KR102294605B1 - 팬 소음 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 구동축을 회전시키는 구동력을 제공하는 회전구동부와, 구동축과 연결되어 구동축을 중심으로 회전하여 구동축의 연장 방향으로 공기의 흐름을 유도하는 복수개의 블레이드를 구비하는 팬과, 구동축의 연장 방향을 따라 회전구동부가 왕복 이동 가능하도록 회전구동부를 내부 공간에 수용하는 가이드부와, 회전구동부를 지지하되 회전구동부와 함께 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동하는 제1 지지부와, 구동축의 연장 방향을 따라 제1 지지부가 왕복 이동 가능하도록 제1 지지부의 적어도 일부를 내부 공간에 수용하는 제2 지지부를 포함하고, 제1 지지부와 제2 지지부 중 하나는 코일을 포함하고, 제1 지지부와 제2 지지부 중 다른 하나는 자성부재를 포함하며, 코일에 전류가 인가될 경우, 회전구동부는 가이드부의 내부 공간에서 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능한 것을 특징으로 하는 팬 소음 제어 장치를 개시한다.

Description

팬 소음 제어 장치{FAN NOISE CONTROL APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 팬 소음 제어 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 팬 소음을 이용하여 소리를 생성하거나 팬 소음을 저감시킬 수 있는 팬 소음 제어 장치에 관한 것이다.
팬(fan)은 회전축을 중심으로 여러 개의 블레이드(blade)들이 원주 방향을 따라 배열된 기계 장치의 한 구성품으로, 예컨대 전동기(electric motor)와 같은 구동원(driving source)으로부터 회전력(rotational force)을 제공받아 회전축을 중심으로 회전하여 일 방향으로의 공기의 흐름을 생성하는 장치이다.
팬은 공기 유동이 필요한 다양한 기계 장치에 설치될 수 있다. 예를 들어, 팬은 선풍기나 에어컨, 환풍기, 냉장고, 공기청정기, 컴퓨터 등 가전제품에 설치되어 실내에 냉난방을 공급하거나, 실내외 공기를 강제로 순환시킬 수 있으며, 또한 에어컨과 냉장고의 응축기나 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)를 냉각시키는 냉각팬으로도 이용될 수 있다.
또한, 팬은 공기를 흡입하여 고압으로 압축하는 압축기에도 설치될 수 있어, 앞서 소개한 가전제품들 이외에도 자동차, 선박, 항공기 등 다양한 운송수단에도 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 팬은 회전축을 중심으로 여러 개의 블레이드들이 고속으로 회전하여 일정한 공기의 흐름을 유도하므로, 필연적으로 블레이드들과 공기가 서로 맞부딪히며 소음을 발생시킬 수 밖에 없다.
본 발명의 실시예들은 팬에서 발생하는 소음을 이용하여 원하는 소리를 생성할 수 있는 팬 소음 제어 장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예들은 팬에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있는 팬 소음 제어 장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예들은 팬의 재질이나 강성, 블레이드의 두께와 같은 팬의 물성을 변경시키지 않으면서 팬에서 발생하는 소음을 제어할 수 있는 팬 소음 제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치는 팬 본체에 축 방향의 진동계를 설치하여, 진동계를 고유 진동수 부근에서 가진할 수 있다.
또한, 팬의 회전에 따라 필연적으로 발생하는 소음과 진동계의 진동을 통해 발생하는 소리를 상쇄시킬 수 있다.
또한, 팬의 물성을 변경시키는 대신 팬 본체에 설치된 진동계에 인가되는 전류 값을 변경시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 구동축을 회전시키는 구동력을 제공하는 회전구동부와, 구동축과 연결되어 구동축을 중심으로 회전하여 구동축의 연장 방향으로 공기의 흐름을 유도하는 복수개의 블레이드를 구비하는 팬과, 구동축의 연장 방향을 따라 회전구동부가 왕복 이동 가능하도록 회전구동부를 내부 공간에 수용하는 가이드부와, 회전구동부를 지지하되 회전구동부와 함께 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동하는 제1 지지부와, 구동축의 연장 방향을 따라 제1 지지부가 왕복 이동 가능하도록 제1 지지부의 적어도 일부를 내부 공간에 수용하는 제2 지지부를 포함하고, 제1 지지부와 제2 지지부 중 하나는 코일을 포함하고, 제1 지지부와 제2 지지부 중 다른 하나는 자성부재를 포함하며, 코일에 전류가 인가될 경우, 회전구동부는 가이드부의 내부 공간에서 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능한 것을 특징으로 하는 팬 소음 제어 장치를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 회전구동부의 외측 표면과 가이드부의 내측 표면 중 어느 하나에는 다른 하나를 향하여 돌출되는 제1 돌출부가 형성되고, 회전구동부의 외측 표면과 가이드부의 내측 표면 중 다른 하나에는 돌출부가 안착되는 제1 홈부가 형성되며, 제1 돌출부와 제1 홈부는 구동축의 연장 방향을 따라 연장 형성되고, 제1 돌출부는 제1 홈부에 대해 슬라이딩 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 구동축과 가이드부의 사이에 개재되어 구동축의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 구동축의 이동을 방지하는 베어링 하우징과, 베어링 하우징에 수용되되 구동축의 외주면을 둘러싸는 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 베어링 하우징의 외측 표면과 가이드부의 내측 표면 중 어느 하나에는 다른 하나를 향하여 돌출되는 제2 돌출부가 형성되고, 베어링 하우징의 외측 표면과 가이드부의 내측 표면 중 다른 하나에는 제2 돌출부가 안착되는 제2 홈부가 형성되며, 제2 돌출부와 제2 홈부는 구동축의 연장 방향을 따라 연장 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 지지부는, 구동축의 연장 방향으로 연장 형성되는 중공축과, 중공축의 외측 표면을 감싸는 코일과, 중공축의 내부 공간에 수용되는 탄성부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 코일에 전류가 인가될 경우, 중공축은 제2 지지부의 내부 공간에서 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 지지부는 탄성부재의 일단을 지지하고, 제2 지지부는 탄성부재의 타단을 지지하며, 탄성부재는 제2 지지부를 기준으로 제1 지지부의 구동축의 연장 방향으로의 왕복 이동을 탄성적으로 허용할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 지지부는, 구동축의 연장 방향으로의 탄성부재의 팽창을 방지하는 지지 플레이트와, 구동축의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 탄성부재의 이동을 방지하는 고정부재와, 코일의 외주면을 둘러싸되 코일과 방사 방향으로 소정 간격 이격되는 자성부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 지지 플레이트는 자성부재의 일단과 탄성부재의 일단을 지지하고, 제2 지지부는 중공 형상으로 형성되어 자성부재의 타단을 지지하는 커버 플레이트를 더 포함하며, 자성부재는 지지 플레이트와 커버 플레이트의 사이에 개재될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 중공축과 코일 및 탄성부재의 적어도 일부는, 고정부재와 커버 플레이트의 내측 표면 사이에 형성되는 공간과, 고정부재와 자성부재의 내측 