KR101980013B1 - 소리 발생 및 소음 제거가 가능한 팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소리 재생이 가능하고 소음 제거가 가능한 팬 구조에 관한 것으로, 상기 팬은: 상기 블레이드(40)에 마련된 진동판 수용공간(42); 상기 진동판 수용공간(42)에 수용되는 진동판(43); 및 상기 진동판(43)을 진동시키는 진폭구동부(60, 70)를 포함한다. 상기 진동판(43)은 블레이드(40)의 표면 일부에 설치되어 블레이드의 강성과 표면 프로파일에 미치는 영향을 최소화한다. 상기 진폭 구동부는 보이스 코일과 자기회로 조립체로 구성할 수 있으며, 상기 코일에 공급되는 전원의 종류와 진폭, 주파수 등을 조절하여, 팬이 회전하는 동안에도 블레이드의 진동판이 진동하여 소리를 재생하거나 소음을 제거하는 것이 가능하다.

Description

소리 발생 및 소음 제거가 가능한 팬{A Fan Able to Make Sounds and Reduce noise}

본 발명은 팬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소리 재생과 소음 제거가 가능한 팬 구조에 관한 것이다.

팬은 공기의 유동을 일으키는 회전체이다. 팬이 회전할 때 블레이드의 표면이 공기를 가압함으로 인해 공기 유동이 일어난다.

팬이 설치된 환경에 사람이 함께 거주하는 경우, 팬의 회전에 수반되는 소음은 사람의 거주 환경을 저해시키는 요인이 된다. 따라서 팬에서 발생하는 소음을 줄이기 위한 노력이 요구된다.

이를 위해 팬의 소음을 줄이기 위해 능동 소음 제거(active noise cancellation) 방안이 연구되고 있다.

종래의 능동 소음 제거 장치는 통상, 소음 측정용 마이크로폰, 관심점 마이크로폰, 역소음(Anti-noise) 스피커, 적응필터(Adaptive filter) 등의 조합으로 이루어진다.

소음 측정용 마이크로폰은 소음원, 즉, 팬의 인접부에 배치된 상태에서, 팬으로부터 전달되는 음향신호를 센싱한 후, 이 음향신호를 전기적인 참조신호로 변환하고, 변환된 참조신호를 적응필터로 입력하는 역할을 수행한다.

관심점 마이크로폰은 관심점, 즉, 소음을 제어하기 위한 제한 위치에 배치된 상태에서, 펜으로부터 전달되는 음향신호를 센싱한 후, 이 음향신호를 전기적인 오차신호로 변환하고, 변환된 오차신호를 적응필터로 입력하는 역할을 수행한다.

적응필터는 소음 측정용 마이크로폰, 관심점 마이크로폰 등으로부터 입력되는 참조신호, 오차신호 등을 고려하여, 역소음 스피커를 제어하게 된다.

역소음 스피커는 이 적응필터의 제어에 따라, 팬의 소음과 크기는 같지만 180도 정도의 위상차를 갖는 일련의 역소음을 발생시킴으로써, 팬으로부터 출력되는 소음이 일정 수준 이하로 감소될 수 있도록 유도한다.

이러한 구조를 갖는 종래의 능동소음제거 장치에서, 특히, 역소음 스피커로부터 관심점 마이크로폰에 이르는 음향방출 경로는 매우 큰 의미를 갖는다. 이는 역소음 스피커로부터 관심점 마이크로폰에 이르는 음향방출경로가 얼마만큼 정밀하게 모델링(Modelling) 되는가에 따라, 적응필터의 전체적인 역소음 스피커 제어과정이 지대한 영향을 받기 때문이다.

그러나, 이와 같은 종래의 능동소음제거 장치를 구성하는 역소음 스피커 및 관심점 마이크로폰은 통상, 별다른 제한 없이 오픈된 공간에 노출된 상태로 배치되는 것이 일반적이기 때문에, 둘 사이의 음향방출경로에는 다양한 종류의 변수가 작용할 수밖에 없게 된다. 이에 따라, 역소음 스피커 및 관심점 마이크로폰 사이의 음향방출경로는 복잡해질 수밖에 없게 되며, 결국, 적응필터는 역소음 스피커 및 관심점 마이크로폰 사이의 음향방출경로를 정밀하게 모델링하지 못하게 된다.

모델링이 정밀하지 않으면, 적응필터는 전체적인 역소음 스피커 제어과정을 정확하게 진행시키지 못하게 되며, 결국, 팬의 소음을 줄이지 못한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소음의 원인이 되는 팬의 블레이드(날개)가 충분한 강성을 가져 풍량을 일으키는 본연의 기능을 유지하면서도 블레이드에 직접 진동을 발생시켜 소음 발생을 최소화할 수 있고, 팬 자체적으로 스피커의 기능을 가질 수 있는 팬 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 회전축(20), 상기 회전축(20)에 설치되어 상기 회전축(20)과 함께 회전하는 허브(30), 및 상기 허브(30)로부터 반경 방향으로 연장되어 상기 허브(30)와 함께 회전하여 유체 유동을 발생시키는 블레이드(40)를 포함하는 팬에 있어서, 상기 팬은: 상기 블레이드(40)에 마련된 진동판 수용공간(42); 상기 진동판 수용공간(42)에 수용되는 진동판(43); 및 상기 진동판(43)을 진동시키는 진폭구동부(60, 70);를 포함하는 팬이다.

