KR20190017360A

KR20190017360A - 에너지 저감형 에어 컴프레셔 및 이의 제어 시스템

Info

Publication number: KR20190017360A
Application number: KR1020170102109A
Authority: KR
Inventors: 지철근
Original assignee: 주식회사 나우테크
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2019-02-20

Abstract

본 발명은 저장된 압축 공기의 사용량에 따라, 압축 공기를 생성하기 위하여 회전력을 제공하는 모터의 회전수를 제어함으로써, 불필요한 에너지 소비를 줄여 효율적인 운용이 가능한 에너지 저감형 에어 컴프레셔 및 이의 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에어 컴프레셔는 외부 공기를 흡입 또는 차단하는 흡입 밸브, 내부 공간을 갖고 적어도 하나의 통풍구가 형성된 하우징, 하우징의 내부 공간에 고정 설치되는 고정자를 구비하는 고정자 어셈블리, 회전축과 회전축에 결합되어 고정자 어셈블리와 이격 배치되며, 회전축 방향을 관통하도록 회전축을 중심으로 방사형으로 복수의 에어 벤트가 형성된 회전자를 구비하는 회전자 어셈블리를 포함하여 회전력을 제공하는 모터, 흡입 밸브에 의해 흡입되는 공기를 흡입하는 공기 흡입구가 형성된 커버와, 커버의 내부에 배치되며 회전축 상에 다단 설치되는 복수의 스크류를 포함하여, 공기 흡입구로부터 유입되는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드를 포함하는 공기 압축 장치, 공기 압축 장치로부터 배출되는 압축 공기를 저장하는 저장 탱크, 저장 탱크의 압력을 측정하는 센서부, 센서부에 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 상기 모터의 회전수를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

에너지 저감형 에어 컴프레셔 및 이의 제어 시스템{Energy-saving air compressors and their control systems}

본 발명은 에어 컴프레셔의 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장된 압축 공기의 사용량에 따라, 압축 공기를 생성하기 위하여 회전력을 제공하는 모터의 회전수를 제어함으로써, 불필요한 에너지 소비를 줄여 효율적인 운용이 가능한 에너지 저감형 에어 컴프레셔 및 이의 제어 시스템에 관한 것이다.

화석 연료의 고갈과 대기오염, 환경오염 등에 따른 폐해가 대두 되면서 자원의 절약과 환경보호의 목소리가 높아지고 있으며, 정부 차원에서도 녹색성장, 그린 도시를 지향하면서 이산화탄소 배출 억제가 정책적으로 지원되고 있다.

이러한 사회 환경과 분위기에서 에어젯(Airjet) 공장이나 스크류 에어 컴프레셔를 사용하는 기업의 전기요금 중 약 30% 내지 80%가 컴프레셔의 운영을 위한 전력 사용량에 의하여 발생되므로 전력 사용량의 절감이 시급하며, 이와 같은 에어 컴프레셔의 전력 사용량을 절감하기 위해 다양한 방법들이 제시되고 있다.

종래의 에어 컴프레셔의 전력 사용량을 절감하기 위한 방법으로는 압축 공기 사용량에 따라 외부 공기의 흡입을 제어하는 흡입 밸브의 열림량을 조절하는 방법을 사용했다.

그러나 흡입 밸브의 열림량을 조절하는 방법은 실시간으로 순간 급변하는 에어 수요량에 대처하거나 에너지 절감 효과를 극대화시키기 위한 능동적인 제어가 힘든 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1243291호 (2013.03.07.)