표면 사이에 형성되는 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 방사 방향을 기준으로 고정부재의 외측 표면과 커버 플레이트의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은, 중공축과 코일 및 탄성부재 각각의 두께의 합보다 더 넓은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 방사 방향을 기준으로 고정부재의 외측 표면과 자성부재의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은, 중공축과 코일 및 탄성부재 각각의 두께의 합보다 넓은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 방사 방향을 기준으로, 고정부재의 외측 표면과 커버 플레이트의 내측 표면 사이에 형성되는 공간과, 고정부재의 외측 표면과 자성부재의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 지지부는, 가이드부를 둘러싸되 가이드부의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 자성부재와, 회전구동부와 자성부재를 지지하는 지지 프레임과, 가이드부와 지지 프레임의 사이에 개재되어 가이드부를 기준으로 지지 프레임의 구동축의 연장 방향으로의 왕복 이동을 허용하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 지지부는, 가이드부를 둘러싸되 가이드부와 자성부재 사이의 공간에 배치되는 제1 스테이터와, 자성부재를 둘러싸되 자성부재의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 제2 스테이터와, 제2 스테이터에 수용되되 자성부재의 외측 표면으로부터 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 코일을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 코일에 전류가 인가될 경우, 자성부재는 제1 스테이터와 제2 스테이터 사이의 공간에서 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 방사 방향을 기준으로 제1 스테이터와 제2 스테이터의 사이에 형성되는 공간의 폭은 자성부재의 두께보다 넓은 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 팬 소음 제어 장치에 의하면, 팬 본체에 축 방향의 진동계를 설치하여, 진동계를 고유 진동수 부근에서 가진함으로써 전기 입력은 최소로 하면서 소리 출력을 극대화할 수 있다.
또한, 팬 본체에 설치된 진동계의 진동을 통해 소리를 발생시켜, 이를 팬의 회전에 따라 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 소음과 상쇄시킴으로써 팬에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.
또한, 팬의 물성을 변경하는 대신 팬 본체에 설치된 진동계에 인가되는 전류 값을 변경시킴으로써 팬에서 발생하는 소음의 크기를 조절할 수 있다.
물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 실시예들의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들은 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 팬 소음 제어 장치가 설치 가능한 공기조화기의 개략적인 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치의 각 구성을 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치를 회전축의 연장 방향으로 절개한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'를 절개하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B'를 절개하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치를 회전축의 연장 방향으로 절개한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 팬의 BPF 소음 위상제어의 일 예시를 나타내는 그래프이다.
도 8은 팬의 BPF 소음 저감의 일 예시를 나타내는 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명의 실시예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 팬 소음 제어 장치가 설치 가능한 공기조화기의 개략적인 구조를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치(100)가 설치된 공기조화기(50)는 압축기(51), 실내 열교환기(52), 제1 팽창밸브(EV_1), 제2 팽창밸브(EV_2) 및 실외 열교환기(53)를 포함한다. 도시된 실시예에서, "I"는 실내기를 나타내고 "O"는 실외기를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 실외기(O)는 난방 운전 시 실외공기와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기(53)와, 실외 열교환기(53)의 일측에 구비되는 실외팬(54)과, 실외 열교환기(53)로 유입되는 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브(EV_1)와, 실외 열교환기(53)로부터 토출된 냉매를 압축하는 압축기(51)를 포함할 수 있다.
또한, 실내기(I)는 난방 운전 시 압축기(51)로부터 토출된 냉매가 유입되는 실내 열교환기(52)와, 실내 열교환기(52)의 일측에 구비되는 실내팬(55)과, 제상 운전 시 실내 열교환기(52)로 유입되는 냉매의 유량을 조절하는 제2 팽창밸브(EV_2)를 구비할 수 있다.
압축기(51)는 냉매를 압축하도록 형성된다. 즉, 압축기(51)는 저온 저압의 냉매를 가압하여 고온 고압의 냉매로 만들도록 형성될 수 있다. 압축기(51)는 공기조화기(50) 내에 하나 이상이 구비될 수 있다.
예컨대, 압축기(51)가 공기조화기(50) 내에 복수 개 구비되는 경우, 복수개의 압축기(51)는 냉매의 유동방향을 따라서 직렬 및/또는 병렬로 마련될 수 있다.
실내 열교환기(52)는 실내 공기와 열교환하도록 형성될 수 있다. 즉, 실내 열교환기(52)는 실내 공기와 실내 열교환기(52) 내로 유동하는 냉매가 열교환하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 실내 열교환기(52)는 공기조화기(50)의 냉방 모드에서 증발기의 기능을 수행하고, 난방 모드에서 응축기의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 실내 열교환기(52)는 하나의 실내기 내에 복수 개가 구비되거나, 복수 개의 실내기 내에 각각 하나씩 구비되는 것도 가능하다.
실외 열교환기(53)는 실외 공기와 열교환하도록 형성될 수 있다. 즉, 실외 열교환기(53)는 실외 공기와 실외 열교환기(53) 내로 유동하는 냉매가 열교환하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 실외 열교환기(53)는 공기조화기(50)의 냉방 모드에서 응축기의 기능을 수행하고, 난방 모드에서 증발기의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 실외 열교환기(53)는 하나의 실외기 내에 복수 개가 구비되거나, 복수 개의 실외기 내에 각각 하나씩 구비되는 것도 가능하다.
실내 열교환기(52) 및 실외 열교환기(53)는 핀-튜브 방식의 열교환기일 수 있다. 또한, 실내 열교환기(52) 측에는 실내팬(55)이 마련될 수 있고, 상기 실외 열교환기(53) 측에는 실외팬(54)이 마련될 수 있다.
공기조화기(50)는 압축기(51)로부터 토출된 냉매와 오일의 혼합기로부터 오일을 분리하기 위한 오일분리기(56)를 포함할 수 있다.
