KR20200122497A - 회전 기기 - Google Patents

회전 기기 Download PDF

Info

Publication number
KR20200122497A
KR20200122497A KR1020190045245A KR20190045245A KR20200122497A KR 20200122497 A KR20200122497 A KR 20200122497A KR 1020190045245 A KR1020190045245 A KR 1020190045245A KR 20190045245 A KR20190045245 A KR 20190045245A KR 20200122497 A KR20200122497 A KR 20200122497A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
impeller
rotating device
housing
bearing
Prior art date
Application number
KR1020190045245A
Other languages
English (en)
Inventor
황진석
Original Assignee
한화파워시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화파워시스템 주식회사 filed Critical 한화파워시스템 주식회사
Priority to KR1020190045245A priority Critical patent/KR20200122497A/ko
Priority to US16/838,244 priority patent/US11242858B2/en
Publication of KR20200122497A publication Critical patent/KR20200122497A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/057—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • F04D25/082—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation the unit having provision for cooling the motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/053—Shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/57—Seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00—Working fluids
    • F05D2210/10—Kind or type
    • F05D2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/60—Shafts
    • F05D2240/61—Hollow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4476—Labyrinth packings with radial path

Abstract

본 발명은 회전기기에 대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전기기는 하우징; 상기 하우징에 배치되는 임펠러; 상기 하우징 내에 배치되되, 상기 임펠러와 결합되어 상기 임펠러가 회전되도록 배치되는 로터; 및 상기 하우징 내에서 상기 임펠러와 상기 로터 사이에 배치되되, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 압축되도록 형성되는 라비린스 씰을 포함하고, 상기 로터는, 상기 회전축을 따라 상기 로터의 내부를 관통하는 유로부가 형성되고, 상기 라비린스 씰은, 소정의 단차를 가진 치아부가 형성된다.

