KR101942422B1 - 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조 - Google Patents

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KR101942422B1 KR1020170172073A KR20170172073A KR101942422B1 KR 101942422 B1 KR101942422 B1 KR 101942422B1 KR 1020170172073 A KR1020170172073 A KR 1020170172073A KR 20170172073 A KR20170172073 A KR 20170172073A KR 101942422 B1 KR101942422 B1 KR 101942422B1
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이병학
김민호
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주식회사 남원터보원
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Abstract

원통형의 모터케이싱(100); 로터(250)와 스테이터(200)를 포함하는 영구자석모터; 레프트백플레이트(400); 레프트캡(500); 라이트백플레이트(600); 베어링하우징(700); 임펠러(800); 스크롤볼루트(900); 스크롤덮개(100); 노즐(1100); 쿨링팬(1200); 팬스크롤(1300); 팬캡(1400);과, 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단 사이에 형성되어 공기의 입출을 방지하기 위한 폐쇄링(320); 및 스테이터(200)의 타측에 제1 냉각공기통과구멍(310)이 형성된 개방링(300)을 포함하며, 상기 모터케이싱(100)에 각각 하나 이상씩 형성되는 제1 외기 유입구(110) 및 제2 외기 유입구(120)를 포함하되, 상기 제1 외기 유입구(110)는 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단의 사이에 상응하는 위치에 형성되고, 상기 제2 외기 유입구(120)는 폐쇄링(320)과 스테이터(200)의 일측 사이에서 폐쇄링(320)에 가까운 위치에 상응하여 형성되는, 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조가 제공된다.

Description

터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조{COOLING STRUCTURE FOR PERMANENT MAGNET MOTOR OF TURBO BLOWER}
본 발명은 터보 블로어(turbo blower)에 관한 기술로서, 보다 구체적으로는 터보 블로어에 채용되는 영구자석모터(permanent magnet motor)의 효율적 냉각을 위한 냉각구조에 관한 것이다.
송풍기는 유체의 에너지를 발생시키는 기계장치를 말하는 것으로, 일반적으로 유체의 유동을 일으키는 임펠러와, 임펠러로 들어가고 나오는 유동을 안내하는 케이싱으로 이루어진다.
또한, 원심형 송풍기는 보통 임펠러 입구 유동은 회전축 방향이나 출구 유동은 회전축의 직각 방향이 되도록 나선형의 케이싱을 사용하는 경우와, 임펠러 입구 유동과 출구 유동이 둘 다 회전축 방향이 되도록 튜브형 케이싱을 사용하는 경우로 크게 구별된다.
원심 송풍기의 일종인 터보 블로워는 비교적 압력비가 큰 원심 송풍기를 말하는 것으로, 임펠러를 용기 속에서 고속 회전시켜 기체를 방사상(放射狀)으로 흐르게 하고, 원심력을 이용하는 원심 송풍기중에서 압력비가 작은 것을 원심형 통풍기, 터보 통풍기라 하고, 압력비가 그 이상의 것을 원심형 송풍기, 터보 송풍기라고 한다.
이러한 터보 블로워는 외관을 형성하는 본체, 본체 내부에 마련되어 실질적으로 공기의 가압이 이루어지는 구동부, 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 본체에 형성된 공기 유입구를 통해 본체 내부로 유입된 공기는 구동부를 통해 일정 압력 이상으로 가압된 후 배출된다. 그러나 종래에는 내부 구동부에서 발생하는 소음이 외부로 크게 전달되었으며, 구동부의 내부 구성품을 적절하게 냉각하기 위한 내부 구조가 마련되어 있지 않아 내부 구성품의 수명이 감소하여 전체 구동부의 내구성이 저감하는 단점이 발생하였다.
상기 구동부 내부의 냉각은 대개 임펠러로 유입되는 흡입 공기 또는 가스를 이용하는 방식으로 이루어지거나, 회전자와 고정자 사이에 형성되는 에어갭이나 고정자에 형성되는 냉각구멍 등을 통해 다량의 공기를 불어 넣는 방식이 사용된다.