오일분리기(56)는 압축기(51)로부터 토출된 냉매와 오일의 혼합기로부터 오일을 분리하여 다시 압축기(51)로 공급하도록 형성될 수 있다. 그리고, 오일분리기(56)로 유입된 혼합기에서 분리된 냉매는 실내 열교환기(52)와 실외 열교환기(53)를 포함하는 냉매사이클을 순환할 수 있다.
예를 들어, 압축기(51)로부터 토출된 혼합기는 공급유로(57)를 통해 오일분리기(56)로 공급될 수 있다. 그리고, 오일분리기(56)에서 분리된 액상 오일은 회수유로(58)를 통해 다시 압축기(51)로 공급되고, 오일분리기(56)에서 분리된 기상 냉매는 냉매 사이클을 순환할 수 있다.
공기조화기(50)는 냉방 모드와 난방 모드가 전환될 때, 냉매의 순환방향을 전환시키기 위한 유로전환밸브(59)를 포함할 수 있다. 유로전환밸브(59)는 4방 밸브(four-way valve)로 형성될 수 있다.
예를 들어, 유로전환밸브(59)는 냉방모드에서 압축기(51)로부터 토출된 냉매를 실외기로 안내하고, 난방모드에서 압축기(51)로부터 토출된 냉매를 실내기로 안내하도록 형성될 수 있다.
제1 팽창밸브(EV_1)는 실외기(O)에 구비되어, 공기조화기(50)가 난방모드로 운전될 때 실외 열교환기(53)로 유입되는 냉매를 팽창시키도록 형성 및 배치되고, 공기조화기(50)가 제상모드 또는 냉방모드로 운전될 때 완전히 개방(full open)되도록 형성될 수 있다.
제2 팽창밸브(EV_2)는 실내기(I)에 구비되어, 공기조화기(50)가 난방모드로 운전될 때 실외온도 및 난방 설정 온도 등에 따라서 실내기(I) 내를 유동하는 냉매의 유량을 조절하도록 개도가 조절될 수 있다.
또한, 제2 팽창밸브(EV_2)는 공기조화기(50)가 제상모드 또는 냉방모드로 운전될 때, 실내 열교환기(52)로 유입되는 냉매를 팽창시키고 냉매의 유량을 조절하도록 개도가 조절될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치(100)가 설치될 수 있는 기계 장치의 일 예시를 도시한 것으로서, 전술한 바와 같이 팬 소음 제어 장치(100)는 공기조화기(50)의 압축기(51)와 실외팬(54) 및 실내팬(55)에 설치될 수 있다. 이러한 점을 분명히 도 1에 표시하기 위해, 압축기(51)와 실외팬(54) 및 실내팬(55) 각각의 참조부호 후미에 참조부호 (100)을 함께 병기하였음을 밝혀둔다.
본 발명의 실시예들에 따른 팬 소음 제어 장치(100)(도 6의 200 참조)는 도 1에 도시된 공기조화기(50) 이외에도, 전술한 바와 같이 선풍기나 환풍기, 냉장고, 공기청정기, 컴퓨터 등 가전제품과, 자동차 선박, 항공기 등 다양한 운송수단에 설치될 수 있으며, 이하에서 구체적으로 설명할 구조적인 특징에 의해 원하는 소리를 재생하는 스피커에도 사용될 수 있다.
이하, 다른 도면들을 참조하여 도 1에 도시된 공기조화기(50)의 실외팬(54) 및 실내팬(55)에서 발생하는 소음을 저감시키거나, 원하는 소리를 생성할 수 있는 팬 소음 제어 장치(100)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치의 각 구성을 분해하여 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치를 회전축의 연장 방향으로 절개한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 팬 소음 제어 장치(100)는 회전에 의해 일 방향으로 공기의 흐름을 생성 및 유도하는 팬(110)과, 팬(110)의 구동축(111)을 내부 공간에 수용하는 가이드부(120)와, 회전구동부(112)를 탄성적으로 지지하는 제1 지지부(130)와, 도면에 도시되지는 않은 다른 소정의 구조물에 설치되어 고정된 상태로 제1 지지부(130)를 지지하는 제2 지지부(140)를 포함할 수 있다.
팬(110)은 구동축(111)과 구동축(111)을 회전시키는 구동력을 제공하는 회전구동부(112)와, 구동축(111)과 연결되어 구동축(111)을 중심으로 회전하여 구동축(111)의 연장 방향으로 공기의 흐름을 유도하는 복수개의 블레이드(113)들을 포함할 수 있다.
구동축(111)은 복수개의 블레이드(113)의 회전 중심이며, 복수개의 블레이드(113)들은 구동축(111)을 중심으로 각각 방사 방향으로 연장되도록 구비될 수 있다.
도면에 표시하지는 않았으나, 팬(110)은 환형(ring-ship)으로 형성되어 구동축(111)을 중심에 수용하는 회전중심공(미표시)을 구비하고, 둘레를 따라 복수개의 블레이드(113)들이 소정의 간격으로 이격되어 설치되는 허브(미표시)를 구비할 수 있다.
회전구동부(112)는 전기를 구동원으로 하여 회전력을 생산하는 전동기(electric motor)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 팬(110)을 회전시킬 수 있는 그 어떠한 구성을 포함할 수도 있다.
한편, 구동축(111)과 회전구동부(112)는 커플러(111c)를 통해 서로 체결될 수 있다.
복수개의 블레이드(113)들은 허브의 둘레를 따라 소정 간격 이격되도록 설치될 수 있으며, 바람직하게는 복수개 각각이 동일한 간격을 두고 이격되도록 설치될 수 있다. 복수개의 블레이드(113)들은 일 방향으로 공기의 흐름을 유도하도록 소정의 방향으로 경사지도록 배치될 수 있다.
가이드부(120)는 구동축(111)의 연장 방향을 따라 연장된 중공(hollow) 형상의 일종의 파이프일 수 있으며, 내부 공간에서 회전구동부(112)가 구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 회전구동부(112)를 수용할 수 있다.
도면에 의하면, 구동축(111)의 연장 방향과 교차하는 방향, 구체적으로는 구동축(111)과 직교하는 방향(즉, 수평 방향)을 기준으로 한 회전구동부(112)의 절개면은 원형(circular shape)일 수 있으나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 회전구동부(112)는 회전구동부(112)를 내부 공간에 수용할 수 있는 그 어떠한 형상으로도 구성이 가능하다. 즉, 가이드부(120)는 회전구동부(112)를 내부에 수용할 수 있는 내부 공간을 구비하는 한, 원형 이외에도 타원형, 다각형 등 여러 가지 단면 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 회전구동부(112)의 외측 표면의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 회전구동부(112)와 가이드부(120)의 접촉면에 대한 설명은 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
제1 지지부(130)는 회전구동부(112)를 지지하되, 구동축(111)의 연장 방향으로 연장 형성되는 중공축(131)과, 중공축(131)의 외측 표면을 감싸는 코일(132)과, 중공축(131)의 내부 공간에 수용되는 탄성부재(133)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 지지부(130)는 가이드부(120) 내부 공간에서 구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동하는 회전구동부(112)의 일면에 접촉한 상태로 회전구동부(112)와 함께 이동할 수 있다.
