KR20080083120A - 탱크 내 배치된 세척 헤드용 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

발명에 따라서, 탱크 내 세척 헤드를 회전시키기 위한 구동 시스템을 구성하여 이 시스템이 액체 공간(4) 내부와 이 외부에 각각 있는 2개의 자기 부분들을 구비한 히스테리시스 결합을 포함할 수 있게 할 때, 하우징(2)과 기어(14) 간에 완전히 액밀한(liquid-tight) 분리가 확실하게 될 수 있다. 히스테리시스 결합의 자기 부분(8, 18)는 전자석들에 의해 형성될 수도 있고 다른 부분(11, 19)에 대한 한 부분의 변위가능한(13) 위치에 의해 결합은 전달된 토크 및/또는 속도에 관하여 조정될 수 있다.

Description

탱크 내 배치된 세척 헤드용 구동 시스템{A drive system for a cleaning head disposed in a tank}

종래 기술

발명은 탱크 내 세척 헤드를 회전시키는 구동 시스템에서, 상기 구동 시스템은 압력이 가해진 세척 액체가 공급되는 액체 채널 내 장착되는 프로펠러를 구비한 하우징, 및 상기 프로펠러에 의해 구동되며 세척 액체의 누출에 대한 보호장치로서 상기 하우징 내 상기 세척 액체로부터 분리되게 장착되는 기어를 포함하며, 상기 기어는 상기 프로펠러에 의해 생성된 회전을 상기 탱크 내 상기 세척 헤드의 감소된 회전으로 전달하며, 상기 프로펠러에 의해 생성된 회전은 결합 부분들을 구비한 자기 결합을 통해 상기 기어에 전달되며, 상기 결합 부분들 중 한 결합 부분은 상기 액체 채널 내 상기 하우징 내부에 배치되고, 상기 결합 부분들 중 다른 한 결합 부분은 상기 하우징 외부에 배치되며, 상기 결합 부분들은 상호 평행한 디스크들로서 혹은 2개의 원통형의 동심으로 장착된 디스크들로서 구성되는 것인, 세척 헤드 회전 구동 시스템에 관한 것이다.

누출에 대한 보호장치로서 액체 흐름 방향으로 확장하는 구동 프로펠러 샤프트를 액체 흐름 외부에 장착된 기어 자체로부터 분리하는 것이 공지되어 있다. 이 것은 다양한 개스킷들 및 스터핑 박스들에 의해 행해질 수 있지만, 그러나 이들은 특히 마모, 액체 노출 및 노화 후에, 항시 신뢰성 있게 동작하지 않음이 발견되었다.

이들 상태들을 개선하기 위해서, 프로펠러에 의해 구동되는 자기 부분이 액체 흐름 내에 장착되고 하우징 바깥에 장착되는 피구동 자기 부분이 기어에 연결되는 자기 구동 시스템을 통해 토크를 전달할 때 액체 채널과 하우징 외측 사이에 벽에 의해 부분들을 완전히 격리시키는 것이 공지되어 있다. 이에 따라, 부분들은 토크 및 이에 의해 야기되는 회전을 전달하기 위해 자기적으로 함께 결합된다.

탱크 세척 시스템을 위한 이러한 구동 시스템은 EP 0 723 909 A1에 개시되어 있는데, 여기서 액체 채널 내에 프로펠러가, 채널 내 내부에 안착되고 채널밖에 또 다른 디스크 형상의 자기 부분에 자기적으로 결합되는 디스크 형상의 자기 부분을 구동하는 것이 도 2에서 볼 수 있다. 이 문헌의 청구항 2에서 이들 두 자기 부분들은 영구 자석들로 구성된다고 기재되어 있다. 또한, 자기 부분들은 도시된 평행한 디스크들보다는 또 다른 구성을 가질 수도 있고, 한 자기 부분은 다른 것 내에 배치될 수도 있다고 기재되어 있다. 속도 조절은 채널 내 벽들로부터 프로펠러의 위치 및 간격이 변위되고 그럼으로써 프로펠러의 회전 속도 변화를 야기하도록 카운터 너트를 수동으로 조절함으로써 수행될 수 있다.

