KR101583010B1 - 일방향으로 회전하는 임펠러를 구비한 전동공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 동력을 공급하는 모터, 상기 모터의 출력축에 결합되어 상기 모터의 구동에 따라 회전하는 샤프트, 상기 샤프트에 연결되어 함께 회전함으로써 상기 모터를 냉각하는 임펠러, 상기 샤프트에 결합된 구동기어, 상기 임펠러의 내주면에 형성되어, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 구동기어와 결합되고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 구동기어와의 결합이 해제되는 제 1 종동기어 및 상기 임펠러의 외주면에 형성되어, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 구동기어와 분리된 상태이고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 구동기어와 기어열을 통하여 연결되는 제 2 종동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구에 관한 것이다.

Description

일방향으로 회전하는 임펠러를 구비한 전동공구{Power tool with an impeller rotating in one way}

본 발명은 임펠러의 회전 방향을 일방향으로 가이드 하는 복수의 기어를 구비한 전동공구에 관한 것으로서, 구체적으로 모터의 작동에 따라 회전하는 샤프트의 회전 방향과 무관하게 상기 임펠러가 일방향으로만 회전하여 코일을 냉각시킬 수 있는 임펠러의 일방향 회전 구조에 관한 것이다.

일반적으로 전동공구는, 작업자가 휴대할 수 있도록 사용되는 충전 방식의 제품이 많이 사용되고 있다. 상기 충전식 전동공구는 작업자의 조작에 따라 모터와 결합하는 샤프트의 회전 방향이 달라지고, 이에 따라 상기 전동공구의 작동 방식이 달라진다.

구체적으로, 작업자는 상기 전동공구의 외부로 돌출된 리버스 노브를 조작하여 상기 샤프트의 회전 방향을 제어한다. 작업자가 상기 리버스 노브를 일방향으로 가압하면 샤프트가 시계 방향으로 회전하게 되고, 상기 리버스 노브를 타방향으로 가압하면 상기 샤프트가 반시계 방향으로 회전한다.

대한민국 공개특허공보 제2010-0048766호(2010. 05. 11. 공개)에는, 전동공구의 내부 구성이 도시되어 있다. 본 문헌에서는, 모터와 결합하고 복수의 블레이드를 가지는 임펠러가 도시되어 있다. 상기 모터는 전동공구의 내부에 배치되고 상기 모터에서 발생되는 열을 냉각시키도록 공기의 이동 방향을 가이드 하는 임펠러와 결합한다. 따라서, 전동공구를 작동하기 위해 작업자가 리버스 노브를 제 1 방향으로 가압하면 모터와 결합하는 샤프트가 일방향으로 회전하게 되고, 상기 리버스 노브와 연결되는 임펠러 역시 일방향으로 회전하게 된다. 이와 반대로, 작업자가 상기 리버스 노브를 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 가압하면 상기 샤프트와 임펠러는 타방향으로 회전하게 된다.

상기 임펠러의 주된 기능은 전동공구의 사용시 코일에서 발생하는 열을 냉각시키는 것이다. 다만, 샤프트의 회전 방향에 따라 상기 임펠러의 회전 방향이 변경되면, 코일을 냉각시키는 효율이 현저하게 저하된다. 구체적으로, 상기 임펠러의 회전 방향이 변경되면 상기 임펠러의 회전 속도가 감소하는 단계를 거치게 되고, 이에 따라 상기 임펠러의 주 기능인 코일의 냉각 효율이 저하되는 것이다.

대한민국 공개특허공보 제2008-0108113호(2008. 12. 11. 공개)에는, 센서에서 감지되는 정보를 통해 모터의 작동 여부를 결정하는 제어부가 개시되어 있다. 상기 제어부는 상기 센서의 검출 결과를 기초로 모터에 구동 신호를 전달한다.

본 문헌에서는, 상기 모터와 임펠러가 서로 결합되는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 상기 모터의 회전 방향에 따라 상기 임펠러의 회전 방향이 달라지므로 상기 임펠러의 주 기능인 코일의 냉각 효율이 저하되는 것이다.

