KR20120130611A

KR20120130611A - 진공청소기용 팬모터 조립체

Info

Publication number: KR20120130611A
Application number: KR1020110048684A
Authority: KR
Inventors: 정용규; 류호선
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-03

Abstract

본 발명은 진공청소기용 팬모터 조립체에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 구동모터에 의해 회전하면서 반경방향으로 공기를 토출하는 임펠러; 상기 임펠러의 외측에 구비되는 복수 매의 에어포일 형상을 갖는 디퓨저 블레이드를 포함하는 디퓨저; 및 상기 디퓨저의 배면에 구비되어 디퓨저 블레이드로부터 토출된 공기를 상기 구동모터측으로 안내하는 리턴 베인;을 포함하며, 상기 복수 매의 디퓨저 블레이드의 선단부를 연결하는 가상의 원(C1)과 상기 디퓨저 블레이드의 캠버 라인(L1)의 교점을 P1라 할 때, 상기 P1에서 그은 상기 원(C1) 및 캠버 라인(L1)에 대한 두 개의 접선이 이루는 각으로 정의되는 입구각(α_i)이 2.9° ≤ α_i≤ 5.9°인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체가 제공된다.

Description

진공청소기용 팬모터 조립체{FAN MOTOR ASSEMBLY FOR A VACUUM CLEANER}

본 발명은 진공청소기용 팬모터 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공청소기에 구비되어 흡입력을 발생시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 진공청소기는 흡입력을 발생시켜 공기를 흡입함과 동시에 먼지 등의 이물질이 흡입되도록 하여 먼지만을 따로 분리하는 청소도구로서, 먼지를 분리하는 방법에 따라 필터형, 먼지봉투형, 사이클론형 등의 진공청소기로 구분된다. 상기 진공청소기는 먼지를 저장하기 위한 집진봉투 및 공기를 흡입하기 위한 팬모터 조립체를 포함하는 본체와, 상기 본체에 연결되어 먼지와 함께 공기를 흡입하는 통로를 제공하는 흡입부로 구성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 진공청소기의 팬모터 조립체가 일부절결된 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 진공청소기의 팬모터 조립체의 구획판에 형성된 디퓨저 및 리턴 베인을 도시한 단면도이다.

상기 팬모터 조립체(10)는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입구(12a) 및 토출구(12b)가 형성된 임펠러 케이싱(12) 내부에 다수의 블레이드(15)가 형성된 임펠러(14)가 설치되고, 상기 임펠러(14)의 하부에는 회전축에 의해 연결되어 상기 임펠러(14)를 회전시키는 모터(20)가 장착된다. 또한, 상기 임펠러(14)와 모터(20) 사이에는 상기 임펠러 케이싱(12)을 상부와 하부로 격리하는 구획판(16)이 설치되고, 상기 구획판(16)의 외둘레에는 상기 임펠러(14)의 출구부로 송출된 공기를 확산시키는 디퓨저(17)가 형성된다. 또한, 상기 구획판(16)의 하부에는 상기 디퓨저(17)에 확산된 공기가 흡입되며 압축된 상태로 상기 모터(20)측 유로로 배출하는 리턴 베인(18)이 형성된다.

전술된 진공청소기는 팬모터 조립체(10)에 전원을 공급하면 모터(20)가 회전되고, 상기 모터(20)의 회전력에 의해 임펠러(14)가 회전되며 공기를 흡입한다. 상기 진공청소기에는 공기와 함께 먼지가 상기 흡입부를 통해 본체부로 유입되고, 먼지는 상기 본체부에 설치된 집진봉투에 의해 저장된다. 한편, 공기는 상기 집진봉투를 통과하여 상기 팬모터 조립체(10)로 흡기된 상기 본체의 후방에 형성된 배기구를 통해 외부로 배기된다.