또 다른 유럽특허 EP 0 084 342 A2는 예를 들면 내시경들 등과 같은 수술기구들을 세척하기 위한 세척기를 개시한다. 세척기는 세척기 바깥에 장치되어 자기 결합을 통해 한 세트의 회전가능한 세척 노즐들에 회전을 전달하는 모터에 의해 구 동되는 한 세트의 회전가능한 세척 노즐들이 장치되어 있다. 어떠한 기어 메커니즘들도 시스템 내에 포함되지 않고, 이의 속도는 조절될 수 없다. 이 문헌은 원통형의, 동심으로 배열된 자기 부분들뿐만 아니라, 평행한 디스크 형상의 자기 부분들을 언급하고 있다. 자기 부분들은 영구 자석들이 장치되나, 이들은 전자석들로서 구성될 수도 있다고 기재되어 있다. 세척기를 기동시키기 위해서 어떠한 큰 토크도 전달되지 말아야 하며 노즐들의 반력(reaction force)은 세척기 내 세척 노즐들을 회전시키는데 기여할 것이다.

그러나, 실제로는 영구 자석들을 구비한 이러한 자기 결합을, 특히 비교적 큰 시작 토크와 기동시 구동 자기 부분의 고속의 회전 때문에, 탱크들용의 세척 헤드들에 관련하여 작용하게 하는 것은 어렵다. 이들 상태들은 결국 피구동되는 부분이 자기적으로 연관된 상태에 들어가지 않게 될 수 있어 이에 따라 토크를 전달할 수 없다. 이러한 상황은 시작 토크가 결합의 최대 토크를 초과할 때 일어난다. 자기력들이 차단되고 그러면 매우 작은 토크들만을 전달할 수 있기 때문에, 결합은 변덕스럽고 동요되면서 약해진다. 영구 자석들을 구비하는 이러한 유형의 결합들은, 정확히는 결합 부분들이 함께 이동할 수 있을 것이 필요조건이기 때문에, 동일 이유로 동기형 결합들이라고 한다. 즉, 시스템이 기동할 수 있을지라도, 최대 토크가 시작 토크보다 상당히 크게 되도록 결합의 크기를 정하는 것이 필요하다. 최대 1000Nm의 토크를 갖는 동기형 결합들이 공지되어 있다.

이에, 가변 토크 혹은 가변 속도를 전달하게 이러한 자기 결합이 쉽게 설정될 수 없다는 것이 추가될 것이다.

발명의 목적

발명의 목적은 이들 많은 결점들을 제거하는 것으로, 강자성 히스테리시스 재료이거나 기어의 입력 샤프트에 연결된 자기 부분로 된 것인, 프로펠러에 의해 구동되는 회전 자기 인덕터를 포함하는 히스테리시스 결합, 혹은 하우징 외부에 장착된 회전 부분을 구동하는 하우징 내 히스테리시스 부분을 통해, 프로펠러로부터의 회전이 기어에 전달되는 구동 시스템에 의해 달성된다.

이러한 히스테리시스 결합은 탱크들용의 세척 헤드들에 대한 시작 국면에서도 회전운동의 매우 확실한 토크 전달을 확실하게 하는 전례가 없는 가능성을 제공한다. 구동 자기 부분과 피구동 자기 부분 간에 시작시 회전속도에 큰 차이에도 불구하고, 히스테리시스 결합은 정확하게 크기가 정해졌다면 피구동 자기 부분 및 그럼으로써 기어를 속도에 관하여 가속하기에 충분히 큰 토크를 공급할 수 있고, 즉 시작 토크보다 큰 토크를 전달할 수 있음이 발견되었다. 히스테리시스 결합의 잇점이 있는 특성들은 예를 들면, 결합 부분들간에 상대적 속도와 무관하게 거의 일정한 토크를 전달하는 능력과, "완만하고" 구조에 해로운 영향을 미치지 않는 연속적인 혹은 가변적인 슬립을 갖고 동작하는 결합의 능력을 포함한다.

