KR101840250B1 - 압축기 - Google Patents

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게리 킹
폴 애드리안 그래햄 제이콥
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

압축기는 프레임, 로터 조립체, 및 히트싱크 조립체를 포함한다. 로터 조립체는 히트싱크 조립체가 고정되는 베어링 조립체를 포함한다. 압축기는, 사용 중에, 공기가 프레임의 내부를 통해 흡인되도록 구성된다. 그러면, 히트싱크 조립체는, 공기가 히트싱크 조립체 위로 유동하도록, 베어링 조립체로부터 프레임을 통해 공기 경로 내로 반경방향으로 연장된다.

Description

압축기{COMPRESSOR}
본 발명은 압축기에 관한 것이다.
더 작은 크기의 압축기를 설계하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 더 작은 압축기는 더 작은 임펠러를 채용함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 더 작은 임펠러는 동일한 질량 유량을 달성하기 위해 더 빠른 속도로 회전 시켜야 한다. 더 빠른 회전 속도는 전형적으로 베어링의 수명을 감소시키고, 이것은 종종 압축기의 제 1 부품의 고장을 일으킨다. 결과적으로, 더 작은 압축기를 설계하기 위한 노력은 종종 수명의 문제로 곤궁에 처한다.
본 발명은 프레임, 로터 조립체, 및 히트싱크 조립체를 포함하는 압축기로서, 상기 로터 조립체는 히트싱크 조립체가 고정되는 베어링 조립체를 포함하고, 상기 압축기는 사용 중에 상기 프레임의 내부를 통해 공기가 흡인되도록 구성되고, 상기 히트싱크 조립체는, 상기 공기가 히트싱크 조립체 상으로 유동하도록, 상기 베어링 조립체로부터 상기 프레임을 관통하는 상기 공기 경로 내로 반경방향으로 연장되는, 압축기를 제공한다.
히트싱크 조립체는 베어링 조립체로부터 멀어지는 방향으로 열을 전달한다. 히트싱크 조립체는 압축기를 통해 공기 경로 내로 연장되므로, 히트싱크 조립체 및 베어링 조립체의 비교적 우수한 냉각이 달성될 수 있다. 그 결과, 베어링 조립체 및 이에 따라 압축기의 수명이 연장될 수 있다.
히트싱크 조립체는 베어링 조립체로부터 반경방향으로 연장되는 복수의 레그를 갖는 히트싱크를 포함할 수 있고, 공기는 인접하는 레그들 사이의 공간을 통해 축방향으로 유동할 수 있다. 그러면 이것은 프레임을 관통하는 공기의 유동을 불리하게 제한하지 않고 히트싱크가 공기 경로 내에 직접적으로 돌출하는 장점을 갖는다. 그 결과, 압축기의 성능에 불리한 영향을 주지 않고 베어링 조립체의 비교적 우수한 냉각이 달성될 수 있다.
레그는 베어링 조립체의 주위에 균등하게 이격될 수 있다. 그 결과, 열은 히트싱크로부터 주위 공기로 더욱 균등하게 전달될 수 있다. 히트싱크 조립체는 각각의 레그의 단부에서 프레임에 고정될 수 있다. 그러면 히트싱크 조립체는 프레임 내에서 로터 조립체를 지지하도록 작용한다. 베어링 조립체의 주위에 균등하게 레그를 이격시킴으로써, 로터 조립체의 진동은 레그들 사이에 균등하게 분배된다. 그 결과, 진동 및 이것에 의해 발생되는 특유의 소음이 감소된다.
각각의 레그의 폭은 베어링 조립체로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼를 이룰 수 있다. 각각의 레그의 온도 및 이에 따라 열전달 속도는 베어링 조립체로부터 멀어짐에 따라 감소된다. 따라서, 레그의 폭을 테이퍼링함으로써 히트싱크의 질량은 냉각에 불리한 영향을 주지 않고 감소될 수 있다. 그 결과, 더 경량이고 더 저렴한 압축기가 실현될 수 있다.
히트싱크 조립체는 대체로 디스크 형상인 히트싱크를 포함할 수 있고, 공기는 히트싱크의 표면 상에서 반경방향으로 유동할 수 있다. 디스크-형상의 히트싱크는 공기로 열을 전달할 수 있는 비교적 큰 표면적을 제공하는 장점을 갖는다.