Description

회전 기기{Rotating device}
본 발명은 회전 기기에 관한 것으로서, 예컨대 영구 자석을 내장한 로터의 구동 시 내부 구조물들에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 하는 회전 기기에 관한 것이다.
고성능, 고출력 전기기기의 개발요구에 따라 발전기, 전동기 등과 같은 회전기기가 제공된다. 이러한 회전 기기는 로터-베어링 구조를 가지는 산업용 압축기, 펌프나 차량용 공기 공급 장치를 포함할 수 있다.
이러한 회전 기기에 구동을 제공하기 위해 영구 자석을 내장하는 회전체가 모터에 의해 회전되게 구비될 수 있다. 또한, 상기의 회전 기기가 구동되는 경우, 상기 회전 기기에는 회전 기기의 구조에 의해 모터 및 상기 모터의 회전과 관련된 구성물, 예를 들어 에어 포일 베어링, 베어링 디스크 등에서 발생되는 마찰열 등을 냉각하기 위한 냉각 유로가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 회전 기기에는 모터나 에어 포일 베어링 등의 발열을 방열시키도록 제1 냉각 유로와 제2 냉각 유로가 형성될 수 있다. 상기 제1 냉각 유로는 상기 회전 기기의 임펠러 후단의 공기가 다단의 라비린스 씰을 통과하여 외부에서 공급되는 공기와 합류될 수 있다. 상기 제1 냉각 유로를 통해 로터의 전방에 회전 축에 수직한 방향으로 위치한 에어 포일 베어링(예: 트러스트 에어 포일 베어링)과, 회전축(Ax)으로 배치된 에어 포일 베어링(예: 레디얼 에어 포일 베어링)의 전방 영역 및 로터가 냉각된 후, 상기 제1 냉각 유로는 제2 냉각 유로와 합류하는 유로를 형성할 수 있다. 상기 제2 냉각 유로를 통해 회전축(Ax)으로 배치된 에어 포일 베어링의 후방 영역이 냉각되고, 제1 냉각 유로와 합류하여 모터를 냉각한 후, 외부로 벤트되는 유로를 형성할 수 있다.
그러나, 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로는 외부의 공기를 흡입하여 냉각하게 되므로, 회전 기기에 각각의 공기 흡입을 위한 구조 등 추가적인 구성물을 필요로 하게 된다. 또한, 추가적인 구성물이 시스템에 구비된다는 것은 시스템의 크기가 커지거나 무거워질 수 있다는 것이고, 회전 기기의 소형화 및 경량화 요구에 역행하는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 냉각에 이용된 공기를 외부로 벤트하기 때문에 유량 손실로 인한 회전 기기의 효율이 감소될 수 있다.
따라서, 회전 기기에서 냉각 유로를 순환되는 구조를 가지도록 하여 유량 손실을 방지하고, 회전 기기의 소형화 및 경량화를 가능하게 함은 물론 회전 기기의 효율을 증가시킬 수 있는 회전 기기의 필요성이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2010-0109720호 (2010.10.11)
본 발명은 회전기기의 내부 공기만을 이용하여 회전 기기의 구성물인 베어링, 로터 및 모터 등에서 발생되는 고온의 마찰열을 냉각시키는 회전 기기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전기기는 하우징; 상기 하우징에 배치되는 임펠러; 상기 하우징 내에 배치되되, 상기 임펠러와 결합되어 상기 임펠러가 회전되도록 배치되는 로터; 및 상기 하우징 내에서 상기 임펠러와 상기 로터 사이에 배치되되, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 압축되도록 형성되는 라비린스 씰을 포함하고, 상기 로터는, 소정의 회전축을 따라 상기 로터의 내부를 관통하는 유로부가 형성되고, 상기 라비린스 씰은, 소정의 단차를 가진 치아부가 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 하우징에는 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로가 형성되되, 상기 제1 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 상기 라비린스 씰, 상기 제2 베어링, 제1 베어링 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성되고, 상기 제2 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 디퓨져, 모터 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 상기 라비린스 씰에서 압축되어 상기 제2 베어링, 상기 제1 베어링 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 상기 디퓨져에 형성된 소정 홀을 통과하여 상기 모터 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로터는 골격을 구성하는 결합 로드, 상기 결합 로드 상에 배치되면서 상기 하우징 내부에 조립되는 영구 자석 및 상기 영구 자석을 둘러싸는 슬리브 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 임펠러는 상기 결합 로드를 통해 상기 로터와 결합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 라비린스 씰에 형성된 상기 치아부의 단차는 상기 로터에서 상기 임펠러 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 라비린스 씰에 형성된 상기 치아부는 1단의 단차를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 라비린스 씰과 상기 로터 사이에는 소정의 갭이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 냉각 유로 및 상기 제2 냉각 유로를 따라 이동하는 공기는 상기 로터의 유로부를 통해 토출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로터의 유로부를 통해 토출된 공기는 상기 임펠러로 회수될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 임펠러로 회수된 공기는 상기 제1 냉각 유로 및 상기 제2 냉각 유로를 통해 재순환될 수 있다.
