KR200337947Y1 - 이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치. - Google Patents

Abstract

본 고안은 이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치로서 액체중의 환경에서 작동하는 장비들의 내부압력을 외부의 압력과 동일하게 조정해주는 등압형 실링장치에 관한 것으로 기존의 등압형 실링장치는 실링이 라텍스 재질의 물성을 같고 있으며 확실한 실링효과를 발휘하기 위해서는 꽉조이는 형태로 취부되어 있어서 외부의 압력의 변동이 있을시 민감하게 반응하지 않거나 작동장비의 작동성을 방해하여 작은 동력에서는 작동에 지장을 주는 단점을 개선시키기 위해 자성유체를 사용하여 기존의 문제점을 개선시켰다.

본 고안에서는 자성유체와 내측면과 외측면이 각각 1극으로 착자된 레디알자석을 이용하여 자성유체에 작용하는 자기력을 최대화 시켰으며 자성유체를 이용하여 실링부위의 작동 저항을 거의 제로화 하였으며 내부와 외부가 같은 압력을 유지하기 위해서 작동 장치의 내부에 주입되는 유압작동유 또는 절연유(13)가 자성유체와 섞이는 것을 방지하기 위하여 도(3)에서 보는 것과 같이 접촉 환경과 서로 다른 성질을 가지는 자성유체를 사용하게되며 작동장치의 내부에 주입되는 절연유(13)와 접촉되는 내부에는 친수성자성유체(3)를 사용하며 외부의 기체나 수중에 접촉되는 외부에는 사용 환경에 따라 유성자성유체(2)나 친수성자성유체(3)를 사용하며 내부의 친수성자성유체(3)와 외부의 자성유체는 서로 접촉되어서 작동하게 되며 이 두 성질의 자성유체는 회전축(9)이 고속으로 회전하더라도 서로 섞이지 않으며 액체는 낮은 수축과 팽창력을 가지므로 장치의 내부에 절연유(13)나 유압유를 충진하게 되며 내부의 절연유와 유압유가 내측의 친수성자성유체(3)와 서로 다른 성질 때문에 혼합이 되지않으며 이를 이용하여 등압형 실링장치의 내부에 주입되는 절연유(13)가 외부로 유출되지 않고 장치의 절연효과 및 유압유의 작용도 하여 외부의 압력변화에도 민감하게 반응하고 작동장치와의 마찰력을 최소화할 수 있는 등압형 실링장치를 구성할 수 있다.

여기서 자성유체는 도(3)과 도(4)처럼 내부의 절연유(13)나 유압유가 내측의 친수성자성유체(3)와 서로 섞이지 않도록 하며 외부의 자성유체는 사용 환경에 따라서 유성자성유체(2)와 친수성자성유체(3)를 사용하여 내부와 외부의 차단 막의 역할을 하는 것이다.

Description

이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치.{An isobaric sealing device by utilizing two different magnetic fluids for the object used in the two different liquids}

본 고안은 외부의 압력과 장비의 내부압력을 항상 같은 압력으로 유지시키기 위한 장치로서 장비의 내부와 외부의 압력을 항상 같은 압력으로 유지시켜주는 등압 압력 보상형 실링장치의 일종으로 자성유체를 이용한 자성유체 실링장치로 기존의 자성유체 실링장치와는 서로 구별되는 점이 많다.

기존의 자성유체 실링장치는 내부와 외부가 서로 단일 극으로 착자 되어진 레디알 자석(1)을 사용하고 있지 않으며 자석과 자성유체간의 자기력 또한 훨씬 약하며 단일극의 자극을 형성시키기 위해서 여러 가지의 방법으로 보조자극을 만들어 주어야 한다.

실링에 사용되는 자성유체 또한 한가지성질의 자성유체를 사용하였으며 즉 유성의 성질을 가지는 것과 친수성의 성질을 가지는 자성유체중 어느 한가지만을사용하여 실링장치를 구성하였다.