제1 지지부(130)는 회전구동부(112)의 일면과 결합되어 일체로 구성될 수 있으나, 바림직하게는 회전구동부(112)와는 별개의 구성품으로 제조되어 후술할 탄성부재(133)의 탄성력에 의해 회전구동부(112)와 접촉한 상태를 유지하며 회전구동부(112)와 함께 구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
중공축(131)은 회전구동부(112)와 접촉하는 측면으로부터 반대 방향으로 연장 형성되며, 가이드부(120)와 같이 그 단면이 중공의 환형으로 형성되는 것이 바림직하나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
즉, 중공축(131) 또한 가이드부(120)의 단면 형상과 동일하게 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 탄성부재(133)의 외측 표면 형상에 대하는 형상을 가짐으로써 탄성부재(133)가 중공축(131)의 내부 표면에 밀착한 상태를 유지하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
코일(132)은 중공축(131)의 외측 표면을 감싸도록 배치되며, 도면에 도시하지는 않았으나 외부 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 외부 전원을 통해 코일(132)에 전류가 인가될 경우 어떠한 원리로 회전구동부(112)와 제1 지지부(130)가 이동하는 가에 대한 설명은 이하 제2 지지부(140)에 대한 설명과 함께 구체적으로 기술하기로 한다.
탄성부재(133)는 중공축(131)의 내부 공간에 수용되어 제1 지지부(130)가 후술할 제2 지지부(140)에 대해 왕복 이동할 수 있도록 제1 지지부(130)와 제2 지지부(140) 사이에 탄성력을 제공할 수 있다. 예컨대, 탄성부재(133)는 스프링(spring)을 포함할 수 있다.
제2 지지부(140)는 구동축(111)의 연장 방향을 따라 제1 지지부(130)가 왕복 이동 가능하도록 제1 지지부(130)를 내부 공간에 수용하되, 구동축(111)의 연장 방향으로의 탄성부재(133)의 팽창을 방지하는 지지 플레이트(141)와, 구동축(111)의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 탄성부재의 이동을 방지하는 고정부재(142)와, 코일(132)의 외주면을 둘러싸되 코일(132)과 방사 방향으로 소정 간격 이격되는 자성부재(143)를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(141)는 자성부재(143)의 일단과 탄성부재(133)의 일단을 지지할 수 있다. 구체적으로, 지지 플레이트(141)는 도면에 도시되지 않은 기계 장치의 다른 구성품에 의해 지지 또는 다른 구성품과 결합됨으로써 제2 지지부(140)가 소정의 위치를 벗어나지 않도록 제2 지지부(140)를 고정하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 지지 플레이트(141)는 탄성부재(133)가 회전구동부(112)를 향하는 방향과 반대 방향으로 팽창하지 않도록 탄성부재(133)의 일단을 소정의 위치에 고정시킬 수 있다.
한편, 탄성부재(133)의 관점에서는, 탄성부재(133)의 타단은 제1 지지부(130)의 내부 공간에 수용되어 제1 지지부(130)를 탄성적으로 가압하고 있는 상태이므로, 탄성부재(133)는 제1 지지부(130)와 함께 구동축(111)의 연장 방향을 따라 자유롭게 팽창되거나 수축될 수 있다.
즉, 제1 지지부(130)는 탄성부재(133)의 일단을 지지하고, 제2 지지부(140)는 탄성부재(133)의 타단을 지지하며, 탄성부재(133)는 제2 지지부(140)를 기준으로 제1 지지부(130)의 구동축(111)의 연장 방향으로의 왕복 이동을 탄성적으로 허용할 수 있다.
고정부재(142)는 탄성부재(133)가 갖는 내부 공간에 끼워져 탄성부재(133)가 구동축(111)의 연장 방향과 교차하는 방향, 예컨대 도면에서는 수평 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 고정부재(142)는 탄성부재(133)가 제1 지지부(130)의 중공축(131) 내부에서 구동축(111)의 연장 방향, 즉 수직 방향을 따라서만 왕복 이동할 수 있도록 일종의 가이드 역할을 수행할 수 있다.
또한, 고정부재(142)는 탄성부재(133)의 길이와 대응하는 길이를 갖도록 구동축(111)의 연장 방향으로 연장 형성되는 것이 바람직하나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 고정부재(142)는 적어도 탄성부재(133)가 수평 방향을 따라 이동하지 않도록 탄성부재(133)를 고정하여 탄성부재(133)가 수평 방향을 따라 변형되지 않도록 하는 소정의 길이로 형성될 수 있다.
자성부재(143)는 코일(132)의 외주면을 둘러싸되, 코일(132)과 방사 방향으로 소정 간격 이격될 수 있다. 자성부재(143)는 영구자석(permanent magnet) 및 전자석(electromagnet) 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 영구자석으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
제2 지지부(140)의 지지 플레이트(141)는 자성부재(143)의 일단과 탄성부재(133)의 일단을 지지하고, 제2 지지부(140)는 중공 형상으로 형성되어 자성부재(143)의 타단을 지지하는 커버 플레이트(144)를 더 포함하며, 자성부재(143)는 지지 플레이트(141)와 커버 플레이트(144)의 사이에 개재될 수 있다.
구체적으로, 중공축(131)과 코일(132) 및 탄성부재(133)의 적어도 일부는 고정부재(142)와 커버 플레이트(144)의 내측 표면 사이에 형성되는 공간과, 고정부재(142)와 자성부재(143)의 내측 표면 사이에 형성되는 공간 사이에 배치될 수 있다.