본 발명은 회전기기의 내부 공기만을 이용하여 회전 기기의 구성물인 베어링, 로터 및 모터 등에서 발생되는 고온의 마찰열을 냉각시킨다.
이에 따라, 본 발명은 외부 공기를 유입시키기 위한 별도의 구성이 필요 없어, 회전 기기의 내부 구조가 심플해질 수 있음은 물론 회전 기기를 소형화 및 경량화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 회전 기기의 내부 공기가 회전 기기의 내부의 두 개의 냉각 유로를 순환하는 구조로 형성됨에 따라 냉각 공기의 유량 손실을 방지할 수 있고, 유량 손실이 방지됨에 따라 회전 기기의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 로터를 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 냉각 유로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 냉각 유로를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서 임펠러의 후면을 통해 유입되는 냉각 유체의 경로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 분리 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)는 하우징(110)과, 임펠러(120), 로터(130), 모터(140), 베어링 부재(150)(예: 제1 베어링(151) 및 제2 베어링(152)), 디퓨져(160), 라비린스 씰(161) 및 나선 케이스(111)등을 더 포함하여 구비될 수 있다.
상기 하우징(110)은 후술하는 로터(130)와 모터(140)를 수용하는 제1 공간(110a)과 제2 공간(110b)을 형성할 수 있다. 상기 제1 공간(110a)은 상기 하우징(110)의 회전축(Ax)을 관통하여 형성될 수 있고, 상기 제1 공간(110a)에는 로터(130)가 회전 가능하게 수용될 수 있다. 상기 제2 공간(110b)은 상기 제1 공간(110a)의 주변 둘레에 위치되면서 상기 모터(140)가 수용될 수 있다. 상기 제1 공간(110a)과 상기 제2 공간(110b)과 이웃하여 별도의 공간으로 모터(140)에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있는 냉각 유체가 수용되는 냉각 유체 수용 공간이 더 형성될 수 있다. 상기 제2 공간(110b)은 상기 하우징(110)의 일단에는 나선 케이스(111)('스크롤'이라고도 함.)가 체결될 수 있다. 상기 나선 케이스(111)는 상기 하우징(110)의 일면에 결합될 수 있고, 가스의 이동 경로를 제공하도록 구비될 수 있다. 구체적으로 도시되진 않았으나, 상기 나선 케이스(111)는 가스를 유입하는 유입구와, 배출하는 토출구 및 이동 경로를 이송관을 포함할 수 있다. 이때, 상기 하우징(110)과 상기 나선 케이스(111)는 회전축(Ax)을 중심으로 대칭적인 형상으로 형성될 수 있다.
상기 임펠러(120)는 상기 하우징(110)에 구비되되, 상기 하우징(110)의 전면에 구비될 수 있고, 상기 작동 유체의 압축 작용을 위해 고속으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 임펠러(120)는 후술하는 로터(130)에서 회전력을 전달받아 회전하면서 가스를 가압하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 임펠러(120)는 후술하는 상기 결합 로드(135)에 결합되어 상기 로터(130)와 연결될 수 있고, 상기 로터(130)의 회전력을 전달받도록 구비될 수 있다. 상기 임펠러(120)는 체결 부재에 의해 상기 결합 로드(135)에 회전 가능하게 고정 결합될 수 있다.
상기 로터(130)는 상기 제1 공간(110a)에 회전축(Ax)상에 실장되며, 회전축(Ax)을 중심으로 회전되도록 구비될 수 있다. 상기 로터(130)는 골격을 구성하는 결합 로드(135)와 결합 로드(135) 상에 배치되면서 상기 하우징(110) 내부에 조립되어 있는 영구 자석(133) 및 상기 영구 자석(133)을 둘러싸는 슬리브 부재(131)를 포함할 수 있다. 상기 결합 로드(135)는 회전축(Ax)상에 형성될 수 있다. 상기 로터(130)는 상기 회전축(Ax)상에 형성된 상기 결합 로드(135)를 통해 상기 임펠러(120)에 결합될 수 있고, 모터(140)에 의해 발생되는 회전 동력을 상기 임펠러(120)로 전달할 수 있다. 상기 영구 자석(133)은 상기 하우징(110) 내에 마련된 모터(140)와의 전자기적인 상호 작용을 통해 입력된 전기적 에너지로부터 소정의 회전력을 발생시킨다. 상기 영구 자석(133)은 적어도 두 개로 분할된 영구 자석(133) 부재들이 조합됨에 의해 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 영구 자석(133)은 분할되지 않은 형태로 구성될 수 있는 것과 같이 다양한 변경이나 변형이 가능할 것이다. 상기 영구 자석(133)은 복수 개가 상기 결합 로드(135)의 외주를 따라 대략적으로 동일 간격으로 배치될 수 있다.
