KR20110121905A - 압전팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전팬에 관한 것으로서, 특히 구조가 간단하여 제작비용이 저렴하고 저소음 냉각을 구현하며, 선단 변위를 향상시켜 발열 면적이 작은 LED 등의 전자부품 냉각에 유용하며, 상용전압을 그대로 사용할 수 있고 발열 제품과 모듈화가 용이한 압전팬에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 중앙부가 개방되며 테두리로부터 하방향으로 복수개의 블레이드가 대칭되게 연장되는 몸체; 및 상기 몸체 상에 부착되며 중앙부가 개방된 압전 세라믹 재질의 압전체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전팬을 제공한다.

Description

압전팬{PIEZOELECTRIC FAN}

본 발명은 압전팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조가 간단하여 제작비용이 저렴하고 저소음 냉각을 구현하며, 발열 면적이 작은 LED 등의 전자부품 냉각에 유용하고 발열 제품과 모듈화가 용이한 압전팬에 관한 것이다.

정보화 사회로의 진입에 따라 컴퓨터가 각 가정 및 회사에서 필수품이 되고 있는 만큼 컴퓨터의 수요는 더욱 증가할 것이며, 이에 따른 컴퓨터 부품 냉각용으로 이용될 수 있는 팬의 수요 증가도 예상할 수 있다.

또한, 최근 녹색성장 정책에 따라 많은 관심이 주어지고 있는 발광수단인 발광 다이오드(LED)는 차세대 조명과 디스플레이 뿐만 아니라 다양한 전자제품의 부품으로 널리 활용범위를 넓혀가고 있으므로, 이에 따른 LED 냉각용으로 이용될 수 있는 팬의 수요 증가도 예상할 수 있다.

한편, 일반적으로 압전소자(piezoelectric element)란 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 압전 직접효과(direct effect)와 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 압전 역효과(converse effect)를 갖는 기능성 세라믹스를 말한다.

여기서, 상기 압전 역효과는 변위발생 기능으로 압전소자에 외부로부터 전압을 걸어주어 소자가 기계적 변위를 일으키게 되는 현상이고, 주로 액추에이터, 초음파 응용기기 등에 사용된다.

이 중에서, 압전팬(Piezoelectric Fan)은 압전 엑추에이터에 진동판을 부착한 것으로, 압전 엑추에이터의 굴곡 진동을 이용한 요동식 팬이며, 코일식 모터 팬에 비해 구조 및 풍량의 조절이 간단하고 미소량의 풍량을 일으킬 수 있다.

또한, 전기적인 잡음이 발생하지 않고 사용수명이 길며 압전체를 사용하기 때문에 대응하는 전자석 로터리 팬에 비해 저소비전력을 갖는 장점이 있다.

하지만, 종래의 압전팬은 단순히 2매의 압전 세라믹스 중간에 금속제 진동판을 부착하는 방식을 사용하기 때문에, 구조적으로 진동판의 선단 변위와 풍속이 만족스럽지 못함은 물론이고, LED와 같은 미소면적의 냉각에 효과적이지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구조와 풍량의 조절이 간단하고 미소량의 풍량을 효과적으로 발생시키며 전기적인 잡음이 없고 사용수명이 길며 소비전력이 낮을 뿐만 아니라 선단 변위를 향상시켜 풍속이 우수하고 LED와 같은 미소면적의 냉각에 최적화한 압전팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

중앙부가 개방되며 테두리로부터 하방향으로 복수개의 블레이드가 대칭되게 연장되는 몸체; 및 상기 몸체 상에 부착되며 중앙부가 개방된 압전 세라믹 재질의 압전체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 몸체는 개방된 중앙부를 따라 인접 위치에 하방향으로 굴곡지는 탄성홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 블레이드의 단부에는 무게추가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 몸체는 원판 형태로 개방된 중앙부를 따라 상방향으로 플랜지가 돌출되며, 상기 압전체는 원판 형태로 플랜지에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