이때, 방사 방향을 기준으로 고정부재(142)와 커버 플레이트(144)의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은, 중공축(131)과 코일(132) 및 탄성부재(133) 각각의 두께의 합보다 더 넓은 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 중공축(131)과 코일(132) 및 탄성부재(133)는 고정부재(142)에 의해 소정의 위치에 고정되며, 커버 플레이트(144)의 내측 표면은 코일(132)의 외측 표면과 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 방사 방향을 기준으로 고정부재(142)와 자성부재(143)의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은 중공축(131)과 코일(132) 및 탄성부재(133) 각각의 두께의 합보다 넓은 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 중공축(131)과 코일(132) 및 탄성부재(133)는 고정부재(142)에 의해 소정의 위치에 고정되며, 자성부재(143)의 내측 표면은 코일(132)의 외측 표면과 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 팬 소음 제어 장치(100)는 구동축(111)과 가이드부(120)의 사이에 개재되어 구동축(111)의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 구동축(111)의 이동을 방지하는 베어링 하우징(150)과, 베어링 하우징(150)에 수용되되 구동축(111)의 외주면을 둘러싸는 베어링(160)을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 팬 소음 제어 장치(100)에서, 만약 코일(132)에 전류가 인가될 경우, 코일(132)과 자성부재(143) 사이에서는 전자기장(electromagnetic field)이 형성되며, 이러한 전자기장 내에서 회전구동부(112)는 가이드부(120)의 내부 공간에서 구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능하다.
또한, 회전구동부(112)의 왕복 이동에 따라, 제1 지지부(130)의 중공축(131) 또한 제2 지지부(140)의 내부 공간에서 구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
여기서, 회전구동부(112)와 회전구동부(112)를 지지하는 제1 지지부(130)가 "구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능"하다는 것은 회전구동부(112)와 제1 지지부(130)가 가이드부(120)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있음을 의미할 수 있다.
구체적으로, 코일(132)에 정현파 교류 전원(sine wave alternating current)이 인가될 경우, 코일(132)과 자성부재(143) 사이에 유도된 전자기(magnetic) 가진력(exciting force)에 의해 회전구동부(112)는 가이드부(120)의 내부 공간에서 구동축(111)의 연장 방향을 따라 정현파 형태로 진동할 수 있다.
전술한 구조에 따르면, 회전구동부(112)가 구동축(111)의 연장 방향을 따라 왕복 이동, 즉 진동할 경우 구동축(111)과 복수개의 블레이드(113)들, 그리고 제1 지지부(130)도 함께 구동축(111)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있다.
즉, 코일(132)에 정현파 교류 전원이 인가될 경우, 팬(110)과 제1 지지부(130)가 구동축(111)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있으며, 팬(110)과 제1 지지부(130)의 진동에 의해 코일(132)에 인가되는 정현파 교류의 주파수(frequency)와 진폭(amplitude)에 해당하는 소정의 소리(sound)가 발생할 수 있다.
구체적으로, 코일(132)에 인가되는 정현파 교류 전원의 주파수를 변경하면, 코일(132)에 인가되는 전기 입력과 팬 소음 제어 장치(100)에서 발생하는 소리의 비율 또한 변경될 수 있다.
이는, 코일(132)에 인가되는 정현파 교류 전원의 주파수를 팬(110)과 가이드부(120), 제1 지지부(130) 및 제2 지지부(140)를 포함하는 팬 소음 제어 장치(100)가 이루는 하나의 진동계(vibration system)의 고유 진동수(natural frequency) 부근의 주파수로 설정할 경우 최소의 전기 입력으로 팬 소음 제어 장치(100)의 진동을 최대화 할 수 있음을 의미한다.
즉, 발생시키고자 하는 소리에 해당하는 주파수에 팬 소음 제어 장치(100)의 고유 진동수를 맞출 경우, 최소의 전기 입력으로 최대의 소리 출력이 가능할 수 있다.
이하 도 4 및 5를 참조하여, 외부 전원을 통해 코일(132)에 전류가 인가될 경우 어떠한 구조적인 원리로 회전구동부(112)와 제1 지지부(130)가 이동 가능한 가에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 A-A'를 절개하여 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 3의 B-B'를 절개하여 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 회전구동부(112)의 외측 표면에는 제1 돌출부(112p)가, 가이드부(120)의 내측 표면에는 제1 돌출부(112p)가 안착되는 제1 홈부(120a)가 형성될 수 있다. 이러한 제1 돌출부(112p)와 제1 홈부(120a)는 구동축(111)의 연장 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 제1 돌출부(112p)는 제1 홈부(120a)에 대해 슬라이딩 가능하며, 이러한 구조에 따라 회전구동부(112)는 가이드부(120)의 내부 공간에서 구동축(111)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있다.
도면에는 제1 돌출부(112p)가 회전구동부(112)의 외측 표면에, 제1 홈부(120a)가 가이드부(120)의 내측 표면에 형성되는 것으로 묘사되어 있으나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 돌출부(112p)는 가이드부(120)의 내측 표면에, 제1 홈부(120a)는 회전구동부(112)의 외측 표면에 형성될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 돌출부(112p)가 회전구동부(112)의 외측 표면에, 제1 홈부(120a)가 가이드부(120)의 내측 표면에 형성된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 베어링 하우징(150)의 외측 표면에는 제2 돌출부(150p)가, 가이드부(120)의 내측 표면에는 제2 돌출부(150p)가 안착되는 제2 홈부(120b)가 형성될 수 있다. 이러한 제2 돌출부(150p)와 제2 홈부(120b)는 구동축(111)의 연장 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 제2 돌출부(150p)는 제2 홈부(120b)에 대해 슬라이딩 가능하며, 이러한 구조에 따라 베어링 하우징(150)은 가이드부(120)의 내부 공간에서 구동축(111)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있다.
도면에는 제2 돌출부(150p)가 베어링 하우징(150)의 외측 표면에, 제2 홈부(120b)가 가이드부(120)의 내측 표면에 형성되는 것으로 묘사되어 있으나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제2 돌출부(150p)는 가이드부(120)의 내측 표면에, 제2 홈부(120b)는 베어링 하우징(150)의 외측 표면에 형성될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제2 돌출부(150p)가 베어링 하우징(150)의 외측 표면에, 제2 홈부(120b)가 가이드부(120)의 내측 표면에 형성된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬 소음 제어 장치를 회전축의 연장 방향으로 절개한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 팬 소음 제어 장치(200)는 회전에 의해 일 방향으로 공기의 흐름을 생성 및 유도하는 팬(210)과, 팬(210)의 구동축(211)을 내부 공간에 수용하는 가이드부(220)와, 회전구동부(212)를 탄성적으로 지지하는 제1 지지부(230)와, 가이드부(220)를 둘러싸도록 배치되어 제1 지지부(230)와의 배치 관계에 의해 전자기 가진력을 유도하는 제2 지지부(240)를 포함할 수 있다.
