KR102287251B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터는, 하우징; 상기 하우징 내부에 수용되는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리의 내측에서 회전 가능하게 배치되는 로터 어셈블리; 및 상기 로터 어셈블리에 결하되는 임펠러를 포함하고, 상기 로터 어셈블리는, 일 단부에 상기 임펠러가 연결되는 회전축; 상기 회전축의 외주면에 결합되어 상기 스테이터 어셈블리 내측에 놓이는 로터; 상기 회전축의 타 단부에 끼워지는 제 1 베어링; 및 상기 회전축의 외주면에 끼워지되, 상기 로터와 상기 임펠러 사이에 해당하는 지점에 배치되는 제 2 베어링을 포함하는 모터이고, 상기 회전축의 길이에 대한 상기 제 1 베어링과 상기 로터 사이의 이격 거리의 비로 정의되는 로터 이격비는 13% ~ 20% 범위 내인 것을 특징으로 한다.

Description

모터{motor assembly}

본 발명은 모터에 관한 것이다.

본 발명은 진공 청소기에 장착되는 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 진공 청소기는 먼지 등과 같은 이물질을 흡입하여 본체 내부에 설치된 별도의 집진부에 포집하는 가전 기기이다.

상세히, 진공 청소기는 이물질을 효과적으로 흡입하기 위하여 높은 흡입력이 요구되며, 흡입력의 세기는 모터의 회전력에 비례한다고 할 수 있다. 즉, 모터의 회전력이 높을수록 모터에 연결된 팬의 회전 속도가 높아져서, 이물질 흡입력이 높아진다고 할 수 있다.

종래의 진공 청소기용 모터가 아래의 선행 기술에 개시되어 있다.

선행 기술에 개시된 바와 같이, 진공 청소기용 모터의 회전축의 양 단부는 상부 베어링과 하부 베어링에 의하여 지지된다. 그리고, 상기 상부 베어링과 하부 베어링 사이의 상기 회전축에는 로터 어셈블리가 장착된다.

일반적으로, 진공 청소기용 모터의 정격 운전 속도는 45000rpm 정도이고, 공진점은 약 100000rpm 정도로 설계된다. 그러나, 최근에는 진공 청소기 본체의 체적은 그대로 유지하면서 먼지 포집 용량은 늘이기 위해서, 모터의 크기가 축소되는 추세에 있다.

모터의 크기를 축소하기 위해서는 임펠러의 크기가 작아질 수밖에 없다. 반면, 임펠러의 크기가 작아지더라도 성능을 동일하게 유지되어야 하므로, 임펠러의 정격 회전 속도가 증가되었다.

그러나, 모터의 정격 운전 속도가 증가함에 따라 모터의 운전 속도가 모터의 공진점에 가까워져서, 공진에 의한 진동 및 소음의 발생 위험이 증가되는 문제점이 있다. 따라서, 모터의 정격 운전 속도가 증가함에 따라 공진점도 함께 높아져서 충분한 운전 속도 마진이 확보될 것이 요구되고 있다.

한국공개특허 제2008-0018744호(2008년02월28일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터는, 하우징; 상기 하우징 내부에 수용되는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리의 내측에서 회전 가능하게 배치되는 로터 어셈블리; 및 상기 로터 어셈블리에 결하되는 임펠러를 포함하고, 상기 로터 어셈블리는, 일 단부에 상기 임펠러가 연결되는 회전축; 상기 회전축의 외주면에 결합되어 상기 스테이터 어셈블리 내측에 놓이는 로터; 상기 회전축의 타 단부에 끼워지는 제 1 베어링; 및 상기 회전축의 외주면에 끼워지되, 상기 로터와 상기 임펠러 사이에 해당하는 지점에 배치되는 제 2 베어링을 포함하는 모터이고, 상기 회전축의 길이에 대한 상기 제 1 베어링과 상기 로터 사이의 이격 거리의 비로 정의되는 로터 이격비는 13% ~ 20% 범위 내인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 모터에 의하면, 모터를 구성하는 로터의 위치와 임펠러의 위치를 적절히 조절함으로써, 모터의 전체 부피는 변하지 않으면서도 모터의 정격 운전 속도가 공진주파수 대비 2배 이상의 운전 마진이 확보되는 장점이 있다.