상기 슬리브 부재(131)는 상기 영구 자석(133)의 외주를 소정 압력으로 둘러싸도록 구비될 수 있다. 상기 슬리브 부재(131)는 고속 회전에 따른 원심력에 의해 상기 영구 자석(133)을 상기 결합 로드(135) 상에서 이탈되지 않도록 구속하는 기능을 한다.
상기 결합 로드(135)는 상기 로터(130)와 상기 임펠러(120)를 결합하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 결합 로드(135)에는 제2 베어링(152)이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 상기 결합 로드(135)의 단부에는 나사산이 형성될 수 있다. 상기 결합 로드(135)의 단부에 형성된 상기 나사산에는 상기 임펠러(120)를 상기 결합 로드(135)에 결합시키는 너트와 같은 체결 부재가 결합될 수 있는데, 상기 나사산을 통해 상기 체결 부재가 상기 결합 로드(135)의 단부에 결합될 수 있다.
상기 모터(140)에 입력된 구동 전류에 따라 상기 모터(140)가 변화하는 자력을 형성함에 따라 상기 로터(130)의 내부에 조립된 상기 영구 자석(133)에 대응하여 상기 로터(130)가 회전될 수 있다. 상기 로터(130)는 상기 영구 자석(133)과 상기 모터(140)에 의해 대략 30,000 rpm 이상의 고속으로 회전될 수 있다. 이러한 로터(130)의 고속 회전은 로터(130)를 수용하는 상기 하우징(110)의 양 단부에 설치되어 있는 전방측 라디얼 베어링(151a) 및 후방측 라디얼 베어링(151b)과, 하우징(110)의 일단부에 인접하게 설치되어 있는 제2 베어링(152)에 의해 지지될 수 있다.
상기 모터(140)는 도시되진 않았으나, 권선부와 코어부를 포함할 수 있다. 상기 모터(140)에는 가동 신호로서 상기 모터(140)에 구동 전류가 입력될 수 있고, 상기 모터(140)는 상기 로터(130), 구체적으로 상기 영구 자석(133) 간의 전자기적인 상호 작용할 수 있다. 이로 인해 상기 결합 로드(135)는 회전하게 되고, 이와 동축으로 연결된 상기 임펠러(120)가 입력 전류에 따라 정해진 회전 속도로 구동될 수 있다.
상기 베어링 부재(150)는 상기 로터(130)와 상기 하우징(110) 간의 마찰을 완화시키는 기능을 수행하면서, 상기 로터(130)의 회전시 상기 로터(130)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 베어링 부재(150)는 제1 베어링(151)과 제2 베어링(152)을 포함할 수 있다. 상기 제1 베어링(151)은 상기 로터(130)의 회전축(Ax)상에 배치될 수 있다.
상기 제1 베어링(151)은 라디얼 베어링으로서, 에어 포일 베어링을 포함하여 구비될 수 있다. 상기 제1 베어링(151)은 상기 로터(130)와 사이에 소정의 베어링 간극을 유지하면서 상기 로터(130)의 반경 방향 하중을 지지하도록 구비될 수 있다. 상기 제1 베어링(151)은 상기 로터(130)를 수용하는 제1 공간(110a)의 전방 및 후방에 각각 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 공간(110a)의 전방에는 전방측 라디얼 베어링(151a)이 구비될 수 있고, 상기 제1 공간(110a)의 후방에는 후방측 라디얼 베어링(151b)이 구비될 수 있다.
상기 제2 베어링(152)은 쓰러스트 베어링으로서, 에어 포일 베어링을 포함하여 구비될 수 있다. 상기 로터(130)의 회전축과 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제2 베어링(152)은 상기 임펠러(120)의 회전축(Ax) 하중을 흡수하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2 베어링(152)은 상기 제2 베어링(152)은 회전축(Ax) 하중에 대항할 수 있는 유체 압력을 제공받을 수 있도록 충분한 면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.
일 실시예에 따른 제1 베어링(151) 및 제2 베어링(152)은 에어 포일 베어링을 포함하여 구비되는 것은 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 제1 베어링(151)은 상기 로터(130)의 진동을 억제하기 위해 적정 규격을 가지면서 상기 로터(130)의 반경 반향 하중을 지지할 수 있는 구성이라면 얼마든지 변경이나 변형이 가능할 것이다.
상기 디퓨져(160)는 상기 하우징(110)에 고정 결합되어 임펠러(120) 후단의 공기를 팽창시키는 유로를 만드는 역할을 함과 동시에 상기 로터(130)의 일단을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 로터(130)는 상기 디퓨져(160)에 의해 지지되어 상기 하우징(110)에 대하여 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 디퓨져(160)의 중앙부로 상기 로터(130)와 결합되는 부분에는 실링 부재가 더 포함될 수 있다. 상기 실링 부재는 상기 로터(130)와 상기 임펠러(120) 사이에서 상기 임펠러(120)에서 가압된 가스가 상기 하우징(110)의 내부, 예컨대 공간 등으로 유입되는 것을 제한하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 실링 부재는 라비린스 씰(161)과 차폐 링(162)을 포함할 수 있다. 상기 라비린스 씰(161)은 상기 디퓨져(160)의 일면에 부착될 수 있고, 상기 로터(130)는 상기 라비린스 씰(161)을 관통하여 상기 디퓨져(160)에 지지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 로터(130)를 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 냉각 유로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 냉각 유로를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 상기 로터(130)에는 냉각 공기를 순환시키기 위한 유로부(137)가 형성될 수 있다.