상기 진동판 수용공간(42)은 상기 블레이드(40)의 표면 일부가 함몰된 홈 형태를 포함할 수 있다.

상기 진동판(43)은 블레이드(40)의 양면에 모두 구비될 수 있다.

상기 진동판(43)의 외측 가장자리와 상기 블레이드(40)는 엣지(44)로 상호 연결될 수 있다.

상기 진동판(43)은 상기 블레이드(40)의 표면의 일부를 구성할 수 있다.

상기 진동판(43)은 하니콤 구조로 보강될 수 있다.

상기 진동판(43)은 상기 블레이드(40)의 표면보다 더 함몰된 형태로 상기 진동판 수용공간(42) 내에 수용되고, 상기 진동판(43)의 상부에서 상기 진동판(43)과 이격된 위치에는 상기 블레이드(40)의 표면 형상의 일부를 이루는 진동판 커버(46)가 마련될 수 있다.

상기 진동판 커버(46)에는 진동판에서 발생한 소리가 발산하기 위한 개방홀(461)이 마련될 수 있다.

상기 진동판 수용공간의 바닥에는 진동판에서 발생한 소리가 발산하기 위한 개방홀(421)이 마련될 수 있다.

상기 진동판은 복수 개의 블레이드들 중 일부 또는 전부에 설치될 수 있다.

상기 진폭구동부(60, 70)는: 전류가 흐르는 코일(60)과, 상기 코일(60)을 가로지르는 자기장을 일으키는 자기회로 조립체(70)를 포함할 수 있다.

상기 코일(60)은 상기 회전축과 동심의 축 주위를 둘러싸는 형태로 감겨 있고, 상기 자기회로 조립체(70)는 상기 코일을 사이에 두고 상기 코일의 안쪽과 상기 코일의 바깥쪽에 각각 위치하는 자성체를 포함할 수 있다.

상기 코일(60)은 고정단(F)에 설치되고 상기 자기회로 조립체(70)는 회전단(R)에 설치될 수 있다.

상기 자기회로 조립체(70)와 허브(30)는 댐퍼(77) 또는 스프링으로 연결될 수 있다.

상기 댐퍼는 반경 방향으로 웨이브 형상을 구비하는 환 형의 판재로서, 그 내측 가장자리는 자기회로 조립체(70)와 연결되고, 그 외측 가장자리는 허브(30)에 연결될 수 있다.

상기 자기회로 조립체(70)는, 자기회로를 형성하기 위한 자기력을 발생시키는 자석(71, 72)과, 상기 자석을 고정하는 홀더(73)를 포함할 수 있다.

상기 홀더(73)에는, 허브(30)로부터 블레이드(40) 방향으로 외향 연장되는 아암(85)이 고정될 수 있다.

상기 아암(85)의 선단부는 상기 진동판(43)에 고정될 수 있다.

상기 허브(30)에는 상기 아암(85)이 관통하는 통과홀(321)이 구비될 수 있다.

상기 아암(85)은 상기 블레이드(40)에 내장될 수 있다.

상기 아암(85)은 블레이드(40) 외부에 배치되고, 상기 블레이드(40)에는 상기 아암(85)을 덮는 아암커버(45)가 설치될 수 있다.

본 발명의 팬 구조에 따르면 블레이드의 강성은 충분히 확보하되, 블레이드의 표면 일부가 진동을 일으키도록 하여 능동 소음 제거가 가능하다.

또한 본 발명에 따르면, 블레이드 자체에서 음향을 발생시킬 수 있어, 팬을 보다 다양한 용도로 활용이 가능하다.

즉 팬 블레이드(날개)의 형상 변경을 최소화하여 팬의 유동 특성을 유지하면서도, 진동판을 활용하여 소리를 발생시킬 수 있고, 이를 스피커나 노이즈 캔슬링에 활용할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 팬의 허브 부분을 확대하여 나타낸 측면 단면도이다.
도 2는 도 1의 허브 부분을 아래쪽에서 바라본 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I 단면 사시도이다.
도 4는 도 2의 II-II 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 2의 III-III 단면에 해당하는 다양한 실시예들을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

또한 본 발명에서 상하 좌우 등의 방향은 상대적인 개념으로서 이해되어야 할 것이다.

[팬의 구조]

본 발명의 일 실시예로서 팬은, 고정단(F)에 설치된 구동부(10), 상기 구동부(10)에 의해 회전하는 구동축(11), 상기 구동축(11)과 커플러(12)를 통해 연결되어 상기 구동축(11)으로부터 회전력을 전달받는 회전축(20), 고정단(F)에 고정되어 상기 회전축(20)의 회전을 지지하는 베어링(21), 상기 회전축(20)에 축설되어 상기 축과 함께 회전하는 허브(30), 및 상기 허브(30)로부터 방사상으로 연장되는 복수 개의 블레이드(40)를 포함한다.

상기 구동부(10)는 고정단(F)에 설치되는 모터일 수 있다. 모터가 회전력을 제공하면, 회전단(R)에 있는 상기 구동축(10), 커플러(12), 회전축(20), 허브(30) 및 블레이드(40)는 회전한다. 블레이드(40)는 허브(30)와 함께 회전하며 유체 유동을 발생시킨다.

본 발명에 따르면, 블레이드 면적의 일부분에서 진동을 발생시킨다. 즉 블레이드(40) 자체는 강성을 유지하며 유체 유동을 발생시키면서도, 블레이드(40)의 일부에 진동판(43)을 형성하여 진동을 일으킨다. 진동판(43)의 진동은 소리를 발생시키는데, 이는 소음 제거에 사용되거나, 스피커로서 사용될 수 있다.

진동판의 형상은 원형, 트랙형, 타원형, 꼭지점 부분이 라운드진 사각형이나 다각형 형태 등 다양할 수 있다. 그리고 상기 진동판은 모든 블레이드에 설치되거나, 일부 블레이드에 설치될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 진동판(43)에 진동을 일으키는 진폭구동부(60, 70)는 허브(30) 쪽에 설치되고, 진폭구동부에서 발생하는 진동은 아암(85)을 통해 진동판(43)에 전달된다.

[블레이드의 진동판 설치 구조]

상기 블레이드(40)는 허브(30)에 대해 방사상으로 등간격 복수 개 구비된다. 상기 블레이드(40)는 허브(30)에 일체형으로 고정되어 있다.

[제1실시예]

도 2, 도 3 및 도 5를 참조하여, 블레이드(40)에 진동판(43)이 설치되는 제1 실시예를 설명한다. 도 2와 도 3에는, 후술할 제1 내지 제3실시예들의 엣지(44)와, 아암 커버(45)를 생략한 상태의 팬이 도시된다.

블레이드(40)의 일면에는 블레이드의 표면이 함몰된 형태의 진동판 수용공간(42)이 마련된다. 진동판 수용공간(42) 내에는 진동판(43)이 설치된다. 진동판(43)의 소재로는 알루미늄, 마그네슘, 두랄루민 등의 경금속이 사용되거나, 탄소섬유, 유리섬유, 케블라 등의 신소재를 사용할 수 있다. 이 외에도 페이퍼, 폴리머 필름 등이 사용되거나, 허니컴 진동판이 사용될 수도 있다.

이하 설명하겠지만, 제1실시예에서는 진동판(43)이 주로 소리를 발생시키는 기능을 하고, 풍량의 발생에는 그다지 관여하지 않는 구조이므로, 진동판(43)은 분할 진동이 억제될 정도의 강성을 가져도 족하다. 따라서 진동판(43)의 소재를 이러한 요구사항에 맞게 페이퍼, 폴리머 필름 등으로 선정할 수 있을 것이다.

진동판(43)은 상기 진동판 수용공간(42)의 내부에 매립되어 배치된다. 진동판(43)의 가장자리는 진동판 수용공간(42)의 내벽과 엣지(44)로 연결된다. 엣지(44)는 소리 발생 효율을 높여 주고, 진동판의 분할 진동을 억제하는 등의 기능을 할 수 있으며, 이는 TPU(Thermal PolyUrethane), 고무 등과 같은 탄성 수지 재질로 제작될 수 있다.

상기 진동판(43)의 전방에는 진동판 커버(46)가 설치된다. 진동판 커버(46)는 진동판(43)보다 더 강성이 크도록 제작되고, 블레이드(40) 본연의 표면 프로파일을 그대로 유지하도록 블레이드 표면에 설치되어, 블레이드가 풍량 발생의 기능을 하는데 지장이 없도록 한다. 또한 진동판 커버(46)는, 팬이 회전하면서 발생하는 공기의 압력이 박막 형태의 진동판(43)을 가압하여 진동판(43)이 변형되는 현상을 방지한다.

진동판 수용공간(42)의 내벽 및 바닥과, 진동판 커버(46)는, 진동판(43)이 진동할 때 간섭되지 않도록, 진동판(43)과 소정의 거리를 유지한다. 진동판 커버(46)에는 진동판에서 발생하는 소리가 잘 확산될 수 있도록 개방홀(461)이나 슬롯을 구비할 수 있다. 마찬가지 이유로, 진동판 수용공간(42)의 바닥 역시 개방홀(421)을 구비한다.

상기 진동판(43)의 진동으로 인해 발생하는 소리는 상기 개방홀(421)을 통해 팬의 전방, 즉 바람이 불어나오는 쪽으로 더 확산될 수 있고, 상기 개방홀(461)을 통해 팬의 후방으로도 확산될 수 있다.

진동판 수용공간(42)은 블레이드의 전후로 완전히 관통된 공간이 아니라, 도시된 바와 같이 바닥 부분이 존재하는 형태이다. 상기 바닥 부분으로 인해, 블레이드는 강성을 충분히 유지할 수 있다. 또한 상기 바닥 부분의 이면, 즉 블레이드의 정면 부분은 프로파일이 그대로 유지되므로, 풍량 발생이 원활하게 이루어진다.

상기 진동판(43)의 진동은, 진폭구동부의 진동을 전달하는 아암(85)에 의해 이루어진다. 진동판(43)에는, 도시된 바와 같이 아암(85)이 부착 고정될 수 있다.

도 5에는 진동판이 블레이드 내부에 수용되고, 풍량을 일으키는 블레이드의 프로파일은 진동판 수용공간(42)의 바닥부분 또는 진동판 수용공간의 진동판 커버(46)에 의해 유지되는 구조를 예시하였다. 그러나, 진동판 자체의 강성을 높여, 진동판이 블레이드의 표면 프로파일의 일부를 구성하도록 할 수도 있다. 이는 이하 도 6을 참조하여 설명한다.

또한 도 5에는, 블레이드의 후면에 진동판이 설치되는 구조가 개시되어 있으나, 진동판은 블레이드의 전면에 설치될 수도 있다. 또한 블레이드의 전면과 후면에 모두 설치될 수도 있다. 이에 대해서는 이하 도 7을 참조하여 설명한다.