인덕터 및 히스테리시스 부분의 상호 위치는 상태들에 따라 자유롭게 선택될 수 있고, 따라서 한 부분은 기어에 "건식으로(dry)"로 혹은 하우징 내 액체 흐름 속에 놓여질 수 있다.

이 히스테리시스 결합은 이러한 유형의 세척 장비에 관련하여 사용하기 위한 바람직한 재료인 이를테면 스테인레스 스틸과 같은 비-자기 재료로 된 하우징 내에서 동작할 것이다.

구동 시스템은 유지보수가 필요없어 어떠한 형태의 서비스도 요구하지 않을 것이다.

청구항 2에 기재된 바와 같이, 결합 부분들간에 갭이 가변될 수 있을 때, 갭 내 에너지 함량을, 그럼으로써 결합 부분들간에 자기력들을 조절하는 것이 가능하며, 이에 의해서 결합은 주어진 토크 및/또는 주어진 속도를 전달하기 위해 조정될 수 있다.

청구항 3 및 청구항 4에 기재된 바와 같이, 자장은 영구 자석들에 의해서 혹은 전자석들에 의해 생성될 때, 요망되는 자기 특성들이 달성될 수 있고, 전자석들이 관계된 한, 가변 자장 세기도 달성될 수 있다.

마지막으로, 청구항 5에 기재된 바와 같이, 액체 부분과 기어간에 완전한 분리가 달성될 수 있으므로, 증강 자기 혹은 히스테리시스 결합을 통해 세척 헤드에 기어의 회전운동을 전달하는 것이 적절하다.

발명에 따른 바람직한 실시예들이 도면을 참조하여 이하 보다 완전하게 기술될 것이다.

도 1은 평행하게 장착된 자기 부분들을 구비한 구동 시스템의 단면도이다.

도 2는 동심으로 장착된 자기 부분들을 구비한 유사한 시스템을 도시한 것이다.

도 3은 도 1에 예에 관하여 자기 부분들의 반대로 된 위치의 구동 시스템의 단면도이다.

도 1, 도 2 및 도 3에 각각 도시된 3개의 실시예들이 이하 기술될 것이다.

히스테리시스 결합 자체 외에도, 예들에서 세척 장비의 구동 부분, 즉 압력이 가해진 세척 액체를 위한 액체 입구(3)를 구비한 하우징(2)의 단면이 도시되었으며, 상기 액체는 분당 수천회 회전하는 회전속도로 회전하게 한 프로펠러(7)를 지나 흐른다. 프로펠러들(7)의 회전은 샤프트(6)를 통해 하우징(2) 내 놓여진 자기 부분에 전달된다.

액체 흐름은 관(도시생략)을 통해 탱크(1) 내 아래에 있는 세척 헤드로 전해지는 액체인 채널(4)을 통해 전해진다.

세척 헤드는 회전 샤프트(15)에 의해 회전될 수 있고, 이것은 압력을 받은 세척 액체를 분출하여 탱크의 전체 내부 표면을 세척하는 회전하는 노즐들을 구비한다.

세척 헤드의 회전은 저 회전으로 일어나기 때문에, 구동 프로펠러(7)와 회전 샤프트(15) 사이에 기어가 개재되어야 한다.

이 기어는 간단한 선(14)으로 나타낸 바와 같이, 하우징(2) 상에 장착된다.

기어의 입력 샤프트는 12로 표시되었고 감속된 회전 속도를 갖는 이의 출력 샤프트는 15로 표시되었다.

기어를 구비한 하우징(2)은 나타낸 바와 같이 탱크(1) 상에 외부에 장착된 다.

벽 부분(10)에서 누출에 대한 보호장치로서 하우징(2)이 완전히 밀폐되므로 액체 채널(4) 내 장착되는 구동 프로펠러(7)와 피구동 부분간에 연결은 없다.