상기 유로부(137)는 회전축(Ax)을 따라 상기 로터(130)의 중심을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 유로부(137)는 공기가 상기 임펠러(120)의 입구(120a)로 토출되기 위한 유로를 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따른 회전 기기(100)에는 적어도 두 개의 냉각 유로, 구체적으로 제1 냉각 유로(CP1)와, 제2 냉각 유로(CP2)가 형성될 수 있다.
상기 제1 냉각 유로(CP1)는 상기 임펠러(120)를 통해 유입된 공기가 상기 라비린스 씰(161), 제1 베어링(151) 및 상기 로터(130)를 거쳐 토출되도록 형성된다.
구체적으로, 상기 제1 냉각 유로(CP1)는 상기 임펠러(120)의 후면에서, 상기 라비린스 씰(161)과 상기 로터(130) 사이의 공간, 제2 베어링(152), 상기 제1 베어링(151)과 모터(140) 사이를 거쳐 상기 로터(130)의 유로부(137)를 통해 상기 임펠러(120)의 입구(120a) 측으로 공기가 흐르도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 임펠러(120)의 입구(120a) 측으로 토출된 공기가 재순환하여 상기 임펠러(120)의 후면을 통해 다시 회수될 수 있다. 즉, 상기 제1 냉각 유로(CP1)를 따라 이동하는 공기는 상기 제2 베어링(152), 제1 베어링(151), 모터(140) 사이로 유동되면서 상기 제2 베어링(152), 상기 제1 베어링(151), 상기 모터(140) 에서 발생된 열을 냉각시킬 수 있다. 상기 제1 냉각 유로(CP1)를 따라 상기 유로부(137)로 유입된 공기는 후술하는 제2 냉각 유로(CP2)를 따라 이동한 공기와 상기 유로부(137)에서 합류할 수 있다.
상기 제2 냉각 유로(CP2)는 상기 임펠러(120)를 통해 유입된 공기가 디퓨져(160), 모터(140) 및 상기 로터(130)를 거쳐 토출되도록 형성된다.
구체적으로 상기 제2 냉각 유로(CP2)는, 상기 디퓨져(160)에 형성된 홀을 통과하여 상기 모터(140)의 내부를 거쳐 상기 로터(130)의 유로부(137)를 통해 상기 임펠러(120)의 입구(120a)측으로 공기가 흐르도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 임펠러(120)의 입구(120a) 측으로 토출된 공기가 재순환하여 상기 임펠러(120)의 후면을 통해 다시 회수될 수 있다. 상기 제2 냉각 유로(CP2)를 따라 이동한 공기는 전술한 제1 냉각 유로(CP1)를 따라 이동한 공기와 상기 유로부(137)에서 합류할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서 임펠러(120)의 후면을 통해 유입되는 냉각 유체의 경로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 방열을 위한 냉각 유로는 두 개의 냉각 유로, 구체적으로 제1 냉각 유로(CP1)와 제2 냉각 유로(CP2)를 포함할 수 있다. 또한 상술하였듯이 상기 제1 냉각 유로(CP1)를 유동하는 공기는 상기 제1 냉각 유로(CP1) 및 상기 제2 냉각 유로(CP2)에서 순환되는 공기를 회수하여 순환되는 구조를 가지면서 상기 제2 냉각 유로(CP2)를 통해 공기가 공급되는 구조를 가질 수 있다.
따라서, 상기 제2 냉각 유로(CP2)에서만 유입되는 공기의 유량을 증가시키기 위해 라비린스 씰(161)의 치아부(161a)를 1단으로 적용하고, 라비린스 씰(161)과 로터(130) 사이에 갭(d)을 형성할 수 있다. 일반적으로, 상기 라비린스 씰(161)은 복수의 단차를 갖는 치아부가 형성되어 단열 압축 후 단열 팽창을 반복하는 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라, 상기 팽창되는 부피를 작게 제한하여 공기의 누설량을 조절하는 기능을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 라비린스 씰(161)은 치아부(161a)가 1단으로 형성되고, 라비린스 씰(161)과 로터(130) 사이에 갭(d)을 형성하여 단열 팽창에 의해 냉각 효과가 커지게 하여 외부의 공기를 사용하지 않고도 내부 공기만을 냉각 공기로 활용할 수 있게 된다. 이때, 라비린스 씰(161)의 치아부(161a)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 로터(130)에서 상기 임펠러 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 속하는 기술분양의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 회전 기기 110: 하우징
111: 나선 케이스 120: 임펠러
130: 로터 131: 슬리브 부재
133; 영구 자석 135: 결합 로드
137 : 유로부
140: 모터 150: 베어링 부재
151: 제1 베어링 151a; 전방측 라디얼 베어링
151b: 후방측 라디얼 베어링 152: 제2 베어링
160: 디퓨져 161: 라비린스 씰
162: 차폐 링

