KR20230063609A - Blade built-in hollow shaft - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트는, 공기압축기의 임펠러에 설치되는 회전체 내장형 중공 샤프트로서, 상기 샤프트의 내부에는 축 방향을 따라 상기 샤프트를 관통하는 중공이 형성되고, 상기 중공에는 복수의 블레이드를 구비한 회전체가 상기 샤프트에 체결된다.A hollow shaft with a built-in rotor according to an embodiment of the present invention is a hollow shaft with a built-in rotor installed in an impeller of an air compressor, and a hollow penetrating the shaft along an axial direction is formed inside the shaft. A rotary body having a plurality of blades is fastened to the shaft.
Description
본 발명은 회전체를 내장한 중공 샤프트에 관한 것으로서, 특히 샤프트의 중공에 회전체가 장착되어 냉각 공기의 순환을 증폭시키는 것이 가능한, 공기압축기에 설치되는 회전체 내장형 중공 샤프트에 관한 것이다. The present invention relates to a hollow shaft with a built-in rotating body, and more particularly, to a hollow shaft with a built-in rotating body installed in an air compressor capable of amplifying the circulation of cooling air by mounting the rotating body in the hollow of the shaft.
수소연료 전기차에 사용되는 공기압축기는 모터 구동력을 이용하여 컴프레서휠을 2~11만 rpm으로 회전시켜 공기를 압축하는 고속회전체 부품이다. 10만 rpm 이상의 고속 회전할 때 모터 하우징 내부에 높은 열이 발생하는데, 내부 온도가 200℃ 이상 증가할 경우 영구자석이 감자되어 모터의 성능이 저하되고 에어포일 베어링이 열변형 발생으로 인해 파손될 위험이 높아진다. Air compressors used in hydrogen-powered electric vehicles are high-speed rotating components that compress air by rotating the compressor wheel at 20,000 to 110,000 rpm using motor driving force. When the motor rotates at a high speed of 100,000 rpm or higher, high heat is generated inside the motor housing. If the internal temperature rises above 200℃, the permanent magnet is demagnetized, reducing the performance of the motor and increasing the risk of damage to the airfoil bearing due to thermal deformation. It rises.
이를 방지하기 위하여, 공기압축기 내부의 발열 부품을 냉각하는 것이 중요하며, 냉각수의 순환과 냉각 공기의 순환 방식을 채용하고 있다. 즉, 현재의 냉각 시스템은 냉각수를 순환시켜 로터와 스테이터 및 모터 하우징 등을 냉각하고, 컴프레서 휠 배면을 통과한 냉각 공기를 샤프트 중공 내부로 순환시켜서 회전체의 열을 식혀준다. In order to prevent this, it is important to cool the heating parts inside the air compressor, and a circulation method of cooling water and cooling air is employed. That is, the current cooling system circulates cooling water to cool the rotor, stator, motor housing, etc., and circulates cooling air that has passed through the rear surface of the compressor wheel into the shaft hollow to cool the rotating body.