이때, 상기 팬모터 조립체(10) 내의 유동을 살펴보면 임펠러 케이싱(12)의 흡입구(12a)를 통해 유입된 공기는 상기 임펠러(14)의 블레이드(15)에 안내되어 원심 이동되며 바깥방향으로 이동되어 상기 디퓨저(17)로 송출된다. 상기 디퓨저(17)로 송출된 공기는 디퓨저(17)의 외주부에 형성되는 복수 매의 디퓨저 블레이드(19)를 따라 흐르면서 확산하며 유동된 후, 상기 임펠러 케이싱(12)의 내벽에 안내되어 상기 구획판(16)의 하부로 유입된다. 이렇게 유입된 공기는 다시 상기 리턴 베인(18)에 의해 모터(20) 측으로 안내되어, 상기 모터(20)를 냉각시킨후 외부로 배기된다.

이러한 구조의 팬모터 조립체(10)는 상기 임펠러(14)에서 토출된 공기가 상기 디퓨저(17)를 통과하는 과정에서 공기가 확장되어 속도는 떨어지고 압력은 증가하게 되며 상기 디퓨저(17)를 통과한 공기의 압력, 즉 케이싱(12) 내부의 압력이 높아진 만큼 임펠러(14)의 흡입구의 압력, 즉 케이싱(12) 외부의 압력은 떨어지게 된다. 이와 같이 발생된 압력차로 인해 외부의 공기를 상기 임펠러 케이싱(12) 내부로 흡입할 수 있는 강한 흡입력이 생긴다.

여기서, 상기 디퓨저 블레이드(19)는 일반적으로 두 개의 원호를 조합한 형태를 갖는다. 구체적으로, 두 개의 원호가 자연스럽게 연결될 수 있도록 각각의 원호가 갖는 반경, 원호의 길이 및 원호의 중심점의 위치를 변경하면서 디퓨저 블레이드(19)의 형태를 결정하게 된다. 그러나, 이러한 형태에서는 디퓨저 블레이드의 입구각이나 출구각 값을 임의로 설정하는 것이 곤란한 경우가 발생한다. 즉, 특정 범위 내에서는 입구각을 변경하더라도 용이하게 상기 원호의 반경, 길이 및 중심 위치를 설정할 수 있지만, 경우에 따라서는 설계 범위를 벗어나는 원호 길이를 갖도록 하여야만 의도한 입구각을 얻을 수 있게 된다.

또한, 효율을 개선하기 위해 상기 원호의 반경, 길이 및 중심 위치를 변경하고자 하더라도 상기와 같은 설계상의 제약으로 인해서 이러한 변경이 곤란한 경우도 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 효율을 개선하면서도 용이하게 설계할 수 있는 블레이드를 갖는 진공청소기용 팬모터 조립체를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 구동모터에 의해 회전하면서 반경방향으로 공기를 토출하는 임펠러; 상기 임펠러의 외측에 구비되는 복수 매의 에어포일 형상을 갖는 디퓨저 블레이드를 포함하는 디퓨저; 및 상기 디퓨저의 배면에 구비되어 디퓨저 블레이드로부터 토출된 공기를 상기 구동모터측으로 안내하는 리턴 베인;을 포함하며, 상기 복수 매의 디퓨저 블레이드의 선단부를 연결하는 가상의 원(C1)과 상기 디퓨저 블레이드의 캠버 라인(L1)의 교점을 P1라 할 때, 상기 P1에서 그은 상기 원(C1) 및 캠버 라인(L1)에 대한 두 개의 접선이 이루는 각으로 정의되는 입구각(α_i)이 2.9° ≤ α_i≤ 5.9°인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체가 제공된다.

본 발명의 상기 측면에서는 디퓨저 블레이드를 두 개의 원호가 결합된 형태가 아니라 비행기의 날개의 형태인 에어포일 형태로 하여, 설계자유도를 향상시킬 수 있도록 하고 있다. 이렇게, 디퓨저 블레이드가 에어포일 형태를 갖게 되면, 입구각, 출구각, 코드 라인(cord line), 코드 라인의 길이 대비 최대 캠버량으로 정의되는 최대 캠버 비율(Max camber rate) 등을 조절하여 효율을 향상시키면서도 설계사양에 맞도록 디퓨저 블레이드의 형상을 결정할 수 있다. 아울러, 상기 입구각을 2.9 내지 5.9˚의 범위를 갖도록 하여 효율을 향상시키도록 한다.