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 배치되는 임펠러;
    상기 하우징 내에 배치되되, 상기 임펠러와 결합되어 상기 임펠러가 회전되도록 배치되는 로터; 및
    상기 하우징 내에서 상기 임펠러와 상기 로터 사이에 배치되되, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 압축되도록 형성되는 라비린스 씰을 포함하고,
    상기 로터는, 소정의 회전축을 따라 상기 로터의 내부를 관통하는 유로부가 형성되고,
    상기 라비린스 씰은, 소정의 단차를 가진 치아부가 형성되는 회전기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로가 형성되되,
    상기 제1 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 상기 라비린스 씰, 상기 제2 베어링, 제1 베어링 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성되고,
    상기 제2 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 디퓨져, 모터 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성되는 회전기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 상기 라비린스 씰에서 압축되어 상기 제2 베어링, 상기 제1 베어링 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성되는 회전기기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각 유로는, 상기 임펠러를 통해 유입된 공기가 상기 디퓨져에 형성된 소정 홀을 통과하여 상기 모터 및 상기 로터를 거쳐 토출되도록 형성되는 회전기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 골격을 구성하는 결합 로드, 상기 결합 로드 상에 배치되면서 상기 하우징 내부에 조립되는 영구 자석 및 상기 영구 자석을 둘러싸는 슬리브 부재를 포함하는 회전기기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 결합 로드를 통해 상기 로터와 결합되는 회전기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 라비린스 씰에 형성된 상기 치아부의 단차는 상기 로터에서 상기 임펠러 방향으로 경사지게 형성된 회전기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 라비린스 씰에 형성된 상기 치아부는 1단의 단차를 갖는 회전기기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 라비린스 씰과 상기 로터 사이에는 소정의 갭이 형성되는 회전기기.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각 유로 및 상기 제2 냉각 유로를 따라 이동하는 공기는 상기 로터의 유로부를 통해 토출되는 회전기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 로터의 유로부를 통해 토출된 공기는 상기 임펠러로 회수되는 회전기기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 임펠러로 회수된 공기는 상기 제1 냉각 유로 및 상기 제2 냉각 유로를 통해 재순환되는 회전기기.
KR1020190045245A 2019-04-18 2019-04-18 회전 기기 KR20200122497A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190045245A KR20200122497A (ko) 2019-04-18 2019-04-18 회전 기기
US16/838,244 US11242858B2 (en) 2019-04-18 2020-04-02 Rotary device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190045245A KR20200122497A (ko) 2019-04-18 2019-04-18 회전 기기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200122497A true KR20200122497A (ko) 2020-10-28