[제2실시예]

도 2, 도 3 및 도 6을 참조하여, 블레이드(40)에 진동판(43)이 설치되는 제2 실시예를 설명한다.

블레이드(40)의 일면에는 블레이드의 표면이 함몰된 형태의 진동판 수용공간(42)이 마련된다. 제2 실시예에서 진동판(43)은 진동판 수용공간(42)의 상부, 즉 블레이드의 표면과 대응하는 위치에 설치된다.

진동판(43)의 가장자리는 진동판 수용공간(42)의 내벽 상단부와 엣지(44)로 연결된다. 엣지(44)에 의해 블레이드(40)에 연결된 진동판(43)의 표면은 블레이드(40)의 표면 프로파일의 일부를 구성한다. 즉 진동판(43)은 진동에 의해 소리를 발생시킬 뿐만 아니라, 팬이 회전할 때 공기를 가압하여 공기 유동을 일으키는 표면이 된다.

이처럼, 제2실시예에서는 진동판(43)이 소리를 발생시키는 기능 뿐만 아니라, 풍량을 일으키기 위한 블레이드의 표면 프로파일의 일부를 이루므로, 진동판(43)은 풍압을 견딜 수 있을 정도의 강성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 제2실시예에 따르면 진동판(43)의 소재를 이러한 요구사항에 맞게 허니컴 구조 등으로 선정할 수 있을 것이다.

진동판 수용공간(42)의 내벽 과 바닥은, 진동판(43)이 진동할 때 간섭되지 않도록, 진동판(43)과 소정의 거리를 유지한다. 진동판 수용공간(42)의 바닥에는 진동판에서 발생하는 소리가 잘 확산될 수 있도록 개방홀(421)이나 슬롯을 구비할 수 있다.

따라서, 상기 진동판(43)의 진동으로 인해 발생하는 소리는 상기 개방홀(421)을 통해 팬의 전방, 즉 바람이 불어나오는 쪽으로 더 확산될 수 있다. 아울러 상기 진동판(43)의 진동으로 인해 발생하는 소리는, 진동판(43)이 바라보고 있는 팬의 후방으로도 확산될 수 있다.

진동판 수용공간(42)은 블레이드의 전후로 완전히 관통된 공간이 아니라, 도시된 바와 같이 바닥 부분이 존재하는 형태이다. 상기 바닥 부분으로 인해, 블레이드는 강성을 충분히 유지할 수 있다. 또한 상기 바닥 부분의 이면, 즉 블레이드의 정면 부분은 프로파일이 그대로 유지되므로, 풍량 발생이 원활하게 이루어진다.

상기 진동판(43)의 진동은, 진폭구동부의 진동을 전달하는 아암(85)에 의해 이루어진다. 진동판(43)에는, 도시된 바와 같이 아암(85)이 부착 고정될 수 있다. 상기 아암(85)은 진동판(43)의 이면에 부착되어 외부로 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 6에는 팬의 후면에 진동판(43)이 설치된 구조가 개시되어 있으나, 상기 진동판(43)은 팬의 전면에 설치될 수도 있다.

그리고 상기 진동판(43)은 이하 제3 실시예에서 설명할 바와 같이, 팬의 후면과 전면에 모두 설치될 수도 있다.

[제3실시예]

도 2, 도 3 및 도 7을 참조하여, 블레이드(40)에 진동판(43)이 설치되는 제3 실시예를 설명한다.

도 7을 참조하면, 블레이드(40)의 양면, 즉 전면과 후면에는 모두 블레이드의 표면이 함몰된 형태의 진동판 수용공간(42)이 마련된다. 상기 두 진동판 수용공간(42)은 바닥 부분을 공유한다.

제3 실시예에서 진동판(43)은 블레이드의 전면과 후면에서 모두, 블레이드의 표면과 대응하는 위치에 설치된다. 진동판(43)의 가장자리는 진동판 수용공간(42)의 내벽 상단부와 엣지(44)로 연결된다. 엣지(44)에 의해 블레이드(40)에 연결된 진동판(43)의 표면은 블레이드(40)의 표면 프로파일의 일부를 구성한다. 즉 진동판(43)은 진동에 의해 소리를 발생시킬 뿐만 아니라, 팬이 회전할 때 공기를 가압하여 공기 유동을 일으키는 표면이 된다.

이처럼, 제3실시예에서는 진동판(43)이 소리를 발생시키는 기능 뿐만 아니라, 풍량을 일으키기 위한 블레이드의 표면 프로파일의 일부를 이루므로, 진동판(43)은 풍압을 견딜 수 있을 정도의 강성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 제3실시예에 따르면 진동판(43)의 소재를 이러한 요구사항에 맞게 허니컴 구조 등으로 선정할 수 있을 것이다.

진동판 수용공간(42)의 내벽과 바닥은, 진동판(43)이 진동할 때 간섭되지 않도록, 진동판(43)과 소정의 거리를 유지한다. 진동판 수용공간(42)의 바닥에는 진동판에서 발생하는 소리가 잘 확산될 수 있도록 개방홀(421)이나 슬롯을 구비할 수 있다.

따라서, 상기 진동판(43)의 진동으로 인해 발생하는 소리는 진동판(43)이 바라보고 있는 팬의 전방과 후방으로 확산될 수 있다.

진동판 수용공간(42)은 블레이드의 전후로 완전히 관통된 공간이 아니라, 도시된 바와 같이 바닥 부분이 존재하는 형태이다. 상기 바닥 부분으로 인해, 블레이드는 강성을 충분히 유지할 수 있다.