도 1은 종래 기술에 따른 냉각 공기 순환을 위해 중공의 샤프트를 구비한 공기 압축기의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 공기 압축기(10)는 외관을 형성하는 하우징(100)과, 하우징(100)의 전방에 결합되어 공기를 흡입하는 임펠러(400), 하우징(100)의 내부에 설치되어 임펠러(400)를 회전 구동시키는 블로어 모터(600)를 포함하여 구성된다. 1 is a cross-sectional view of an air compressor having a hollow shaft for circulation of cooling air according to the prior art. As shown, the
블로어 모터(600)의 작동 중 발생되는 열을 냉각하기 위해 하우징(100)의 내측에는 냉각수 자켓(110)이 구비된다. 냉각수 자켓(110)은 블로어 모터(600)에 인접하여 구비되므로 냉각수와의 열교환을 통해 블로어 모터(600)를 냉각시키는 역할을 한다. A
그러나, 이와 같은 냉각수 순환 방식은 모터의 구조적 특성 상 코일의 외곽부 냉각에는 효과적이나 모터 중심부의 회전체를 냉각하는데 한계가 있다. 따라서, 수냉식 냉각에 더하여 공기를 이용해 블로어 모터(600)를 냉각하는 공랭식 냉각 방법이 혼용된다.However, this coolant circulation method is effective in cooling the outer portion of the coil due to the structural characteristics of the motor, but has limitations in cooling the rotating body in the center of the motor. Therefore, in addition to water cooling, an air cooling method of cooling the
공랭식 냉각에서, 공기는 공기 유입구(310) 및 임펠러(400), 공기 토출구(330)로 연통되는 메인 유로를 따라 순환된다. 또한, 임펠러(400)와 임펠러 지지부(200)의 사이에서부터 전방 저널 베어링(700)과 회전축(650)의 사이를 거쳐 후방 저널 베어링(700')과 회전축(650)의 사이를 지나 트러스트 베어링(800)의 사이를 따라 리어 커버(500)까지 연통되는 유로를 따라 순환된다. 리어 커버(500) 쪽으로 유입된 공기는 리어 커버(500)와 회전축(650)의 사이에서 회전축(650)의 중앙을 관통하는 중공을 따라 다시 공기 유입구(310)까지 연통된다. 임펠러(400)에 의해 압축된 공기의 일부가 전술한 공기 냉각유로를 따라 순환하면서 전방 저널 베어링(700)을 냉각하고 블로어 모터(600)를 냉각시킨 후 트러스트 베어링(800)까지 냉각시키고 중공을 통해 공기 유입구(310) 쪽으로 배기된다.In air-cooled cooling, air is circulated along the main flow path communicating with the
그러나, 이와 같은 공랭식 냉각 방식은 임펠러에서 멀어질수록 압력이 낮아져 냉각 공기의 순환 효율이 떨어지며, 결과적으로 냉각 성능이 낮다는 한계가 있다. However, such an air-cooled cooling method has a limitation in that the pressure decreases as the distance from the impeller decreases, resulting in lower cooling performance.
이에 따라, 냉각 공기의 순환에 의한 모터 중심부의 냉각 효율을 보다 더 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 냉각 시스템이 요구되는 실정이다. Accordingly, there is a need for a new type of cooling system capable of further improving the cooling efficiency of the central portion of the motor by circulation of cooling air.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은, 샤프트의 중공에 회전체를 내장하고 회전체가 샤프트와 함께 회전함에 따라 샤프트 후방의 공기를 중공으로 강제 유입시킴으로써, 샤프트의 중공을 통한 공기의 순환을 원활하게 하여, 최종적으로 공랭식 냉각의 냉각 효율을 높이는 중공 샤프트를 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to embed a rotating body in the hollow of the shaft and forcefully introduce air from the rear of the shaft into the hollow as the rotating body rotates together with the shaft. An object of the present invention is to provide a hollow shaft that facilitates the circulation of air through the hollow of the shaft and finally increases the cooling efficiency of air-cooled cooling.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트는, 공기압축기의 임펠러에 설치되는 회전체 내장형 중공 샤프트로서, 상기 샤프트의 내부에는 축 방향을 따라 상기 샤프트를 관통하는 중공이 형성되고, 상기 중공에는 복수의 블레이드를 구비한 회전체가 상기 샤프트에 체결된다.In order to achieve the above object, a hollow shaft embedded in a rotating body according to an embodiment of the present invention is installed in an impeller of an air compressor, and a hollow shaft penetrating the shaft along an axial direction is provided inside the shaft. is formed, and a rotating body having a plurality of blades is fastened to the shaft in the hollow.
또한, 상기 중공은, 상기 샤프트의 전단에서 후단에 이르기까지, 직경이 제1 직경으로 일정한 제1 직경부, 직경이 일정하게 증가하는 확경부, 직경이 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 일정한 제2 직경부로 구분되고, 상기 회전체는 상기 제2 직경부의 후단에서 상기 샤프트에 체결되며, 회전체의 직경은 제1 직경보다 클 수 있다.In addition, from the front end to the rear end of the shaft, the hollow has a first diameter portion having a constant diameter of a first diameter, a diameter expanding portion having a constantly increasing diameter, and a second diameter having a constant diameter larger than the first diameter. Divided into 2 diameter parts, the rotating body is fastened to the shaft at the rear end of the second diameter part, and the diameter of the rotating body may be larger than the first diameter.