Family

ID=72833043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190045245A KR20200122497A (ko) 2019-04-18 2019-04-18 회전 기기

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11242858B2 (ko)
KR (1) KR20200122497A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022172668A1 (ja) * 2021-02-12 2022-08-18 株式会社Ihi 電動過給機
KR20220145633A (ko) * 2021-04-22 2022-10-31 유한회사 아르젠터보 터보 블로워 장치를 위한 냉각 시스템
KR20230036661A (ko) * 2021-09-08 2023-03-15 (주)대주기계 후면 공동을 가지는 원심압축기 임펠러
WO2023128176A1 (ko) * 2021-12-28 2023-07-06 주식회사 티앤이코리아 냉각 기로를 구비한 기체 사이클 히트 펌프

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020215751A1 (de) * 2020-12-11 2022-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Turbomaschine, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem
DE112021003196T5 (de) * 2021-04-01 2023-04-06 Hanon Systems Luftkompressor für fahrzeuge
CN114704482B (zh) * 2022-04-24 2022-11-25 珠海格力电器股份有限公司 一种空气循环机

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100109720A (ko) 2009-04-01 2010-10-11 삼성테크윈 주식회사 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5314256B2 (ja) * 2007-06-06 2013-10-16 三菱重工業株式会社 回転流体機械のシール装置および回転流体機械
JP2011202641A (ja) 2010-03-26 2011-10-13 Honda Motor Co Ltd 電動圧縮機
KR101408000B1 (ko) 2012-12-13 2014-06-19 자동차부품연구원 차량용 모터발열 냉각장치
KR101765583B1 (ko) * 2014-07-29 2017-08-07 현대자동차 주식회사 공기 압축기의 냉각유닛
JP6189890B2 (ja) * 2015-03-25 2017-08-30 ファナック株式会社 軸シールの損傷を抑制する構造を備えた送風機
DE112015007084T5 (de) 2015-11-02 2018-07-26 Mitsubishi Electric Corporation Motor, Rotor, Kompressor und Kühl- und Klimagerät
WO2019087970A1 (ja) * 2017-11-01 2019-05-09 株式会社Ihi 遠心圧縮機

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100109720A (ko) 2009-04-01 2010-10-11 삼성테크윈 주식회사 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022172668A1 (ja) * 2021-02-12 2022-08-18 株式会社Ihi 電動過給機
KR20220145633A (ko) * 2021-04-22 2022-10-31 유한회사 아르젠터보 터보 블로워 장치를 위한 냉각 시스템
KR20230036661A (ko) * 2021-09-08 2023-03-15 (주)대주기계 후면 공동을 가지는 원심압축기 임펠러
WO2023128176A1 (ko) * 2021-12-28 2023-07-06 주식회사 티앤이코리아 냉각 기로를 구비한 기체 사이클 히트 펌프

Also Published As

Publication number Publication date
US11242858B2 (en) 2022-02-08
US20200332802A1 (en) 2020-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200122497A (ko) 회전 기기
KR101841117B1 (ko) 터보 블로워의 모터 냉각구조
JP2002064956A (ja) 高速回転電動機とその冷却方法
US20200389069A1 (en) Rotary device
US20150008771A1 (en) Motor having cooling means
US10036404B2 (en) Turbo machine system
US20190145428A1 (en) Compact, modular, integral pump or turbine with coaxial fluid flow
US20200067376A1 (en) Compact, modular, pump or turbine with integral modular motor or generator and coaxial fluid flow
US20190120249A1 (en) Modular, multi-stage, integral sealed motor pump with integrally-cooled motors and independently controlled rotor speeds
KR101372320B1 (ko) 터보기계
JP2020133577A (ja) 圧縮機
JP7399279B2 (ja) 一体型でモジュール式のモータまたは発電機、並びに同軸の流体流れを備える小型でモジュール式のポンプまたはタービン
KR102634106B1 (ko) 회전 기기
CN116526753A (zh) 一种具有复合散热方式的磁悬浮电机及磁悬浮鼓风机
CN108779800B (zh) 用于涡轮机械的磁性轴承
CN113556016B (zh) 电机与离心压缩机集成装置
KR102634155B1 (ko) 회전 기기
CN108292874A (zh) 电动机支承机构、压缩机及增压器
KR101372322B1 (ko) 터보기계
KR100343711B1 (ko) 터보 압축기의 냉각구조
JP3749353B2 (ja) 回転圧縮機システム
KR100388251B1 (ko) 터보 압축기의 냉각 구조
KR100320208B1 (ko) 터보 압축기의 모터 냉각구조
KR102634114B1 (ko) 회전 기기
JP2023077695A (ja) 多段圧縮機

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal