구동축에 일체로 연결되는 샤프트와; 가운데에 중공이 형성되며, 상기 샤프트가 상기 중공에 삽입 고정되는 원통 모양의 마그네트 링과; 가운데에 중공이 형성되며, 상기 마그네트 링이 상기 중공에 삽입 고정되는 다각기둥 모양의 마그네트 블럭과; 상기 마그네트 블럭의 다수 개의 외측면에 각각 고정되며, N극과 S극이 상기 샤프트의 중심축에 대하여 수직인 가상의 평면상에 형성된 원의 지름방향으로 배열되는 다수 개의 마그네트와; 상기 마그네트의 외측면을 감싸는 원통 모양의 커버링;을 포함하며, 상기 마그네트 블럭은 비자성체인 스테인레스 재질로 제작되며, 상기 마그네트 링은 자성체인 스틸 재질로 제작되는 것을 특징으로 한다.

상기 마그네트 링은 기계구조용 탄소강의 하나인 S45C나 SM45C, 일반 구조용 압연강재인 SS41 중 어느 하나의 재질로 제작되는 것을 특징으로 한다.

서로 인접한 마그네트는 상기 N극과 S극이 서로 반대방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 마그네트 펌프용 커플러를 제작함에 있어서 마그네트의 크기나 용량을 최소화할 수 있어서 제작 원가가 절감되며, 절반 정도 크기의 마그네트만 사용해도 예전과 동일한 회전력을 낼 수 있으므로 커플러의 부피가 작아지는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마그네트 펌프용 커플러(이하, '커플러'라 함)에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 커플러의 구조를 나타낸 사시도이며, 도 4는 커플러의 분해사시도, 도 5는 커플러의 평면 및 단면 구조를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 커플러(100)는 임펠러(도면 미도시)에 연결된 샤프트(200)의 말단에 설치되어 구동축으로부터 전달되는 회전력을 임펠러에 전달하는 장치이다.

커플러(100)를 구성하는 각각의 구성요소들은 대부분 중공 원통형의 모양을 가진다.

커플럼(100)의 중심에는 가운데에 중공이 형성된 원통형의 마그네트링(102)이 위치한다.

마그네트링(102)의 바깥에는 육각기둥 모양의 마그네트블럭(104)이 둘러싸고 배치된다.

마그네트블럭(104)의 가운데에 형성된 원통형 중공의 지름은 마그네트링(102)의 외측 지름과 거의 동일하게 형성되므로, 마그네트링(102)이 마그네트블럭(104) 내측에 고정되게 된다.

마그네트블럭(104)의 외측면은 여섯 개의 면으로 구분되어 있으며, 여섯 개의 외측면에는 여섯 개의 마그네트(106)가 하나씩 안착된다. 마그네트(106)의 N극과 S극은 샤프트(200)의 중심축에 대하여 수직인 가상의 평면상에 형성된 원의 원주방향으로 교번적으로 배열된다.

이와 같은 마그네트(106)의 배열상태는 도 6에 나타나있다.

본 발명에서는 마그네트블럭(104)이 육각기둥 모양인 경우에 대하여만 설명하고 있으나, 마그네트(106)의 개수에 따라서는 오각기둥이나 팔각기둥 또는 다른 형상의 다각기둥일 수도 있다.

마그네트(106)의 외측면에는 원기둥 모양의 커버링(108)이 씌워진다.

커버링(108)은 마그네트(106)가 커플러(100) 바깥으로 떨어져 나오는 것을 방지하는 역할을 한다.

그리고 커버링(108)의 위아래쪽 면에는 고리 모양의 월플레이트(110)가 하나씩 부착된다.

따라서 마그네트(106)는 커버링(108)과 월플레이트(110)에 의해 밀폐된다.

샤프트(200)는 마그네트블럭(104)의 가운데 중공에 삽입되어 마그네트링(102)과 접촉하면서 고정된다.