또한, 상기 회전체는 상기 중공 샤프트의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하고, 상기 블레이드는 상기 샤프트의 후단 외측의 공기가 상기 중공 안으로 흡입되도록 배향될 수 있다.In addition, the rotating body rotates in the same direction as the rotating direction of the hollow shaft, and the blade may be oriented so that air outside the rear end of the shaft is sucked into the hollow.
또한, 상기 중공은 상기 샤프트의 전단에서 후단에 이르기까지 직경이 제1 직경으로 일정하고, 상기 회전체는 상기 샤프트의 후단에 체결될 수 있다.In addition, the hollow may have a constant diameter of a first diameter from the front end to the rear end of the shaft, and the rotating body may be fastened to the rear end of the shaft.
또한, 상기 중공은 상기 샤프트의 전단에서 후단에 이르기까지 직경이 제1 직경으로 일정하고, 상기 회전체는 상기 샤프트의 중간에 체결될 수 있다.In addition, the hollow may have a constant diameter of a first diameter from the front end to the rear end of the shaft, and the rotating body may be fastened in the middle of the shaft.
또한, 상기 블레이드를 구비한 회전체는 상기 중공에 압입 또는 볼트 체결에 의해 결합될 수 있다.In addition, the rotating body having the blade may be coupled to the hollow by press-fitting or bolt fastening.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발명은 중공에 블레이드를 갖는 회전체를 설치함으로써 샤프트의 중공을 통해 많은 양의 공기가 유입됨으로써, 샤프트, 에어포일베어링 및 모터 중심부에 위치한 코일에 대한 냉각 효율을 높일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the present invention increases the cooling efficiency of the shaft, the air foil bearing, and the coil located in the center of the motor by introducing a large amount of air through the hollow of the shaft by installing a rotor having blades in the hollow. can be raised
이에 따라, 온동 상승에 의한 모터의 성능 저하를 방지하고 열 변형에 의해 에어 포일 베어링이 파손하는 문제를 해결할 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent performance deterioration of the motor due to temperature rise and solve the problem of damage of the air foil bearing due to thermal deformation.
한편, 샤프트의 중공을 통해 공기 순환이 활발해짐에 따라, 컴프레서 휠 배면과 디퓨저의 압력이 감소하여 로터(샤프트, 컴프레서 휠)에 작용하는 추력이 감소되고, 스러스트 베어링과 프론트 저널 베어링에 공기층을 보강함으로써, 에어포일베어링의 부양 효과를 향상시킬 수 있다. On the other hand, as the air circulation becomes active through the hollow shaft, the pressure on the back of the compressor wheel and the diffuser decreases, reducing the thrust acting on the rotor (shaft, compressor wheel), and reinforcing the air layer in the thrust bearing and front journal bearing. By doing so, the lifting effect of the air foil bearing can be improved.
이에 따라, 스러스트 베어링과 저널 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, durability of the thrust bearing and the journal bearing can be improved.
도 1은 종래 기술에 따른 냉각 공기 순환을 위해 중공의 샤프트를 구비한 공기 압축기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트의 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 도 2의 중공에 배치되는 회전체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환 경로를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6b는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환에 따른 냉각 효과를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7a는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 변형례이다.
도 7b는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 또 다른 변형례이다.
도 7c는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 또 다른 변형례이다.
도 8은 회전체의 변형예를 도시한 개념도이다.1 is a cross-sectional view of an air compressor having a hollow shaft for circulation of cooling air according to the prior art.
2 is a perspective view of a hollow shaft with a built-in rotor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of Figure 2;
4 is a perspective view of a rotating body disposed in the hollow of FIG. 2;
5 is a conceptual diagram for explaining an air circulation mechanism of a hollow shaft with a built-in rotating body according to the present invention.
Figure 6a is a conceptual diagram for explaining the air circulation path of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention.
Figure 6b is a conceptual diagram for explaining the cooling effect according to the air circulation of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention.
7a is a modified example of a hollow shaft with a built-in rotary body according to the present invention.
Figure 7b is another modified example of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention.