상기 진동판(43)의 진동은, 진폭구동부의 진동을 전달하는 아암(85)에 의해 이루어진다. 진동판(43)에는, 도시된 바와 같이 아암(85)이 부착 고정될 수 있다. 상기 아암(85)은 진동판(43)의 이면에 부착되어 외부로 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 아암(85)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 팬의 반경 방향으로 연장되며 블레이드에 매립된 구조일 수 있다. 제3실시예에 따르면, 아암(85)이 연장되어 진동판에 이르는 부위에는, 아암(85)으로부터 진동판(43)의 이면을 향해 연장되는 부착 고정부(851)가 더 구비될 수 있다.

도 7에는 아암(85)이 두 진동판(43)의 중간 부분에 배치되고, 부착고정부가 아암의 전면과 후면에 모두 마련되는 형태가 예시되어 있다. 그러나 이 외에도, 아암이 두 진동판 중 어느 한 진동판의 이면에 직접 부착 고정되고, 다른 한 진동판을 향해 부착고정부가 연장되는 형태일 수도 있을 것이다. 이 외에도, 두 개의 아암이 구비되어, 두 아암이 각각 두 진동판에 부착될 수도 있을 것이다.

[블레이드의 진동판 구동 구조]

상기 팬에는 복수 개의 블레이드(40)가 방사상으로 배치되어 있다. 그리고 상기 복수 개의 블레이드(40)의 표면 프로파일은 서로 일치하는 것이 통상적이다. 따라서 복수 개의 블레이드의 일부 또는 전부에 진동판(43)이 설치되는 구조를 개시하는 본 발명에 따르면, 복수 개의 진동판(43)이 동일한 진동을 하여 동일한 소리를 발생시키는 것이 바람직하다.

한편, 블레이드(40)는 회전단(R)에 있는 허브(30)와 함께 회전한다. 따라서 블레이드(40)의 진동판을 진동시키기 위해서는 허브(30) 내에 블레이드의 진동판의 진폭 구동 구조가 설치되는 것이 바람직하다.

이에 본 발명의 일 실시예에서는 스피커의 보이스 코일과 자기회로 조립체를 적용하여 상기 진동판을 진동 시키고자 한다. 다만 스피커와 달리, 본 발명의 코일은 고정단 쪽에 위치하므로 전원 공급을 위한 결선이 더욱 간편하다.

상기 허브(30)의 상부에는 코일(60)이 설치된다. 상기 코일(60)은 고정단(F)에 설치된다. 따라서 코일(60)은 허브(30)의 회전 여부와 관계 없이 고정된 상태를 유지한다.

상기 코일(60)은 원통형의 보빈(61)의 외주면에 감겨져 있다. 이에 따라 상기 코일(60)은 상기 회전축과 동심의 축 주위를 둘러싸는 형태로 감기게 된다. 상기 코일(60)에는 직류, 교류 또는 직류와 교류가 혼합된 전류가 공급될 수 있다.

상기 코일(60)은 고정단에 위치하므로 배선과 전원 공급이 용이하다. 본 발명에서는 코일(60)이 보빈에 감긴 형태를 예시하였으나, 셀프 본딩되어도 무방하다. 즉 코일(60)의 권취 방식이나 형태는 다양한 변형이 가능하다.

도 1의 도면 상 보빈(61)의 상단부는 고정단에 체결하기 용이하도록 두툼한 살 부분을 구비하고, 해당 살 부분에는 스크류 체결 등을 위한 홀이 마련된다.

도 1과 도 3을 참조하면, 허브(30)는, 블레이드(40)가 일체로 고정되는 바디(31)와, 상기 바디(31)의 상부를 덮는 커버(32)를 포함한다. 상기 허브(30)의 커버(32)의 둘레는 상기 바디(31)와 체결되고, 커버(32)의 상부에는 전방, 즉 상기 코일(60)이 설치된 쪽을 향해 개방된 홀 형태의 코일수용부(321)가 마련되어 있다.

상기 허브(30)에는, 상기 코일(60)과 인접하는 자기회로 조립체(70)가 설치된다. 상기 자기회로 조립체(70)는 자기회로 조립체의 전체적인 강성을 지지하는 홀더(73)를 포함한다. 상기 홀더(73)는, 자기회로를 구성하기 위해, 강자성체 재질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 홀더(73)에는 자기회로를 구성하는 자석이 설치되거나, 자석과 강자성체가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 2개의 자석이 설치되는 혼합형의 구조가 예시된다. 원기둥 형태의 제1자석(71)은 코일(60)의 안쪽 공간으로 삽입되는 위치에서 상기 홀더(73)의 중심부에 마련된 제1자석고정부(734)에 고정될 수 있다. 링 형태의 제2자석(72)은 코일(60)의 외주를 둘러싸는 위치에서 상기 홀더(73)의 가장자리에 마련된 제2자석고정부(735)에 고정될 수 있다. 상기 제1자석고정부(734)와 제2자석고정부(735) 사이에는 상기 코일(60)이 수용되는 환형의 코일 수용홈(736)이 마련된다.

상기 제1자석(71)과 제2자석(72) 사이에는 자기력선이 형성되며, 상기 자기력선은 코일(60)을 지나게 된다. 또한 제1자석(71)과 제2자석(72)은 강자성체인 홀더(73)를 통해 자기회로를 이루게 된다.