마그네트링(102)과 마그네트블럭(104)의 견고한 고정을 위해 외측면에 홈을 형성하고, 삽입돌기 등을 홈에 끼워서 회전시 미끄러짐이 발생하지 않도록 할 수도 있을 것이다.

마그네트블럭(104)이나 마그네트(106), 커버링(108)의 길이에 비해서 마그네트링(106)의 길이는 대략 절반 정도로 짧다. 따라서 커플러(100)를 모두 조립했을 때, 가운데 부분은 약간 들어간 상태가 된다. 여기에 샤프트(200)가 끼워져서 고정된다.

일반적으로 커플러(100)를 구성하는 부분은 습기가 있어도 녹슬지 않는 스테인레스 재질로 제작되는데, 스테인레스는 비자성체로서, 자력이 인가되어도 자화가 일어나지 않는 특성이 있다.

그런데 본 발명에서는 가운데 마그네트링(102)을 자성체인 일반 스틸 재질로 제작하는데, 대표적으로는 기계구조용 탄소강의 하나인 S45C(혹은 SM45C)나 일반 구조용 압연강재인 SS41이 사용된다.

압연강재로는 SS34, SS50, SS55 등이 사용될 수도 있을 것이다.

이와 같은 스틸 재료는 자성체이므로 마그네트(106)가 인접해 있을 때 자화가 일어나 자력이 발생하게 된다.

가운데 마그네트링(102)에 자성체를 사용할 경우, 샤프트(200)의 회전에 의해 고온의 열이 발생하여도 커플러(100)에 삽입된 마그네트(106)의 자력의 변화가 생기지 않는다. 종래기술의 커플러와 같은 경우는 300℃ 이상의 온도에서 자력이 50% 아래로 떨어지는 현상이 발생하지만 본 발명의 커플러(100)에서는 그러한 현상 이 발생하지 않는다.

따라서 상온에서 필요한 만큼의 자력만 낼 수 있는 크기의 마그네트(106)를 사용하여 펌프를 작동시킨 경우, 고온에서 자력의 손상이 작으므로 추가적인 마그네트(106)의 설치가 필요없게 되는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 마그네트 펌프 커플러의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 커플러의 자석 배치상태를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 커플러의 구조를 나타낸 사시도.

도 4는 커플러의 분해사시도.

도 5는 커플러의 평면 및 단면 구조를 나타낸 도면.

도 6은 마그네트(106)의 배열상태를 나타낸 단면도.

Claims (3)

1. 마그네트 펌프의 임펠러 구동축의 말단에 설치되어 구동 마그네트의 회전에 따라 동기화되어 함께 회전하는 커플러로서,

   상기 임펠러 구동축에 일체로 연결되는 샤프트와;

   가운데에 중공이 형성되며, 상기 샤프트가 상기 중공에 삽입 고정되는 원통 모양의 마그네트 링과;

   가운데에 중공이 형성되며, 상기 마그네트 링이 상기 중공에 삽입 고정되는 다각기둥 모양의 마그네트 블럭과;

   상기 마그네트 블럭의 다수 개의 외측면에 각각 고정되며, N극과 S극이 상기 샤프트의 중심축에 대하여 수직인 가상의 평면상에 형성된 원의 지름방향으로 배열되는 다수 개의 마그네트와;

   상기 마그네트의 외측면을 감싸는 원통 모양의 커버링;을 포함하며,

   상기 마그네트 블럭은 비자성체인 스테인레스 재질로 제작되며,

   상기 마그네트 링은 자성체인 스틸 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는, 마그네트 펌프용 커플러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마그네트 링은 기계구조용 탄소강의 하나인 S45C나 SM45C, 일반 구조용 압연강재인 SS41 중 어느 하나의 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는, 마그네트 펌프용 커플러.
3. 제2항에 있어서,

   서로 인접한 마그네트는 상기 N극과 S극이 서로 반대방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 마그네트 펌프용 커플러.

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