히트싱크는 임펠러의 아래에 위치될 수 있고, 공기는 반경방향의 내측 방향으로 히트싱크 상에서 유동할 수 있다. 히트싱크는 임펠러의 아래에 위치됨으로써 임펠러를 수용하는 압축기의 일부로서의 역할을 할 수 있다. 비교적 적은 공기 이동이 임펠러의 아래에서 발생한다. 그러나, 임펠러로부터 배출되는 공기가 히트싱크 상에서 반경방향으로 유동하도록 복귀되도록 함으로써 히트싱크의 비교적 우수한 냉각이 달성될 수 있다. 이 점에 대해, 공기는 임펠러의 원위에 있는 히트싱크의 표면 상에서 반경방향으로 유동하는 것이 이해될 것이다.
히트싱크는 임펠러의 밑면 내로 돌출할 수 있다. 그러면 임펠러의 하측의 공동의 크기가 감소되는 이점이 얻어진다. 그 결과, 풍손(windage loss) 및/또는 다른 기생 손실이 감소될 수 있다.
히트싱크 조립체는 금속으로 형성될 수 있다. 금속은 전형적으로 비교적 높은 구조적 강도 및 높은 열전도율을 갖는다. 결과적으로, 히트싱크 조립체는 로터 조립체의 이동에 대해 비교적 우수한 저지를 제공할 수 있고, 그 결과 진동 및 소음을 감소시킬 수 있고, 뿐만 아니라 베어링 조립체의 비교적 우수한 냉각을 제공할 수 있다.
히트싱크 조립체는 샤프트의 열팽창 계수와 실질적으로 조화되는 열팽창 계수를 갖는 재료로 제조될 수 있다. 결과적으로, 베어링 조립체의 장착에 있어서 불리한 변화를 초래할 수 있는 히트싱크 조립체 및 샤프트의 불균일한 열팽창이 방지될 수 있다.
본 발명을 더 용이하게 이해할 수 있도록 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 일례로서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 압축기의 부등각투영도이고;
도 2는 압축기의 분해도이고;
도 3은 압축기의 프레임의 제 1 부등각투영도이고;
도 4는 압축기의 프레임의 제 2 부등각투영도이고;
도 5는 압축기의 슈라우드의 부등각투영 단면도이고;
도 6은 압축기의 로터 조립체의 부등각투영도이고;
도 7은 압축기의 히트싱크 조립체의 측면도이고;
도 8은 히트싱크 조립체의 제 1 부등각투영도이고;
도 9는 히트싱크 조립체의 제 2 부등각투영도이고;
도 10은 압축기의 스테이터 조립체의 부등각투영도이고;
도 11은 압축기의 부분조립체의 부등각투영도이고;
도 12는 압축기를 장착한 제품의 부등각투영도이고;
도 13은 압축기를 수용한 제품의 일부의 단면도이고;
도 14는 제품을 통해 유동하는 공기의 경로를 강조한 도13과 동일 단면도이다.
도 1 내지 도 11의 압축기는 프레임(2), 슈라우드(3), 로터 조립체(4), 히트싱크 조립체(5), 스테이터 조립체(6), 및 회로 조립체(7)를 포함한다.
프레임(2)은 대체로 원통의 형상을 갖고, 측벽(20), 단부벽(21), 상기 측벽(20)의 주위에 위치된 복수의 유입구(22), 복수의 포켓(23) 및 측벽(20)의 내면 상에 위치되는 복수의 채널(24), 단부벽(21)에 위치되는 중심 개구(25), 단부벽(21)의 주위에 위치되는 복수의 확산기 베인(26)을 포함한다. 포켓(23) 및 채널(24)은 측벽(20)의 내부를 따라 축방향으로 연장되는 리세스의 형태를 취한다. 리세스는 일단부(단부벽(21)의 원위)에서 개방되고, 타단부(단부벽(21)의 근위)에서 폐쇄된다. 단부벽(21)은 측벽(20)의 일단부에 위치되고, 주위에 확산기 베인(26)이 위치되는 애뉼러스(annulus)와 유사하다. 측벽(20)의 타단부는 개방되고, 복수의 프롱(prong; 28)이 형성되어 있다.
슈라우드(3)는 유입구(30), 확개된 내부 섹션(31), 평면의 외부 섹션(32) 및 외부 섹션(32)을 통해 연장되는 복수의 구멍(33)을 포함한다. 내부 섹션(31)은 로터 조립체(4)의 임펠러(41)를 차폐하고, 외부 섹션(32)은 프레임(2)의 단부벽(11)을 차폐한다. 각각의 확산기 베인(26)은 슈라우드(3)의 각각의 구멍(33)을 통해 연장되는 돌출부를 포함한다. 다음에 접착제(34)의 링(ring)은 베인(26)에 슈라우드(3)를 고정하고, 구멍(33)을 실링한다. 따라서 슈라우드(3) 및 단부벽(21)은 임펠러(41)를 둘러싸는 확산기(35)를 형성한다.
