KR20070007631A - 송풍기와 이를 구비하는 청소기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러의 회전 시 임펠러 날개와 디퓨져 날개의 상호 작용에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있는 송풍기 및 이를 구비하는 청소기를 개시한다. 본 발명에 따른 송풍기 및 청소기는 임펠러가 회전할 때 다수의 임펠러 날개와 다수의 디퓨져 날개에 의한 상호 작용이 불규칙하게 일어날 수 있도록 원주 방향을 따라 부등 간격으로 배치된 디퓨져 날개를 구비한다. 이 때 다수의 디퓨져 날개를 부등 간격으로 배치하는 기준으로서 다음과 같은 관계식이 적용될 수 있다. 여기서 y는 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각을 나타낸다.

또는

여기서, x_o =n/2, y_o=360/n, n=디퓨져 날개 수이고 a, b, c는 상수이다. 이와 같은 구성에 의해 본 발명은 BPF 소음을 저감하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

송풍기와 이를 구비하는 청소기{A BLOWER AND A CLEANER HAVING THE SAME}

도 1은 진공청소기에 사용되는 일반적인 원심송풍기의 임펠러와 디퓨져를 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 청소기의 외관을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 청소기에서 본체의 구성을 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 송풍기의 구성을 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 송풍기에서 임펠러와 팬 가이드를 나타낸 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 송풍기에서 디퓨져 날개가 원주 방향을 따라 부등 간격으로 배치된 예를 보인 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 흡입체 20 : 본체

30 : 송풍기 40 : 임펠러

41 : 임펠러 날개 50 : 팬 가이드

51 : 리턴채널 60 : 디퓨져

61 : 디퓨져 날개

본 발명은 송풍기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펠러의 회전 시에 임펠러 날개와 그 주위에 위치하는 디퓨져 날개 사이에서 발생하는 소음을 저감할 수 있는 송풍기 및 이를 구비하는 청소기에 관한 것이다.

일반적으로 송풍기는 기체의 수송이나 승압 등을 하는 기기로서, 그 종류에는 원심식, 사류식, 축류식 등 여러 가지가 있다. 이 중 원심식 송풍기는 원주상으로 배열된 여러 개의 날개를 구비하는 임펠러가 모터에 의해 회전하면서 기체를 외부로부터 흡입한 후 반경방향으로 배출하는 송풍기를 말한다. 이 때 임펠러의 출구 쪽에 위치하는 디퓨져는 기체의 속도 성분을 압력으로 변환한다.

이러한 원심송풍기는 강력한 흡입력으로 먼지나 이물질 등을 청소하는 진공청소기에 사용된다. 도 1은 진공청소기에 사용되는 일반적인 원심송풍기의 임펠러와 디퓨져를 나타낸 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 날개(1)를 갖는 임펠러(2)의 외주연에는 팬 가이드(3)가 배치되는데, 팬 가이드(3)에는 다수의 날개(4)를 갖는 디퓨져(5)가 마련된다.

이러한 송풍기에서는 송풍기의 성능 및 효율을 고려하여 임펠러와 디퓨져의 간격(G)이 최소화되도록 설계하는 것이 일반적이다. 그러면 강한 흡입력을 형성하기 위해 임펠러(2)가 고속으로 회전할 때 임펠러 날개(1)가 그 주위에 고정되어 있는 디퓨져 날개(4)와 주기적으로 만나면서 강한 BPF(Blade Passage Frequency) 소음이 발생한다.

진공청소기의 소음에는 위와 같은 BPF 소음이나 모터의 진동 소음 및 공기의 흡입측에서 발생하는 공력 소음 등이 있으나, BPF 소음은 특정 주파수에서 강하게 발생하여 진공청소기의 사용자 및 주변에 있는 사람들에게 강한 불쾌감을 준다.

따라서 이 같은 소음문제를 해결하기 위해 날개가 없는 디퓨져를 적용하고 이에 따른 성능 감소를 보상하기 위한 3차원 임펠러를 사용하기도 한다. 이러한 예는 대한민국 공개특허 제1998-59321호에 개시되어 있다. 그러나 청소기에 적용될 수 있을 정도로 소형인 3차원 임펠러를 가공하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 그 가공 원가가 매우 높아 대부분 저가인 청소기에 이를 적용하기에는 현실적으로 어려움이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제조비용의 큰 상승 없이 고속으로 회전하는 임펠러와 그 주위에 배치되는 디퓨져의 상호작용에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있는 송풍기와 이러한 송풍기를 구비하는 청소기를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 송풍기는 다수의 임펠러 날개를 구비하여 모터에 의해 회전하는 임펠러;와 다수의 디퓨져 날개를 구비하여 상기 임펠러의 외측 둘레에 배치되는 디퓨져를 포함하는 송풍기에 있어서, 상기 임펠러 가 회전할 때 상기 다수의 임펠러 날개와 상기 다수의 디퓨져 날개의 상호 작용에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있도록 상기 다수의 디퓨져 날개는 원주방향을 따라 부등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

이 때 서로 이웃하는 어느 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 서로 이웃하는 다른 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각과 서로 같지 않도록 배치될 수 있다.

상기 다수의 디퓨져 날개 중 어느 하나의 디퓨져 날개를 기준날개로 정할 때, 상기 기준날개로부터 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 다음의 식에 의해 결정될 수 있다.

또는

여기서, x_o =n/2, y_o=360/n, n=디퓨져 날개 수이고 a, b, c는 상수이다.

한편 상기 디퓨져 날개의 수는 상기 임펠러 날개의 수와의 관계에서 1이외의 다른 공약수가 없도록 결정될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 청소기는 다수개의 임펠러 날개를 가지는 임펠러와, 다수개의 디퓨져 날개를 가지고 상기 임펠러의 외측 둘레에 배치되는 디퓨져를 구비하여 이물질의 흡입을 위한 흡입력을 발생시키는 송풍기를 포함하는 청소기에 있어 서, 상기 임펠러가 회전할 때 상기 임펠러 날개들이 상기 디퓨져 날개들을 지나가는 주기가 변화될 수 있도록 상기 디퓨져 날개에서 상기 임펠러와 인접한 제1단부는 원주 방향을 따라 부등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

이 때 서로 이웃하는 어느 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 서로 이웃하는 다른 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각과 서로 같지 않도록 배치될 수 있고, 그 구체적인 기준으로서 위에서 기재한 식이 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 청소기의 외관을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 청소기에서 본체의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 청소기는 흡입력에 의해 먼지나 이물질 등을 흡입하는 흡입체(10), 흡입체(10)에 의해 흡입된 먼지 등을 포집하기 위한 집진장치와 흡입력을 발생시키기 위한 송풍기(30)가 내장되는 본체(20)를 구비한다.

본체(20)와 흡입체(10) 사이에는 송풍기(30)에서 발생한 흡입력이 흡입체(10)에 전달될 수 있도록 연결호스(11)와 연결관(12)이 구비되고, 연결호스(11)와 연결관(12) 사이에는 사용자가 용이하게 조작할 수 있도록 제어부(미도시)가 일체로 형성되어 있는 손잡이(13)가 마련된다. 연결호스(11)는 신축성이 있는 주름관으로 형성되어 그 일단이 본체(20)에 연결되고 타단은 손잡이(13)에 연결된다. 연결관(12)은 그 일단이 흡입체(10)에 연결되고 타단은 손잡이(13)에 연결되어 사용자가 서 있는 상태에서 자유롭게 이동하면서 바닥의 이물질을 청소할 수 있다.

본체(20)의 내부는 집진장치가 설치되는 집진실(20a)과 송풍기(30)가 설치되는 흡입실(20b)이 구획되게 마련된다. 집진실(20a)에는 먼지를 수집하는 먼지봉투(22)와 먼지봉투(22)에서 걸러지지 않은 미세먼지를 거르기 위한 필터(23)가 설치되고, 흡입실(20b)에는 이물질의 흡입을 위한 흡입력을 생성하는 송풍기(30)가 설치된다.

도 4는 본 발명에 따른 송풍기의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 송풍기에서 임펠러와 팬 가이드를 나타낸 사시도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 송풍기(30)는 상면에 흡입구(31a)가 형성되어 있는 임펠러 커버(31)와, 임펠러 커버(31) 하측에 결합되는 모터 케이스(32)를 구비하여 외관을 형성한다.

임펠러 커버(31)의 내측에는 임펠러(40)와 팬 가이드(50)가 배치되는데, 임펠러(40)는 흡입구(31a)를 통해 공기를 흡입할 수 있도록 다수개의 임펠러 날개(41)를 구비한다. 임펠러 날개(41)는 임펠러 상면판(42)과 하면판(43) 사이에서 원주방향으로 만곡되게 형성되어 상기 흡입구(31a)를 통해 흡입되는 공기를 반경방향으로 토출시킨다. 팬 가이드(50)의 상측 둘레에는 다수개의 디퓨져 날개(61)를 구비하여 임펠러(40)를 통과한 공기의 압력을 상승시키기는 디퓨져(60)가 형성된다. 따라서 임펠러(40)가 팬 가이드(50)의 상측에 안착되면, 임펠러(40)의 외측 둘레에는 디퓨져(60)가 일정한 간격을 두고 위치된다. 한편 팬 가이드(50)의 하면에는 디퓨져(60)를 통과한 공기를 모터(33) 쪽으로 안내하는 리턴채널(51)이 형성된다.