Figure 7c is another modified example of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a modified example of a rotating body.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of explanation, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and/or" includes any one and all combinations of one or more of the listed items. In addition, the meaning of "connected" in the present specification means not only when member A and member B are directly connected, but also when member A and member B are indirectly connected by interposing member C between member A and member B. do. Terms used in this specification are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates otherwise. Also, when used herein, “comprise, include” and/or “comprising, including” refers to a referenced form, number, step, operation, member, element, and/or group thereof. presence, but does not preclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, operations, elements, elements and/or groups.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.In this specification, terms such as first and second are used to describe various members, components, regions, layers and/or portions, but these members, components, regions, layers and/or portions are limited by these terms. It is self-evident that These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described in detail below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are associated with an element or feature shown in a drawing. It can be used for easy understanding of other elements or features. Terminology related to this space is for easy understanding of the present invention according to various process conditions or use conditions of the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is turned over, an element or feature described as "lower" or "below" becomes "above" or "above." Accordingly, "below" is a concept encompassing "upper" or "below".
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트의 사시도, 도 3은 도 2의 단면도, 도 4는 도 2의 중공에 배치되는 회전체의 사시도, 도 5는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트에 대하여 설명한다. 2 is a perspective view of a hollow shaft with a built-in rotating body according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2, FIG. 4 is a perspective view of a rotating body disposed in the hollow of FIG. 2, and FIG. 5 is a rotating body of the present invention. It is a conceptual diagram to explain the air circulation mechanism of the built-in hollow shaft. Hereinafter, a hollow shaft with a built-in rotating body according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트(100)는 공기압축기의 임펠러와 결합하는 샤프트로서, 샤프트(100)의 내부에는 축 방향을 따라 샤프트(100)를 관통하는 중공(110)이 형성되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 임펠러가 샤프트(100)에 끼워져 샤프트의 전방에 고정 결합되어 있다. 중공(110)이 형성된 샤프트(100)는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 종래 기술에 따른 중공 샤프트(100)와 그 구조가 실질적으로 동일하므로, 별도의 부가적인 설명은 생략한다. The