로터 조립체(4)는 임펠러(41), 베어링 조립체(42), 및 로터 코어(43)가 고정되는 샤프트(40)를 포함한다. 베어링 조립체(42)는 임펠러(41)와 로터 코어(43) 사이에 위치되고, 한 쌍의 베어링(44, 45) 및 스프링(46)을 포함한다. 스프링(46)은 2 개의 베어링(44, 45) 사이에 위치되고, 베어링(44, 45)의 각각에 예압(preload)을 가한다.
히트싱크 조립체(5)는 원통형 슬리브(50), 슬리브(50)의 일단부에 고정된 제 1 히트싱크(51) 및 슬리브(50)의 타단부에 고정된 제 2 히트싱크(52)를 포함한다. 제 1 히트싱크(51)는 대체로 디스크 형상을 갖고, 융기된 돔-형상의 중심(53) 및 평평한 외부 플랜지(54)를 포함한다. 제 2 히트싱크(52)는 박차의 로웰(rowel)과 유사하고, 복수의 레그가 반경방향 외측으로 연장되는 중심 허브(55)를 포함한다. 레그(56)들은 허브(55)의 주위에 균등하게 이격되어 있다. 인접하는 레그(56)들 사이의 각도는 히트싱크(52)의 모든 레그(56)에 대해 동일하다. 본 실시형태에서, 히트싱크(52)는 60 도로 이격된 6 개의 레그(56)를 갖는다. 각각의 레그(56)의 폭은 허브(55)로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼를 이루고 있다(즉, 점진적으로 가늘어짐).
히트싱크 조립체(5)는 로터 조립체(4)에 고정된다. 더 구체적으로, 슬리브(50)는 양자 모두의 베어링(44, 45)을 둘러싸고, 접착제에 의해 각각의 베어링(44, 45)에 고정된다. 임펠러(41)의 하측은 하면은 리세스를 갖고, 이것은 임펠러(41)의 질량을 감소시키는데 도움이 된다. 다음에 히트싱크 조립체(5)는 제 1 히트싱크(51)의 돔-형상의 중심(53)이 임펠러(41)의 하면 내로 돌출하도록 로터 조립체(4)에 고정된다. 이것에 의해 임펠러(41)의 하측의 공동의 크기가 감소된다. 그 결과, 풍손 및/또는 다른 기생 손실이 감소된다.
스테이터 조립체(6)는 한 쌍의 스테이터 코어(60, 61)를 포함하고, 각각의 스테이터 코어는 전기 권선(63)이 감겨져 있는 보빈(62) 및 이 권선(63)에 연결된 한 쌍의 단자 커넥터(64)를 포함한다. 스테이터 조립체(6)는 히트싱크 조립체(5)에 고정된다. 각각의 보빈(62)은 접착제에 의해 제 2 히트싱크의 2 개의 레그(56)에 고정된다. 보빈(62)의 접착점은 히트싱크(52)의 레그(56)와 완전히 정렬되지 않는다. 따라서, 스테이터 조립체(6)가 고정된 4 개의 레그(56)의 각각은 보빈(62)과 히트싱크(52) 사이에 접착제를 위한 앵커의 역할을 하는 작은 범프(bump; 57)를 포함한다.
로터 조립체(4), 히트싱크 조립체(5) 및 스테이터 조립체(6)를 포함하는 부분조립체(8)는 프레임(2) 내에 고정된다.\ 제 1 히트싱크(51)의 외부 플랜지(54)는 접착제의 링에 의해 프레임(2)의 단부벽(21)에 고정된다. 제 2 히트싱크(52)의 레그(56)의 각각은 접착제의 비드(bead)에 의해 각각의 포켓(23) 내에 고정된다. 마지막으로, 스테이터 코어(60, 61)의 모서리는 채널(24) 내에 위치되는 접착제에 의해 프레임(2)에 고정된다. 그러므로 부분조립체(8)는 제 2 히트싱크(52)의 레그(56)의 단부에서, 그리고 스테이터 코어(60, 61)의 모서리에서 제 1 히트싱크(51)의 외부 플랜지(54)의 주위의 프레임(2)에 고정된다.
회로 조립체(7)는 압축기(1)의 작동을 제어하기 위한 전자 부품(71)을 장착하는 회로 보드(70)를 포함한다. 회로 조립체(7)는 프레임(2) 및 스테이터 조립체(6)에 고정된다. 더 구체적으로, 회로 보드(60)는 접착제에 의해 프레임(2)의 프롱(28)에 고정되고, 스테이터 조립체(6)의 단자 커넥터(64)는 회로 보드(70)에 납땜된다.
이하에서 압축기(1)를 조립하는 방법을 설명한다.