팬(210)은 구동축(211)과 구동축(211)을 회전시키는 구동력을 제공하는 회전구동부(212)와, 구동축(211)과 연결되어 구동축(211)을 중심으로 회전하여 구동축(211)의 연장 방향으로 공기의 흐름을 유도하는 복수개의 블레이드(213)들을 포함할 수 있다.
구동축(211)은 복수개의 블레이드(213)의 회전 중심이며, 복수개의 블레이드(213)들은 구동축(211)을 중심으로 각각 방사 방향으로 연장되도록 구비될 수 있다.
도면에 표시하지는 않았으나, 팬(210)은 환형(ring-ship)으로 형성되어 구동축(211)을 중심에 수용하는 회전중심공(미표시)을 구비하고, 둘레를 따라 복수개의 블레이드(213)들이 소정의 간격으로 이격되어 설치되는 허브(미표시)를 구비할 수 있다.
회전구동부(212)는 전기를 구동원으로 하여 회전력을 생산하는 전동기(electric motor)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 팬(210)을 회전시킬 수 있는 그 어떠한 구성을 포함할 수도 있다.
한편, 구동축(211)과 회전구동부(212)는 커플러(211c)를 통해 서로 체결될 수 있다.
복수개의 블레이드(213)들은 허브의 둘레를 따라 소정 간격 이격되도록 설치될 수 있으며, 바람직하게는 복수개 각각이 동일한 간격을 두고 이격되도록 설치될 수 있다. 복수개의 블레이드(213)들은 일 방향으로 공기의 흐름을 유도하도록 소정의 방향으로 경사지도록 배치될 수 있다.
가이드부(220)는 구동축(211)의 연장 방향을 따라 연장된 중공(hollow) 형상의 일종의 파이프일 수 있으며, 내부 공간에서 회전구동부(212)가 구동축(211)의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 회전구동부(212)를 수용할 수 있다.
도면에 의하면, 구동축(211)의 연장 방향과 교차하는 방향, 구체적으로는 구동축(211)과 직교하는 방향(즉, 수평 방향)을 기준으로 한 회전구동부(212)의 절개면은 원형(circular shape)일 수 있으나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 회전구동부(212)는 회전구동부(212)를 내부 공간에 수용할 수 있는 그 어떠한 형상으로도 구성이 가능하다. 즉, 가이드부(220)는 회전구동부(212)를 내부에 수용할 수 있는 내부 공간을 구비하는 한, 원형 이외에도 타원형, 다각형 등 여러 가지 단면 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 회전구동부(212)의 외측 표면의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 회전구동부(212)와 가이드부(220)의 접촉면에 대해서는 앞서 4 및 5를 참조하여 자세하게 설명하였으므로, 이하에서는 더 자세한 내용은 생략하기로 한다.
제1 지지부(230)는 가이드부(220)를 둘러싸되 가이드부(220)의 외측 표면으로부터 소정 간격 이격되도록 배치되는 자성부재(231)와, 회전구동부(212)와 자성부재(231)를 지지하는 지지 프레임(232)과, 가이드부(220)와 지지 프레임(232) 사이에 개재되어 가이드부(220)를 기준으로 지지 프레임(232)의 구동축(211)의 연장 방향으로의 이동을 허용하는 탄성부재(233)를 포함할 수 있다.
또한, 자성부재(231)는 지지 프레임(232) 상에서 탄성부재(233)보다 방사 방향으로 외측에 설치될 수 있다. 즉, 자성부재(231)는 탄성부재(233)의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 탄성부재(233)를 둘러쌀 수 있다.
지지 프레임(232)은 구동축(211)과 연결된 회전구동부(212)의 일측과 반대측인 회전구동부(212)의 타측과, 일단이 가이드부(220)를 지지하는 탄성부재(233)의 타단을 지지한 상태로 회전구동부(212)와 함께 이동할 수 있다.
지지 프레임(232)은 회전구동부(212)의 일면과 결합되어 일체로 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 회전구동부(212)와는 별개의 구성품으로 제조되어 탄성부재(233)의 탄성력에 의해 회전구동부(212)와 접촉한 상태를 유지하며 회전구동부(212)와 함께 구동축(211)의 연장 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
탄성부재(233)는 양단이 각각 가이드부(220)와 제1 지지부(230)의 지지 프레임(232)에 설치되어, 가이드부(220)를 기준으로 구동축(211)의 연장 방향을 따른 회전구동부(212)와 제1 지지부(230)의 왕복 이동을 보조할 수 있다. 예컨대, 탄성부재(233)는 스프링을 포함할 수 있다.
다시 말해, 탄성부재(233)는 회전구동부(212)가 가이드부(220) 내에서 이탈하지 않는 범위 내에서 회전구동부(212)와 제1 지지부(230)가 블레이드(213)로부터 멀어지는 방향으로 이동하거나, 반대로 회전구동부(212)와 제1 지지부(230)가 블레이드(213)로 다가가는 방향으로 이동하는 것 또한 허용할 수 있다.
제2 지지부(240)는 가이드부(220)를 둘러싸되 가이드부(220)와 자성부재(231) 사이의 공간에 배치되는 제1 스테이터(241)와, 자성부재(231)를 둘러싸되 자성부재(231)의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 제2 스테이터(242)와, 제2 스테이터(242)에 수용되되 자성부재(231)의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 코일(243)을 포함할 수 있다.
제1 스테이터(241)와 제2 스테이터(242)는 모두 자성(magnetic)을 띠는 소재를 포함할 수 있으며, 도면에 별도로 도시하거나 표시하지는 않았으나 가이드부(220)와는 별도의 다른 지지부재에 의해 가이드부(220)의 둘레를 감싸도록 가이드부(220)의 둘레에 고정될 수 있다.
제1 스테이터(241)와 제2 스테이터(242)의 사이에는 소정의 공간(air gap)이 형성될 수 있으며, 제1 스테이터(241)와 제2 스테이터(242) 사이의 공간에는 자성부재(231)가 위치할 수 있다. 이때, 자성부재(231)는 제1 스테이터(241) 및 제2 스테이터(242)와 각각 소정의 간격을 두고 이격되도록 배치될 수 있으며, 이는 자성부재(231)는 제1 스테이터(241)와 제2 스테이터(242)와 접촉하지 않음을 의미한다.
제1 스테이터(241)는 자성부재(231)의 내측 공간에 배치되어 가이드부(220)의 둘레를 감싸도록 설치될 수 있으며, 제2 스테이터(242)는 자성부재(231)의 외측 둘레와 소정 간격 이격되어 자성부재(231)의 외측 둘레를 감쌀 수 있다.