따라서 코일(60)에 전류가 흐르면, 상기 자기회로 조립체(70)는 회전축(20)의 축방향과 나란한 방향(진폭방향)으로 이동하게 되며, 자기회로 조립체(70)의 이동 방향은 전류의 방향에 의해 결정된다.

본 발명에 따르면 2개의 자석을 사용하여 코일의 안쪽과 바깥쪽을 둘러싸는 구조로 자기회로 조립체를 구성하는 것을 예시하였으나, 이와 다른 자기회로 구성을 적용하여도 무방하다.

가령, 홀더(73)의 중앙부 상에 상하 방향으로 자기력선을 일으키는 원기둥 형태의 자석을 설치하고, 상기 자석의 상부에 원형의 강자성체 플레이트를 부착한 구조는 코일(60)의 안쪽으로 삽입되고, 상기 홀더(73)의 가장자리에서 상향 연장된 파이프 형태의 요크는 상기 코일(60)의 바깥쪽을 에워싸는 형태로 외삽하는 내자형의 구조를 적용하는 것도 가능하다. 이러한 구조는 상기 강자성체 플레이트와 요크 사이의 자기력선이 코일을 통과한다.

또한 자석이 코일의 바깥쪽에 위치하는 외자형의 구조를 적용하는 것도 가능함은 물론이다.

상기 자기회로 조립체(70)는 허브(30)에 설치된다. 구체적으로, 상기 자기회로 조립체의 홀더(73)는 댐퍼(77) 및/또는 스프링(78)을 통해 상기 허브(30)에 고정된다.

실시예에 따르면, 상기 댐퍼(77)는 반경 방향으로 웨이브 형상을 구비하는 환 형의 탄성 판재일 수 있다. 상기 댐퍼(77)의 외주면은 커버(32)의 내주면에 고정되는 형태로 상기 허브(30)에 연결되고, 댐퍼(77)의 내주면은 상기 자기회로 조립체(70)의 코일 수용홈(736)의 외주면 부근에 고정되는 형태로 상기 자기회로 조립체(70)에 연결된다. 상기 자기회로 조립체(70)는 진폭 방향으로는 운동이 자유롭게 이루어지되, 반경 방향으로는 그 위치가 정확히 유지되어야 코일(60)과 간섭되지 않는다. 상기 댐퍼(77)는 상기 자기회로 조립체(70)의 진폭 방향으로의 운동은 허용하되, 반경 방향으로는 그 위치를 정확히 규제한다. 코일에 아무런 전류가 가해지지 않으면, 상기 댐퍼(77)의 복원력에 의해 상기 자기회로 조립체(70)는 기본 위치로 복귀하게 된다.

상기 자기회로 조립체(70)의 외주면은 상기 허브(30)의 커버(32)의 내주면과 약간의 갭을 가짐으로써 상호 간섭되지 않도록 한다. 마찬가지로, 상기 코일(60)의 외주면은 상기 커버(32)의 코일수용부(321)의 내주면과 이격되어 상호 간섭되지 않는다.

상기 자기회로 조립체(70)의 홀더(73)의 중앙부로서, 상기 제1자석고정부(734)의 이면 쪽에는 이면으로부터 하향 연장되는 스프링 지지부(737)가 마련되고, 상기 스프링 지지부(737)에는 코일 형태의 스프링의 일측 단부가 외삽되어 고정된다. 이에 따라, 상기 스프링(78)의 일측 단부는, 스프링지지부(737)와 코일 수용홈(736) 사이에 배치된다.

그리고 상기 스프링의 타측 단부는, 허브(30) 바디(31)의 바닥에 마련된 스프링 지지부(433)에 끼워져 고정된다. 스프링(78)은, 상기 자기회로 조립체(70)의 진폭 방향으로의 운동은 허용하되, 코일에 아무런 전류가 가해지지 않으면, 상기 스프링(78)의 복원력에 의해 상기 자기회로 조립체(70)를 기본 위치로 복귀시킨다.

상기 코일 수용홈(736)의 하부에는, 코일 수용홈(736)으로부터 하향 연장되는 아암 지지부(738)가 형성된다. 아암 지지부(738)에는 아암(85)이 고정되므로, 아암 지지부(738)를 홀더(73)의 다른 부분보다 더 두껍게 제작하여, 강성을 더욱 확보하는 것이 바람직하다.아암 지지부(738)에는, 아암 지지부(738)로부터 방사상으로 외향 연장되는 아암(85)이 고정 설치된다. 일 예로, 상기 아암(85)은 안쪽 단부는 나사산 체결 방식으로 상기 아암 지지부(738)에 고정 가능하다.

상기 허브(30)의 바디(31)에는 상기 아암(85)이 관통하는 통과홀(321)이 형성된다. 상기 통과홀(321)은, 상기 코일(60)에 의해 상기 자기회로 조립체(70)가 상하로 진폭 운동함에 따라 상기 아암(85)이 함께 진폭 운동할 때, 그 진폭 운동을 허용할 정도의 크기로 형성된다. 그리고 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 통과홀(321)은 블레이드(40)의 아암 수용부(47)와 연통한다.

상기 아암(85)은 상기 자기회로 조립체(70)의 아암 지지부(738)로부터 방사상으로 외향 연장되어, 상기 블레이드(40)에 마련된 진동판(43)까지 연장된다. 상기 아암(85)이 수용되는 블레이드(40)의 아암 수용부(47)는 진동판 수용공간(42)까지 연장되어 이와 연통한다.