따라서 본 발명의 목적은 저장된 압축 공기의 사용량에 따라, 압축 공기를 생성하기 위하여 회전력을 제공하는 모터의 회전수를 제어하여 효율적으로 에어 컴프레셔를 운용하기 위한 에너지 저감형 에어 컴프레셔 및 이의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔는 외부 공기를 흡입 또는 차단하는 흡입 밸브, 내부 공간을 갖고 적어도 하나의 통풍구가 형성된 하우징, 상기 하우징의 내부 공간에 고정 설치되는 고정자를 구비하는 고정자 어셈블리, 회전축과 상기 회전축에 결합되어 상기 고정자 어셈블리와 이격 배치되며, 상기 회전축 방향을 관통하도록 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 복수의 에어 벤트가 형성된 회전자를 구비하는 회전자 어셈블리를 포함하여 회전력을 제공하는 모터, 상기 흡입 밸브에 의해 흡입되는 공기를 흡입하는 공기 흡입구가 형성된 커버와, 상기 커버의 내부에 배치되며 상기 회전축 상에 다단 설치되는 복수의 스크류를 포함하여, 상기 공기 흡입구로부터 유입되는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드를 포함하는 공기 압축 장치, 상기 공기 압축 장치로부터 배출되는 압축 공기를 저장하는 저장 탱크, 상기 저장 탱크의 압력을 측정하는 센서부, 상기 센서부에 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 상기 모터의 회전수를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템은 외부 공기를 흡입 또는 차단하는 흡입 밸브, 내부 공간을 갖고 적어도 하나의 통풍구가 형성된 하우징, 상기 하우징의 내부 공간에 고정 설치되는 고정자를 구비하는 고정자 어셈블리, 회전축과 상기 회전축에 결합되어 상기 고정자 어셈블리와 이격 배치되며, 상기 회전축 방향을 관통하도록 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 복수의 에어 벤트가 형성된 회전자를 구비하는 회전자 어셈블리를 포함하여 회전력을 제공하는 모터, 상기 흡입 밸브에 의해 흡입되는 공기를 흡입하는 공기 흡입구가 형성된 커버와, 상기 커버의 내부에 배치되며 상기 회전축 상에 다단 설치되는 복수의 스크류를 포함하여, 상기 공기 흡입구로부터 유입되는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드를 포함하는 공기 압축 장치, 상기 공기 압축 장치로부터 배출되는 압축 공기를 저장하는 저장 탱크, 상기 저장 탱크의 압력을 측정하는 센서부, 상기 센서부에 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 상기 모터의 회전수를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 복수의 에어 컴프레셔, 상기 복수의 에어 컴프레셔 각각의 저장탱크의 압력을 설정하는 관리 서버를 포함한다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템에 있어서, 상기 센서부는 상기 저장 탱크의 압력을 측정하는 압력 센서, 상기 모터와 연결되어 상기 모터의 회전 속도를 검출하는 속도 센서, 상기 모터와 연결되어 상기 모터의 소비 전력을 검출하는 전력 센서, 상기 모터 또는 상기 저장 탱크의 온도를 검출하는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템에 있어서, 상기 관리 서버는 상기 컨트롤러를 통해 상기 센서부로부터 측정된 상기 저장 탱크의 압력 정보, 상기 모터의 회전 속도 정보, 상기 모터의 소비 전력 정보, 상기 모터 또는 상기 저장 탱크의 온도 정보를 전달받아 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템에 있어서, 상기 에어 컴프레셔의 상태를 출력하는 관리자 단말기를 더 포함하고, 상기 관리 서버는 상기 압력 정보, 상기 회전 속도 정보, 상기 소비 전력 정보 또는 상기 온도 정보를 통해 상기 복수의 에어 컴프레셔의 이상 유무를 검출하고, 이상 발생시 상기 관리자 단말기로 경보 정보를 전달하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템은 저장 탱크의 압력을 센서부를 통해 측정하고, 컨트롤러를 통해 센서부에 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 모터의 회전수를 제어함으로써, 불필요한 동력 소비 없이 효과적인 용량제어가 가능하다.

본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템은 복수의 에어 컴프레셔를 실시간 모니터링 하도록 하여, 불필요한 가동을 실시간으로 확인하여 조치하는 것이 가능하게 되어 에너지 절감의 극대화를 실현할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템은 복수의 에어 컴프레셔의 이상 유무를 파악, 점검할 수 있어서 가동시간 손실을 최소화하며, 압축 공기의 필요량에 따라 복수의 에어 컴프레셔의 효율적인 운용이 가능하게 되어 소비 전력을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 저감형 공기 압축 장치는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드를 모터로부터 회전력을 제공받기 위한 별도의 구성없이 모터의 회전축과 일체로 형성함으로써 에어 컴프레셔를 소형화 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 에너지 저감형 공기 압축 장치는 하우징에 통풍구를 형성하여 모터 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있으며, 회전자를 관통하는 복수의 에어 벤트를 통해 통풍구로 유입되는 냉기와 모터 내부의 열기의 순환 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서 본 발명에 따른 에너지 저감형 공기 압축 장치는 하우징과 고정자 어셈블리 사이에 통풍로를 구비하여, 에어 벤트와 함께 공기 순환 효율을 극대화 시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 에너지 저감형 공기 압축 장치는 회전자 외면에 결합되는 마그네트의 이탈을 방지하는 고정결합부를 구비하여 고속 회전에 따른 마그네트의 이탈 위함을 방지하며 구조적 안정성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어 컴프레셔를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 관리 서버의 표시부를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 사시도이다.
도 6는 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 하우징에 관한 상세도이다.
도 8은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 회전자 어셈블리에 관한 상세도이다.
도 9는 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 로터 플레이트에 관한 상세도이다.
도 10은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 마그네트 결합 구조를 도시한 구조도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에어 컴프레셔의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 에어 컴프레셔를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에어 컴프레셔의 제어 시스템(800)은 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n) 및 관리 서버(600)를 포함하고, 관리자 단말기(700)를 더 포함한다.