제2 스테이터(242)에는 코일(243)을 수용하는 설치홈(미표시)이 형성될 수 있으며, 설치홈은 제2 스테이터(242)의 내측 표면에 원주 방향을 따라 코일(243)을 수용할 수 있도록 환형으로 형성될 수 있다.
코일(243)은 제2 스테이터(242)에 수용되어, 제1 스테이터(241)의 외측 표면 일부를 감싸되 제1 스테이터(241)의 외측 표면과 소정 거리를 두고 이격되도록 설치될 수 있다. 또한, 코일(243)은 도면에 도시하지는 않았으나 외부 전원과 연결될 수 있다.
제1 스테이터(241)와 코일(243) 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있으며, 제1 스테이터(241)와 코일(243) 사이의 공간에는 자성부재(231)가 배치될 수 있다.
또한, 팬 소음 제어 장치(200)는 구동축(211)과 가이드부(220)의 사이에 개재되어 구동축(211)의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 구동축(211)의 이동을 방지하는 베어링 하우징(250)과, 베어링 하우징(250)에 수용되되 구동축(211)의 외주면을 둘러싸는 베어링(260)을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 팬 소음 제어 장치(200)에서, 만약 코일(243)에 전류가 인가될 경우, 코일(243)과 자성부재(231) 사이에서는 전자기장(electromagnetic field)이 형성되며, 이러한 전자기장 내에서 회전구동부(212)는 가이드부(220)의 내부 공간에서 구동축(211)의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능하다.
또한, 회전구동부(212)의 왕복 이동에 따라, 제1 지지부(230)의 지지 프레임(232) 또한 구동축(211)의 연장 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
여기서, 회전구동부(212)와 회전구동부(212)를 지지하는 제1 지지부(230)의 지지 프레임(232)이 "구동축(211)의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능"하다는 것은 회전구동부(212)와 제1 지지부(230)가 가이드부(220)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있음을 의미할 수 있다.
구체적으로, 코일(243)에 정현파 교류 전원(sine wave alternating current)이 인가될 경우, 코일(243)과 자성부재(231) 사이에 유도된 전자기(magnetic) 가진력(exciting force)에 의해 회전구동부(212)는 가이드부(220)의 내부 공간에서 구동축(211)의 연장 방향을 따라 정현파 형태로 진동할 수 있다.
전술한 구조에 따르면, 회전구동부(212)가 구동축(211)의 연장 방향을 따라 왕복 이동, 즉 진동할 경우 구동축(211)과 복수개의 블레이드(213)들, 그리고 제1 지지부(230)도 함께 구동축(211)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있다.
즉, 코일(243)에 정현파 교류 전원이 인가될 경우, 팬(210)과 제1 지지부(230)는 구동축(211)의 연장 방향을 따라 진동할 수 있으며, 팬(210)과 제1 지지부(230)의 진동에 의해 코일(243)에 인가되는 정현파 교류의 주파수(frequency)와 진폭(amplitude)에 해당하는 소정의 소리(sound)가 발생할 수 있다.
구체적으로, 코일(243)에 인가되는 정현파 교류 전원의 주파수를 변경하면, 코일(243)에 인가되는 전기 입력과 팬 소음 제어 장치(200)에서 발생하는 소리의 비율 또한 변경될 수 있다.
이는, 코일(243)에 인가되는 정현파 교류 전원의 주파수를 팬(210)과 가이드부(220), 제1 지지부(230) 및 제2 지지부(240)를 포함하는 팬 소음 제어 장치(200)가 이루는 하나의 진동계(vibration system)의 고유 진동수(natural frequency) 부근의 주파수로 설정할 경우 최소의 전기 입력으로 팬 소음 제어 장치(200)의 진동을 최대화 할 수 있음을 의미한다.
즉, 발생시키고자 하는 소리에 해당하는 주파수에 팬 소음 제어 장치(200)의 고유 진동수를 맞출 경우, 최소의 전기 입력으로 최대의 소리 출력이 가능할 수 있다.
도 7은 팬의 BPF 소음 위상제어의 일 예시를 나타내는 그래프이고, 도 8은 팬의 BPF 소음 저감의 일 예시를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 옅은 선은 팬(110)(210) 회전 시 발생하는 1차 날개 통과 주파수(blade pass frequency, BPF) 소음을 의미하고, 짙은 선은 본 발명의 실시예들에 따른 팬 소음 제어 장치(100)(200)의 팬(110)(210)을 가동하여 팬(110)(210)의 구동축(111)(211) 방향 진동으로 생성한 1차 날개 통과 주파수 소리를 180도 위상 지연한 사례를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 팬 소음 제어 장치(100)(200)의 팬(110)(210)을 가동하여 팬(110)(210)의 구동축(111)(211) 방향 진동으로 생성한 1차 날개 통과 주파수 소리를 180도 위상 지연한 경우, 특정 주파수(예를 들어, 350~400Hz 사이)에서 날개 통과 주파수 소음을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 발명의 실시예들이 다양하게 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 실시예들의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 실시예들에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
50: 공기조화기 120, 220: 가이드부
51: 압축기 120a, 220a: 제1 홈부
52: 실내 열교환기 120b, 220b: 제2 홈부
53: 실외 열교환기 130, 230: 제1 지지부
54: 실외팬 131: 중공축
55: 실내팬 132, 243: 코일
56: 오일분리기 133, 233: 탄성부재
57: 공급유로 140, 240: 제2 지지부
58: 회수유로 141: 지지 플레이트
59: 유로전환밸브 142: 고정부재
EV_1: 제1 팽창밸브 143, 231: 자성부재
EV_2: 제2 팽창밸브 144: 커버 플레이트
100, 200: 팬 소음 제어 장치 150, 250: 베어링 하우징
110, 210: 팬 150p, 250p: 제2 돌출부
111, 211: 구동축 160, 260: 베어링
112, 212: 회전구동부 232: 지지 프레임
112p, 212p: 제1 돌출부 241: 제1 스테이터
113, 213: 블레이드 242: 제2 스테이터

Claims (17)

  1. 구동력을 제공하는 회전구동부, 상기 회전구동부의 일면과 결합되어 연장되는 구동축 및 상기 구동축과 연결되어 상기 회전구동부에서 구동력을 전달받아 회전하는 복수개의 블레이드를 포함하는 팬;
    상기 회전구동부의 일면과 마주하는 타면에 마련되어 상기 구동축의 축방향으로 연장되는 중공축 및 상기 중공축을 수용하는 코일을 포함하는 제1 지지부; 및
    상기 코일의 적어도 일부를 수용하며 상기 코일에서 발생되는 자기장에 의해 상기 코일을 상기 축방향으로 왕복 이동시키는 자성부재를 포함하는 제2 지지부;를 포함하고,