모터 케이스(32)의 내측에는 임펠러(40)를 회전시킬 수 있도록 회전축(34)에 의해 임펠러(40)와 연결되는 모터(33)가 설치되고, 모터 케이스(32)의 일측에는 모터(33)를 통과한 공기를 모터 케이스(32) 외부로 배출시키기 위한 케이스 배출구(35)가 형성된다.

따라서 사용자가 제어부(미도시)를 조작하여 청소기의 작동을 시작하면, 모터(33)에 의해 임펠러(40)가 회전하면서 흡입구(31a)를 통해 공기를 흡입하여 반경방향으로 토출시킨다. 토출된 공기는 디퓨져(60)를 지나면서 승압되며, 디퓨져(60)를 통과한 공기는 팬 가이드(50) 하측으로 안내되어 리턴채널(51)를 지나 모터(33) 쪽으로 유입된다. 이와 같이 유입된 공기는 모터(33)를 통과하며 냉각시킨 후 모터 케이스(32)의 케이스 배출구(35)를 통해 배출된다.

그런데 강한 흡입력을 생성하기 위해 임펠러가 고속으로 회전하면, 다수개의 임펠러 날개가 좁은 간격만을 두고 디퓨져 날개와 주기적으로 만나면서 강한 BPF소음이 발생하는데, 이러한 소음은 청감상 귀에 거슬리는 특성을 가진다. 따라서 본 발명에서는 임펠러와 디퓨져의 상호작용을 불규칙하게 하여 위와 같이 발생하는 소음을 변조시킴으로써 청감상의 소음을 개선할 수 있도록 다수의 디퓨져 날개가 원주방향을 따라 부등 간격으로 배치되도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 송풍기에서 디퓨져 날개가 원주 방향을 따라 부등 간격으로 배치된 예를 보인 도면이다.

원에 있어서 어느 두 점 사이의 원주 길이는 그 두 점이 형성하는 중심각의 크기에 따라 달라지므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하는 어느 한 쌍의 디퓨져 날개(예를 들면, 61a, 61b)가 형성하는 중심각(θ₁)이 서로 이웃하는 다른 한 쌍의 디퓨져 날개(예를 들면, 61f, 61g)가 형성하는 중심각(θ₆)과 서로 같지 않도록 함으로써 디퓨져 날개를 부등 간격으로 배치할 수 있다. 여기서 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각이란 디퓨져 날개에서 임펠러(40)와 인접한 한 쌍의 제1단부(A 와 B 또는 F 와 G)가 형성하는 중심각을 말한다.

임펠러 날개의 수와 디퓨져 날개의 수가 정해진 경우, 각 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각을 결정하기 위한 기준은 실험을 통하여 얻을 수도 있으나, 그러면 송풍기 설계 상의 필요에 의해 임펠러 날개의 수와 디퓨져 날개의 수가 변경될 때 다시 실험을 반복하여 새로운 기준을 마련해야 하는 불편함이 있다.

이 때 서로 이웃하고 있는 디퓨져 날개의 중심각을 결정하는 기준으로서 다음과 같은 관계식을 사용할 수 있다. 아래의 식은 어떤 물리적 이론이나 실험적인 방법으로 구해진 것은 아니며, 다수의 디퓨져 날개가 원주 방향으로 부등 간격을 이루며 적절히 배치될 수 있도록 채택된 식이다.

_---------- 식 (1)

여기서 y는 다수의 디퓨져 날개 중 어느 하나의 디퓨져 날개를 기준날개(61a)로 정했을 때, 기준날개(61a)로부터 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각을 의미한다. 또 a, b, c는 상수이고, y_o=360/n, n=디퓨져 날개의 수를 의미한다.

하나의 예로서, 도 6과 같이 디퓨져 날개의 수가 11개(n=11)일 때 식 (1)을 이용하여 디퓨져 날개가 형성하는 중심각을 결정하면 다음의 <표 1>과 같다. 이 때 상수 값 a=1.4831, b=2.8581, c=4.8540이 적용되었는데, 이와 같은 상수 값은 시행 착오에 의해 결정된 것이다.

<표 1>

위의 표에서 x가 1일 때 y가 33.7589라는 것은 기준날개(61a)와 기준날개(61a)에서 첫 번째에 위치한 디퓨져 날개(61b)가 형성하는 중심각(θ₁)이 33.7589°라는 것을 의미하고, x가 6일 때 y가 31.6579라는 것은 기준날개(61a)에서 여섯 번째에 위치한 디퓨져 날개(61g)와 다섯 번째에 위치한 디퓨져 날개(61f)가 형성하는 중심각(θ₆)이 31.6579°라는 것을 의미한다.

이와 같이 식(1)를 이용하면 서로 이웃하는 디퓨져 날개들에 의해 형성되는 중심각을 적절히 결정할 수 있으며, 설계 상의 이유로 디퓨져 날개의 수가 변경되더라도 간단한 계산을 통해 그에 맞는 중심각을 손쉽게 결정할 수 있다.