또한, 상기 임펠러는 모터의 폭 방향에 수직하는 방향을 따라 상기 모터의 외면에 결합한다. 즉, 종래에는 일자형 블레이드를 가지는 임펠러를 사용하였고, 상기 임펠러는 코일을 냉각시키는 효율이 우수하지 못한 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2010-0048766호(2010. 05. 11. 공개) 대한민국 공개특허공보 제2008-0108113호(2008. 12. 11. 공개)

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계와 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 모터가 제공하는 동력에 의해 회전하는 샤프트의 회전 방향과 무관하게 일방향으로 회전하는 복수의 블레이드를 가지는 임펠러를 제공하고, 상기 임펠러의 일 구성인 블레이드는, 상기 블레이드와 결합하는 바디의 폭 방향으로 연장되는 연장선을 기준으로 소정 각도 경사진 상태로 상기 바디와 결합하는 전동공구를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 동력을 공급하는 모터, 상기 모터의 출력축에 결합되어 상기 모터의 구동에 따라 회전하는 샤프트, 상기 샤프트에 연결되어 함께 회전함으로써 상기 모터를 냉각하는 임펠러, 상기 샤프트에 결합된 구동기어, 상기 임펠러의 내주면에 형성되어, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 구동기어와 결합되고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 구동기어와의 결합이 해제되는 제 1 종동기어 및 상기 임펠러의 외주면에 형성되어, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 구동기어와 분리된 상태이고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 구동기어와 기어열을 통하여 연결되는 제 2 종동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구를 제공한다.

제안되는 본 발명에 따르면, 모터와 연결되는 샤프트의 회전 방향에 따라 임펠러와 맞물리는 기어의 종류가 달라지므로 상기 샤프트가 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 방향으로 회전하더라도 상기 임펠러가 일방향으로만 회전하게 되어 코일의 냉각 성능이 향상되는 장점이 있다.

또한, 상기 임펠러는 상기 모터의 후방에 배치된 상태로 상기 모터의 회전 방향과 무관하게 일방향으로 회전하므로, 상기 코일의 냉각 효율을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 임펠러의 일 구성인 블레이드는, 상기 블레이드와 결합하는 바디의 폭 방향으로 연장되는 연장선을 기준으로 소정 각도 경사진 상태로 상기 바디와 결합하므로 상기 코일에 보다 원활하게 바람이 이동하게 되어 상기 코일의 효율적인 냉각을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러의 일방향 회전 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 상기 임펠러의 일방향 회전 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 상기 임펠러의 일방향 회전 장치 중 코일 냉각 기능을 가지는 임펠러를 구동시키기 위한 임펠러 구동 수단을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 모터와 연결되는 샤프트의 회전 방향에 따라 상기 회전 장치의 동작이 달라지는 모습을 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 5a 및 도 5b는 상기 샤프트의 회전 방향에 따라 복수의 기어가 작동하는 모습을 개략적으로 보여주는 정면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러의 일방향 회전 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 2는 상기 임펠러의 일방향 회전 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다. 도 3은 상기 임펠러의 일방향 회전 장치 중 코일 냉각 기능을 가지는 임펠러를 구동시키기 위한 임펠러 구동 수단을 개략적으로 보여주는 사시도이다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 전동공구의 임펠러를 일방향으로 회전시키기 위한 회전 장치(1)는, 상기 전동공구의 내부에 배치되어 동력을 제공하는 모터(10)를 포함한다. 상기 모터(10)는, 코일(11), 코어(12) 및 상기 코일(11)과 코어(12)를 감싸는 스테이터(13)로 구성된다. 작업자가 전동공구를 장시간 동안 사용하게 되면, 상기 코일(11)에 열이 발생하게 된다. 따라서, 코일(11)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 상기 회전 장치(1)에는 블레이드(211)를 가지는 임펠러(21)가 구비된다.

임펠러 구동 수단(20)은 상기 코일(11) 방향으로 공기를 이동시키는 임펠러(21)와, 복수의 기어로 구성되고 상기 임펠러(21)의 회전 방향을 가이드 하는 복수의 기어를 포함한다. 상기 임펠러(21)는 원기둥 형상을 가지는 바디(210)와, 상기 바디(210)의 일측으로부터 일방향으로 돌출되는 제 1 종동기어(216)와 제 2 종동기어(217)로 구성된다. 또한, 상기 바디(210)의 외면에는 복수의 블레이드(211)가 소정 간격으로 이격하게 결합된다.

상기 복수의 블레이드(211)의 일면에는, 상기 바디(210)와 결합하는 결합부(213)가 형성된다. 상기 결합부(213)는 상기 바디(210)의 원주면이 연장되는 방향으로 도시된 연장선(215)을 기준으로 θ의 각도로 경사진 상태로 상기 바디(210)의 외면에 결합한다(도 3 참조). 상기 바디(210)의 원주면이 연장되는 방향은 상기 상기 바디(210)의 폭 방향을 의미한다.

따라서, 회전 장치(1)의 내부를 순환하는 공기가 상기 블레이드(211)의 정압면을 통과하여 상기 모터(10), 구체적으로는 상기 코일(11)로 이동하게 되어 냉각 성능을 발휘하게 된다.