다시 말하면, 본 발명에 의하면 모터의 공진점에서의 회전 속도(또는 공진 주파수)가 모터의 정격 운전 속도(또는 정격 운전 주파수)의 2배 이상이 되도록 함으로써, 공진에 의한 모터의 진동 및 소음이 급격히 증가하는 위험성을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 사시도.
도 2는 상기 모터의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 3-3을 따라 절개되는 상기 모터의 종단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터를 구성하는 로터 어셈블리와 임펠러의 결합체를 보여주는 사시도.
도 5는 로터 이격비에 따른 공진 주파수의 변동을 보여주는 그래프.
도 6은 임펠러 이격비에 따른 공진 주파수의 변동을 보여주는 그래프.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 모터에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 사시도이고, 도 2는 상기 모터의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 3-3을 따라 절개되는 상기 모터의 종단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터(10)는, 하우징(11)과, 상기 하우징(11)의 상면에 안착되는 하우징 커버(14)와, 상기 하우징(11) 내부에 고정되는 스테이터 어셈블리(12)와, 상기 스테이터 어셈블리(12) 내부에서 회전 가능하게 설치되는 로터 어셈블리(13)와, 하우징 커버(14)의 상면에 고정되는 유동 가이드(15)와, 상기 유동 가이드(15)의 상측에 배치되고, 상기 로터 어셈블리(13)에 연결되는 임펠러(16)와, 상기 임펠러(16)를 덮어서 상기 하우징(11)에 고정되는 임펠러 커버(17)를 포함할 수 있다.

상세히, 상기 임펠러 커버(17)의 상면(또는 전면)에는 공기 흡입구(171)가 형성되며, 상기 임펠러(16)가 회전하면, 모터(10) 외부의 공기가 상기 공기 흡입구(171)를 통하여 상기 모터(10) 내부로 흡입된다.

또한, 상기 유동 가이드(15)는 상기 공기 흡입구(171)를 통하여 흡입되는 공기를 상기 하우징(11) 쪽으로 안내하는 기능을 한다. 상세히, 상기 유동 가이드(15)는, 원판 형태의 가이드 본체(151)와, 상기 가이드 본체(151)의 외주면에 형성되는 다수의 가이드 베인(152)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 가이드 본체(151)의 중심부에는 관통홀(154)이 형성되고, 상기 관통홀(154)에는 상기 하우징 커버(14)의 중심에 형성되는 상부 베어링 수용부(142 : 도 4 참조)가 삽입된다. 그리고, 상기 관통홀(154)의 가장자리에는 다수의 체결홀(153)이 형성될 수 있다.

한편, 상기 로터 어셈블리(13)는, 회전축(131)과, 상기 회전축(131)의 외주면에 고정되어 상기 회전축(131)과 한 몸으로 회전하는 로터(132)와, 상기 로터(132)의 전방(또는 상방)에서 상기 회전축(131)에 끼워지는 상부 베어링(135)과, 상기 로터(132)의 후단(또는 하단)에서 상기 회전축(131)에 끼워지는 하부 베어링(133)과, 상기 상부 베어링(135)이 상기 회전축(131)을 따라 이동하는 것을 방지하는 상부 스토퍼(136), 및 상기 하부 스토퍼(134)가 상기 회전축(131)을 따라 이동하는 것을 방지하는 하부 스토퍼(135)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상부 베어링(135)과 하부 베어링(144) 중 어느 하나는 제 1 베어링으로 정의되고, 다른 하나는 제 2 베어링으로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 상부 스토퍼(136)와 하부 스토퍼(134) 중 어느 하나는 제 1 스토퍼로 정의되고, 다른 하나는 제 2 스토퍼로 정의될 수 있다.

그리고, 상기 회전축(131)의 전단(또는 상단)에는 상기 임펠러(16)가 장착되어, 상기 회전축(131)과 임펠러(16)가 한 몸으로 회전한다. 그리고, 상기 로터(132)와 상기 스테이터 어셈블리(12) 사이에서 발생하는 전자기 유도에 의하여 상기 로터(132)가 회전하고, 상기 회전축(131)은 상기 로터(132)와 한 몸으로 회전한다.

또한, 상기 상부 베어링(135)과 상기 하부 베어링(133)이 정확하게 정렬되지 않으면, 모터의 회전 과정에서 소음과 진동이 발생할 수 있다. 상세히, 상기 회전축(31)이 상기 모터(10)의 중심선과 소정 각도로 어긋나서 편심되는 경우에는, 모터가 고속으로 회전할 때 소음과 진동이 증가할 뿐만 아니라, 베어링의 마모가 심하게 일어날 수 있다.