그러나 전자의 방식은 냉각에 소요되는 동력이 작지만 냉각시스템 자체가 임펠러와 밀접하게 연동하는 구조를 갖기 때문에 임펠러에 대한 민감도가 매우 크다는 단점을 가지며, 냉각시스템의 특성상 터보기기의 전체적인 크기가 커지는 문제점을 갖는다.
반면 후자의 방식은 냉각팬을 이용하여 다량의 공기를 상당한 압력으로 불어넣는 구조이기 때문에 냉각 효율이 매우 낮은 단점을 갖는다. 따라서 후자의 방식을 이용하면서도 구동부(예를 들어, 영구자석모터) 냉각을 위한 냉각 효율을 높일 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 터보 블로어에 채용되는 영구자석모터(permanent magnet motor)의 효율적 냉각을 위한 냉각구조를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원통형의 모터케이싱(100); 로터(250)와 스테이터(200)를 포함하는 영구자석모터; 레프트백플레이트(400); 레프트캡(500); 라이트백플레이트(600); 베어링하우징(700); 임펠러(800); 스크롤볼루트(900); 스크롤덮개(100); 노즐(1100); 쿨링팬(1200); 팬스크롤(1300); 팬캡(1400);과, 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단 사이에 형성되어 공기의 입출을 방지하기 위한 폐쇄링(320); 및 스테이터(200)의 타측에 제1 냉각공기통과구멍(310)이 형성된 개방링(300)을 포함하며, 상기 모터케이싱(100)에 각각 하나 이상씩 형성되는 제1 외기 유입구(110) 및 제2 외기 유입구(120)를 포함하되, 상기 제1 외기 유입구(110)는 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단의 사이에 상응하는 위치에 형성되고, 상기 제2 외기 유입구(120)는 폐쇄링(320)과 스테이터(200)의 일측 사이에서 폐쇄링(320)에 가까운 위치에 상응하여 형성되는, 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조에 따르면, 터보 블로어에 채용되어 공기압축을 위한 구동력을 제공하는 영구자석모터에 관한 냉각 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 외관을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 터보 블로어에 관한 수직 단면도.
도 3 및 도 4는 도 1의 터보 블로어에서의 영구자석모터의 냉각 구조를 설명하기 위한 참조 도면들.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보 블로어의 외관을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 터보 블로어에 관한 수직 단면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 터보 블로어에 관한 수직 단면도이며, 도 3 및 도 4는 도 1의 터보 블로어에서의 영구자석모터의 냉각 구조를 설명하기 위한 참조 도면들이다.
또한, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보 블로어의 외관을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 터보 블로어에 관한 수직 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로워는, 원통형의 모터케이싱(100); 상기 모터케이싱의 내부에 내장되며, 중심부에 배치되는 로터(250)와 상기 로터 둘레에 배치되는 스테이터(200)를 포함하는 영구자석모터; 상기 로터 일측의 회전축과 결합되며 상기 로터 일측의 회전축이 통과하는 구멍이 형성되는 레프트백플레이트(400); 상기 레프트백플레이트와 일면이 결합되며, 타측이 스크롤볼루트에 결합되어 유체가 유출되지 않도록 하기 위한 씰(seal)을 포함하는 레프트캡(500); 상기 로터 타측과 쿨링팬 사이에 형성되는 라이트백플레이트(600); 상기 로터의 양측에 배치되며, 상기 로터의 회전을 지지하기 위한 베어링이 구비되는 베어링하우징(700); 상기 레프트캡의 일면에 형성되는 임펠러(800); 상기 임펠러의 일측을 감싸고 있으며, 임펠러에서 발생된 유동을 가이드하고, 유체의 운동에너지를 위치에너지로 변환시키기 위한 스크롤볼루트(900); 상기 임펠러를 감싸도록 상기 스크롤볼루트의 일측에 결합되며, 임펠러의 고속 회전시 공기 흐름을 원할하게 하여 유압을 발생시키는 스크롤덮개(100); 공기가 유입되는 유입구로서, 상기 스크롤덮개의 일측과 결합되는 노즐(1100); 상기 라이트백플레이트의 일측에 결합되는 쿨링팬(1200); 상기 쿨링팬을 감싸고 있으며, 유체를 외부로 토출시키기 위한 팬스크롤(1300); 상기 팬스크롤의 일측에 결합되어 공기가 유출되는 것을 방지하는 팬캡(1400)을 포함할 수 있다. 이는 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보 블로어의 경우에도 동일하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로워의 영구자석모터의 냉각 구조에 관하여 설명하면 다름과 같다.