에어 컴프레셔(10)는 흡입 밸브(200), 공기 압축 장치(100), 저장 탱크(300), 센서부(510) 및 컨트롤러(520)를 포함한다.

흡입 밸브(200)는 압축 공기를 생성하기 위하여 외부의 공기를 흡입 또는 차단한다. 예컨데 흡입 밸브(200)는 전기적인 신호에 의하여 개폐되는 솔레노이드 밸브의 작동에 의하여 외부의 에어를 흡입 또는 차단할 수 있다.

공기 압축 장치(100)는 흡입 밸브(200)에 의해 흡입되는 공기를 압축시키는 에어 엔드(4)와, 에어 엔드(4)에 압축 공기를 생성하기 위한 회전력을 제공하는 모터(1)로 구성될 수 있다.

저장 탱크(300)는 공기 압축 장치(100)로부터 배출되는 압축 공기를 저장하고, 필요에 따라 현장으로 압축 공기를 제공한다. 여기서 저장 탱크(300)는 저장되어 있는 압축 공기를 기 설정된 압력으로 유지시켜주는 최소압력유지밸브(310)를 구비하여, 저장 탱크(300) 내에 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.

이러한 에어 컴프레셔(10)는 케이스(410)와, 외부 공기를 케이스(410) 내부로 유입시키는 유입 쿨러(420), 유입 쿨러(420)로부터 유입되는 외부 공기에서 이물질을 필터링하는 에어 필터(430) 및 케이스(410) 내부 공기를 냉각시키는 냉각 팬(440)을 더 포함할 수 있다.

센서부(510)는 저장 탱크(300)의 압력을 측정할 수 있다. 이러한 센서부(510)는 저장 탱크(300)의 압력을 측정하는 압력 센서, 후술할 공기 압축 장치(100)의 모터(1)와 연결되어 모터(1)의 회전 속도를 검출하는 속도 센서, 모터(1)와 연결되어 모터(1)의 소비 전력을 검출하는 전력 센서, 모터(1) 또는 저장 탱크(300)의 온도를 검출하는 온도 센서를 포함할 수 있다.

센서부(510)는 측정된 저장 탱크(300)의 압력 정보, 모터(1)의 회전 속도 정보, 모터(1)의 소비 전력 정보, 모터(1) 또는 저장 탱크(300)의 온도 정보를 컨트롤러(520)로 전달할 수 있다.

컨트롤러(520)는 센서부(510)로부터 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 공기 압축 장치(100)의 모터(1)의 회전수를 제어할 수 있다. 예컨데 컨트롤러(520)는 압력 센서의 압력에 따라 스위칭되는 압력 스위치와, 압력 스위치의 스위칭으로 모터(1)의 구동을 제어하는 인버터로 구성될 수 있다.

또한 컨트롤러(520)는 저장 탱크(300)의 압력 정보, 모터(1)의 회전 속도 정보, 모터(1)의 소비 전력 정보, 모터(1) 또는 저장 탱크(300)의 온도 정보를 센서부(510)로부터 전달받아 관리 서버(600)로 전달할 수 있다.

관리 서버(600)는 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n) 각각의 저장 탱크(300)의 압력을 설정하여 컨트롤러(520)를 통해 각각 모터(1)의 회전수를 제어 하여 저장 탱크(300)에 설정된 압력이 유지되도록 할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 컨트롤러(520)를 통해 센서부(510)로부터 측정된 저장 탱크(300)의 압력 정보, 모터(1)의 회전 속도 정보, 모터(1)의 소비 전력 정보, 모터(1) 또는 저장 탱크(300)의 온도 정보를 전달받아 화면 상에 출력하여 작업자가 모니터링 하도록 할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 압력 정보, 회전 속도 정보, 소비 전력 정보 또는 온도 정보를 통해 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 이상 유무를 검출하고, 이상 발생시 관리자 단말기(700)로 경보 정보를 전달할 수 있다. 예컨데 경보 정보는 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n) 중 이상이 있는 에어 컴프레셔, 이상이 있는 구성, 이상의 종류 등을 포함할 수 있다.