이러한 현상은, 상기 하우징 커버(14)가 상기 하우징(11)에 정위치에 결합되지 못하여 발생하는 것이다. 다시 말하면, 상기 하우징(11)에 형성되는 체결홀의 직경이 상기 체결홀에 삽입되는 체결 부재의 직경보다 크게 형성되어 발생하는 치수 공차에 의하여, 상기 하우징 커버(14)의 중심이 상기 하우징(11)의 중심으로부터 상기 하우징(11)의 반경 방향으로 어긋나게 결합될 때 이러한 현상이 발생한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터를 구성하는 로터 어셈블리와 임펠러의 결합체를 보여주는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로터 어셈블리(13)는, 상술한 바와 같이, 회전축(131)과, 회전축(131)의 외주면에 장착되는 로터(132)와, 상기 회전축(131)의 상측부를 지지하는 상부 베어링(135)과, 상기 상부 베어링(135)의 축방향 이동을 제한하는 상부 스토퍼(136)와, 상기 회전축(131)의 하단부를 지지하는 하부 베어링(133)과, 상기 하부 베어링(133)의 축방향 이동을 제한하는 하부 스토퍼(134)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 임펠러(16)는 상기 회전축(131)의 상단에 결합되어, 상기 회전축(131)과 한 몸으로 회전할 수 있다.

그리고, 상기 회전축(131)의 길이(a)는 상기 하부 베어링(133)의 하단부에서 상기 임펠러(16)의 상단에 이르는 길이와 실질적으로 동일하다고 할 수 있다.

한편, 상기 회전축(131)의 길이(a)는 고정된 상태에서 모터의 공진점(공진 주파수)을 높이기 위한 방법으로서, 상기 상부 베어링(135)과 하부 베어링(133) 사이에서 상기 로터(132)의 위치를 조절하고, 동시에 상기 로터(132)의 위치가 고정된 상태에서 상기 상부 베어링(135)과 상기 임펠러(16)의 간격을 조절할 수 있다.

여기서, 상기 회전축(131)의 하단부는 상기 하부 베어링(133)의 하단부와 일치하는 것으로 한다. 그리고, 상기 회전축(131)의 하단에서 상기 로터(132)의 하단에 이르는 길이(b)를 "로터 간격"으로 정의한다. 그리고, 상기 상부 베어링(135)의 상단에서 상기 임펠러(16)의 하단에 이르는 길이(c)를 "임펠러 간격"으로 정의한다.

그리고, 상기 회전축(131)의 길이에 대한 상기 "로터 간격"의 비(b/a)를 "로터 이격비"로 정의하고, 상기 회전축(131)의 길이에 대한 상기 "임펠러 간격"의 비(c/a)를 "임펠러 이격비"로 정의한다.

그리고, 최대의 공진 주파수를 발생시키는 상기 "로터 이격비"의 범위를 선정하고, 최적의 로터 이격비 조건으로 상기 로터(132)의 위치를 고정한 상태에서, 최대의 공진 주파수를 발생시키는 상기 "임펠러 이격비"의 범위를 선정할 수 있다.

그리고, 운전 마진, 즉 정격 운전 속도에 대한 공진점에서의 운전 속도 비는 2 ~ 2.5배 정도가 확보되면 공진으로부터 안전하다고 볼 수 있다.

본 발명에서는 공진 주파수는 공진이 발생하는 분당 회전 속도를 초당 회전 속도로 환산한 값이기 때문에, 공진 주파수와 공진점에서의 모터 회전속도는 같은 개념으로 볼 수 있다.

도 5는 로터 이격비에 따른 공진 주파수의 변동을 보여주는 그래프이다.

이하에서는 정격 회전수가 80,000rpm인 모터를 예로 들어 설명한다. 즉, 그래프에서 하측의 수평선은 정격 회전수를 나타내다.

도 5를 참조하면, 상기 로터 이격비가 증가할수록 공진 주파수도 함께 증가하다가 어느 지점을 넘어서면 공진 주파수가 다시 감소하는 것을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 어느 지점을 넘어서면 공진 주파수의 증가율이 완만하게 되고, 어느 지점을 넘어서면 공진 주파수가 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다.

즉, 로터 이격비가 13%인 지점을 기준으로, 공진 주파수가 급격하게 증가하다가 완반하게 증가하는 것을 알 수 있다.

또한, 로터 이격비가 16.5%인 지점에서 공진 주파수가 증가 후 감소하는 것을 알 수 있다.

또한, 로터 이격비가 20%인 지점을 기준으로, 공진 주파수가 급격하게 떨어지는 것을 알 수 있다.

그리고, 공진 주파수가 최대인 지점, 즉 로터 이격비가 16.5%인 지점에서 모터의 회전 속도는 약 250,000rpm임이 확인되었다. 이는 공진점에서의 회전 속도가 정격 운전 속도의 2배 이상이 되므로, 공진점에서의 모터 회전속도는 250,000rpm으로 설정하여도 충분하다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 로터 이격비가 13% ~ 20% 사이 범위로 설정되는 것이 좋으면, 바람직하게는 로터 이격비가 16.5%인 것이 좋다고 할 수 있다.