또한, 누출 보호장치는 회전운동을 전달하기 위한 증강 히스테리시스 결합을 매우 유사한 방법으로 설치함에 의해 기어와 회전 샤프트(15)간에 물리적 격리(도시되지 않음)를 확립함으로써 향상될 수 있다. 이러한 결합(도시생략)은 도시된, 이하 기술되는 결합과 유사하게 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 제1 실시예가 이제 기술될 것이다.

프로펠러(7)는, 복수의 영구 자석들(8)을 구비하는 디스크 형상의 자기 인덕터(9)가 상측에 구비되는 샤프트(6)에 고정된다.

이들 자석들(8)은 자장을 생성하며, 예를 들면 AlNiCo 자석 유형의 큰 분극면을 갖는 몇 개의 자석들이 사용될 수도 있고, 혹은 큰 자기력과 작은 표면적들을 갖는 많은 수의 작은 영구 자석들이 선택될 수도 있다.

자석들(8) 대신에, 전자석들이 장착될 수도 있는데, 이들은 전압을 변경함으로써 자장의 세기가 무단으로(steplessly) 가변될 수 있는 잇점이 있다. 이것은 결합을 통해 전달할 토크 및/또는 속도의 가변 조절기능 선택을 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(2)은 벽 부분(10)에 의해 닫혀진다.

디스크 형상의 인덕터(9)에 평행하게 확장하는 디스크(11) 형태의 히스테리시스 부분은 이 벽 부분(10)의 외측 상에, 동일 회전축에 관하여 이들 둘 다 회전될 수 있게 장착된다.

디스크(11)는 바람직하게는 전기적으로 절연되는 Fe 203 분말과 같은 산화금속들을 함유하는 자기 재료로 만들어진다. 이 재료는 히스테리시스 부분에 에디 전류들의 발생을 효과적으로 방지하는 고 등방성 전기적 저항을 갖는다. 또한, 비교적 높은 온도들에서도, 자기적 특성들은 양호하다.

이 실시예 대신에, 유전막들에 의해 서로간에 절연되는, 강자성 히스테리시스 재료의 층들을 갖는 적층된(laminated) 재료를 사용하는 것이 생각될 수 있다.

이 결합의 구조는 공극 및 벽에 의해 서로간에 분리되는 부분들을 포함하는 방식으로 기어의 입력 샤프트(12)에 프로펠러(7)에 의해 발생되는 토크를 전달할 수 있게 하는 구조이다.

실험에 따르면 자기 부분들간에 비교적 큰 갭은 보다 낮아진 토크 및/또는 속도가 결합을 통해 전달되게 함을 보였다.

결합을, 그럼으로써 토크를 조절할 수 있기 위해서, 히스테리시스 부분은 화살표(13)로 나타낸 바와 같이, 축 방향으로 조절될 수 있게 샤프트(12) 상에 장착된다. 일반적으로 공지된 방식으로, 결합은 외부, 예를 들면 하우징(14) 상에 외부에서 조정될 수 있게 할 수도 있다.

히스테리시스 결합의 제2 실시예가 도 2에 도시되었다.

결합 부분은 2개의 동심으로 장착된 고리들, 즉 샤프트(6) 상에 장착된 자석들(18)을 구비하여 내부에 고정된 자기 고리(16) 및 하우징 상에 외부에 장착되고 격벽(17) 상에 외부에서 확장하는 고리를 포함한다.

협동 히스테리시스 고리(19)는 격벽(17) 및 자석들(18)을 구비한 고리(16) 둘레로 확장하며, 이어서 상기 히스테리시스 고리는 기어의 입력 샤프트(12)에 고정된다.

이 결합도, 외측 히스테리시스 고리(19)의 축방향 이동에 의해 조정될 수 있고, 그럼으로써 화살표(13)로 나타낸 바와 같이 토크 및/또는 속도를 변경할 수 있다.

결합의 이 실시예는 매우 콤팩트하며 방사상으로 확장하는 공극 때문에 큰 토크들을 전달할 수 있어, 매우 큰 토크를 제공한다. 이에 따라, 큰 토크들이 비교적 낮은 자화에 의해 전달될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예들에서, 자기 부분은 액체 공간 내에 배열된다.