이에 따라 관리 서버(600)는 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)를 실시간 모니터링 하도록 하여, 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 불필요한 가동을 실시간으로 확인하여 조치하는 것이 가능하게 되어 에너지 절감의 극대화를 실현할 수 있고, 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 이상 유무를 파악, 점검할 수 있어서 가동시간 손실을 최소화하며, 압축 공기의 필요량에 따라 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 효율적인 운용이 가능하게 되어 소비 전력을 절감할 수 있다.

관리자 단말기(700)는 관리자가 소지하는 단말기이며, 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 상태를 출력할 수 있다. 예컨데 관리자 단말기(700)는 통신망에 연결되어 어플리케이션을 실행하고, 실행 화면 상에 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 상태를 출력할 수 있는 이동통신단말기가 될 수 있다. 하지만 이에 한정된 것은 아니고, 관리자 단말기(700)는 모든 정보통신기기, 멀티미디어 단말기, 유선 단말기, 고정형 단말기 및 IP(Internet Protocol) 단말기 등의 다양한 단말기에 적용될 수 있다. 예컨데 관리자 단말기(700)는 휴대폰, PMP(Portable Multimedia Player), MID(Mobile Internet Device), 스마트폰(Smart Phone), 데스크톱(Desktop), 태블릿컴퓨터(Tablet PC), 노트북(Note book), 넷북(Net book) 및 정보통신 기기 등가 될 수 있다.

또한 관리자 단말기(700)는 관리 서버(600)로부터 경보 정보를 전달받아, 경보 화면 또는 경보음을 출력하여, 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 이상 유무를 관리자가 인지하도록 할 수 있다.

한편 도 4는 본 발명에 따른 관리 서버의 표시부를 나타낸 예시도이고,

도1 내지 도 4를 참조하면, 관리 서버(600)는 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)에 대한 다양한 정보들을 출력할 수 있다.

예컨데 관리 서버(600)는 ① 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n) 중 현재 송수신 되고 있는 에어 컴프레셔의 식별 정보를 표시할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ② 현재 송수신 되고 있는 에어 컴프레셔의 송수신 상태를 나타낼 수 있다. 예컨데 도시된 바와 같이, 주황색 램프와 녹색 램프가 모드 점등시 송수신이 완료된 것으로 나타낼 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ③ 관리 서버(600)는 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)에 대한 가동순번, 자동운전 중인 에어 컴프레셔의 수, 개별 운전 중인 컴프레셔의 수 등을 출력할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ④ 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 이상 발생 시 경보 정보를 출력하는 화면을 표시할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑤ 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 현재 상태 즉, 자동 운전, 개별 운전, 동작 또는 정지 등의 상태 정보를 표시할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑥ 자동 운전 중인 에어 컴프레셔에 대하여 운전 또는 정지시킬 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑦ 개별 운전 중인 에어 컴프레셔에 대하여 운전 또는 정지시킬 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑧ 선택된 에어 컴프레셔에 대하여 현재의 운전 상태를 표시할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑨ 선택된 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n)의 자동 운전 및 개별 운전을 선택할 수 있는 인터페이스를 화면 상에 제공할 수 있다. 예컨데, 작업자는 입력 장치를 통해 복수의 에어 컴프레셔(10-1 ~ 10-n) 중 하나를 선택하고 인터페이스를 통해 자동 운전 또는 개별 운전을 선택하여 제어할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑩ 컨트롤러(520)로부터 전달받은 압력 정보, 회전 속도 정보, 소비 전력 정보 또는 온도 정보를 표시할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑪ 에어 컴프레셔의 각 부품 또는 소모품의 교환 시기 정보를 저장하고, 교환 시기 정보에 따라 각 부품 또는 소모품의 교환 시기를 카운트하여 화면 상에 표시할 수 있다.

또한 관리 서버(600)는 ⑫ 각 부품에 대하여 셧다운 발생시 해당 내용에 대하여 표시할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 공기 압축 장치(100)에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 분해 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 공기 압축 장치(100)는 모터(1) 및 에어 엔드(4)를 포함한다.

