KR20200140063A - 회전 기기 - Google Patents

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KR20200140063A
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KR1020190066787A
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황진석
박홍기
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한화파워시스템 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기는 하우징과, 하우징에 구비되는 적어도 하나의 임펠러와, 임펠러의 후면으로 배치되어 회전 가능하게 구비되는 로터와, 로터를 둘러싸도록 배치되는 스테이터; 및 임펠러의 후면으로 로터의 회전 시 로터를 지지하면서 로터의 회전에 따른 마찰을 완화하기 위한 베어링 부재를 포함하고, 하우징의 외측으로 실장되고, 하우징의 내부로 외부 공기를 유입시켜 하우징 내부의 냉각 유로를 거쳐 하우징의 외측으로 고온된 외부 공기를 방출시키는 냉각 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 회전 기기는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

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 등에서 발생된 열을 외부로 배출하기 위해 회전 기기의 내부에서 외부로 열의 흐름을 발생시키 위한 냉각 장치 및 냉각 장치에 의해 압축기 내부로 냉각 유로가 형성될 수 있다.
예를 들어, 냉각 장치는 송풍팬으로서, 상기 송풍팬은 회전기기의 선단 또는 후단으로 회전기기의 로터와 동일축으로 배치될 수 있다. 예컨대, 임펠러가 회전 기기의 몸체 선단에 배치되는 구조의 경우 상기 송풍팬은 임펠러가 실장되지 않은 회전 기기의 후단에 설치되거나, 임펠러가 회전 기기의 양단에 배치되는 구조의 경우 상기 송풍팬은 임펠러 사이에 실장 공간을 확보하여 배치되고, 임펠러의 동일 축으로 냉각 유로를 흐름을 발생시킨다.
상기 송풍팬을 통해 회전기기의 외부 공기가 내부로 흡입되어 냉각되는데, 송풍팬이 회전기기, 구체적으로 로터와 동일한 축을 형성하게 되므로, 송풍팬의 효율이 감소됨은 물론 축동력이 손실되는 문제점이 발생되어 고속화 로터에 적용하기 어려운 문제점이 발생된다. 또한 고속화 로터의 열을 효율적으로 냉각시키기 위해 내측으로 복수개의 송풍팬을 실장하게 되면, 송풍팬을 실장하기 위한 별도의 공간을 확보해야 하므로 회전기기의 크기가 커질 수밖에 없으며, 이는 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 기기에 고속화 로터를 적용하면서 효율적인 냉각을 가능하게하는 회전 기기의 필요성이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 10-2017-0083261호 (2017.07.18)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고속화 로터를 적용한 회전 기기에 효율적인 냉각을 구현할 수 있으며, 송풍팬의 구동을 위해 회전기기의 축동력 손실이 발생되는 것을 방지할 수 있는 회전 기기를 제공하고자 한다.
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 회전 기기는, 하우징; 상기 하우징에 구비되는 적어도 하나의 임펠러; 상기 임펠러의 후면으로 배치되어 회전 가능하게 구비되는 로터; 상기 로터를 둘러싸도록 배치되는 스테이터; 및 상기 임펠러의 후면으로 상기 로터의 회전 시 상기 로터를 지지하면서 상기 로터의 회전에 따른 마찰을 완화하기 위한 베어링을 포함하고,
상기 하우징의 외측으로 실장되고, 상기 하우징의 내부로 외부 공기를 유입시켜 상기 하우징 내부의 냉각 유로를 거쳐 상기 하우징의 외측으로 고온된 외부 공기를 방출시키는 냉각 부재를 포함할 수 있다.
상기 하우징에는 상기 냉각 부재의 구동에 따라 상기 외부 공기가 유입되는 유입구 및 상기 유입구로 유입된 외부 공기를 상기 냉각 유로를 거쳐 상기 하우징의 외측으로 방출하는 토출구가 형성될 수 있다.