먼저 히트싱크 조립체(5)는 로터 조립체(4)에 고정된다. 이것은 임펠러(41)의 근위의 베어링(44)의 주위에 접착제의 링을 도포하는 단계, 제 1 히트싱크(51)에 인접하는 단부에서 슬리브(50)의 내부의 주위에 활성제의 링을 도포하는 단계, 및 제 2 히트싱크(52)에 인접하는 단부에서 슬리브(50)의 내부의 주위에 추가의 접착제의 링을 도포하는 단계에 의해 달성된다. 다음에 슬리브(50)가 양자 모두의 베어링(44, 45)을 둘러쌀 때까지 로터 조립체(4)가 슬리브(50) 내에 삽입된다. 슬리브(50) 내의 활성제는 임펠러(41)에 인접하는 베어링(44)의 주위의 접착제를 경화시킨다. 다음에 자외선을 사용하여 로터 코어(43)에 인접하는 베어링(45)의 주위의 접착제를 경화시킨다. 그 결과 슬리브(50)가 양자 모두의 베어링(44, 45)에 부착된다.
다음에 스테이터 조립체(6)가 히트싱크 조립체(5)에 고정된다. 이것은 지그(jig)의 일부분 내에 스테이터 조립체(6)를 장착하고, 지그의 타부분에 로터-히트싱크 조립체(4, 5)를 장착함으로써 달성된다. 지그는 로터 조립체(4)와 스테이터 조립체(6) 사이, 그리고 더 구체적으로는 로터 코어(43)와 스테이터 코어(60, 61) 사이의 상대적 정렬을 보장한다. 다음에 접착제의 2 개의 작은 비드가 보빈(62)의 각각에 가해지고, 지그의 2 개의 부분은 보빈(62)이 제 2 히트싱크(52)의 레그(56)와 접촉하도록 결합된다. 다음에 접착제가 자외선을 이용하여 경화된다.
다음에 로터 조립체(4), 히트싱크 조립체(5) 및 스테이터 조립체(6)를 포함하는 부분조립체(8)가 프레임(2)에 고정된다. 부분조립체(8)는 지그의 일부분 내에 장착되고, 프레임(2)은 타부분 내에 장착된다. 지그는 로터 조립체(4)와 프레임(2) 사이, 그리고 더 구체적으로는 임펠러(41)와 확산기 베인(26)이 위치되는 단부벽(21) 사이의 상대적 정렬을 보장한다. 다음에 열경화성 접착제의 링이 프레임(2)의 단부벽(21)의 내면에 도포된다. 또한 열경화성 접착제의 비드는 프레임(2)의 포켓(23)의 각각에 도포된다. 다음에 부분조립체(8)가 개방 단부를 통해 프레임(2) 내에 삽입되도록 지그의 2 개의 부분이 결합된다. 제 1 히트싱크(51)의 외경은 임펠러(41)의 외경보다 크고, 따라서 히트싱크(51)의 외부 플랜지(54)는 임펠러(41)를 초과하여 반경방향으로 연장된다. 프레임(2)의 단부벽(21)의 중심 개구(25)의 직경은 임펠러(41)의 직경보다 크지만, 제 1 히트싱크(51)의 직경보다는 작다. 지그의 2 개의 부품이 결합될 때, 임펠러(41)는 중심 개구(25)를 통과한다. 다음에 제 1 히트싱크(51)의 외부 플랜지(54)는 단부벽(21)의 주위에 형성 접착제의 링과 접촉한다. 또, 제 2 히트싱크(52)의 레그(56)의 각각은 각각 포켓(23) 내에 삽입된다. 다음에 자외선 경화성 접착제가 스테이터 조립체(6)에 고정되지 않은 히트싱크(52)의 2 개의 레그(56) 상에 도포된다. 다음에 이들 2 개의 접착제 비드는 프레임(2)에 부분조립체(8)를 일시적으로 유지하기 위해 경화된다. 다음에 추가의 열경화성 접착제가 프레임(2)의 채널(24) 내에 주입되고, 이것은 프레임(2)에 스테이터 코어(60, 61)의 모서리를 고정하도록 작용한다. 다음에 프레임(2) 및 부분조립체(8)는 지그로부터 제거되고, 열경화성 접착제를 경화시키기 위해 오븐 내에 설치된다.