모터(1)는 하우징(14), 고정자 어셈블리(3) 및 회전자 어셈블리(2)를 포함한다.

여기서 하우징(14)은 중앙 바디(11), 전면 바디(12) 및 후면 바디(13)를 포함하여 이루어진다.

중앙 바디(11)는 하우징(14) 중에서 중앙에 배치되는 구성으로, 내부에 회전자 어셈블리(2) 및 고정자 어셈블리(3)를 수용하는 전후방이 관통된 내부 공간이 형성된다.

전면 바디(12)는 중앙 바디(11)의 전방에 결합되어 후술할 에어 엔드(4)가 결합된다.

후면 바디(13)는 중앙바디(11)의 후방에 결합되어, 내부 공간(110)을 감싸 내부 구성인 회전자 어셈블리(2), 고정자 어셈블리(3) 등을 보호한다. 여기서 후면 바디(13)는 통풍구(52)가 형성된다. 통풍구(52)는 회전자(20) 및 고정자(30)의 상호 작용으로 인해 발생하는 모터(1) 내부의 열을 후방으로 방출하고, 외부의 찬 공기를 유입시킬 수 있다. 이러한 통풍구(52)는 후면 바디(13)의 중심을 기준으로 대칭을 이루도록 복수로 형성될 수 있다. 이에 따라 통풍구(52)는 방출되는 열이 어느 한쪽으로 집중되지 않고 고르게 분산되고, 외부의 찬 공기를 유입시킬 때 보다 넓은 범위에 존재하는 공기의 유입이 가능하기 때문에, 동일 시간 대비 보다 많은 양의 공기를 유입시킬 수 있게 되어 냉각 효율을 높일 수 있다.

이러한 중앙 바디(11), 전면 바디(12), 후면 바디(13) 간의 결합은 볼트를 사용하는 것이 일반적일 것이다. 특히 후술할 회전축(43)의 관통 결합을 위해 전면 바디(12)에는 회전축(23)이 통과할 수 있도록 통공(120)이 형성되는 것이 바람직하다.

고정자 어셈블리(3)는 중앙 바디(11)의 내부 공간(110)에 내장되어 중앙 바디(11)의 내부면에 고정 결합되고, 회전자 어셈블리(2)의 회전자(20)와 일정 간격 이격 배치되는 고정자(30)를 구비한다.

회전자 어셈블리(2)는 전면 바디(12)에 회전 가능하도록 결합되는 회전축(23)과, 회전축(23)에 고정결합되고, 고정자(30)와 일정 간격 이격 배치되어 회전하는 회전자(20)를 구비한다.

여기서 회전자(20)는 회전축(23) 방향을 관통하도록 회전축(23)을 중심으로 방사형으로 복수의 에어 벤트(53)가 형성될 수 있다. 이러한 에어 벤트(53)는 모터(1) 내부에서 발생되는 열기와 통풍구(52)로부터 유입되는 공기가 순환하는 통로 역할을 할 수 있다. 이러한 에어 벤트(53)는 순환 효율 향상을 위해 회전자(20)의 중심에 대해 방사 대칭형으로 구비되는 것이 바람직하다. 이에 따라 에어 벤트(53)는 공기의 순환을 위한 통로 제공시 보다 넓은 면적에 고르게 분산된 통로를 제공하고, 모터(1) 내부의 공기가 빠르게 순환될 수 있도록 하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 회전자(20) 및 고정자(30)에 관한 상호 작용 및 권선 실시에 관한 내용은 모터 관련 분야에서 이미 널리 공지된 사항인 바, 그 구체적인 설명을 생략하야도 통상의 기술자가 본 발명을 실시하는 데 있어서 무리가 없을 것으로 예상된다.

따라서 본 명세서에서는 핵심 특징인 냉각 기능에 관한 부분을 중점적으로 서술할 것이고, 이에 회전자 어셈블리(2) 및 고정자 어셈블리(3)에 관한 실시는 후술하는 본 발명의 회전자 어셈블리(2)만이 갖는 특징을 제외하고는 이미 공지된 종래의 기술들을 참조할 수 있는 것으로 한다.

에어 엔드(4)는 회전자(20) 및 고정자(30)의 작용에 의해 발생한 동력을 부여받아 외부로부터 유입되는 공기를 압축하는 역할을 수행한다.