상기 유입구는 상기 하우징에 구비되되, 상기 베어링의 위치에 근접하여 상기 유입구로 유입된 상기 외부 공기는 상기 베어링에서 발생된 열을 전달받아 냉각 유로로 이동될 수 있다.
상기 냉각 부재는 상기 토출구에 배치되며, 상기 냉각 부재는 상기 하우징의 내부의 상기 외부 공기를 외측 방향으로 토출하는 방향으로 구동될 수 있다.
상기 냉각 부재가 상기 토출구에서 구동되면, 상기 외부 공기는 상기 유입구를 통해 상기 냉각 유로로 유입되어 상기 내부 유로를 따라 유동되며, 상기 냉각 부재를 통해 상기 토출구에서 방출될 수 있다.
상기 냉각 부재는 상기 유입구에 배치되며, 상기 냉각 부재는 상기 외부 공기를 상기 하우징의 내측으로 유입하는 방향으로 구동될 수 있다.
상기 냉각 부재가 상기 유입구에서 구동되면 상기 외부 공기는 상기 냉각 부재를 통해 상기 유입구로 유입되어 상기 내부 유로를 따라 유동되며 상기 토출구에서 방출될 수 있다.
상기 하우징 내부에 구비되는 상기 냉각 유로는 적어도 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로를 형성하되, 상기 제1 냉각 유로는 상기 유입구에서 상기 베어링의 후면, 상기 스테이터 또는 상기 로터 및 상기 토출구로 연결되어 상기 외부 공기가 이동되며, 상기 제2 냉각 유로는 상기 임펠러에 인접한 상기 베어링에서 상기 스테이터와 상기 로터 사이 및 상기 토출구로 연결되어 상기 임펠러 후단의 압축 공기가 이동될 수 있다.
상기 제1 냉각 유로는,
상기 유입부로 유입된 상기 외부 공기가 상기 베어링의 후면, 상기 스테이터의 주변부, 상기 토출구로 유동되는 제1 유로; 및 상기 유입부로 유입된 상기 외부 공기가 상기 베어링의 후면, 상기 로터의 주변부 및 상기 토출구로 유동되는 제2 유로를 포함할 수 있다.
상기 제2 유로 및 상기 제2 냉각 유로는 상기 베어링의 후면, 상기 로터의 주변부 및 상기 토출구의 냉각 유로를 공유할 수 있다.
상기 로터와 상기 베어링 사이의 윤활을 위해 상기 베어링에 인접한 상기 로터의 외주연에는 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 하우징과 상기 스테이터 사이에는 상기 하우징 내측의 열을 방열시키기 위한 방열핀이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따른 회전 기기는, 고속화 로터를 가진 회전 기기의 내측으로 공기를 흡입시키는 송풍팬을 회전 기기의 하우징 외측에 구현함으로써, 송풍팬은 회전기기의 축 동력을 사용하지 않아 축동력의 손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 회전 기기에서 송풍팬을 하우징의 외측에 설치함으로써, 회전 기기의 내부 구조는 심플해질 수 있고, 회전 기기 자체는 소형화 및 경량화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 베어링과 로터가 접촉되는 부분의 로터 측 외주연으로 코팅층을 형성함으로써, 베어링의 표면으로 코팅층의 제공을 제한할 수 있고, 이에 따라 베어링 제작성이 향상됨은 물론 베어링의 균일한 형상 제작을 가능하게 하여 베어링의 신뢰성도 확보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 로터에 코팅층이 형성됨에 따라 코팅층의 마모가 베어링에 코팅층이 형성되는 구성에 비해 균일하게 발생할 수 있고, 로터에 형성된 코팅층이 마모된 경우 재 코팅을 통해 복구도 가능한 이점이 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 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서 일측에만 임펠러가 구비된 회전 기기의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 내부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서, 냉각 부재가 토출구에 구비되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서, 냉각 부재가 유입구에 구비되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서, 하우징의 양측에 유입구가 형성되고 하우징의 중앙부분에 토출구가 형성되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서 외부 공기와 별도의 냉각 구조를 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서 냉각 유로를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 일부 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 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 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 정면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서 일측에만 임펠러(120)가 구비된 회전 기기(100)의 개략적인 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 내부 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)는 하우징(110)과, 임펠러(120), 로터(130), 스테이터(140), 베어링 부재(150)(예: 제1 베어링(151) 및 제2 베어링(152))를 포함할 수 있으며, 이와 함께 지지 디스크(160) 및 래비린스 씰(161) 및 나선 케이스(111), 방열 핀 등을 더 포함하여 구비될 수 있다.
상기 하우징(110)은 후술하는 로터(130)와 스테이터(140)를 수용하는 공간을 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 로터(130)는 상기 하우징(110)의 축 방향을 관통하여 실장되어 상기 로터(130)가 회전 가능하게 수용될 수 있다. 상기 로터(130)의 주변 공간으로 상기 하우징(110)의 내측에는 상기 스테이터(140)가 수용될 수 있다. 도시되진 않았으나, 상기 수용 공간에 이웃한 별도의 공간으로 로터(130) 등에서 발생되는 열을 발열시킬 수 있는 냉각 유체가 수용되는 냉각 유체 수용 공간('냉각 챔버'라고도 함.)이 더 형성될 수 있다.
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, 냉각 유체의 이동 경로를 제공하도록 구비될 수 있다. 구체적으로 도시되진 않았으나, 상기 나선 케이스(111)는 가스를 유입하는 유입구(115)와, 배출하는 토출구(116) 및 이동 경로를 이송관을 포함할 수 있다. 상기 하우징(110)과 상기 나선 케이스(111)는 축을 중심으로 대칭적인 형상으로 형성될 수 있다.
상기 하우징(110)에는 외부와 관통되어 내부로 외부 공기를 유입시키거나, 상기 하우징(110)의 내부에 유동되는 공기가 외부로 배출될 수 있는 유입구(115) 및 토출구(116)가 구비될 수 있다. 상기 유입구(115) 및 상기 토출구(116)는 냉각 부재(170)의 설명과 함께 구체적으로 설명할 수 있다.
상기 임펠러(120)는 상기 하우징(110)에 구비되되, 상기 하우징(110)의 전면에 구비되거나, 상기 하우징(110)의 양 단으로 두 개가 구비될 수도 있다. 상기 임펠러(120)는 상기 작동 유체의 압축 작용을 위해 축을 중심으로 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 하우징(110)의 내측 공간에 실장되되 일단에서 타단 방향으로 축 방향으로 실장되며, 축 방향을 중심으로 회전되도록 구비될 수 있다. 도시되진 않았으나, 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 축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 로터(130)는 상기 축 방향으로 형성된 상기 결합 로드(135)를 통해 상기 임펠러(120)에 결합될 수 있고, 상기 하우징(110)의 내부에서 발생되는 회전 동력을 상기 임펠러(120)로 전달할 수 있다. 상기 영구 자석(133)은 상기 하우징(110) 내에 마련된 후술하는 스테이터(140)와의 전자기적인 상호 작용을 통해 입력된 전기적 에너지로부터 소정의 회전력을 발생시킨다. 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 후술하는 베어링 부재(150) 중 제2 베어링(152)이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 상기 결합 로드(135)의 단부에는 나사산이 형성될 수 있다. 상기 결합 로드(135)의 단부에는 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 로터(130)의 일단 주변부와 상기 타단 주변부에는 후술하는 베어링 부재(150)가 인접하여 배치되는데, 상기 회전 기기(100)의 시동 시 상기 로터(130)와 상기 베어링 부재(150)의 마찰이 발생될 수 있다. 후술하는 상기 냉각 부재(170)를 통해 상기 로터(130)와 상기 베어링 부재(150) 사이에서 발생된 열을 방열시키지만, 상기 로터(130)의 시동 시 상기 베어링 부재(150)와의 마찰열을 최소화하기 위해 상기 베어링 부재(150)가 인접한 상기 로터(130)의 외주연에는 코팅층(180), 구체적으로 고체 윤활 코팅된 고팅층을 형성할 수 있다. 상기 코팅층(180)이 상기 로터(130)에 형성됨에 따라 상기 베어링 부재(150), 구체적으로 에어포일 베어링 부재(150)의 제작 시 발생할 수 있었던 밀림이나 탈락 등의 코팅 문제 발생을 제한할 수 있고, 상기 베어링 부재(150)의 제작성이 향상되고, 균일한 형상의 제작을 용이하게 하므로, 신뢰성까지도 확보할 수 있다. 또한, 상기 로터(130)에 상기 코팅층(180)이 구비됨에 따라 상기 코팅층(180)의 마모도 균일하게 발생할 수 있고, 상기 로터(130)의 외주연에 코팅된 상기 코팅층(180)이 과도하게 마모된 경우 재 코팅을 통해 복구도 가능한 이점이 있다.