본 고안은 실링장치로써의 역할에서도 구별되는 점이 있다

단순히 장치에 가해지는 외부압력으로부터 장치를 실링하기 위해서 실링의 역할만을 하는 것이며 자석과 자성유체 간에 가해지는 자기력의 한계범위 내에서만 실링이 가능한 단점이 있다.

그리고 기존의 등압형 압력 보상장치인 멤브레인은 얇은 막으로 구성되어서 외부의 압력과 내부의 압력을 서로 같은 압력으로 조정하게 되나 외부의 충격에 약하거나 쉽게 찢어지는 단점이 있었다.

본 고안은 특수 착자방법의 한가지인 내외경 1극 착자 법에 의해서 착자되어 내경과 외경이 각각 단일 극으로 구성되어진 레디알 자석(1)을 이용하여 회전운동을 하는 곳의 실링 장치역할이나 윤활 역할을 하며 주변의 압력에 미세하게 반응하여 항상 내부와 외부를 같은 압력으로 유지시켜줄 수 있는 등압형 실링장치로 사용되는 것으로 내외경이 각각 단일 극으로 착자된 레디알 자석(1)을 사용하여 장치의 내부에는 친수성자성유체(3)를 사용하여 장치의 내부에 충전되는 절연유(13)가 자성유체와 혼합되는 것을 방지하며 장치의 외부에 사용되는 자성유체(2)는 사용 환경에 따라 유성자성유체나 친수성자성유체(3)를 사용하여 도(3)처럼 외부에 적용되는 자성유체의 성질을 바꿈으로써 외부의 환경이 수용성이든 유성이든 어디에도 사용이 가능한 실링장치와 사용 외부의 작은 압력변화에도 민감하게 반응할 수 있는 등압형 실링장치를 구성하는 것이 본 고안이 이루고자하는 기술적 과제이다.

[도 1] : 레디알 자석

[도 2] : 장치의 단면과 정면도

[도 3] : 개요도

[도 4] : 도2의 작동환경 개요도

[도 5] : 하우징 단면과 정면도

[도 6] : 도2의 부분단면도

[도 7] : 도2의 자석 배치도

[도 8] : 모터의 응용 부분 절개도

[도 9] : 회전축과 장치의 부분 상세도

[도 10] : 실링장치의 부분 절개도

[도 11] : 등압 조절기 단면도

[도 12] : 자석을 내측과 외측에 적용한 단면도

[도 13] : 도 12의 자석 배치도

1 : 레디알 자석, 2 : 외부에 사용되는 자성유체(유성 자성유체, 친수성 자성유체) 3 : 내부에 사용 되는 자성유체(친수성자성유체) 4: 자기차폐 링,

5 : 고정용 링, 6 : 하우징, 7 : 하우징용 실링, 8 : 고정용 볼트 홀,

9 : 회전축, 10 : 모터 하우징, 11 : 베어링, 12 : 모터 아마추어,

13 : 절연유, 14 : 친수성 액체, 15 : 고정용 스토퍼, 16 : 고정용 볼트,

17 : 절연유 충진 및 공기 배출구 볼트, 18 : 등압 피스톤,

19 : 등압 조절기 하우징, 20 : 내측 하우징

본 고안의 작동 원리를 설명하면 도(3)과 도(4)와 같으며 액체는 압력변화에 대해 부피변화가 거의 없음으로 실링 하고자 하는 장치의 내부에 액체를 충진 하며 도(8)과 같이 모터나 전기장치를 보호하기 위하여 절연유(13)를 충진하게 되는데 충진되는 절연유(13)가 유성의 성질을 가지므로 절연유(13)와 접촉되는 내측에 사용되는 자성유체는 친수성 자성유체(3)를 사용하여 절연유(13)와의 혼합을 방지하고 외부의 액체와 접촉되는 외측에 사용되는 자성유체는 접촉되는 액체가 수성이면 유성 자성유체를 사용하고 접촉되는 액체가 유성이면 친수성 자성유체(3)를 사용하여 각각의 자성유체와 외부의 액체가 혼합되는 것을 방지하여 실링효과를 발휘하며 압력변화에 민감하게 반응하는 등압형 실링장치를 구성할 수 있다.