이러한 에어 엔드(4)는 커버(41) 및 복수의 스크류(40)를 포함한다.

커버(41)는 외부의 공기를 흡입하는 공기 흡입구(51)가 형성되어 외부의 공기를 흡입할 수 있다. 이러한 커버(41)는 하우징(14)의 전면 바디(12)에 결합되며, 회전자 어셈블리(2)의 회전축(23)이 전면 바디(12)를 관통하여 내부에 수용된다.

복수의 스크류(40)는 커버(41) 내부에 수용된 회전축(23)에 다단으로 설치된다. 바람직하게는 회전축(23)에 결합되는 수 스크류와 수 스크류에 대응하는 암 스크류로 구성되어 회전축(23)이 회전함에 따라 암 수 스크류가 동시에 회전함으로써, 공기 흡입구(51)로 유입되는 공기를 압축시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 에너지 저감형 공기 압축 장치(100)는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드(4)를 모터(1)로부터 회전력을 제공받기 위한 별도의 구성없이 모터(1)의 회전축(23)과 일체로 형성함으로써 에어 컴프레셔(10)를 소형화 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 에너지 저감형 공기 압축 장치(100)는 하우징(14)에 통풍구(52)를 형성하여 모터(1) 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있으며, 회전자(20)를 관통하는 복수의 에어 벤트(53)를 통해 통풍구(52)로 유입되는 냉기와 모터(1) 내부의 열기의 순환 효율을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 하우징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 하우징에 관한 상세도이다. 여기서 도 7의 [A]는 중앙 바디(11)를 [B]는 전면 바디(12)를, [C]는 후면 바디(13)를 도시하고 있다.

도 7을 참조하면, [A]에 도시된 바와 같이, 중앙 바디(11)는 전후방이 관통된 내부 공간을 갖고, 내부면으로부터 돌출되어 고정자(30)가 결합되는 제1 내벽(111)과, 제1 내벽(111)과 단차를 갖도록 형성되어 고정자(30)와 비 접촉하는 제2 내벽(112)을 포함한다. 이에 따라 중앙 바디(11)는 제1 내벽(111)과 제2 내벽(112)에 의해 통풍로(54)가 형성될 수 있다.

이러한 통풍로(54)는 회전자(20)의 에어 벤트(53)와 함께, 모터(1) 내부 열기와 외부로부터 유입된 냉기가 순환하는 통로를 제공할 수 있다. 즉 중앙 바디(11)의 중심부에 위치하는 회전자(20)의 에어 벤트(54)와 중앙 바디(11)의 외곽부에 위치한 통풍로(54)의 조합을 통해 하우징(14) 내부 전 공간에 걸쳐 공기의 순환이 가능하도록 하여 냉각 효율을 높일 수 있다.

이하 본 발명에 따른 회전자 어셈블리(2)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 회전자 어셈블리에 관한 상세도이다. 여기서 [A]는 회전자 어셈블리(2)의 결합 상태를 도시하고 있고, [B]는 회전자 어셈블리(2)의 각 구성을 분해하여 도시하고 있다.

도 8을 참조하면, 회전자 어셈블리(2)는 회전축(23)과 수직한 회전자(20)의 적어도 일면에 결합되는 로터 플레이트(21) 및 회전자(20)의 외측면에 부착되는 마그네트(22)를 더 포함할 수 있다.

로터 플레이트(21)는 회전자(20)에 결합되어 회전자(20)에 강성을 부여하거나 회전자(20)를 고정지지하는 구성으로, 구조적 안정감을 위해 회전자(20)의 전후방 모두에 구비되는 것이 가장 바람직하다.

또한 로터 플레이트(21)와 회전자(20)와의 결합은 볼트를 통해 상호 고정되는 것이 바람직하다.

여기서 도 9는 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 로터 플레이트에 관한 상세도이다.

도 9를 참조하면, 로터 플레이트(21)가 외측부로 돌출 형성된 날개(211)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 날개(211)가 전방 또는 후방으로 돌출 형성되었다는 개념은 회전자(20)의 전방에 결합된 로터 플레이트(21)에 구비되는 날개(211)는 전방으로, 회전자(20)의 후방에 결합된 로터 플레이트(21)에 구비되는 날개(211)는 후방으로 돌출 형성된다는 것을 의미하는 것이다.

이러한 날개(211)는 로터 플레이트(21)의 중심공을 기준으로 방사형으로 복수 배치될 수 있으며, 마주 보는 날개(211)들이 상호 대칭을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.