도 1 내지 도 4를 참조할 때, 모터케이싱(100)에는 제1 외기유입구(110), 제2 외기유입구(120), 제3 외기유입구(130)가 그 모터케이싱의 둘레를 따라 각각 1개 이상씩 형성될 수 있다.
제1 외기 유입구(110)는, 모터케이싱(100) 중에서도, 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단의 사이(대략적으로 베어링하우징(700)이 배치되는 위치)에 상응하는 위치에 형성된다. 이때, 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단 사이에는 폐쇄링(320)이 형성됨으로써, 그 사이 공간을 통해서는 공기의 입출이 발생되지 않는다. 이러한 제1 외기 유입구(110)는 도 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 사전 지정된 폭 및 길이를 갖는 스트립라인(stripline) 형상을 가지면서 모터케이싱(100)의 외측 둘레를 따라 동일 이격 간격마다 복수 개 형성될수 있다.
이에 따라, 쿨링팬(1200)이 동작하게 되면, 제1 외기 유입구(110)를 통해 유입된 공기(도 3의 도면식별부호 A 참조)는 제2 공기유로(20)를 통해 일측 베어링하우징(700)을 냉각시킨 후, 로터(250)와 스테이터(200) 사이에 형성된 에어갭인 제3 공기유로(30)를 통해 로터와 스테이터를 냉각시킨다. 유입된 공기는 이후 연이어, 제4 공기유로(40)를 통해 타측 베어링하우징(700)을 냉각시키며, 쿨링팬(1200) 방향으로 공기의 유입이 가능하도록 형성된 제2 냉각공기통과구멍(330)을 거쳐 제5 공기유로(50)로 제공됨으로써 팬스크롤(1300)을 통해서 내부 순환한 후 외부로 토출되게 된다.
제2 외기 유입구(120)는 모터케이싱(100) 중에서도, 폐쇄링(320)과 스테이터(200)의 일측 사이에서 폐쇄링(320)에 가까운 위치(첨부된 도면을 기준으로 하면, 스테이터(200)의 좌측)에 상응하는 위치에 형성된다. 이때, 스테이터(200)의 타측(첨부된 도면을 기준으로 하면, 스테이터(200)의 우측)에는 제1 냉각공기통과구멍(310)이 형성된 개방링(300)이 형성된다. 이러한 제2 외기 유입구(120)는 도 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 원형의 홀(hole) 형상을 가지면서 모터케이싱(100)의 외측 둘레를 따라 동일 이격 간격마다 복수 개 형성될 수 있다.
이에 따라, 쿨링팬(1200)이 동작하게 되면, 제2 외기 유입구(120)를 통해 유입된 공기(도 4의 도면식별부호 B 참조)는 모터케이싱(100)과 스테이터(200) 사이의 공간에 형성되는 제1 공기유로(10)를 통해서 스테이터(200)의 상면을 냉각시킨 후, 제1 냉각공기통과구멍(310)과 제2 냉각공기통과구멍(330)을 거쳐 제5 공기유로(50)로 제공됨으로써 팬스크롤(1300)을 통해서 내부 순환한 후 외부로 토출되게 된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터보 블로어 영구자석모터의 냉각 구조에 의하면, 스테이터(200)의 하면 및 로터(250)의 외측면 전체를 냉각시키는 냉각 경로와 스테이터(200)의 상면을 냉각시키는 냉각 경로가 서로 분리되는 구조를 형성하고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 제3 외기 유입구(130)는 모터케이싱(100) 중에서도, 개방링(300)과 쿨링팬(1200) 사이에 상응하는 위치에 형성된다. 이에 따라, 쿨링팬(1200)이 동작하게 되면, 제3 외기 유입구(130)를 통해 유입된 공기(도 4의 도면식별부호 C 참조)는 타측 베어링하우징을 냉각시키고 제2 냉각공기통과구멍(330)을 거쳐 제5 공기유로(50)로 제공됨으로써 팬스크롤(1300)을 통해서 내부 순환한 후 외부로 토출되게 된다. 다만 여기서, 제2 외기 유입구(120)를 통해 유입되는 공기만에 의해서도 모터 냉각에 충분한 경우라면, 제3 외기 유입구(130)는 생략될 수도 있다. 즉, 제2 외기 유입구(120)는 본 발명의 실시예에 따른 모터 냉각구조에 필수적이나, 제3 외기 유입구(130)는 보조적 역할을 담당한다고 볼 수 있다.