상기 아암 수용부(47)에 아암(85)이 수용된 상태에서, 블레이드(40)의 표면에는 아암 커버(45)가 결합된다. 상기 아암 커버(45)는 아암 수용부(47)로 인해 블레이드(40)의 표면 프로파일이 달라져, 공기 유동 발생에 악영향을 미치는 것을 최초화한다. 상기 아암 커버(45)의 표면 프로파일은 상기 블레이드(40)의 표면 프로파일과 조화를 이루어 전체적으로 하나의 유선형 프로파일을 이루도록 하는 것이 바람직하다.

아암 커버(45)와 아암 수용부(47)에 의해 규정되는 블레이드(40) 내부 공간에서, 상기 아암(85)이 진폭 운동을 하더라도, 상기 아암(85)은 이를 수용하는 공간의 내벽과 간섭되지 않는다.

위 실시예에 따르면 아암(85)이 본래의 블레이드(40)의 표면 프로파일보다 안쪽에 내장되는 형태로 배치됨이 예시된다. 그러나 상기 아암(85)이 반드시 이와 같이 배치될 필요는 없으며, 적어도 일부 구간이 블레이드의 표면보다 외부로 노출될 수도 있다. 아울러 공기역학적 효율을 위해, 이렇게 외부로 노출된 블레이드를 덮는 아암 커버를 더 구비할 수도 있다.

상기 아암(85)의 선단부는 상기 진동판(43)의 대략 중앙부까지 연장되어 부착 고정된다.

상기 코일(60)에 전원이 가해지면, 전류의 방향에 따라 상기 자기회로 조립체(70)는 전자기적 상호작용에 의해 힘을 받아 진폭 방향, 즉 회전축의 길이 방향과 나란한 방향으로 이동한다. 따라서 코일(60)과 자기회로 조립체(70)는, 진폭 방향으로 움직임을 제공하는 진폭 구동부가 된다.

상기 자기회로 조립체(70)가 진폭 방향으로 이동하거나 진동하면, 이에 따라 아암(85)과 진동판(43)은 진폭 방향으로 함께 이동하거나 진동하게 된다. 또한 자기회로 조립체(70)가 진폭 방향으로 이동하면, 상기 댐퍼(77)와 스프링(78)은 탄성 변형된다.

코일(60)에 일방향으로 전류가 공급되면 자기회로 조립체(70)는 상기 회전축(20)의 길이방향과 나란한 제1방향으로 이동하고, 코일(60)에 타방향으로 전류가 공급되면 자기회로 조립체(70)는 상기 제1방향의 반대 방향인 제2방향으로 이동한다.

따라서 적절한 소리를 발생시킬 수 있는 교류 전원을 공급하면, 자기회로 조립체(70)의 진동이 아암(85)을 통해 진동판(43)에 전달되고, 이에 따라 소리가 발생하게 된다. 참고로, 직류 전원을 코일에 인가하면, 자기회로 조립체, 아암 및 진동판은 제1방향 또는 제2방향으로 오프셋 될 것이다.

상기 코일은 원형의 단면을 가지고, 상기 자기회로 조립체(70)의 제1자석(71)과 제2자석(72) 및 코일 수용홈(736)도 원형의 단면을 가지며 상기 코일과 인접하여 있으므로, 회전단(R)이 회전하더라도 상기 코일과 자기회로 조립체는 간섭하지 아니하고, 상기 자기회로 조립체가 진폭 방향으로 변위하며 상기 회전단(R)이 회전하더라도, 이들은 서로 간섭하지 않는다.

[팬과 진동판의 제어 방법]

이하 상술한 팬과 진동판의 제어 방법에 대해 설명한다.

모터(10)로 구동축(11)을 돌리면 모터 축에 연결된 회전축(20)과 허브(30)가 블레이드(40)와 함께 회전하면서 풍량을 발생시키는 팬 기능을 하게 된다. 물론 허브(30) 내에 내장된 자기회로 조립체(70)와 아암(85)도 함께 회전한다. 반면 코일(60)은 회전하지 않고 고정된 상태로 있게 된다.

코일(60)에 전원을 인가하여 전류가 흐르면, 자기회로 조립체(70)의 자기력선과의 상호작용에 의해 자기회로 조립체(70)가 진폭방향, 즉 회전축의 축방향과 나란한 방향으로 이동하게 된다. 그러면 상기 자기회로 조립체(70)와 아암(85)을 통해 연동하는 진동판(43)이 진동한다.

상기 코일(60)에 어느 일 방향으로 직류 전원을 인가하면, 직류 전원의 방향과 세기에 따라 상기 진동판(43)의 오프셋 방향과 거리를 제어하는 것이 가능하다. 특히 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 진동판(43)이 블레이드 표면 프로파일의 일부를 구성하면, 위와 같은 제어에 의해 팬의 유동 특성이 변하게 된다.

상기 코일(60)에 교류 전원을 인가하면, 교류 전원의 크기와 진동수에 따라, 상기 진동판(43)이 진동하여 소리를 발생시킨다. 교류 전원의 크기가 커지면 소리의 크기, 즉 스피커의 출력이 커지게 되며, 교류전원의 진동수가 커지면, 그만큼 고음의 소리가 출력된다. 이처럼 교류 전원을 인가하면, 팬의 블레이드가 스피커의 기능을 갖게 된다. 물론 이를 통해 노이즈 캔슬링을 하는 것도 가능하다.