여기서, 상기 각각의 디퓨저 블레이드의 말단부를 연결하는 가상의 원(C2)과 상기 캠버 라인(L)의 교점을 P2라 할 때, 상기 P2에서 그은 상기 원(C2) 및 캠버 라인(L1)에 대한 두 개의 접선이 이루는 각으로 정의되는 출구각(α_o)이 16.5° ≤ α_o≤ 19.5°을 만족하도록 할 수도 있다.

또한, 상기 P1 및 P2를 연결하는 코드 라인(L2)의 길이를 D, 상기 코드 라인(L2)과 상기 캠버 라인(L1) 사이의 거리를 d라 할 때, 0.06 ≤ d_max/D ≤ 0.085의 관계를 만족하도록 할 수도 있다.

한편, 상기 C1의 직경이 90.2 내지 93.2mm의 범위 내에 있도록 할 수 있다.

아울러, 상기 C2의 직경이 110.0 내지 113.0mm의 범위에 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 D는 45.5 내지 48.5mm의 범위에 있도록 할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 디퓨저 블레이드가 에어포일의 형태를 갖게 되므로 설계사양에 맞는 범위 내에서 최대의 효율을 갖도록 디퓨저 블레이드의 형태를 결정할 수 있게 된다. 특히, 입구각을 2.9 내지 5.9˚의 범위를 갖도록 함으로써 효율을 종래에 비해 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 진공청소기용 팬모터 조립체의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 팬모터 조립체에 구비되는 디퓨저 및 리턴 베인을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 팬모터 조립체의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예 중 디퓨저를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4 중 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 6은 입구각에 따른 효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 출구각에 따른 효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 최대 캠버율에 따른 효율의 변화를 도시한 그래프이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 팬모터 조립체의 실시예에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 팬모터 조립체의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 실시예 중 디퓨저를 도시한 평면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 실시예는 상측이 개구된 모터하우징(101)의 내부에 고정자(102)와 회전자(103)로 이루어진 모터(104)가 설치되어 있고, 상기 회전자(103)에는 회전자(103)의 중심부에 상,하방향으로 압입되어 회전자(103)와 동시에 회전되며 동력을 전달하는 회전축(105)이 결합되어 있다.

상기 모터하우징(101)의 상측 개구부에는 상면에 흡입구(106a)가 형성된 임펠러 케이싱(106)의 개구부가 결합되어 있고, 그 임펠러 케이싱(106)의 내부에는 상기 회전축(105)의 상단부에 결합되어 상기 흡입구(106a)를 통하여 공기를 흡입하기 위한 임펠러(107)가 설치되어 있으며, 그 임펠러(107)의 하측에는 상기 임펠러(107)에 의해 임펠러 케이싱(106)의 내부로 흡입된 공기를 모터(104)측으로 안내하기 위한 가이드 베인(108)이 설치되어 있다.

상기 가이드 베인(108)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러(107)의 하측에 배치되는 판상의 구획판(109)과, 상기 구획판(109)의 상면 가장자리에 일정간격을 두고 설치되어 임펠러(107)로부터 토출된 공기의 압력을 상승시키기 위한 복수개의 디퓨저 블레이드(112)를 구비하는 디퓨저(110)와, 상기 구획판(109)의 하면에 형성되어 상기 디퓨저(110)에 의해 압력이 상승된 공기를 모터(104)측으로 안내하기 위한 복수 개의 리턴 베인(111)을 포함하고 있다.

여기서, 상기 디퓨저 블레이드(112)는 그 단면형상이 비행기의 날개 형태를 이루는 에어포일의 형태를 가지며 도 4에서는 총 13매가 구비되어 있다. 상기 디퓨저 블레이드(112)의 선단부는 도 4에서 C1으로 표시된 가상의 원주상에 배치되어 있고, 말단부는 C2로 표시된 가상의 원주상에 배치되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저 블레이드들 사이의 공간은 상기 임펠러(107)로부터 토출된 공기가 흐르는 유로를 형성하게 되는데, 그 폭은 말단부로 갈수록 확장되도록 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 가이드 베인(108)이 설치된 진공청소기용 팬-모터는 모터(104)에 전원이 인가되어 회전자(103)에 회전력이 발생되면 그 회전자(103)에 압입되어 있는 회전축(105)이 동시에 회전되며, 그와 같이 회전축(105)이 회전되면 회전축(105)의 상단부에 결합되어 있는 임펠러(107)가 회전을 하여 흡입력이 발생된다.