도 3과 도 4를 비교할 때, 제1 외기 유입구(110)를 통한 모터 냉각 경로는 제2 외기 유입구(120)를 통한 모터 냉각 경로에 비해 상대적으로 긴 경로로 형성되게 된다. 따라서, 냉각 효율 및 균형을 고려하여, 제1 외기 유입구(100)의 공기 유입 면적은 제2 외기 유입구(120)의 공기 유입 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이러한 일 예로서, 특히 도 1에는 제1 외기 유입구(100)가 모터케이싱(100)의 둘레를 따라 스트립라인(stripline)으로 길게 형성됨으로써 공기 유입 면적을 넓히는 케이스를 예시하고 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 의할 때, 본 발명의 다른 실시예로서, 보조적 역할을 하는 외기 유입구를 추가하는 경우를 도시하고 있다. 즉, 모터케이싱(100) 중에서, 제2 외기 유입구(120) 및 제3 외기 유입구(130) 사이의 스테이터(200) 상측에, 각각 1개 이상의 제4 외기 유입구(120-2) 및 제5 외기 유입구(120-3)이 형성된 경우가 예시되고 있다.
이러한 경우, 제4 외기 유입구(120-2)는 제3 외기 유입구(130)와 일직선을 이루는 다른 위치에, 제5 외기 유입구(120-3)는 제2 외기 유입구(120)와 일직선을 이루는 또 다른 위치에 형성됨으로써(도 5 참조), 모터 냉각 효율을 높일 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 터보 블로어 영구자석모터에 관한 냉각구조로서,
    원통형의 모터케이싱(100); 상기 모터케이싱의 내부에 내장되며, 중심부에 배치되는 로터(250)와 상기 로터 둘레에 배치되는 스테이터(200)를 포함하는 영구자석모터; 상기 로터 일측의 회전축과 결합되며 상기 로터 일측의 회전축이 통과하는 구멍이 형성되는 레프트백플레이트(400); 상기 레프트백플레이트와 일면이 결합되며, 타측이 스크롤볼루트에 결합되어 유체가 유출되지 않도록 하기 위한 씰(seal)을 포함하는 레프트캡(500); 상기 로터 타측과 쿨링팬 사이에 형성되는 라이트백플레이트(600); 상기 로터의 양측에 배치되며, 상기 로터의 회전을 지지하기 위한 베어링이 구비되는 베어링하우징(700); 상기 레프트캡의 일면에 형성되는 임펠러(800); 상기 임펠러의 일측을 감싸고 있으며, 임펠러에서 발생된 유동을 가이드하고, 유체의 운동에너지를 위치에너지로 변환시키기 위한 스크롤볼루트(900); 상기 임펠러를 감싸도록 상기 스크롤볼루트의 일측에 결합되며, 임펠러의 고속 회전시 공기 흐름을 원할하게 하여 유압을 발생시키는 스크롤덮개(1000); 공기가 유입되는 유입구로서, 상기 스크롤덮개의 일측과 결합되는 노즐(1100); 상기 라이트백플레이트의 일측에 결합되는 쿨링팬(1200); 상기 쿨링팬을 감싸고 있으며, 유체를 외부로 토출시키기 위한 팬스크롤(1300); 상기 팬스크롤의 일측에 결합되어 공기가 유출되는 것을 방지하는 팬캡(1400);과,
    레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단 사이에 형성되어 공기의 입출을 방지하기 위한 폐쇄링(320); 및 스테이터(200)의 타측에 제1 냉각공기통과구멍(310)이 형성된 개방링(300)을 포함하며,