한편, 샤프트(100)에는 복수의 블레이드(121)를 구비한 회전체(120)가 샤프트(100)의 중공(110) 내에 결합된다. 도 4를 참조하면, 이 회전체(120)는 적어도 3개 이상의 블레이드(121)가 방사 방향으로 동일 간격으로 이격 배치된 구조를 갖고, 회전체(120)의 최외각에는 중공 원통형의 케이싱이 블레이드(121)들을 내측으로 포위하고 있다. 이러한 회전체(120)는 케이싱이 중공(110)에 압입 결합되거나 또는 케이싱이 중공(110)에 볼트 체결에 의해 샤프트(100)와 결합될 수 있다. 그리고, 이 회전체(120)는 자체적으로 회전하지 않고 샤프트(100)에 결합되어 샤프트(100)와 함께 회전하는바, 회전체(120)는 샤프트(100)와 동일한 회전수를 갖는다. 한편, 회전체(120)는 중공 샤프트(100)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하게 되는데, 이때 블레이드(121)는 샤프트(100)의 후단 외부측의 공기가 중공(110) 내측으로 빨려 들어올 수 있도록 그 배향이 설계된다. 예컨대, 도 4에는 5개의 블레이드(121)가 모두 동일한 방향을 향해 회전 중심축에 대해 비스듬히 배향되어 있고, 배향은 샤프트(100)의 회전 방향에 따라 공기의 흡입을 구현할 수 있는 형태로 설계된다. Meanwhile, a
한편, 전술한 회전체(120)의 종류는 다양하게 변형이 가능하다. 도 8은 회전체의 변형예를 도시한 개념도이다. 본 발명의 회전체, 특히, 블레이드의 형상은 도시한 바와 같이, 다양하게 변형 가능하다.On the other hand, the type of the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 것처럼, 중공(110)이 샤프트(100)의 전단에서 후단에 이르기까지, 직경이 제1 직경으로 일정한 제1 직경부(111), 직경이 일정하게 증가하는 확경부(113), 직경이 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 일정한 제2 직경부(112)로 구분될 수 있다. 그리고, 회전체(120)는 제2 직경부(112)의 후방 단부에서 샤프트(100)에 결합되며, 회전체(120)의 직경은 제1 직경보다 크다. 제1 직경부(111)는 소직경부로서, 종래기술에 따른 샤프트(100)의 중공(110)의 직경에 해당할 수 있다. 본 발명의 특징은 샤프트(100)의 전방의 중공(110)이 소직경을 유지하더라도 샤프트(100)의 후방으로 가면서 직경이 점진적으로 증가하는 확경부(113)로 이어지고 확경부(113)의 후방에는 직경이 제1 직경보다 큰 대직경부로서 제2 직경부(112)를 구비한다는 것이다. On the other hand, according to one embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, the hollow 110 from the front end to the rear end of the
이와 같은 구조에서는, 회전체(120)가 샤프트(100)의 회전시 함께 회전함에 따라, 샤프트(100) 후단 외부의 공기를 강제 흡입하여 샤프트(100)의 중공(110) 안으로 유입시킨다. 이에 따라, 샤프트(100) 외부에 머물고 있는 공기가 샤프트(100) 후단 측의 중공(110)으로 순간적으로 유입되므로 이 다량의 공기를 수용할 필요가 있다. 이러한 점에서, 샤프트(100) 후단측에 중공(110)의 직경을 제2 직경으로 확장하였다. 또한, 대경부인 제2 직경부(112)에서 소경부인 제1 직경부(111)으로 그 내경이 급격히 줄어든다면, 제2 직경부(112)에 유입된 공기가 전방으로 이동하는 과정에서 중공(110) 안에서 저항을 일으킬 수 있다. 이에 따라 제2 직경부(112)와 제1 직경부(111) 사이에 확경부(113)를 형성하여 공기의 저항을 최소화하였다. In this structure, as the
한편, 도 5는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다. 이를 참조하여, 본 발명에서 공기가 순환하는 원리를 설명하면, 먼저, 샤프트(100)가 회전함에 따라 샤프트(100)의 후단에 고정된 회전체(120)도 샤프트와 함께 회전하고, 회전체의 블레이드가 공기가 중공 내측으로 유입되는 방향의 기류를 형성함으로써 샤프트(100) 후단 외부측에 머물고 있는 공기를 강제 흡입하여 중공(110) 안으로 유입시킨다. 이때 샤프트(100) 후단 외부에서 중공(110)으로 갓 진입한 공기는 그 압력(+)이 매우 높다. 더욱이, 샤프트가 회전하는 중에 샤프트(100) 전단에서는 컴프레서 휠이 임펠러 전방의 공기를 빨아들이기 때문에, 샤프트(100) 전단 외측에는 부압(-)이 발생한다. 이에 따라, 샤프트(100)의 전단과 후단 사이에 압력차가 발생하고, 이에 의해 냉각 공기의 강제 흐름이 발생한다. 즉, 압력이 높은 샤프트(100) 후단의 중공(110)으로부터 압력이 낮은 샤프트(100) 전단의 중공(110)을 향해 냉각 공기의 흐름이 생긴다. 이와 같은 원리로 공기가 중공을 통해 샤프트 전방으로 이동하는 과정에서 샤프트 주변의 구성들을 냉각시킨다. 한편, 주변 구성을 냉각시킨 공기는 스스로 뜨거워지는데 이 공기는 샤프트(100) 전단에서 새로운 공기와 혼합되면서 온도가 다시 저하되고, 온도가 떨어진 공기는 다시 컴프레서 휠 배면으로 유입된다. 이후, 이하도 6a 및 도 6b에서 설명하는 경로를 따라 이동하면서 부품을 냉각시킨다.On the other hand, Figure 5 is a conceptual diagram for explaining the air circulation mechanism of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention. Referring to this, the principle of air circulation in the present invention is described. First, as the
이어서, 공기의 순환에 따른 부품 냉각 메커니즘을 설명한다. Next, a component cooling mechanism according to air circulation will be described.