상기와 같이 발생되는 흡입력에 의해 임펠러 케이싱(106)의 흡입구(106a)를 통하여 임펠러 케이싱(106)의 내부로 흡입된 공기는 임펠러(107)를 통과하여 임펠러(107)의 측방향으로 배출되고, 그 배출되는 공기는 가이드 베인(108)의 디퓨저(110)에서 압력이 상승되어 임펠러 케이싱(106)의 내주면과 가이드 베인(108)의 외주면 사이의 공간부(113)로 배출되는데, 이때 상기 디퓨저(110)에 설치된 디퓨저 블레이드(112)들에 의하여 공간부(113)쪽으로 배출되는 공기는 하측으로 리턴 베인(111)쪽으로 그대로 안내되고, 그와 같이 안내된 공기는 리턴 베인(111)들에 의해 중앙부로 안내되어 모터(104)측으로 송풍되어 모터를 냉각한 후 외부로 배출된다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 디퓨저 블레이드의 형상에 대해서 구체적으로 설명한다. 도 4에서 가상의 원(C1)은 상기 디퓨저 블레이드의 선단부를 연결하고 있다. 즉, 상기 디퓨저 블레이드(112)의 선단부는 원주를 따라서 배치되며, 말단부 또한 원주를 따라서 배치되는데, 상기 말단부를 연결한 가상의 원이 기호 C2로 표시되어 있다. 여기서, 상기 선단부는 임펠러와 인접하여 배치되는 단부를 의미하고, 말단부는 상기 임펠러 케이싱(106)의 내주면과 인접하여 배치되는 단부를 의미하는데, 각각 임펠러로부터 토출된 공기의 유입측 및 토출측에 해당된다.

도 5를 참조하면, 상기 디퓨저 블레이드(112)는 에어포일 형태를 갖는다. 도 5에서 선(L1)은 캠버 라인(camber line)으로서 상기 디퓨저 블레이드(112)의 상측면과 하측면 사이의 중심점을 연결한 곡선이다. 상기 캠버 라인(L1)과 상기 두 개의 가상의 원(C1, C2)의 교점을 각각 P1 및 P2라 칭한다. 그리고, 상기 P1과 P2를 연결하는 선을 코드 라인(cord line, L2)으로 정의하며, 상기 코드 라인(L2)과 상기 캠버 라인(L1) 사이의 거리를 캠버량(d)으로 정의한다.

상기 에어포일의 형상은 상기 P1에서의 입구각 및 P2에서의 출구각, 그리고 상기 캠버량의 최대 값(d_max)으로 정의할 수 있다. 여기서, 상기 P1에서의 상기 원(C1)의 접선과 상기 캠버 라인(L1)에서의 접선에 의해 정의되는 각을 입구각(α_i)으로 정의한다. 아울러, 상기 P2에서의 상기 원(C2)의 접선과 상기 캠버 라인(L1)에서의 접선에 의해 정의되는 각을 출구각(α_o)으로 정의한다. 또한, 상기 코드 라인(L2)의 길이를 D라 할 때, 최대 캠버율(maximum camber rate)은 d_max / D로 정의할 수 있다.