상기 임펠러(21)는 복수의 기어에 의해 구동된다. 구체적으로, 상기 복수의 기어는 상기 임펠러(21)의 내면에 형성되는 제 1 종동기어(216)와 선택적으로 결합 가능하고 샤프트(30)와 결합하는 구동기어(221)와, 상기 임펠러(21)의 외면에 형성되는 제 2 종동기어(217)와 결합하는 스퍼 기어(223)와, 상기 스퍼 기어(223)와 결합하는 아이들 기어(222)를 포함한다.

도 2에 도시된 것처럼, 상기 스퍼 기어(223)는 서로 다른 외경의 크기를 가지는 복수의 원기둥의 조합으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 구동기어(221)의 중앙에는, 모터(10)의 동력에 따라 회전하는 샤프트(30)가 관통된다. 상기 샤프트(30)는 상기 구동기어(221)와, 모터(10)와, 정류자(50)와, 와셔(60)의 중앙 부분을 순차적으로 관통할 수 있다. 또한, 상기 스퍼 기어(223)는, 일측이 리버스 노브(80)와 연결되는 홀더(41)와 결합한다. 따라서 작업자가 상기 리버스 노브(80)를 일 방향으로 가압하면 상기 홀더(41)에 의해 상기 스퍼 기어(223)가 일 방향으로 이동하게 되고, 상기 스퍼 기어(223)와 맞물림 결합되는 아이들 기어(222)와 임펠러(21) 역시 일 방향으로 이동하게 되는 것이다. 또한 상기 홀더(41)의 외주 일부에는, 상기 리버스 노브(80)의 일 방향 가압시 완충력을 제공하는 탄성부재(42)가 설치될 수 있다.

이하에서는, 모터(10)에서 제공하는 동력에 의해 회전하는 샤프트(30)의 회전 방향에 따라 상기 임펠러 구동 수단(20)이 작동하는 방식에 대하여 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 샤프트의 회전 방향에 따라 상기 회전 장치의 동작이 달라지는 모습을 개략적으로 보여주는 측면도이고, 도 5a 및 도 5b는 샤프트의 회전 방향에 따라 복수의 기어가 작동하는 모습을 개략적으로 보여주는 정면도이다.

도 4a와 도 5a에 도시된 것처럼, 작업자가 리버스 노브(80)를 일 방향으로 가압하면, 도면에 도시된 공기의 이동 방향을 기준으로 볼 때 샤프트(30)가 시계 방향으로 회전하게 된다. 다시 말하면, 리버스 노브(80)의 일 방향 가압시 상기 모터(10)는 구동력을 제공하게 되고, 상기 모터(10)의 중앙을 관통하는 샤프트(30)가 시계 방향으로 회전하게 되는 것이다. 상기 일 방향이란, 공기의 이동 방향의 반대 방향인 후방에서 전방을 향하는 방향을 의미한다(도 4a 및 5a 참조).

상기 샤프트(30)는 상기 구동기어(221)와 결합된다. 따라서 상기 구동기어(221)는 상기 샤프트(30)와 마찬가지로 시계 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 임펠러(21)의 일 구성인 제 1 종동기어(216)와 상기 구동기어(221)가 서로 맞물림 결합이 이루어진다. 따라서, 상기 임펠러(21)는 상기 구동기어(221)의 회전 방향과 동일하게 시계 방향으로 회전하게 된다. 이 때, 상기 임펠러(21)의 외면에 형성되는 제 2 종동기어(217)와 맞물림 결합되는 스퍼 기어(223)는 반시계 방향으로 회전하고, 상기 스퍼 기어(223)와 맞물림 결합되는 아이들 기어(222)는 시계 방향으로 회전한다. 다만, 상기 스퍼 기어(223)와 아이들 기어(222)는 상기 임펠러(21)의 회전 방향에 영향을 주지 않는다.

이와 반대로, 작업자가 리버스 노브(80)를 타 방향으로 가압하면, 공기의 이동 방향을 기준으로 볼 때 상기 샤프트(30)가 반시계 방향으로 회전하게 된다. 상기 타 방향이란, 상기 일 방향의 반대 방향으로서 공기의 이동 방향과 동일한 방향인 전방에서 후방으로 향하는 방향을 의미한다(도 4b 및 5b 참조). 따라서 상기 샤프트(30)와 맞물림 결합되는 구동기어(221)는 상기 샤프트(30)와 마찬가지로 반시계 방향으로 회전하게 된다.