상기 스테이터(140)에 입력된 구동 전류에 따라 상기 스테이터(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 스테이터(140)에 의해 대략 30,000 rpm 이상의 고속으로 회전된다. 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)('쓰러스트 베어링'에 해당됨)에 의해 지지될 수 있다.
상기 스테이터(140)는 도시되진 않았으나, 권선부와 코어부를 포함할 수 있다. 상기 스테이터(140)에는 가동 신호로서 상기 스테이터(140)에 구동 전류가 입력될 수 있고, 상기 스테이터(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 회전을 시 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 방향으로 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 공간으로 전방 및 후방에 각각 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 하우징(110)의 전방 공간에는 전방측 라디얼 베어링(151a)이 구비될 수 있고, 상기 하우징(110)의 후방 공간에는 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 축 방향 하중을 흡수하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2 베어링(152)은 상기 제2 베어링(152)은 축 방향 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 지지 디스크(160)는 상기 하우징(110)에 고정 결합되어 상기 로터(130)의 일단을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 로터(130)는 상기 지지 디스크(160)에 의해 지지되어 상기 하우징(110)에 대하여 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 지지 디스크(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 래비린스 씰(161)과 차폐 링(162)을 포함할 수 있다. 상기 래비린스 씰(161)은 상기 지지 디스크(160)의 일면에 부착될 수 있고, 상기 로터(130)는 상기 래비린스 씰(161)을 관통하여 상기 지지 디스크(160)에 지지될 수 있다.
상기 하우징(110)의 내측면, 구체적으로 상기 하우징(110)의 내측면과 상기 스테이터(140) 사이에는 상기 하우징(110)의 내부에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열핀(180)이 더 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서, 냉각 부재(170)가 토출구(116)에 구비되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서, 냉각 부재(170)가 유입구(115)에 구비되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서, 하우징(110)의 양측에 유입구(115)가 형성되고 하우징(110)의 중앙부분에 토출구(116)가 형성되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 냉각 부재(170)는 상기 하우징(110)의 외측으로 실장되며, 하우징(110)의 내측으로 외부 공기를 유입시키고, 하우징(110) 내측의 냉각 유로(CP1, CP2)를 따라 이동시켜 열을 전달받은 후 하우징(110)의 외측으로 토출시키켜 상기 하우징(110)을 방열시키도록 구비될 수 있다.
또한, 상술하였듯이, 상기 하우징(110)에는 상기 냉각 부재(170)의 구동에 따라 회전 기기(100)의 외부에서 외부 공기가 유입되고, 내부의 열을 전달받고 다시 외부로 토출되도록 유입구(115), 토출구(116) 및 냉각 유로(CP1, CP2)가 각각 형성될 수 있다.
상기 유입구(115)는 상기 냉각 부재(170)의 구동에 따라 외부 공기를 상기 하우징(110)의 내측으로 유입시키도록 상기 하우징(110)에 구비되되, 상기 유입구(115)는 상기 베어링 부재(150)의 실장 위치에 근접하여 구비될 수 있다. 상기 유입구(115)가 상기 베어링 부재(150)의 실장위치에 근접하여 위치됨에 따라 상기 외부 공기가 유입되면서 상기 하우징(110) 내측에서 상대적으로 고온이되는 상기 베어링 부재(150)의 열을 전달받아 상기 베어링 부재(150)의 열은 발열시키면서 냉각 유로(CP1, CP2)로 이동될 수 있다. 상기 토출구(116)는 상기 유입구(115)에서 유입된 외부 공기 및 상기 임펠러(120) 후면에서 상기 냉각 유로(CP1, CP2)로 유입된 냉각 공기가 토출되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 회전 기기(100)의 일측으로 상기 임펠러(120) 및 상기 베어링 부재(150)가 위치되는 경우, 상기 유입구(115)는 상기 하우징(110)의 일측에 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 토출구(116)는 상기 하우징(110)의 다른 일측에 형성되도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 회전 기기(100)의 양측으로 상기 임펠러(120) 및 상기 베어링 부재(150)가 위치되는 경우, 상기 유입구(115)는 상기 하우징(110)의 양측에 형성될 수도 있을 것이다. 이에 따라 상기 토출구(116)는 상기 하우징(110)의 양단부 사이의 소정 위치, 예를 들어 상기 하우징(110)의 중앙 부분에 구비될 수 있을 것이다.
상기 냉각 부재(170)는 상기 하우징(110)의 외부에 배치되되, 구동 방향에 따라 일 실시예에서는 토출구(116)에 위치될 수 있고, 이와 달리 다른 실시예에서는 유입구(115)에 위치될 수 있다. 상기 냉각 부재(170)가 토출구(116) 또는 유입구(115)에 구비됨에 따라 구동 방향을 달리하나, 상기 냉각 부재(170)는 상기 외부 공기를 상기 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있도록 함과 아울러 상기 하우징(110)의 내부로 유입된 공기를 상기 냉각 유로(CP1, CP2)를 통해 이동 가능하게 하면서 상기 토출구(116)를 통해 배출될 수 있도록 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 냉각 부재(170)는 송풍 팬을 포함하여 구비될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 냉각 부재(170), 구체적으로 상기 송풍 팬의 실장 위치에 따라 상기 송풍 팬의 구동 방향을 달리할 수 있다. 예를 들어 상기 냉각 부재(170)는 상기 토출구(116)에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각 부재(170), 즉 상기 송풍 팬은 상기 하우징(110)의 내부에서 상기 냉각 유로(CP1, CP2)의 상기 외부 공기를 상기 하우징(110) 외측으로 배출하는 방향으로 구동될 수 있다. 따라서, 상기 송풍 팬이 구동되면, 상기 송풍 팬의 구동에 따라 상기 냉각 유로(CP1, CP2)의 외부 공기는 상기 배출구 측으로 유동되어 상기 토출구(116)의 상기 송풍 팬을 통해 방출될 수 있다. 또한, 상기 유입구(115)를 통해서 상기 냉각 유로(CP1, CP2) 측으로 상기 외부 공기가 유입될 수 있다. 상기 송풍팬을 통해 상기 냉각 유로(CP1, CP2)의 상기 외부 공기는 상기 배출구로 방출되며 상기 유입구(115)로는 상기 외부 공기가 계속 유입될 수 있다.
또한, 상기 냉각 부재(170)는 상기 유입구(115)에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각 부재(170), 즉 상기 송풍 팬은 상기 하우징(110)의 외부에서 상기 하우징(110)의 내부로 즉 상기 냉각 유로(CP1, CP2)로 상기 외부 공기를 유입하는 방향으로 구동될 수 있다. 따라서, 상기 송풍 팬이 구동되면, 상기 송풍 팬의 구동에 따라 상기 냉각 유로(CP1, CP2)의 외부의 공기가 상기 송풍 팬을 통해 상기 유입구(115) 측으로 계속 유입될 수 있다. 상기 냉각 부재(170)의 구동에 따라 상기 외부 공기는 상기 유입구(115)로 유입되어 상기 냉각 유로(CP1, CP2)로 유동되며, 상기 토출구(116)를 통해 방출될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 유입구(115)는 상기 하우징(110)의 일측, 즉 상기 베어링 부재(150)와 인접한 위치에 구비되고, 상기 토출구(116)는 상기 하우징(110)의 타 일측에 배치되어, 상기 유입구(115)로 유입된 상기 외부 공기는 상기 베어링 부재(150)의 열을 전달받아 방열시키면서 상기 로터(130)의 일측에서 타측 위치를 따라 이동될 수 있다. 상기 외부 공기는 상기 로터(130)의 일측에서 타측으로 이동되면서 상기 로터(130)의 열을 전달받고, 상기 토출구(116)를 통해 방출될 수 있다.
또한, 이와는 달리 상기 유입구(115)는 상기 하우징(110)의 양 일측으로, 즉 상기 하우징(110)의 양측에 배치되는 상기 베어링 부재(150) 각각에 인접하게 구비되고, 상기 토출구(116)가 상기 유입구(115) 사이로 상기 하우징(110)의 중앙 부분 측에 구비되는 경우, 상기 외부 공기는 상기 하우징(110)의 양측의 상기 유입구(115)에서 유입되고, 상기 각각의 베어링 부재(150)의 열을 전달받아 방열시키면서 상기 로터(130)의 일측에서 타측 및 타측에서 일측 방향을 따라 이동될 수 있다. 상기 외부 고기는 상기 로터(130)의 일측에서 중앙 부분 및 상기 로터(130)의 타측에서 중앙 부분으로 이동되면서 상기 로터(130)의 열을 각각 전달받고 상기 토출구(116)를 통해 방출될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 유입구(115) 또는 상기 토출구(116) 측에 배치된 상기 냉각 부재(170)의 구동에 따라 상기 외부 공기는 상기 유입구(115) 측으로 인입되고, 상기 유입구(115)로 인입된 외부 공기는 상기 베어링 부재(150)의 후면 또는 상기 베어링 부재(150)의 후면에 인접하여 유동되면서 상기 베어링 부재(150)와 상기 로터(130)의 구동에 의해 발생되는 열을 냉각시키며 상기 냉각 유로(CP1, CP2)로 이동될 수 있다. 상기 냉각 유로(CP1, CP2)로 인입된 상기 외부 공기는 상기 로터(130) 및 상기 스테이터에서 발생되는 열을 전달받아 상기 로터(130) 및 상기 스테이터를 냉각시키고 상기 하우징(110)의 타측 또는 상기 하우징(110)의 중앙부분의 상기 토출구(116)를 통해 배출될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서 외부 공기와 별도의 냉각 구조를 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 9를 참조하면, 상기 임펠러(120)의 후면을 통해 인입되는 외부 공기 중 일부(이하 '냉각 유체'라 함.)가 상기 베어링 부재(150)(본 실시예에서는 제2 베어링으로서, 쓰러스트 베어링에 해당됨.)의 간극을 통해 유입되어 상기 베어링 부재(150)의 주변을 유동하면서 상기 베어링 부재(150)에서 발생되는 열을 냉각시키면서 상기 로터(130)의 주변부를 따라 유동된 후 상기 토출구(116)로 배출되도록 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전 기기(100)의 내부에는 크게 상기 냉각 부재(170)를 방열 구조 및 상기 임펠러(120)의 후면을 통해 인입되는 냉각 유체의 일부를 통한 방열 구조를 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서 냉각 유로를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 상기 로터(130)에는 상기 하우징(110) 내부의 열을 방열시키기 위한 냉각 유로(CP1, CP2)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 냉각 유로(CP1, CP2)는 상술한 상기 냉각 부재(170)를 통해 외부 공기로 냉각되는 유로를 형성하는 제1 냉각 유로(CP1) 및 상기 임펠러(120)의 후면을 통해 냉각되는 유로를 형성하는 제2 냉각 유로(CP2)를 포함할 수 있다.
상술하였듯이. 상기 제1 냉각 유로(CP1)는 로터(130)의 주변을 냉각시키는 제1 유로(CP1-a)와 스테이터의 주변을 냉각시키는 제2 유로(CP1-b)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 냉각 유로(CP1) 및 상기 제2 냉각 유로(CP2)는 송풍 팬의 구동에 따라 유입구(115)를 통해 유입된 외부 공기가 토출구(116)로 토출되기 전까지 회전 기기(100)의 내측을 유동하는 유동로이다.
상기 제1 유로(CP1-a)는 상기 유입구(115), 상기 베어링 부재(150) 후면, 상기 로터(130)의 주변부 및 상기 토출구(116)로 연결되어 상기 외부 공기가 유동되면서 상기 하우징(110)의 내부 열을 전달받아 방출되는 경로를 형성할 수 있다.
상기 제2 유로(CP1-b)는 상기 유입구(115), 상기 베어링 부재(150) 후면, 상기 스테이터의 주변부 및 상기 토출구(116)로 연결되어 상기 외부 공기가 유동되면서 상기 하우징(110)의 내부 열을 전달받아 방출되는 경로를 형성할 수 있다.
구체적으로 상기 유입구(115) 또는 상기 토출구(116)에 배치된 상기 냉각 부재(170)의 구동에 의해 상기 유입구(115) 측으로 상기 외부 공기가 유입될 수 있다. 상기 외부 공기는 상기 유입구(115) 측으로 인입되면, 상기 베어링 부재(150)의 후면으로 유동되되, 상기 베어링 부재(150)의 후면에서 상기 스테이터 및 상기 로터(130)의 주변부로 유동되게 분리될 수 있다. 이에, 상기 외부 공기가 상기 스테이터의 주변부로 유동됨에 따라 상기 외부 공기는 상기 제1 유로(CP1-a)를 따라 유동되면서 냉각을 구현할 수 있고, 상기 외부 공기가 상기 로터(130)의 주변부로 유동됨에 따라 상기 외부 공기는 상기 제2 유로(CP1-b)를 따라 유동되면서 냉각을 구현할 수 있다.
여기서, 상기 제2 유로(CP1-b)와 상기 제2 냉각 유로(CP2)는 일부 냉각 유로(CP1, CP2)를 공유하도록 구비될 수 있다. 구체적으로 상기 제2 냉각 유로(CP2)는 상기 임펠러(120)의 후면을 통해 상기 베어링 부재(150)의 주변 및 상기 로터(130)의 주변부 및 상기 토출구(116)로 연결되는 유로를 형성할 수 있고, 상기 제2 유로(CP1-b)는 상기 유입구(115)를 통해 상기 베어링 부재(150)의 후면 및 상기 로터(130)의 주변부 및 상기 토출구(116)로 연결되는 유로를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 제2 냉각 유로(CP2)와 상기 제2 유로(CP1-b)는 상기 베어링 부재(150)의 후면 및 상기 로터(130)의 주변부 및 상기 토출구(116)로 연결되는 일부 냉각 유로(CP1, CP2)를 공유하도록 구비될 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 회전 기기 110: 하우징
111: 나선 케이스 115: 유입구
116: 토출구 120: 임펠러
130: 로터 131: 슬리브 부재
133; 영구 자석 135: 결합 로드
140: 스테이터 150: 베어링 부재
151: 제1 베어링 151a; 전방측 라디얼 베어링
151b: 후방측 라디얼 베어링 152: 제2 베어링
160: 지지 디스크 161: 래비린스 씰
162: 차폐 링 170: 냉각 부재
180: 190: 코팅층

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 구비되는 적어도 하나의 임펠러;
    상기 임펠러의 후면으로 배치되어 회전 가능하게 구비되는 로터;
    상기 로터를 둘러싸도록 배치되는 스테이터; 및
    상기 임펠러의 후면으로 상기 로터의 회전 시 상기 로터를 지지하면서 상기 로터의 회전에 따른 마찰을 완화하기 위한 베어링 부재를 포함하고,