자기 부분들의 역 배열의 예가 도 3에 도시되었는데, 이로부터 히스테리시스 부분(11)는 하우징 내에 배치되고 유도성 자기 부분(8, 9)는 하우징(2) 상에 외부에 배치된 것으로 나타난다.

유도성 부분의 이 위치는 건조 환경에서 필요한 전기적 접속들을 수립하기가 기술적으로 더 쉽기 때문에, 전자석들이 사용되는 경우 특히 잇점이 있다. 또한, 히스테리시스 부분의 냉각을 위해 액체를 이용하는 것도 가능하다.

또한, 도 2에 도시된 구조는 자기 부분(16, 18)이 히스테리시스 부분 상에 외부에서 확장할 수 있도록 "거꾸로"될 수 있다.

마지막으로, 구동 시스템은 세척 헤드의 회전 샤프트(15)에 기어의 회전운동을 전달하는 증강 자기 결합에 의해 확장될 수 있다.

하우징이 완전히 닫혀지고 그럼으로써 예를 들면 샤프트 시일링들의 마모에 의해 야기되는 액체의 누출에 대해 보호되므로, 하우징(2) 내 액체와 기어간의 완전한 액체 분리가 달성될 수 있다.

Claims (5)

1. 탱크 내 세척 헤드를 회전시키는 구동 시스템에서, 상기 구동 시스템은 압력이 가해진 세척 액체가 공급되는 액체 채널 내 장착되는 프로펠러를 구비한 하우징, 및 상기 프로펠러에 의해 구동되며 상기 하우징 내 상기 세척 액체로부터 분리되게 장착되는 기어를 포함하며, 상기 기어는 상기 프로펠러에 의해 생성된 회전을 상기 탱크 내 상기 세척 헤드의 감소된 회전으로 전달하며, 상기 프로펠러에 의해 생성된 회전은 결합 부분들을 구비한 자기 결합을 통해 상기 기어에 전달되며, 상기 결합 부분들 중 한 결합 부분은 상기 액체 채널 내 상기 하우징 내부에 배치되고, 상기 결합 부분들 중 다른 한 결합 부분은 상기 하우징 외부에 배치되며, 상기 결합 부분들은 상호 평행한 디스크들로서 혹은 2개의 원통형의 동심으로 장착된 디스크들로서 구성되는 것인, 세척 헤드 회전 구동 시스템에 있어서,

   상기 프로펠러(7, 6)로부터의 상기 회전은 강자성 히스테리시스 재료(11, 19)이거나 상기 기어의 상기 입력 샤프트(12)에 연결된 자기 부분(8, 18)로 된 것인, 상기 프로펠러(7, 6)에 의해 구동되는 회전 자기 인덕터(8, 18)를 포함하는 히스테리시스 결합, 혹은 상기 하우징(2) 외부에 장착된 회전 부분을 구동하는 상기 하우징(2) 내 히스테리시스 부분(11, 19)를 통해 상기 기어에 전달되는 것을 특징으로 하는 세척 헤드 회전 구동 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(2) 외부에 상기 결합 부분(11, 19 및 8, 9)은 협동 결합 부분(8, 9, 11)까지의 거리를 가변적으로 변경하여 상기 히스테리시스 결합에서 토크 및/또는 속도를 가변적으로 전달하기 위해 변위될 수 있는(13) 것을 특징으로 하는 세척 헤드 회전 구동 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자기 인덕터는 필요한 자장 세기 및 극성을 발생하기 위해 복수의 영구 자석들(8, 18)을 구비하는 것을 특징으로 하는 세척 헤드 회전 구동 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 자기 인덕터(8, 9 및 16, 18)는 전자기 자석들을 구비하는 것을 특징으로 하는 세척 헤드 회전 구동 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 기어의 회전은 증강 히스테리시스 결합을 통해 상기 세척 헤드용의 구동 샤프트(15)에 전달되는 것을 특징으로 하는 세척 헤드 회전 구동 시스템.

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