도 6a는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환 경로를 설명하기 위한 개념도이고, 도 6b는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 공기 순환에 따른 냉각 효과를 설명하기 위한 개념도이다. 이들 도면을 참조하면, 임펠러를 통과한 압축 공기 중 일부는 ① 컴플레서 휠 배면을 지나 ② 디퓨져를 통과한다. 이때, 디퓨저를 통과한 냉각 공기는 근방의 스러스트 베어링을 냉각한다. 다음, 냉각 공기가 ③ 프런트 베어링 하우징과 샤프트 사이의 공간을 경유하여 후방으로 이동하는데, 이때, 프런트 저널 베어링을 냉각한다. 이후, ④ 샤프트 외주면과 모터의 로테이터 사이의 공간을 경유하는데, 이때 모터의 코일을 냉각한다. 이후, ⑤ 리어 베어링 하우징과 샤프트 사이의 공간을 통해 샤프트 후방의 챔버로 흐르는데, 이때, 리어 저널 베어링을 냉각한다. 샤프트의 후방으로 흘러온 냉각 공기는 ⑥ 리어 커버와 접촉하면서 리어 커버를 냉각하고, 회전체(120)의 흡입력에 의해 중공(110)으로 유입된다. 냉각 공기는 중공(110)을 통해 중공 샤프트(100)의 전방을 향해 이동하며, 이때, ⑦ 모터의 영구 자석을 냉각한다. 이후, ⑧ 컴프레서 하우징 입구로 되돌아온다.Figure 6a is a conceptual diagram for explaining the air circulation path of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention, Figure 6b is a conceptual diagram for explaining the cooling effect according to the air circulation of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention. Referring to these drawings, some of the compressed air passing through the
한편, 도 7a는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 또 다른 변형례를 도시한다. 도 7a의 변형례는 중공(110)이 제1 직경부(111), 확경부(113) 및 제2 직경부(112)로 구분되되, 회전체(120)가 제2 직경부(112) 안에서 후단부가 아닌 확경부(113)에 인접한 위치에 배치된다. 그리고, 확경부(113)의 공간이 짧다. On the other hand, Figure 7a shows another modification of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention. In the modified example of FIG. 7A, the hollow 110 is divided into a first diameter part 111, an enlarged diameter part 113, and a second diameter part 112, and the
한편, 도 7b는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 또 다른 변형례이다. 도 7b의 변형례는, 샤프트(100)의 전단에서 후단에 이르기까지, 중공(110)의 직경이 제1 직경으로 일정하고, 회전체(120)는 샤프트(100)의 후단에 체결된다. On the other hand, Figure 7b is another modification of the hollow shaft built-in rotation body of the present invention. In the modified example of FIG. 7B , the diameter of the hollow 110 is constant as the first diameter from the front end to the rear end of the
한편, 도 7c는 본 발명의 회전체 내장형 중공 샤프트의 또 다른 변형례이다. 도 7a의 변형례는, 샤프트(100)의 전단에서 후단에 이르기까지, 중공(110)의 직경이 제1 직경으로 일정하고, 회전체(120)는 샤프트(100)의 중간에 체결된다. 즉, 샤프트 내부의 중공의 길이 방향으로 회전체(120)의 위치를 변동 가능하다. On the other hand, Figure 7c is another modified example of the hollow shaft built-in rotary body of the present invention. In the modified example of FIG. 7A, the diameter of the hollow 110 is constant as the first diameter from the front end to the rear end of the
본 발명은 중공(110)에 블레이드(121)를 갖는 회전체(120)를 설치함으로써 중공(110)을 경유하는 공기 순환량을 증가시킨다. 공기 순환량을 증가시키려는 첫번째 목적은, 냉각수에 의한 냉각 효과를 적게 받는 부품들, 즉, 모터 중심부, 코일, 에어 포일 베어링, 샤프트(100)의 영구 자석 등의 부품을 보다 직접적이고 효과적으로 냉각시키기 위함이다. 전술한 바와 같이, 냉각수 순환 방식은 코일의 외곽부 냉각에는 효과적이나 모터 중심부의 회전체(120)를 냉각하는데 한계가 있고, 이를 해결하기 위해 샤프트(100)의 중공(110)을 통해 냉각 공기를 순환시켜 샤프트(100)에 근접한 모터 중심부를 냉각하는데, 샤프트(100)의 중공(110)을 통해 많은 양의 공기가 유입되어 들어올수록 모터 중심부의 냉각 효율이 높아진다.The present invention increases the amount of air circulation passing through the hollow 110 by installing the
한편, 또 다른 목적은 스러스트 베어링 및 저널 베어링의 양력을 발생시키기 위함이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 샤프트(100) 후방에 도달한 냉각 공기가 샤프트(100) 중공(110)을 통해 임팰러의 전방으로 순환되고, 순환된 냉각 공기는 컴프레서 휠 배면을 타고 디퓨져 및 스러스트 베어링을 거쳐 프론트 저널 베어링을 경유하면서 다시 샤프트(100)의 후방으로 이동한다. 이러한 이동 경로를 참조하면, 많은 양의 공기가 샤프트(100)의 중공(110)으로 유입되고, 중공(110)을 빠른 속도로 통과하여 임펠러 측으로 이동하면, 스러스트 베어링과 프론트 저널 베어링에 공기층을 보강하여 결과적으로 베어링에 양력을 발생시킨다. 이에 따라, 에어 포일 베어링(스러스트 또는 저널)을 윤활하는 기능을 수행한다. Meanwhile, another object is to generate lift of the thrust bearing and the journal bearing. As shown in FIG. 6A, the cooling air reaching the rear of the
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 회전체 내장형 중공 샤프트를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the hollow shaft with a built-in rotor according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as claimed in the following claims, the present invention Anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the invention will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made.