상기 리버스 노브(80)가 타 방향으로 이동하면, 상기 스퍼 기어(223), 아이들 기어(222) 및 임펠러(21)가 모두 타 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 상기 리버스 노브(80)가 타 방향으로 이동함에 따라 상기 구동기어(221)와 제 1 종동기어(216)의 맞물림 결합이 해제되고, 상기 구동기어(221)는 상기 아이들 기어(222)와 맞물림 결합이 이루어진다(도 4b 참조).

도 5b를 참조하여 임펠러 구동 수단(20)의 작동을 자세히 설명하면, 상기 샤프트(30)의 반시계 방향 회전시, 구동기어(221)는 반시계 방향으로 회전하고, 상기 구동기어(221)와 맞물림 결합되는 아이들 기어(222)는 시계 방향으로 회전한다. 그리고, 상기 아이들 기어(222)와 맞물림 결합되는 스퍼 기어(223)는 반시계 방향으로 회전하고, 상기 스퍼 기어(223)와 맞물림 결합되는 임펠러(21)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 즉, 상기 샤프트(30)의 반시계 방향 회전시, 상기 제 2 종동 기어(217)는 아이들 기어(222)와 스퍼 기어(223)를 통하여 상기 구동기어(221)와 연결된다. 따라서 상기 아이들 기어(222)와 스퍼 기어(223)는 상기 임펠러(21)의 회전 방향을 가이드 하는 기어열이라 할 수 있다.

따라서, 상기 모터(10)가 제공하는 구동력에 의해 샤프트(30)가 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 방향으로 회전하더라도 상기 임펠러(21)는 시계 방향으로만 회전하므로 코일(11)에 공기를 원활하게 이동시킬 수 있어서 상기 코일(11)의 냉각 효율이 상승하는 효과가 있다.

또한, 상기 모터(10)는 공기의 이동 방향을 기준으로 상기 임펠러(21) 보다 상대적으로 후방에 위치한다. 따라서 상기 임펠러(21)에 의해 공기의 이동 방향이 전방에서 후방으로 가이드 되어 상기 코일(11)의 냉각이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있는 것이다.

본 실시 예에서는, 상기 임펠러(21)가 시계 방향으로만 회전하는 것으로 설명하였으나, 샤프트(30)의 회전 방향과 무관하게 상기 임펠러(21)의 일방향 회전이 이루어진다면 상기 임펠러(21)가 반시계 방향으로만 회전하도록 상기 회전 장치(1)의 내부 구조를 변경하는 것도 가능하다 할 것이다.

또한 본 실시 예에서는, 임펠러 구동 수단(20)을 작동하기 위한 구성으로서 작업자에 의해 조작이 가능한 리버스 노브(80)를 예로 들어 설명하였으나, 상기 임펠러 구동 수단(20)의 작동 방식이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 회전 장치(1)의 내부에 전자 제품인 소형 모터를 추가로 장착하여 상기 임펠러 구동 수단(20)을 작동시킬 수 있다. 다른 예로, 상기 회전 장치(1)의 내부에 상기 리버스 노브(80)의 이동을 감지하는 센서부를 장착하고, 상기 센서부에서 감지된 정보에 따라 소형 모터를 구동하여 상기 임펠러 구동 수단(20)을 작동시킬 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되고, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 모터
20: 임펠러 구동 수단
21: 임펠러
30: 샤프트
80: 리버스 노브

Claims (3)

1. 동력을 공급하는 모터;
   상기 모터에 결합되어 상기 모터의 구동에 따라 회전하는 샤프트;
   상기 샤프트에 연결되어 함께 회전함으로써 상기 모터를 냉각하는 임펠러;
   상기 샤프트에 결합된 구동기어;
   상기 임펠러의 내주면에 형성되어, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 구동기어와 결합되고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 구동기어와의 결합이 해제되는 제 1 종동기어; 및
   상기 임펠러의 외주면에 형성되어, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 구동기어와 분리된 상태이고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 구동기어와 기어열을 통하여 연결되는 제 2 종동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기어열은,
   상기 제 2 종동기어와 결합하는 스퍼 기어; 및
   상기 스퍼 기어와 결합하는 아이들 기어를 포함하고,
   상기 구동 기어는, 상기 샤프트가 정회전 할 때 상기 제 1 종동기어와 결합되고, 상기 샤프트가 역회전 할 때 상기 아이들 기어와 결합되는 것을 특징으로 하는 전동공구.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 임펠러는,
   복수의 블레이드 및 상기 복수의 블레이드와 결합하는 바디를 포함하고,
   상기 블레이드는, 상기 바디의 폭 방향으로 연장되는 연장선을 기준으로 소정 각도 경사진 상태로 상기 바디와 결합하는 것을 특징으로 하는 전동공구.

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