    상기 하우징의 외측으로 실장되고, 상기 하우징의 내부로 외부 공기를 유입시켜 상기 하우징 내부의 냉각 유로를 거쳐 상기 하우징의 외측으로 고온된 외부 공기를 방출시키는 냉각 부재를 포함하는 회전 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 냉각 부재의 구동에 따라 상기 외부 공기가 유입되는 유입구 및 상기 유입구로 유입된 외부 공기를 상기 냉각 유로를 거쳐 상기 하우징의 외측으로 방출하는 토출구가 형성되는 회전 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유입구는 상기 하우징에 구비되되, 상기 베어링 부재의 위치에 근접하여 상기 유입구로 유입된 상기 외부 공기는 상기 베어링 부재에서 발생된 열을 전달받아 냉각 유로로 이동되는 회전 기기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각 부재는 상기 토출구에 배치되며, 상기 냉각 부재는 상기 하우징의 내부의 상기 외부 공기를 외측 방향으로 토출하는 방향으로 구동되는 회전 기기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 냉각 부재가 상기 토출구에서 구동되면, 상기 외부 공기는 상기 유입구를 통해 상기 냉각 유로로 유입되어 상기 내부 유로를 따라 유동되며, 상기 냉각 부재를 통해 상기 토출구에서 방출되는 회전 기기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 냉각 부재는 상기 유입구에 배치되며, 상기 냉각 부재는 상기 외부 공기를 상기 하우징의 내측으로 유입하는 방향으로 구동되는 회전 기기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 냉각 부재가 상기 유입구에서 구동되면 상기 외부 공기는 상기 냉각 부재를 통해 상기 유입구로 유입되어 상기 내부 유로를 따라 유동되며 상기 토출구에서 방출되는 회전 기기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징 내부에 구비되는 상기 냉각 유로는 적어도 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로를 형성하되,
    상기 제1 냉각 유로는 상기 유입구에서 상기 베어링 부재의 후면, 상기 스테이터 또는 상기 로터 및 상기 토출구로 연결되어 상기 외부 공기가 이동되며,
    상기 제2 냉각 유로는 상기 임펠러에 인접한 상기 베어링 부재에서 상기 스테이터와 상기 로터 사이 및 상기 토출구로 연결되어 상기 임펠러 후단의 압축 공기가 이동되는 회전 기기.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 냉각 유로는
    상기 유입부로 유입된 상기 외부 공기가 상기 베어링 부재의 후면, 상기 스테이터의 주변부, 상기 토출구로 유동되는 제1 유로; 및
    상기 유입부로 유입된 상기 외부 공기가 상기 베어링 부재의 후면, 상기 로터의 주변부 및 상기 토출구로 유동되는 제2 유로를 포함하는 회전 기기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 유로 및 상기 제2 냉각 유로는 상기 베어링 부재의 후면, 상기 로터의 주변부 및 상기 토출구의 냉각 유로를 공유하는 회전 기기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 로터와 상기 베어링 부재 사이의 윤활을 위해 상기 베어링 부재에 인접한 상기 로터의 외주연에는 코팅층이 형성되는 회전 기기.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 스테이터 사이에는 상기 하우징 내측의 열을 방열시키기 위한 방열핀이 더 구비되는 회전 기기.
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