아울러 상기 코일(60)에 큰 직류 전원을 인가하고, 이에 부가하여 작은 교류 전원을 인가하면, 큰 직류 전원에 의해 상기 진동판(43)이 오프셋된 상태에서 진동하게 된다.

상기 모터(10)의 전원 구동, 상기 코일(60)에 제공되는 직류 전원과 교류 전원은 모두 독립적으로 제어되는 것이므로, 상기 팬은 팬의 기능만으로 사용하거나, 스피커의 기능만으로 사용하거나, 팬의 기능과 스피커의 기능을 모두 사용할 수 있는바, 제품의 응용 확장성이 매우 높다. 그리고 스피커 기능은 능동 소음 제거를 위해 사용하는 것이 가능하다.

한편 더 이상 전원을 인가하지 않으면, 댐퍼(77)와 스프링(78)의 복원력에 의해 진동판(43)이 기본 위치로 복귀한다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 구동부(모터)
11: 구동축
12: 커플러
20: 회전축
21: 베어링
30: 허브
31: 바디
321: 통과홀
322: 스프링 지지부
32: 커버
321: 코일수용부
40: 블레이드
42: 진동판수용공간
421: 개방홀
43: 진동판
44: 엣지
45: 아암커버
46: 진동판 커버
461: 개방홀
47: 아암 수용부
50: 각도조절부
60: 코일(진폭구동부)
61: 보빈
70: 자기회로 조립체(진폭구동부)
71: 제1자석
72: 제2자석
73: 홀더
734: 제1자석고정부
735: 제2자석고정부
736: 코일 수용홈
737: 스프링 지지부
738: 아암 지지부
77: 댐퍼
78: 스프링
80: 진폭연동부
85: 아암
86: 부착고정부
F: 고정단
R: 회전단

Claims (19)

1. 회전축(20), 상기 회전축(20)에 설치되어 상기 회전축(20)과 함께 회전하는 허브(30), 및 상기 허브(30)로부터 반경 방향으로 연장되어 상기 허브(30)와 함께 회전하여 유체 유동을 발생시키는 블레이드(40)를 포함하는 팬에 있어서,
   상기 팬은:
   상기 블레이드(40)에 마련된 진동판 수용공간(42);
   상기 진동판 수용공간(42)에 수용되는 진동판(43); 및
   상기 진동판(43)을 진동시키는 진폭구동부(60, 70);를 포함하고,
   상기 진폭구동부(60, 70)는:
   전류가 흐르는 코일(60)과, 상기 코일(60)을 가로지르는 자기장을 일으키는 자기회로 조립체(70)를 포함하며,
   상기 자기회로 조립체(70)는, 자기회로를 형성하기 위한 자기력을 발생시키는 자석(71, 72)과, 상기 자석을 고정하는 홀더(73)를 포함하고,
   상기 홀더(73)에는, 허브(30)로부터 블레이드(40) 방향으로 외향 연장되는 아암(85)이 고정되며,
   상기 아암(85)의 선단부는 상기 진동판(43)에 고정되는 팬.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판 수용공간(42)은 상기 블레이드(40)의 표면 일부가 함몰된 홈 형태를 포함하는 팬.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판(43)은 블레이드(40)의 양면에 모두 구비되는 팬.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판(43)의 외측 가장자리와 상기 블레이드(40)는 엣지(44)로 상호 연결되는 팬.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판(43)은 상기 블레이드(40)의 표면의 일부를 구성하는 팬.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 진동판(43)은 하니콤 구조로 보강된 팬.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판(43)은 상기 블레이드(40)의 표면보다 더 함몰된 형태로 상기 진동판 수용공간(42) 내에 수용되고,
   상기 진동판(43)의 상부에서 상기 진동판(43)과 이격된 위치에는 상기 블레이드(40)의 표면 형상의 일부를 이루는 진동판 커버(46)가 마련되는팬.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 진동판 커버(46)에는 진동판에서 발생한 소리가 발산하기 위한 개방홀(461)이 마련된 팬.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판 수용공간의 바닥에는 진동판에서 발생한 소리가 발산하기 위한 개방홀(421)이 마련된 팬.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동판은 복수 개의 블레이드들 중 일부 또는 전부에 설치된 팬.
    
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일(60)은 상기 회전축과 동심의 축 주위를 둘러싸는 형태로 감겨 있고,
    상기 자기회로 조립체(70)는 상기 코일을 사이에 두고 상기 코일의 안쪽과 상기 코일의 바깥쪽에 각각 위치하는 자성체를 포함하는 팬.
    
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일(60)은 고정단(F)에 설치되고 상기 자기회로 조립체(70)는 회전단(R)에 설치되는 팬.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 자기회로 조립체(70)와 허브(30)는 댐퍼(77) 또는 스프링으로 연결된 팬.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 댐퍼는 반경 방향으로 웨이브 형상을 구비하는 환 형의 판재로서, 그 내측 가장자리는 자기회로 조립체(70)와 연결되고, 그 외측 가장자리는 허브(30)에 연결된 팬.
16. 삭제
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 허브(30)에는 상기 아암(85)이 관통하는 통과홀(321)이 구비된 팬.
    
18. 청구항 1에 있어서,
    상기 아암(85)은 상기 블레이드(40)에 내장된 팬.
    
19. 청구항 1에 있어서,
    상기 아암(85)은 블레이드(40) 외부에 배치되고, 상기 블레이드(40)에는 상기 아암(85)을 덮는 아암커버(45)가 설치되는 팬.
    

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