100: 중공 샤프트
110: 중공
111: 제1 직경부
112: 제2 직경부
113: 확경부
120: 회전체
121: 블레이드100: hollow shaft 110: hollow
111: first diameter part 112: second diameter part
113: expansion part 120: rotating body
121: blade
Claims (6)
상기 샤프트의 내부에는 축 방향을 따라 상기 샤프트를 관통하는 중공이 형성되고,
상기 중공에는 복수의 블레이드를 구비한 회전체가 상기 샤프트에 체결되는 것을 특징으로 하는, 회전체 내장형 중공 샤프트.A hollow shaft with a built-in rotating body installed in the impeller of an air compressor,
A hollow penetrating the shaft along an axial direction is formed inside the shaft,
A hollow shaft with a built-in rotating body, characterized in that a rotating body having a plurality of blades is fastened to the shaft in the hollow.
상기 중공은, 상기 샤프트의 전단에서 후단에 이르기까지, 직경이 제1 직경으로 일정한 제1 직경부, 직경이 일정하게 증가하는 확경부, 직경이 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 일정한 제2 직경부로 구분되고,
상기 회전체는 상기 제2 직경부의 후단에서 상기 샤프트에 체결되며, 회전체의 직경은 제1 직경보다 큰 것을 특징으로 하는, 회전체 내장형 중공 샤프트.According to claim 1,
The hollow is, from the front end to the rear end of the shaft, a first diameter portion having a constant diameter as a first diameter, a diameter expanding portion having a constantly increasing diameter, and a second diameter having a constant second diameter greater than the first diameter. divided into parts,
The rotating body is fastened to the shaft at the rear end of the second diameter portion, and the diameter of the rotating body is larger than the first diameter.
상기 회전체는 상기 중공 샤프트의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하고, 상기 블레이드는 상기 샤프트의 후단 외측의 공기가 상기 중공 안으로 흡입되도록 배향되는 것인, 회전체 내장형 중공 샤프트.According to claim 1,
The rotary body rotates in the same direction as the rotation direction of the hollow shaft, and the blades are oriented so that air outside the rear end of the shaft is sucked into the hollow shaft.
상기 중공은 상기 샤프트의 전단에서 후단에 이르기까지 직경이 제1 직경으로 일정하고, 상기 회전체는 상기 샤프트의 후단에 체결되는 것인, 회전체 내장형 중공 샤프트.According to claim 1,
The hollow shaft has a constant diameter of a first diameter from the front end to the rear end of the shaft, and the rotating body is fastened to the rear end of the shaft.
상기 중공은 상기 샤프트의 전단에서 후단에 이르기까지 직경이 제1 직경으로 일정하고, 상기 회전체는 상기 샤프트의 중간에 체결되는 것인, 회전체 내장형 중공 샤프트.According to claim 1,
The hollow shaft has a constant diameter of a first diameter from the front end to the rear end of the shaft, and the rotary body is fastened in the middle of the shaft.
상기 블레이드를 구비한 회전체는 상기 중공에 압입 또는 볼트 체결에 의해 결합되는 것인, 회전체 내장형 중공 샤프트.According to claim 1,
The rotary body with the blade is coupled to the hollow by press-fitting or bolt fastening, the rotary body built-in hollow shaft.
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