대안적으로, 상기 몸체는 개방된 중앙부를 따라 체결수단이 구비되며, 상기 압전체는 체결수단에 결합되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 압전체는 몸체 상에 여러 개가 다단으로 적층되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 압전체는 다층 압전 바이모프 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 압전팬은 첫째, 구조가 간단하여 제작비용이 저렴하고 풍량조절이 간편하여 미소량의 풍량이 필요할 때 편리하고, 둘째 전기적인 잡음(소음)이 매우 작으며 사용수명이 길고 상용전압을 사용할 수 있는 반면에 소비전력이 낮으며, 셋째 선단 변위를 향상시켜 풍속이 우수하며 발열 면적이 작은 LED 등의 전자부품 냉각에 적합하고 발열 제품과 모듈화가 용이한 유용한 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전팬을 나타내는 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 압전팬의 몸체를 나타내는 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전팬의 몸체를 나타내는 사시도;
도 4는 도 3의 단면도;
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전팬의 몸체를 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전팬을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전팬의 몸체를 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 압전팬(Piezoelectric Fan)은 몸체(10) 및 압전체(20)를 포함하여 구성되며, 몸체(10)는 황동(Brass) 재질로 전체 골격을 형성하는 것이며 중앙부가 개방된 납작한 판형태로 이루어진다.

상기 몸체(10)는 압전방식에 의해 바람을 일으키는 진동판 역할을 하기 위해 테두리(가장자리)로부터 수직 하방향으로 황동(Brass) 재질로 이루어진 복수개의 블레이드(11)가 중앙 수직축을 기준으로 대칭되게 연장된다.

도 1 및 도 2에서는 본 발명의 일 실시예로서 4개의 직사각형 블레이드(11)가 대칭으로 연장된 상태를 도시하였으나, 냉각 대상체의 사이즈에 따른 풍량을 고려하여 2개, 3개, 6개, 8개 등 다양한 개수와 형상으로 설계변경 가능하다.

상기 몸체(10)와 블레이드(11)는 황동(Brass) 외에 필요에 따라 인청동(Phosphor Bronze), 알루미늄(Aluminium) 등의 다양한 재질을 선택(서로 동일한 재질 내지 서로 다른 재질)하여 제작할 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.

압전체(20)는 얇은 원판 형태로 상기 몸체(10)의 중앙부에 대응하도록 중앙부가 개방되고 상기 몸체(10) 상에 접착제 등에 의해 부착되며, AC 전원의 리드선 등이 연결되어 외부로부터 인가된 전압에 의해 기계적 변위를 일으키는 압전 세라믹 재질로 이루어진다.

여기서, 상기 압전 세라믹 재질의 압전체(20)는 몸체(10) 상에 여러 개를 다단으로 적층시킬 수 있으며, 이 경우 별도의 회로를 추가하지 않고도 5V 정도의 낮은 구동전압(저전압)으로 원활한 작동이 가능할 수 있다.

또한, 상기 압전체(20)는 변위를 증폭하여 냉각효율을 높이기 위해 다층 압전 바이모프 형태(multi-layer bimorph)로 이루어질 수 있으며, 압전 바이모프(piezoelecric bimorph)란 일반적으로 두 장의 얇은 압전판(piezoelectric sheet)을 붙인 후 서로 반대되는 극성의 전압을 걸어주어 압전판의 수축과 인장에 의해 굽힘을 일으켜서 변위를 증폭하는 구동기를 말한다.

본 발명의 일 실시예로서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)는 원판 형태로 개방된 중앙부를 따라 상기 압전체(20)가 삽입될 수 있도록 수직 상방향으로 플랜지(12)가 돌출된다.

이와 같이 몸체(10)에 플랜지(12)가 형성된 경우 상기 원판 형태의 압전체(20)는 개방된 중앙부의 내주면이 상기 플랜지(12)의 외주면에 밀착된 상태로 상기 플랜지(12)에 삽입되어 안정적으로 지지된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)는 개방된 중앙부 전체를 따라 인접 위치에 하방향으로 굴곡지는 탄성홈(13)이 구비될 수 있다.

상기 탄성홈(13)은 압전체(20)에 전압이 인가되어 몸체(10)에 기계적 변위가 일어날 때 블레이드(11)가 스윙되는 변위를 더욱 증가시킴으로써, 결국 몸체(10)에 구비된 블레이드(11)가 발생시키는 풍속을 향상시킨다.