도(3, 4)에서 보는 것과 같이 외부의 압력 변화에 따라서 자성유체에도 압력이 가해지고 이 압력변화는 내부에 충진된 절연유(13)에도 가해지나 내부에 충진된 절연유(13)는 부피변화가 거의 없음으로 자성유체가 실링역할을 할 수 있다.

여기서 자성유체를 사용한 것은 자성유체가 실링장치로 응용되면 작동하는 장치에 거의 부하를 주지 않으며 유동성이 있어서 압력변화에 따른 자성유체의 위치가 약간 변하더라도 실링에는 영향이 없기 때문이며 미세한 압력변화에도 응답성이 좋은 등압형 실링장치를 구성하고자 한 것이다.

본 고안에 사용되는 레디알 자석(1)은 도(1)에서 보는 바와 같이 링형태의 자석으로 내경이 전부 균일하게 같은 자극으로 구성되며 외경은 내경에 반대가 되는 자극을 형성하게 된다.

본 고안의 레디알 자석(1)은 내외부가 각각 단일 극으로 착자 되어진 자석으로 특수 착자법인 내외경1극 착자 법에 의해서 만들어지게 되었다.

도(2)에서 보는 것과 같이 하우징에 내측과 외측이 각각 1극으로 착자된 레디알 자석(1)이 하우징(6)의 내부에 삽입되고 레디알 자석(1)의 내측에 회전축(9)이 삽입되어 자석과 회전축(9) 사이의 공간에 자성유체를 주입시켜 레디알 자석(1)에서 발생하는 강한 자기력에 의해 자성유체도 자기유도가 되어 레디알 자석(1)과 회전축(9)사이의 공간을 실링 하게 된다.

본 고안은 레디알 자석(1)과 자성유체를 이용하여 실링장치를 구성함에 있어서 회전하는 축에 마찰력이나 회전운동의 부하가 걸리지 않는 등압형 실링을 도(2, 5, 10)와 같이 구성 할 수 있다.

본 고안의 구성을 살펴보면 도(5, 6)과 같이 하우징(6)의 내측에 레디알 자석(1)이 끼워질 수 있는 홈이 가공되어있고 레디알 자석(1)의 자기장이 하우징(6) 외부로 누설되어 자기장에 의해서 주변의 자성체들이 흡착되어서 마모나 작동을 방해하는 것을 방지하기 위하여 자기차폐 물질로 쓰이는 Ni합금 등으로 구성되어진 자기차폐 링(4)이 끼워지고 외부로의 이탈을 방지하기 위하여 고정용 링(5)에 의해 결속되어진다.

고정용 링(5)은 링의 일부분이 절단이 되어 있어서 전용 공구로 링을 오므려서 하우징(6)에 끼울 수 있다.

이것들은 장치의 내부 쪽에도 같은 방식으로 적용되어 내부와 외부가 대칭으로 구성되며 실링 하고자 하는 장치에 결합되는 쪽에는 쉽게 결합하기 위해서 고정용 볼트홀(8)이 가공되어 있으며 실링용 링이 있어서 실링 하고자 하는 장치와의 쉬운 결속을 할 수 있다.

도 (8)처럼 실링 하고자 하는 장치 즉, 도(8)의 모터하우징(10)의 외부에 볼트홀(8)을 가공하고 실링용 링으로 사용될 하우징용 실링(7)을 끼울 수 있는 홈을 가공하면 된다.

도 (6)를 보면 내측과 외측에 두 개의 레디알 자석(1)이 있으며 각각의 자석에 자성유체가 주입되어 있다.