다음에 슈라우드(3)가 프레임(2)에 고정된다. 마찬가지로, 슈라우드(3)는 지그의 일부품에 장착되고, 프레임(2) 및 부분조립체(8)는 지그의 타부품에 장착된다. 지그는 슈라우드(3)와 로터 조립체(4) 사이, 더 구체적으로 슈라우드(3)와 임펠러(41) 사이의 상대 정렬을 보장한다. 지그는 슈라우드(3) 내의 구멍(33)과 프레임(2)의 확산기 베인(26) 사이의 상대 정렬을 보장한다. 다음에 슈라우드(3)가 임펠러(41) 및 프레임(2)의 단부벽(21)을 차폐하도록 지그의 2 개의 부품이 결합된다. 슈라우드(3)의 외부 섹션은 확산기 베인(26) 상면에 접촉 및 지지되고, 각각 돌출부는 각각의 구멍(33)을 통해 돌출한다. 다음에 접착제(34)의 링이 슈라우드(3)의 주위에 도포되고, 이것은 돌출부에 슈라우드(3)를 고정하는 작용 뿐만 아니라 구멍(33)을 실링하는 작용을 한다. 다음에 접착제가 공 중에서 경화하도록 허용된다.
마지막으로 회로 조립체(7)는 프레임(2) 및 스테이터 조립체(6)에 고정된다. 회로 조립체(7)는 지그의 일부품에 장착되고, 슈라우드(3), 프레임(2) 및 부분조립체(8)는 지그의 타부품에 장착된다. 회로 보드(70)의 주변의 주위의 지점들에 소수의 접착제 비드가 가해진다. 다음에 단자 커넥터(64)가 회로 보드(70) 내의 구멍을 관통하도록, 그리고 회로 보드(70)가 프레임(2)의 프롱(28)과 접촉하도록, 지그의 2 개의 부품이 결합된다. 다음에 접착제가 경화되고, 단자 커넥터(64)는 회로 보드(70)에 납땜된다. 다음에 완성된 압축기(1)가 지그로부터 제거된다.
이러한 조립 방법과 관련된 몇 가지 장점이 있다.
첫째, 로터 조립체(4)는 프레임(2) 내에 로터 조립체(4)를 고정하기 전에 완성된 유닛으로서 균형을 취할 수 있다. 이것은 로터 조립체(4)가 히트싱크 조립체(5)에 의해 프레임(2)에 고정되므로 가능하다. 더욱이, 제 1 히트싱크(51)는 임펠러(41)의 외경보다 큰 외경을 갖고, 프레임(2)의 단부벽(21) 내의 개구(25)는 임펠러(41)의 직경보다 크지만 제 1 히트싱크(51)의 직경보다 작다. 이것에 의해 로터 조립체(4)는 삽입되어, 완성된 유닛으로서 프레임(2)과 고정될 수 있다. 종래의 압축기에 있어서, 프레임 내에 로터 조립체의 다양한 부품을 조립하는 것이 종종 필요하다. 따라서, 개개의 부품은 균형을 취할 수 있으나, 완성된 로터 조립체는 대체로 균형을 취할 수 없다.
둘째, 로터 조립체(4)는 스테이터 조립체(6), 확산기(35), 및 슈라우드(3)와 더 양호하게 정렬될 수 있다. 종래의 압축기에 있어서, 전형적으로 로터 조립체와 스테이터 조립체는 별개의 조립체로서 프레임에 고정된다. 그러나, 일단 로터 조립체가 프레임 내에 고정되면, 로터 조립체에 대해 스테이터 조립체를 정렬함과 동시에 스테이터 조립체를 고정하는 것은 일반적으로 어렵다. 로터 조립체와 스테이터 조립체의 정렬의 허용오차로 인해, 로터 코어가, 허용오차 한계에서, 스테이터 코어와 접촉하지 않고 자유롭게 회전하는 것을 보장하기 위해, 로터 코어와 스테이터 코어 사이에 더 큰 공극이 요구된다. 그러나, 더 큰 공극은 자기 저항을 증가시키는 단점을 갖는다. 위에서 설명된 조립 방법에 있어서, 스테이터 조립체(6)는 먼저 로터 조립체(4)에 대해 정렬되고, 다음에 히트싱크 조립체(5)에 고정된다. 다음에 로터 조립체(4), 히트싱크 조립체(5) 및 스테이터 조립체(6)를 포함하는 부분조립체(8)는 프레임(2)에 고정되고, 이때 로터 조립체(4)는 단부벽(21) 및 확산기 베인(26)에 대해 정렬된다. 히트싱크 조립체(5)가 로터 조립체(4) 및 스테이터 조립체(6)의 양자 모두에 고정되므로, 히트싱크 조립체(5)는 로터 조립체(4) 및 스테이터 조립체(6) 사이에서 상대적 정렬을 유지한다. 결과적으로, 로터 조립체(4)가 프레임(2)에 대해 정렬된 경우, 스테이터 조립체(6)와의 정렬이 유지된다. 그러므로 로터 코어(43)와 스테이터 코어(60, 61) 사이에 더 작은 공극이 채용될 수 있다.