특히 회전자(20)와 결합된 로터 플레이트(21)는 회전자(20)와 함께 회전하고, 이 때 날개(211)는 회전에 의해 장착공간(110) 내부의 공기의 흐름에 와류를 형성하여 공기 순환 효율을 증대시킬 수 있고, 결과적으로 냉각 효율 향상에 기여한다.

더하여 로터 플레이트(21)는 상기한 날개(211)와 동일 방향으로 돌출 형성되고, 인접한 두 날개(211) 사이에 배치되는 난류 발생 돌기(212)를 더 포함할 수 있다. 역시 난류 발생 돌기(212)도 복수 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 난류 발생 돌기(212)는 날개(211)에 의해 형성되는 와류에 난류(亂流)를 더하여, 에어벤트(53) 및 통풍로(54)를 통해 장착공간(110) 내부를 순환하는 공기의 열 교환이 보다 활발하게 이루어지도록 하여, 냉각 효율 향상에 기여한다.

아울러 일 실시예로, 상기한 날개(211), 그리고 난류 발생 돌기(212)는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 상협하광(上狹下廣) 구조로 이루어질 수 있는데, 이러한 상협하광 구조는 와류 또는 난류를 형성할 때, 그 흐름이 전후방 방향(공기의 순환 방향)으로 보다 빠르게 진행되도록 하여, 공기의 순환 속도를 향상시키고, 이를 통해 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 공기 압축 장치의 마그네트 결합 구조를 도시한 구조도이다.

앞서 언급한 바와 같이, 회전자 어셈블리(2)는 회전자(20)의 외면에 부착되는 마그네트(22)를 더 포함할 수 있는데, 이에 회전자(20)의 외면에는 마그네트(22)의 결합을 위한 고정결합부(60)가 구비된다.

고정결합부(60)는 회전자(20)의 외면에 구비되며, 외측으로 돌출된 복수의 고정돌기(61)와, 인접한 두 고정돌기(61) 사이에 구비되어 마그네트(22)를 수용하는 고정홈(62)으로 이루어진다.

물론 고정결합부(60)의 구비를 생략하고, 단순히 접착제만을 활용하여 마그네트(22)를 고정할 수도 있으나, 회전자(20)의 고속 회전 시 발생하는 원심력에 의해 마그네트(22)가 이탈하는 우려를 방지하기 위해서는 접착제 외, 마그네트(22)의 견고한 고정을 제공하는 추가적인 구조적 특징이 구비될 필요가 있다.

본 발명은 상기한 고정돌기(61) 및 고정홈(62)으로 구성된 고정결합부(60)의 구비를 통해, 1차적으로 고정결합부(60)와 마그네트(22) 간의 결합을 제공하고, 2차적으로 접착제에 의한 접착을 제공하여 회전자 어셈블리(2)의 구조적 안정성을 향상시켰다.

추가로, 보다 견고한 고정을 위해, 마그네트(22)의 양단부에는 제1경사부(s1)가 구비되고, 고정돌기(61)의 양단부에는 외측으로 갈수록 고정돌기(61)의 폭을 넓히는 제2경사부(s2)가 구비되며, 제1경사부(s1)와 제2경사부(s2)는 서로 접촉하는 것을 특징으로 한다.

즉 고정홈(62)에 마그네트(22)를 끼움 결합시킬 때, 마그네트(22)의 양단부에 구비된 제1경사부(s1)와 고정돌기(61)의 제2경사부(s2)에 걸림 결합되면서, 고정결합부(60)와 마그네트(22), 즉 회전자(20)와 마그네트(22) 간의 결합력이 보다 향상될 수 있다.

한편, 마그네트(22)는 회전자(20)의 외면에 형성된 고정결합부(60)에 끼움 결합될 수 있도록 회전자(20)의 외면(고정홈(62))에 상응하는 벤딩부(221)를 구비하는 것이 바람직하고, 제작 용이성을 고려할 때 복수의 분체로 구성되는 것이 바람직하며, 이에 고정돌기(61) 및 고정홈(62) 역시 복수 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

1: 모터 2 : 회전자 어셈블리
3 : 고정자 어셈블리 4 : 에어 엔드
10 : 에어 컴프레셔 11 : 중앙 바디
12 : 전면 바디 13 : 후면 바디
14 : 하우징 21 : 로터 플레이트
22 : 마그네트 23 : 회전축
30: 고정자 40 : 스크류
51: 공기 흡입구 52 : 통풍구
53 : 에어 벤트 54 : 통풍로
60 : 고정결합부 61 : 고정돌기
62 : 고정홈 100 : 공기 압축 장치
110: 장착공간 111: 제1내벽
112: 제2내벽 211: 날개
s1, s2: 제1 및 제2경사부 300 : 저장 탱크
310 : 최소압력유지밸브 410 : 케이스
420 : 유입 쿨러 430 : 에어 필터
440 : 냉각 팬 510 : 센서부
520 : 컨트롤러 600 : 관리 서버
700 : 관리자 단말기

Claims

외부 공기를 흡입 또는 차단하는 흡입 밸브;
내부 공간을 갖고 적어도 하나의 통풍구가 형성된 하우징, 상기 하우징의 내부 공간에 고정 설치되는 고정자를 구비하는 고정자 어셈블리, 회전축과 상기 회전축에 결합되어 상기 고정자 어셈블리와 이격 배치되며, 상기 회전축 방향을 관통하도록 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 복수의 에어 벤트가 형성된 회전자를 구비하는 회전자 어셈블리를 포함하여 회전력을 제공하는 모터, 상기 흡입 밸브에 의해 흡입되는 공기를 흡입하는 공기 흡입구가 형성된 커버와, 상기 커버의 내부에 배치되며 상기 회전축 상에 다단 설치되는 복수의 스크류를 포함하여, 상기 공기 흡입구로부터 유입되는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드를 포함하는 공기 압축 장치;
상기 공기 압축 장치로부터 배출되는 압축 공기를 저장하는 저장 탱크;
상기 저장 탱크의 압력을 측정하는 센서부;
상기 센서부에 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 상기 모터의 회전수를 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 컴프레셔.
외부 공기를 흡입 또는 차단하는 흡입 밸브, 내부 공간을 갖고 적어도 하나의 통풍구가 형성된 하우징, 상기 하우징의 내부 공간에 고정 설치되는 고정자를 구비하는 고정자 어셈블리, 회전축과 상기 회전축에 결합되어 상기 고정자 어셈블리와 이격 배치되며, 상기 회전축 방향을 관통하도록 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 복수의 에어 벤트가 형성된 회전자를 구비하는 회전자 어셈블리를 포함하여 회전력을 제공하는 모터, 상기 흡입 밸브에 의해 흡입되는 공기를 흡입하는 공기 흡입구가 형성된 커버와, 상기 커버의 내부에 배치되며 상기 회전축 상에 다단 설치되는 복수의 스크류를 포함하여, 상기 공기 흡입구로부터 유입되는 공기를 압축하여 배출하는 에어 엔드를 포함하는 공기 압축 장치, 상기 공기 압축 장치로부터 배출되는 압축 공기를 저장하는 저장 탱크, 상기 저장 탱크의 압력을 측정하는 센서부, 상기 센서부에 측정된 압력을 기 설정된 압력이 되도록 상기 모터의 회전수를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 복수의 에어 컴프레셔;
상기 복수의 에어 컴프레셔 각각의 저장탱크의 압력을 설정하는 관리 서버;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 컴프레셔의 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 저장 탱크의 압력을 측정하는 압력 센서;
상기 모터와 연결되어 상기 모터의 회전 속도를 검출하는 속도 센서;
상기 모터와 연결되어 상기 모터의 소비 전력을 검출하는 전력 센서;
상기 모터 또는 상기 저장 탱크의 온도를 검출하는 온도 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 컴프레셔의 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 관리 서버는 상기 컨트롤러를 통해 상기 센서부로부터 측정된 상기 저장 탱크의 압력 정보, 상기 모터의 회전 속도 정보, 상기 모터의 소비 전력 정보, 상기 모터 또는 상기 저장 탱크의 온도 정보를 전달받아 출력하는 것을 특징으로 하는 에어 컴프레셔의 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 에어 컴프레셔의 상태를 출력하는 관리자 단말기; 를 더 포함하고,
상기 관리 서버는 상기 압력 정보, 상기 회전 속도 정보, 상기 소비 전력 정보 또는 상기 온도 정보를 통해 상기 복수의 에어 컴프레셔의 이상 유무를 검출하고, 이상 발생시 상기 관리자 단말기로 경보 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 에어 컴프레셔의 제어 시스템.