비슷한 방법으로 다음과 같은 식 (2)를 이용하여 디퓨져 날개의 중심각을 결

정할 수도 있다. 여기서 x_o =n/2이고, a, b, c, y_o 및 n의 의미는 위의 식 (1)의 경우와 같다.

---------식 (2)

마찬가지로 하나의 예로서, n=11일 때 식 (2)을 이용하여 디퓨져 날개가 형성하는 중심각을 결정하면 다음의 <표 2>와 같다.

<표 2>

위의 <표 2>에서 알 수 있듯이 식 (2)를 이용하면 식 (1)의 경우와 같이 서로 이웃하는 디퓨져 날개들에 의해 형성되는 중심각을 적절히 결정할 수 있다.

한편 디퓨져 날개(61)의 수는 임펠러 날개(41)의 수와의 관계에서 1이외의 다른 공약수가 없도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 임펠러(40)의 회전 시에 임펠러 날개(41)와 디퓨져 날개(61)의 상호 작용이 최소화되어 BPF 소음이 저감된다. 그 예로서 도 6에서는 디퓨져 날개(61)가 11개이고, 임펠러 날개(41)가 9개인 경우를 나타내었다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 디퓨져 날개가 원주 방향을 따라 부등 간격으로 배치되도록 하여 임펠러 날개와 디퓨져 날개의 상호 작용이 불규칙하게 일어나도록 함으로써 BPF 소음을 저감할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라 본 발명은 위와 같은 효과를 달성하는데 있어 추가적인 비용이 거의 발생하지 않는 구조로 되어 있기 때문에 제품에 쉽게 적용하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 다수의 임펠러 날개를 구비하여 모터에 의해 회전하는 임펠러;와 다수의 디퓨져 날개를 구비하여 상기 임펠러의 외측 둘레에 배치되는 디퓨져를 포함하는 송풍기에 있어서,

   상기 임펠러가 회전할 때 상기 다수의 임펠러 날개와 상기 다수의 디퓨져 날개의 상호 작용에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있도록 상기 다수의 디퓨져 날개는 원주방향을 따라 부등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
2. 제1항에 있어서, 서로 이웃하는 어느 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 서로 이웃하는 다른 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각과 서로 같지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 디퓨져 날개 중 어느 하나의 디퓨져 날개를 기준날개로 정할 때, 상기 기준날개로부터 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 다음의 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 송풍기.

   

   y_o=360/n, n=디퓨져 날개 수

   a, b, c = 상수
4. 제2항에 있어서, 상기 다수의 디퓨져 날개 중 어느 하나의 디퓨져 날개를 기준날개로 정할 때, 상기 기준날개로부터 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 다음의 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 송풍기.

   

   x_o =n/2, y_o=360/n, n=디퓨져 날개 수

   a, b, c = 상수
5. 제1항에 있어서, 상기 디퓨져 날개의 수는 상기 임펠러 날개의 수와의 관계에서 1이외의 다른 공약수가 없도록 결정되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
6. 다수개의 임펠러 날개를 가지는 임펠러와, 다수개의 디퓨져 날개를 가지고 상기 임펠러의 외측 둘레에 배치되는 디퓨져를 구비하여 이물질의 흡입을 위한 흡입력을 발생시키는 송풍기를 포함하는 청소기에 있어서,

   상기 임펠러가 회전할 때 상기 임펠러 날개들이 상기 디퓨져 날개들을 지나가는 주기가 변화될 수 있도록 상기 디퓨져 날개에서 상기 임펠러와 인접한 제1단부는 원주 방향을 따라 부등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 청소기.
7. 제6항에 있어서, 서로 이웃하는 어느 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 서로 이웃하는 다른 한 쌍의 디퓨져 날개가 형성하는 중심각과 서로 같지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 청소기.
8. 제7항에 있어서, 상기 다수의 디퓨져 날개 중 어느 하나의 디퓨져 날개를 기준날개로 정할 때, 상기 기준날개로부터 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 다음의 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 청소기.

   

   y_o=360/n, n=디퓨져 날개 수

   a, b, c = 상수
9. 제7항에 있어서, 상기 다수의 디퓨져 날개 중 어느 하나의 디퓨져 날개를 기준날개로 정할 때, 상기 기준날개로부터 x번째 위치한 디퓨져 날개와 x-1번째 위치한 디퓨져 날개가 형성하는 중심각은 다음의 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 청소기.

   

   x_o =n/2, y_o=360/n, n=디퓨져 날개 수

   a, b, c = 상수
10. 제6항에 있어서, 상기 디퓨져 날개의 수는 상기 임펠러 날개의 수와의 관계에서 1이외의 다른 공약수가 없도록 결정되는 것을 특징으로 하는 청소기.

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