이제 이 특별한 실시예에서 휴대형 진공 청소기인 도 12 내지 도 14에 도시된 제품(100)을 참조하여 압축기(1)의 작동을 설명한다.
제품(100)은 하우징(101)을 포함하고, 이 하우징(101) 내에 압축기(1)가 축방향 마운트(110) 및 반경방향 마운트(120)에 의해 장착된다. 마운트(110, 120)의 각각은 탄성중합체 재료로 형성되고, 압축기(1)에 의해 발생되는 진동으로부터 하우징(101)을 절연시키는 작용을 한다. 축방향 마운트(110)는 슈라우드(3)의 형상과 유사한 형상을 갖고, 슈라우드(3)의 상면에 고정된다. 반경방향 마운트(120)는 슬리브(121), 이 슬리브(121)의 일단부에 위치되는 립 시일(122), 및 이 슬리브(121)를 따라 연장되는, 그리고 이 슬리브(121)의 주위에 이격되어 있는 복수의 축방향 리브(123)를 포함한다. 반경방향 마운트(120)는 압축기(1)의 프레임(2)의 주위에 고정된다. 더 구체적으로, 슬리브(121)는 립 시일(122)이 측벽(2) 내에서 유입구(22)의 하측에 위치되도록 프레임(2)의 측벽(20)을 둘러싼다.
하우징(101)은 전방 섹션(102) 및 후방 섹션(103)을 포함하고, 이들은 함께 압축기(1)가 내장되는 대체로 원통형인 리세스(104)를 형성한다. 전방 섹션(102)은 압축기(1)로 공기가 유입되는 유입구(105)를 포함하고, 후방 섹션(103)은 압축기(1)로부터 공기가 배출되는 복수의 배기구(106)를 포함한다. 축방향 마운트(110) 압축기(1)와 유입구(105) 사이에 실링을 형성하도록 전방 섹션(102)의 단부벽(107)에 맞닿는다. 또, 반경방향 마운트(120)는 립 시일(122)이 압축기(1)와 측벽(108) 사이에 실링을 형성하도록 전방 섹션(102)의 측벽(108)에 맞닿는다.
작동 중에 공기는 슈라우드 유입구(30)를 통해 압축기(1) 내에 도입된다. 공기는 임펠러(41)에 의해 외방향으로 원심력을 받아서 프레임(2)과 슈라우드(3) 사이에 형성된 확산기(35)를 통과한다. 다음에 공기는 프레임(2)과 주변의 슈라우드(3) 사이의 축방향 간극에 의해 형성되는 환형 개구(36)를 통해 압축기(1)로부터 배출된다. 공기는 압축기(1)로부터 배출되자마자 프레임(2)의 측벽(20) 내의 유입구(22)를 통해 압축기(1)로 재유입된다. 다음에 공기는 압축기(1)의 내부를 통과하고, 그 결과 공기는 히트싱크 조립체(5)를 냉각시키는 작용을 한다. 공기는 제 1 히트싱크(51) 상에서 반경방향으로 유동하고 슬리브(50) 및 제 2 히트싱크(52) 상에서 축방향으로 유동한다. 제 2 히트싱크(52)의 레그(56)는 압축기(1)를 통과하는 공기의 경로 내에 직접적을 연장된다. 그 결과, 제 2 히트싱크(52)의 냉각은 매우 효과적이다. 공기는 히트싱크(52)의 레그(56)를 통과한 후에 스테이터 조립체(6) 상으로 유동하여 이것을 냉각시킨다. 마지막으로, 공기는 회로 조립체(7)에 의해 반경방향으로 방향을 바꾸고, 그 즉시 공기는 회로 보드(70)와 프레임(2)의 측벽(20) 사이의 간극(72)을 통해 압축기(1)로부터 배출된다. 공기는 회로 조립체(7) 상에서 유동할 때 회로 조립체(7)의 전기 부품(71)을 냉각시킨다. 특히, 회로 조립체(7)는 스테이터 조립체(6)의 권선(63)을 통하는 전류의 흐름을 제어하기 위해 사용되는 전원 스위치를 포함한다. 스위치에 의해 전도되는 전류의 크기로 인해, 스위치는 비교적 높은 수준의 열을 발생하는 경향이 있다.
히트싱크 조립체(5)는 적어도 3 가지 유용한 기능을 제공한다.