상기 입구각은 상기 임펠러에서 토출되는 공기 유동의 각도에 적합하도록 설정되어야 하며, 상기 팬모터 조립체의 효율에 가장 큰 영향을 미치는 인자이다. 즉, 입구각이 지나치게 크거나 작은 경우에, 임펠러로부터 토출된 공기 유동을 적절하게 가이드하지 못하게 되어, 입구측에서의 압력손실이 발생되므로, 효율이 저하되는 원인이 된다. 도 6은 상기 입구각이 효율에 미치는 영향을 측정한 그래프로서, 다른 인자들은 고정시킨 상태에서 입구각만을 달리하면서 효율의 변화를 측정한 것이다. 도 6을 참조하면, 입구각이 대략 2.9 내지 5.9°범위에 있는 경우에 양호한 효율을 얻을 수 있으며, 4.4°인 경우에 최대의 효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기 출구각 및 최대 캠버율은 상기 입구각에 비해서는 효율에 미치는 영향이 작지만, 선단부측으로부터 유입된 공기 유동을 하측에 위치하는 리턴 베인으로 안내하는데 영향을 미치는 인자이다. 아울러, 상기 출구각 및 최대 캠버율에 따라서 토출되는 공기 유동의 상태량이 변하게 되는데, 구체적으로는 상기 출구각 및 최대 캠버율에 따라서 토출되는 공기 유동의 유량 및 압력이 달라지게 되므로, 리턴 베인 및 모터의 특성에 따라서 적절하게 설정하여야 한다.

도 7은 상기 출구각이 효율에 미치는 영향을 측정한 그래프로서, 다른 인자들은 고정시킨 상태에서 출구각만을 달리하면서 효율의 변화를 측정한 것이다. 도 7을 참조하면, 출구각이 대략 16.5 내지 19.5°범위에 있는 경우에 양호한 효율을 얻을 수 있으며, 18°인 경우에 최대의 효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 8은 상기 최대 캠버율이 효율에 미치는 영향을 측정한 그래프로서, 다른 인자들은 고정시킨 상태에서 최대 캠버율만을 달리하면서 효율의 변화를 측정한 것이다. 도 8을 참조하면, 최대 캠버율이 대략 6.0 내지 8.5%범위에 있는 경우에 양호한 효율을 얻을 수 있으며, 7% 인 경우에 최대의 효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 상기 입구각, 출구각 및 최대 캠버율을 상기 범위 내에서 선정하는 것을 통해서 최대의 효율을 얻을 수 있게 되며, 상기 실시예에서는 입구각을 4°, 출구각을 18°, 최대 캠버율을 7.5%로 하는 경우에 최대의 효율을 얻을 수 있었다. 아울러, 상기 C1은 90.2mm 내지 93.2mm, C2는 110.0mm 내지 113.0mm, 그리고 상기 D는 45.5mm 내지 48.5mm의 범위에 있는 경우에 최대의 효율을 얻을 수 있었다.

Claims

구동모터에 의해 회전하면서 반경방향으로 공기를 토출하는 임펠러;
상기 임펠러의 외측에 구비되는 복수 매의 에어포일 형상을 갖는 디퓨저 블레이드를 포함하는 디퓨저; 및
상기 디퓨저의 배면에 구비되어 디퓨저 블레이드로부터 토출된 공기를 상기 구동모터측으로 안내하는 리턴 베인;을 포함하며,
상기 복수 매의 디퓨저 블레이드의 선단부를 연결하는 가상의 원(C1)과 상기 디퓨저 블레이드의 캠버 라인(L1)의 교점을 P1라 할 때,
상기 P1에서 그은 상기 원(C1) 및 캠버 라인(L1)에 대한 두 개의 접선이 이루는 각으로 정의되는 입구각(α_i)이
2.9° ≤ α_i≤ 5.9°
인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 각각의 디퓨저 블레이드의 말단부를 연결하는 가상의 원(C2)과 상기 캠버 라인(L)의 교점을 P2라 할 때,
상기 P2에서 그은 상기 원(C2) 및 캠버 라인(L1)에 대한 두 개의 접선이 이루는 각으로 정의되는 출구각(α_o)이
16.5° ≤ α_o≤ 19.5°
인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체.
제2항에 있어서,
상기 P1 및 P2를 연결하는 코드 라인(L2)의 길이를 D, 상기 코드 라인(L2)과 상기 캠버 라인(L1) 사이의 거리를 d라 할 때,
0.06 ≤ d_max/D ≤ 0.085
인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 C1의 직경은 90.2mm 내지 93.2mm 인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체.
제2항에 있어서,
상기 C2의 직경은 110.0mm 내지 113.0mm 인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체.
제3항에 있어서,
상기 D는
45.5mm ≤ D ≤ 48.5mm
인 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬모터 조립체.