    상기 회전구동부는 상기 코일의 이동에 의해 상기 축방향을 따라 왕복 이동되고,
    상기 축방향으로 연장되고 내주면에 상기 회전구동부가 결합되어 상기 회전구동부를 상기 축방향으로 안내하는 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회전구동부의 외측 표면과 상기 가이드부의 내측 표면 중 어느 하나에는 다른 하나를 향하여 돌출되는 제1 돌출부가 형성되고,
    상기 회전구동부의 외측 표면과 상기 가이드부의 내측 표면 중 다른 하나에는 상기 돌출부가 안착되는 제1 홈부가 형성되며,
    상기 제1 돌출부와 상기 제1 홈부는 상기 구동축의 연장 방향을 따라 연장 형성되고,
    상기 제1 돌출부는 상기 제1 홈부에 대해 슬라이딩 가능한 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 구동축과 상기 가이드부의 사이에 개재되어 상기 구동축의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 상기 구동축의 이동을 방지하는 베어링 하우징과,
    상기 베어링 하우징에 수용되되 상기 구동축의 외주면을 둘러싸는 베어링을 더 포함하는, 팬 소음 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 베어링 하우징의 외측 표면과 상기 가이드부의 내측 표면 중 어느 하나에는 다른 하나를 향하여 돌출되는 제2 돌출부가 형성되고,
    상기 베어링 하우징의 외측 표면과 상기 가이드부의 내측 표면 중 다른 하나에는 상기 제2 돌출부가 안착되는 제2 홈부가 형성되며,
    상기 제2 돌출부와 상기 제2 홈부는 상기 구동축의 연장 방향을 따라 연장 형성되는 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 지지부는 상기 중공축의 내부 공간에 수용되는 탄성부재를 포함하는, 팬 소음 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 코일에 전류가 인가될 경우,
    상기 중공축은 상기 제2 지지부의 내부 공간에서 상기 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동 가능한 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 지지부는 상기 탄성부재의 일단을 지지하고,
    상기 제2 지지부는 상기 탄성부재의 타단을 지지하며,
    상기 탄성부재는 상기 제2 지지부를 기준으로 상기 제1 지지부의 상기 구동축의 연장 방향으로의 왕복 이동을 탄성적으로 허용하는, 팬 소음 제어 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 지지부는,
    상기 구동축의 연장 방향으로의 상기 탄성부재의 팽창을 방지하는 지지 플레이트와,
    상기 구동축의 연장 방향과 교차하는 방향으로의 상기 탄성부재의 이동을 방지하는 고정부재를 포함하고,
    상기 자성부재는 상기 코일과 방사 방향으로 소정 간격 이격되어 구비되는, 팬 소음 제어 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 상기 자성부재의 일단과 상기 탄성부재의 일단을 지지하고,
    상기 제2 지지부는 중공 형상으로 형성되어 상기 자성부재의 타단을 지지하는 커버 플레이트를 더 포함하며,
    상기 자성부재는 상기 지지 플레이트와 상기 커버 플레이트의 사이에 개재되는, 팬 소음 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 중공축과 상기 코일 및 상기 탄성부재의 적어도 일부는,
    상기 고정부재와 상기 커버 플레이트의 내측 표면 사이에 형성되는 공간과,
    상기 고정부재와 상기 자성부재의 내측 표면 사이에 형성되는 공간 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 방사 방향을 기준으로 상기 고정부재의 외측 표면과 상기 커버 플레이트의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은, 상기 중공축과 상기 코일 및 상기 탄성부재 각각의 두께의 합보다 더 넓은 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 방사 방향을 기준으로 상기 고정부재의 외측 표면과 상기 자성부재의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은, 상기 중공축과 상기 코일 및 상기 탄성부재 각각의 두께의 합보다 넓은 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 방사 방향을 기준으로, 상기 고정부재의 외측 표면과 상기 커버 플레이트의 내측 표면 사이에 형성되는 공간과, 상기 고정부재의 외측 표면과 상기 자성부재의 내측 표면 사이에 형성되는 공간은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  14. 구동력을 제공하는 회전구동부, 상기 회전구동부의 일면과 결합되어 연장되는 구동축 및 상기 구동축과 연결되어 상기 회전구동부에서 구동력을 전달받아 회전하는 복수개의 블레이드를 포함하는 팬;
    상기 회전구동부의 일면과 마주하는 타면에 마련되어 상기 구동축의 축방향으로 연장되는 지지 프레임 및 상기 회전구동부를 수용하며 상기 지지 프레임에 결합되는 자성부재를 포함하는 제1 지지부;
    상기 자성부재의 적어도 일부를 수용하여 전류가 인가되면 자기장이 발생되는 코일을 포함하는 제2 지지부;를 포함하고,
    상기 자성부재는 상기 자기장에 의해 상기 축방향으로 왕복 이동되고,
    상기 회전구동부는 상기 자성부재의 이동에 의해 상기 축방향을 따라 왕복 이동되고,
    상기 축방향으로 연장되고 내주면에 상기 회전구동부가 결합되어 상기 회전구동부를 상기 축방향으로 안내하는 가이드부;를 더 포함하고,
    상기 제1 지지부는 상기 가이드부와 상기 지지 프레임의 사이에 개재되어 상기 지지 프레임을 상기 축방향으로 왕복 이동 가능하도록 구비되는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 지지부는,
    상기 가이드부를 둘러싸되 상기 가이드부와 상기 자성부재 사이의 공간에 배치되는 제1 스테이터와,
    상기 자성부재를 둘러싸되 상기 자성부재의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 제2 스테이터와,
    상기 제2 스테이터에 수용되되 상기 자성부재의 외측 표면으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치되는 상기 코일을 포함하는, 팬 소음 제어 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 코일에 전류가 인가될 경우,
    상기 자성부재는 상기 제1 스테이터와 상기 제2 스테이터 사이의 공간에서 상기 구동축의 연장 방향을 따라 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 방사 방향을 기준으로 상기 제1 스테이터와 상기 제2 스테이터의 사이에 형성되는 공간의 폭은 상기 자성부재의 두께보다 넓은 것을 특징으로 하는, 팬 소음 제어 장치.
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