첫째, 히트싱크 조립체(5)는 프레임(2) 내에서 로터 조립체(4)를 지지한다. 이 점에 있어서, 로터 조립체(4)는 임의의 다른 수단에 의해 프레임(2)에 고정되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 히트싱크 조립체(5)를 제공함으로써 로터 조립체(4)는 프레임(2)에 고정되기 전에 완성된 유닛으로서 균형을 취할 수 있다. 더욱이, 히트싱크 조립체(5)는 압축기(1)의 조립을 단순화시킴과 동시에 로터 조립체(4)에 대한 비교적 우수한 지지를 제공한다. 이 점에 있어서, 로터 조립체(4)는 임펠러(41)와 로터 코어(43) 사이에 위치되는 베어링 조립체(42)를 포함하는 것에 주목해야 한다. 이것은 로터 조립체(4)의 비교적 짧은 축방향 길이가 달성될 수 있다는 장점을 갖는다. 더욱이, 베어링 조립체(42)는 2 개의 이격된 베어링(44, 45)을 포함한다. 이것은 나아가 샤프트의 타단부에 위치되는 2 개의 베어링에 비해 로터 조립체(4)의 강직성을 향상시키는 추가의 장점을 갖는다. 만일 히트싱크 조립체(5)가 생략되고, 로터 조립체(4)가 프레임(2)에 직접 고정된다면, 프레임(2)에 베어링(44, 45)의 각각을 고정해야 할 것이다. 그러면, 프레임(2) 내에 완성된 유닛으로서의 로터 조립체(4)를 삽입하는 것이 곤란하거나 실제로 불가능한 것으로 판명될 것이다.
히트싱크 조립체(5)는 프레임(2)에 각각 고정되는 2 개의 히트싱크(51, 52)를 포함한다. 히트싱크(51, 52)는 축방향으로 이격되고, 따라서 프레임(2)에 대한 로터 조립체(4)의 반경방향 이동은 축방향으로 이격된 2 개의 평면 내에서 저지된다. 그 결과, 로터 조립체(4)의 진동 및 발생되는 특유의 소음이 감소된다. 제 2 히트싱크(52)의 레그(56)는 슬리브(121)의 주위에 균등하게 이격된다. 결과적으로, 로터 조립체(4)의 진동은 레그(56)들 사이에 균등하게 분배된다. 그 결과 이것은 특정 방향으로 발생하는 과도한 진동을 방지한다. 제 1 히트싱크(51)는 프레임(2)의 단부벽(21)의 내부에 고정되고, 제 2 히트싱크(52)는 프레임(2)의 포켓(23) 내에 고정된다. 따라서, 히트싱크 조립체(5)는 반경방향 이동 외에도 임펠러(41)에 의해 발생되는 축방향 추력을 저지한다.
둘째, 히트싱크 조립체(5)는 베어링 조립체(42)로부터 멀어지는 방향으로 열을 전달한다. 그 결과, 베어링 조립체(42) 및 이에 따라 압축기(1)의 수명이 연장된다. 제 1 히트싱크(51)는 디스크 형상이므로 주위 공기로 열을 전달할 수 있는 비교적 큰 표면적을 제공한다. 반면에 제 2 히트싱크(52)는 복수의 레그(56)를 포함한다. 그 결과 이것은 공기가 히트싱크(52)의 레그(56)들 사이에 유동하는 것을 가능하게 한다. 본 실시형태에서, 레그(56)는 압축기(1)를 통해 축방향으로 유동하는 공기의 경로 내로 반경방향으로 연장된다. 그 결과, 제 2 히트싱크(52)와 주위 공기 사이에 비교적 우수한 열 전달이 달성된다. 히트싱크(52)의 레그(56)는 유동 경로에 제약을 발생시킨다. 이 제약의 크기는 히트싱크 조립체(5)로부터 공기로 열이 전달되는 속도 뿐만 아니라 압축기(1)의 성능(예를 들면, 질량 유량 및/또는 효율)에 영향을 준다. 그러므로 레그(56)의 수, 크기 및 배열은 압축기(1)의 성능에 불리한 영향을 주지 않고 냉각을 최대화하도록 선택된다. 레그(56)는 슬리브(121)의 주위에 균등하게 이격되고, 이것은 열이 히트싱크(52)로부터 주위 공기로 더 균등하게 전달되는 것을 보장하도록 도와준다. 또, 각각의 레그(56)의 폭은 슬리브(50)로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼를 이룬다. 각각의 레그(56)의 온도 및 이에 따라 열전달 속도는 슬리브(50)로부터 멀어짐에 따라 감소된다. 레그(56)의 폭을 테이퍼링함으로써 히트싱크(52)의 질량은 베어링 조립체(42)의 냉각에 불리한 영향을 주지 않고 감소될 수 있다. 그 결과, 더 경량이고 더 저렴한 압축기(1)가 실현될 수 있다.