도 6은 임펠러 이격비에 따른 공진 주파수의 변동을 보여주는 그래프이다.

이하에서는 도 5의 경우와 같이, 정격 회전수가 80,000rpm인 모터를 예로 들어 설명한다. 즉, 그래프에서 하측의 수평선은 정격 회전수를 나타내다.

그리고, 상기 임펠러 이격비에 따른 공진 주파수의 변동 그래프는, 상기 로터 이격비를 16.5%로 고정한 상태에서, 상기 임펠러 이격비를 변경시키면서 실험한 결과값이다. 그리고, 이 경우 상기 회전축(131)의 전체 길이(a)는 상기 임펠러(16)의 위치에 따라 변동된다.

즉, 상기 임펠러 이격비가 작아지면, 상기 임펠러(16)가 상기 상부 베어링(135)에 가까워지는 것을 의미하므로, 상기 회전축(131)의 길이도 그만큼 짧아짐을 의미한다.

상기와 같은 조건 하에서 수행한 실험 결과를 보면, 임펠러 이격비가 약 9.0%일 때, 공진점에서의 회전 속도가 약 250,000rpm으로 측정되었고, 임펠러 이격비가 9.2%보다 작은 지점부터 공진 주파수가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 임펠러 이격비가 8.7%보다 작은 지점부터 공진 주파수가 완만하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.

상기 임펠러 이격비가 너무 작으면 상기 임펠러의 하단이 상기 상부 베어링(135), 구체적으로는 상기 상부 베어링(135)을 수용하는 하우징 커버의 상면에 닿을 수 있다. 따라서, 공진 주파수가 정격 운전 주파수의 2배, 즉 운전 마진이 2배 정도 확보될 수 있는 정도의 임펠러 이격비이면 충분하다고 할 수 있다.

예컨대, 상기 임펠러 이격비는 8.7% ~ 9.2 % 범위 내일 수 있고, 바람직하게는 9.0%이면 충분하다.

그리고, 상기 로터 이격비를 최적의 이격비로 고정하지 않고, 하한값과 상한값 사이의 값으로 변경하면서, 정격 운전 속도가 80,000rpm인 전제하에 운전 마진이 2배 정도가 확보될 수 있는 상기 임펠러 이격비의 최적값을 찾을 수 있다.

즉, 상기 로터 이격비가 13% ~ 20%인 범위 내에서, 상기 임펠러의 이격비는 상기 8.7% ~ 9.2%의 범위 내에서 결정될 수 있다.

Claims (6)

1. 하우징;
   상기 하우징의 내부에 수용되는 스테이터 어셈블리;
   상기 스테이터 어셈블리의 내측에서 회전 가능하게 배치되는 로터 어셈블리; 및
   상기 로터 어셈블리에 결합되는 임펠러를 포함하고,
   상기 로터 어셈블리는,
   상단부에 상기 임펠러가 연결되는 회전축;
   상기 회전축의 외주면에 결합되어 상기 스테이터 어셈블리의 내측에 놓이며 상기 임펠러의 하측에 이격 배치되는 로터;
   상기 회전축의 하단부에 끼워지며 상기 로터의 하측에 배치되는 제 1 베어링; 및
   상기 회전축의 외주면에 끼워지되, 상기 로터와 상기 임펠러의 사이에 해당하는 지점에 배치되는 제 2 베어링을 포함하는 모터에 있어서,
   상기 회전축의 길이는 상기 제1베어링의 하단부에서 상기 임펠러의 상단부에 이르는 길이로 정의되고,
   상기 회전축의 하단부는 상기 제1베어링의 하단부와 일치하고,
   상기 회전축의 하단부에서 상기 로터의 하단부까지의 길이는 로터 간격으로 정의되고,
   상기 제2베어링의 상단부에서 상기 임펠러의 하단부에 이르는 길이는 임펠러 간격으로 정의되고,
   상기 회전축의 길이에 대한 상기 로터 간격의 비로 정의되는 로터 이격비는 13% ~ 20% 범위 내이며 상기 회전축의 길이에 대한 상기 임펠러 간격의 비로 정의되는 임펠러 이격비는 8.7% ~ 9.2% 범위 내인 것을 특징으로 하는 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터의 정격 운전 속도는 80000rpm인 것을 특징으로 하는 모터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 로터 이격비는 16.5%인 것을 특징으로 하는 모터.
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 임펠러 이격비는 9.0%인 것을 특징으로 하는 모터.
6. 제 2 항에 있어서,
   공진점에서 상기 모터의 회전 속도는 250,000rpm인 것을 특징으로 하는 모터.
   
   

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