상기 탄성홈(13)은 압전체(20)의 변위를 증가할 수만 있다면 굴곡의 모양과 그 개수를 다양한 형태로 변경할 수 있으며, 잦은 사용에도 국부적으로 응력이 집중되어 파손되는 것을 방지하여 우수한 내구력을 갖도록 굴곡지는 부분은 부드럽게 라운딩 처리되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(11)의 단부에는 압전체(20)에 전압이 인가될 때 복수개의 블레이드(11)의 기계적 변위를 더욱 증가시키기 위해 무게추(14)가 구비될 수 있다.

상기 무게추(14)는 블레이드(11)의 기계적 변위를 향상시키기 위한 것이므로, 블레이드(11) 보다 무거운 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)는 플랜지(12)가 돌출되는 대신에 개방된 중앙부를 따라 상기 압전체(20)가 결합되기 위한 체결수단이 구비될 수 있다.

즉, 예를 들어 몸체(10)의 개방된 중앙부를 따라 일정한 간격을 두고 내측을 향하여 브라켓(15)이 돌출되고, 상기 브라켓(15)의 단부에는 체결공(15a)이 천공되며, 압전체(20)의 개방된 중앙부에도 상기 브라켓(15)의 체결공(15a)에 대응하는 체결수단(브라켓(21)과 체결공(21a))이 구비되어 스크류(S) 등에 의해 상호 결합되도록 구성할 수 있다.

이러한 체결방법 외에도 상기 세라믹 압전체(20)가 몸체(10)에 부착된 상태로 인가된 전압에 의해 함께 기계적 변위를 발생시킬 수 있다면 다양한 수단으로 결합방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이라 하겠다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압전팬의 작용을 살펴보면, 먼저 AC 전원의 리드선이 연결된 압전체(20)에 외부로부터 전압이 인가되면, 압전체(20)에 부착된 몸체(10)가 변형을 일으키면서 복수개의 블레이드(11)도 함께 기계적 변형이 발생한다.

따라서, 몸체(10)의 개방된 중앙부에 장착된 발열 제품(예를 들어 LED) 방향으로 바람이 불게 되어 저소음으로 발열체를 효과적으로 냉각할 수 있으며, 특히, 본 발명은 블레이드(11)의 공진주파수를 60Hz에 맞추면 별도의 회로를 추가하지 않아도 상용전압인 60Hz, 110V 내지 220V 조건하에서 편리하게 사용할 수 있다.

또한, 몸체(10)의 중앙 개방부에 LED 등의 발열 부품을 장착하여 모듈화(패키징화)할 수 있고, 미소면적의 발열체를 효과적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 저소음 냉각을 구현함으로써, 컴퓨터와 같은 가전 발열제품 등에도 널리 활용될 수 있다.

게다가, 몸체(10)의 중앙부 인접 위치에 굴곡지는 탄성홈(13)을 구비시키거나 블레이드(11)의 단부에 무게추(14)를 구비시키는 경우 블레이드(11)의 선단 변위를 더욱 향상시켜 우수한 풍속을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

10: 몸체 11: 블레이드
12: 플랜지 13: 탄성홈
14: 무게추 15: 브라켓
15a: 체결공 20: 유전체
21: 브라켓 21a: 체결공
S: 스크류

Claims (7)

1. 중앙부가 개방되며 테두리로부터 하방향으로 복수개의 블레이드가 대칭되게 연장되는 몸체; 및
   상기 몸체 상에 부착되며 중앙부가 개방된 압전 세라믹 재질의 압전체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전팬.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체는 개방된 중앙부를 따라 인접 위치에 하방향으로 굴곡지는 탄성홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 압전팬.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드의 단부에는 무게추가 구비되는 것을 특징으로 하는 압전팬.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 몸체는 원판 형태로 개방된 중앙부를 따라 상방향으로 플랜지가 돌출되며, 상기 압전체는 원판 형태로 플랜지에 삽입되는 것을 특징으로 하는 압전팬.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 몸체는 개방된 중앙부를 따라 체결수단이 구비되며, 상기 압전체는 체결수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 압전팬.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압전체는 몸체 상에 여러 개가 다단으로 적층되는 것을 특징으로 하는 압전팬.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압전체는 다층 압전 바이모프 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전팬.

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