이 자성유체는 친수성 자성유체(3)와 유성 자성유체로 나눠지며 장치의 내부에는 친수성 자성유체(3)가 내부의 레디알 자석(1)에 주입되며 외부의 레디알 자석(1)에는 유성 자성유체 또는 친수성 자성유체(3)에 주입된다.

친수성 자성유체(3)는 실링하려고 하는 장치의 내측 레디알 자석에는 장치의 내부에 절연유(13)가 충진 됨으로 절연유(13)와 혼합되는 것을 방지하기 위하여 친수성 자성유체(3)를 사용한다.

외측에 사용되는 자성유체는 장치의 사용 환경이 수성이면 유성 자성유체를 사용하고 사용환경이 유성의 환경이면 친수성 자성유체(3)를 사용하게 된다.

그러므로 사용 환경에 맞게 외부의 레디알 자석(1)에 사용되는 자성유체의 종류를 바꾸면 액체 중에서 압력변화에 민감하게 작동하는 등압형 실링장치를 구성할 수 있다.

응용 방법을 도(8)와 같이 간단하게 설명하면 실링 하고자 하는 모터하우징(10)에 실링장치를 고정하기 위하여 고정용 볼트홀(8)을 가공하고 모터하우징(10)과 실링장치에 각각 실링용 링(7)이 결속 될 수 있게 홈을 가공하면 된다.

도(8)에서 모터 아마추어(12)를 보호하고 내부의 압력을 유지하기 위하여 절연유(13)가 충진 되어 있어서 모터의 내부를 보호할 뿐만 아니라 외부에서 가해지는 압력에 반응하기 위하여 유압유 대신 적용된다.

액체는 압력에 따른 부피변화가 거의 없음으로 내부에는 액체를 적용하여야 하는데 모터 아마추어(12)를 보호하기 위하여 절연유(13)를 충진 한다.

회전축(9)은 모터나 장치의 축을 고정하기 위하여 내장된 베어링(11)에 의해서 고정되며 실링장치의 레디알 자석(1)과 회전축(9)사이의 간격을 항상 같은 간격으로 유지시켜주어 자성유체의 실링효과를 균일하게 유지시켜준다.

도(12)은 레디알 자석을(1) 내측과 외측에 배치하여 실링효과를 최대가 되게 하였으며 내측과 외측의 레디알 자석(1)이 서로 다른 극으로 마주보게 구성되어 레디알 자석(1)과 자성유체사이에 작용하는 자기력이 도(8)의 응용도 보다 강하여 압력변화가 큰 곳에 적용할 수 있도록 구성되어 있다.

도(12)의 구성은 회전축에 내측 하우징(20)을 끼워서 사용하며 내측하우징(20)에는 외측하우징과 같은 방식으로 구성되며 자석의 자극 배치는 도(13)처럼 구성되며 내측하우징(20)과 외측하우징은 서로 다른 자극이 되도록 구성되어 있어서 자성유체에 작용하는 자기력이 최대가 되도록 구성되었다.

본 고안의 또 다른 응용 방법으로는 도(11)처럼 등압형 압력조절기인 멤브레인을 대신할 수 있는 것으로 외부의 압력 변화에 대해서 매우 민감하게 반응할 수 있으며 작동시에 부하가 거의 없으며 강한 압력에도 사용 가능하며 기존의 멤브레인처럼 쉽게 파손되는 일이 없을 것이다.

등압 조절기 하우징(19)은 적용하고자 하는 장치에 쉽게 고정할 수 있도록 하부가 나사산이 가공되어 있으며 하우징 내부는 속이 빈 공간으로 구성되어 있어서 하우징과 적용 장치의 내부에는 절연유(13)가 충진 되어지며 등압 조절기 하우징(19)의 내부에 등압 피스톤(18)이 내부로 삽입되어 상하 운동을 하는 피스톤 역할을 하며 등압 피스톤(18)은 레디알 자석(1)과 자성유체로 구성되어 있으며 작동원리는 앞에서 설명한 도(3)과 같으며 등압 피스톤(18)이 외부로 튕겨 나가는 것을 방지하기 위하여 고정용 스토퍼(15)가 장치되며 내부로 절연유(13)나 유압유의 공급 또는 내부의 공기를 배출하기 위하여 절연유 충진 및 공기 배출구 볼트(17)가 끼워진다.