    상기 모터케이싱(100)에 각각 형성되는 제1 외기 유입구(110) 및 제2 외기 유입구(120)를 포함하되, 상기 제1 외기 유입구(110)는 레프트백플레이트(400)와 스테이터(200)의 일측 끝단의 사이에 상응하는 위치에 형성되고, 상기 제2 외기 유입구(120)는 폐쇄링(320)과 스테이터(200)의 일측 사이에서 폐쇄링(320)에 가까운 위치에 상응하여 형성되고,
    상기 제1 외기 유입구(110)는 사전 지정된 폭 및 길이를 갖는 스트립라인(stripline) 형상을 가지면서 모터케이싱(100)의 외측 둘레를 따라 동일 이격 간격마다 복수 개 형성되고, 상기 제2 외기 유입구(120)는 원형의 홀(hole) 형상을 가지면서 모터 케이싱(100)의 외측 둘레를 따라 동일 이격 간격마다 복수 개 형성되며, 상기 제1 외기 유입구(110)에 의한 공기 유입 면적은 상기 제2 외기 유입구(120)에 의한 공기 유입 면적보다 크게 형성되고,
    상기 쿨링팬(1200)이 동작함에 따라,
    상기 제1 외기 유입구(110)를 통해 유입된 공기는, 레프트백플레이트(400)와 폐쇄링(320) 사이에 형성된 에어갭인 제2 공기유로(20)를 통해 일측 베어링하우징(700)을 냉각시킨 후, 로터(250)와 스테이터(200) 사이에 형성된 에어갭인 제3 공기유로(30)를 통해 스테이터(200)와 로터(250) 사이의 이격 공간을 관통함으로써 스테이터(200)의 하면 및 로터(250)의 외측면 전체를 냉각시키고, 연이어 라이트백플레이트(600)와 스테이터(200)의 타측 사이에 형성된 에어갭인 제4 공기유로(40)를 통해 타측 베어링하우징(700)을 냉각시키며, 쿨링팬(1200) 방향으로 공기의 유입이 가능하도록 라이트백플레이트(600)의 외측에 형성된 제2 냉각공기통과구멍(330)을 거쳐 쿨링팬(1200)과 팬캡(1400) 사이에 형성된 에어갭인 제5 공기유로(50)로 제공됨으로써 팬스크롤(1300)을 통해서 내부 순환한 후 외부로 토출되며,
    제2 외기 유입구(120)를 통해 유입된 공기는, 모터케이싱(100)과 스테이터(200) 사이의 공간에 형성되는 제1 공기유로(10)를 통해서 모터케이싱(100)과 스테이터(200) 사이의 이격 공간을 관통함으로써 스테이터(200)의 상면을 냉각시킨 후, 제1 냉각공기통과구멍(310)과 제2 냉각공기통과구멍(330)을 거쳐 제5 공기유로(50)로 제공됨으로써 팬스크롤(1300)을 통해서 내부 순환한 후 외부로 토출됨으로써,
    스테이터(200)의 하면 및 로터(250)의 외측면 전체를 냉각시키는 냉각 경로와 스테이터(200)의 상면을 냉각시키는 냉각 경로가 서로 분리되는 것을 특징으로 하는, 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터케이싱(100)에 하나 이상 형성되며, 개방링(300)과 쿨링팬(1200) 사이에 상응하는 위치에 형성되는 제3 외기 유입구(130);와,
    제2 외기 유입구(120) 및 제3 외기 유입구(130) 사이의 스테이터(200) 상측에, 각각 1개 이상씩 형성되는 제4 외기 유입구(120-2) 및 제5 외기 유입구(120-3)가 더 포함되는, 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조.
  6. 제5항에 있어서,
    제4 외기 유입구(120-2)는 제3 외기 유입구(130)와 일직선을 이루는 다른 위치에, 제5 외기 유입구(120-3)는 제2 외기 유입구(120)와 일직선을 이루는 또 다른 위치에 형성되는, 터보 블로어 영구자석모터의 냉각구조.
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