셋째, 히트싱크 조립체(5)는 프레임(2)에 부분조립체(8)를 고정시킬 때 로터 조립체(4)와 스테이터 조립체(6) 사이에서 정렬을 유지한다. 그 결과, 로터 조립체(4)는 프레임(2) 내에서 정렬될 수 있고, 동시에 스테이터 조립체(6)와의 정렬을 유지할 수 있다. 그러므로 로터 조립체(4)와 스테이터 조립체(6) 사이, 및 로터 조립체(4), 확산기(35)와 슈라우드(3) 사이에 비교적 우수한 정렬이 달성될 수 있다.
히트싱크 조립체(5)는 강으로 제조되고, 상이한 필요조건, 즉 구조적 강도, 열전도율, 열팽창율 및 비용의 균형을 따르도록 선택되었다. 히트싱크 조립체(5)는 프레임(2) 내에서 로터 조립체(4)를 고정하도록 사용되고, 히트싱크 조립체(5)의 구조적 강도는 로터 조립체(4)의 진동을 최소화하기 위해 중요하다. 히트싱크 조립체(5)의 열전도율은 베어링 조립체(42)로부터 열을 제거하기 위해 분명히 중요하다. 베어링(44, 45)은 샤프트(40) 및 히트싱크 조립체(5)의 슬리브(50)에 고정된다. 결과적으로, 샤프트(40)와 슬리브(50)의 불균일한 열팽창은 베어링(44, 45)의 외륜에 대한 내륜의 이동을 유발시킬 수 있다. 이것은 결굴 베어링(44, 45)의 예압의 불리한 변화를 초래할 수 있다. 따라서, 히트싱크 조립체(5)의 열팽창율은 베어링 조립체(42)의 수명을 결정함에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다. 이 때문에, 히트싱크 조립체(5)는 샤프트(40)의 열팽창 계수와 밀접하게 일치하는 열팽창 계수를 갖는 재료로 형성하는 것이 유리하다. 본 발명에서 강이 채용되었으나, 압축기(1)의 특정의 설계 필요조건에 부합하는 다른 재료가 사용될 수도 있다.
이상에서 특정의 실시형태가 설명되었으나, 청구항에 의해 한정된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한 압축기 및 그 조립 방법의 양자 모두에 대해 다양한 변경이 실시될 수 있다. 예를 들면, 위에서 설명된 실시형태에서 히트싱크 조립체는 3 가지 유용한 기능을 제공하는 것으로 설명되었다. 어쩌면, 압축기는 이들 기능 중 하나 또는 두 개만을 제공하는 히트싱크 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 히트싱크 조립체에 스테이터 조립체를 고정하기 보다, 스테이터 조립체는, 로터-히트싱크 조립체가 프레임에 고정된 후에, 프레임에 고정될 수 있다. 더욱이, 위에서 설명된 히트싱크 조립체는 2 개의 히트싱크를 포함하지만, 단일의 히트싱크를 사용하여 전술한 장점 중 하나 이상이 달성될 수 있다.

Claims (7)

  1. 프레임, 로터 조립체, 및 히트싱크 조립체를 포함하는 압축기로서, 상기 로터 조립체는 임펠러, 및 상기 히트싱크 조립체가 고정되는 베어링 조립체를 포함하고, 상기 압축기는 사용 중에 상기 프레임의 내부를 통해 공기가 흡인되도록 구성되고, 상기 히트싱크 조립체는 상기 임펠러 아래에 디스크 형상의 히트싱크를 포함하되, 상기 히트싱크는 상기 베어링 조립체로부터 상기 프레임을 관통하는 공기 경로 내로 반경방향으로 연장되어, 공기가 상기 히트싱크의 표면 위에서 반경방향으로 유동하게 되는, 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크 조립체는, 상기 베어링 조립체로부터 반경방향으로 연장되는 복수의 레그를 갖는 히트싱크를 포함하며, 공기가 인접하는 레그들 사이에서 축방향으로 유동하는, 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레그들은 상기 베어링 조립체의 주위에 균등하게 이격되어 있는, 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 레그의 폭은 상기 베어링 조립체로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼를 이루는, 압축기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기가 반경방향 내측으로 상기 디스크 형상의 히트싱크 위에서 유동하는, 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디스크 형상의 히트싱크는 상기 임펠러의 밑면 내로 돌출되는, 압축기.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트싱크 조립체는 슬리브를 포함하고, 상기 디스크 형상의 히트싱크가 상기 슬리브의 일단부에 고정되고, 및 제 2 히트싱크가 상기 슬리브의 반대측 단부에 고정되며, 상기 슬리브는 상기 베어링 조립체에 고정되고, 상기 제 2 히트싱크는 상기 슬리브로부터 반경방향으로 연장되는 복수의 레그를 포함하여, 상기 공기가 상기 제 2 히트싱크의 레그들 사이에서 축방향으로 유동하는, 압축기.
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