본 고안은 자성유체를 이용한 실링장치로 내측과 외측이 각각 1극으로 착자된 레디알 자석(1)을 이용하여 자석과 자성유체사이의 자계강도를 극대화 시켜서 기존의 자성유체 실링장치보다 장치의 구성이 쉽고 실링효율도 더 효과적이며 적용하고자 하는 장비에 고정용 볼트홀(8)을 가공하여 간단히 취부할 수 있으며 서로 다른 이종의 자성유체를 이용하여 주변의 압력에 항상 같은 압력을 유지시켜주는 등압형 실링 장치를 구성하여 기존의 실링장치보다 실링장치와 작동부위의 마찰력이 적은 실링을 구성하여 정밀 작동 장비에 효과적으로 사용할 수 있다.

본 고안은 또한 등압형 압력조절기인 멤브레인을 대체할 수 있는 장비로의 응용도 가능하여 도(11)처럼 응용하면 작동 부하가 적으면서 광범위한 사용 환경에 사용 할 수 있으며 쉽게 파손되는 일이 없는 등압형 압력 조절기로 응용이 가능하다.

본 고안은 기존의 자성유체 실링장치보다 사용 환경이 더 광범위하며 액체 중에서 사용함에 있어서 액체가 유성이든 수성이든 외측의 사용되는 자성유체를 사용 환경에 따라서 유성이나 친수성으로 변경하면 유성과 수성의 환경에도 사용이 가능하도록 되어있어서 기존의 자성유체 실링장치 보다 더 효과적이다.

Claims (3)

1. 자성유체를 이용한 실링장치에 있어서 자성유체를 자석의 자기력으로 자기유도 시켜서 자석과 자성유체사이에 발생하는 자기적 결합으로 실링을 하는 것을 목적으로 하는 가운데가 원통형으로 되어있는 원통형의 자석이 내측과 외측 면이 각각 1극으로 착자되어 있는 레디알 자석(1)을 사용하여 내측 면에 사용되는 자성유체는 친수성자성유체(3)을 사용하고 외측면에 사용되는 자성유체는 외부의 환경에 따라서 유성자성유체와 친수성자성유체(3)를 선택적으로 사용하는 자성유체 실링장치를 구성하여 실링 하고자 하는 장치에 고정용 볼트홀(8)을 가공하여 간단히 부착하여서 액체 중에서의 사용이 자유로우며 내부에 절연유(3)를 충진하여 외부의 압력과 항상 같은 등압으로 압력을 유지시켜주는 이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치.
2. 청구항 1의 등압형 실링장치에서 회전축에 내측하우징(20)을 끼우고 내측하우징(20)에 레디알 자석(1)을 외측하우징의 자극과 서로 반대가 되도록 외측과 내측의 자석이 서로 다른 자극이 서로 마주보게 배치하여 자성유체에 가해지는 자기력이 최대가 되게 하여 이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치의 사용 압력 허용 범위를 증가시킨 장치.
3. 청구항 1의 이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치를 이용하여 등압형 멤브레인의 역활을 할 수 있는 등압 조절기 하우징(19)을 장치하고자하는 곳에 쉽게 장착할 수 있도록 하부가 나사산으로 구성되며 등압 조절기 하우징(19)의 내부에 두 개의 레디알 자석(1)과 서로 성질이 다른 수성과 유성의 자성유체로 구성되어있는 등압 피스톤(18)이 외부 압력에 의해서 상하운동을 하면 내부에 절연유(13)를 충진 하여 항상 내부를 외부의 압력과 같은 압력으로 유지시켜주는 이종의 자성유체를 이용한 등압형 실링장치를 이용한 등압형 멤브레인 구조.