KR840002112B1 - 동기전동기로 구동되는 원심형 유체 펌프 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

동기전동기로 구동되는 원심형 유체 펌프

제1도는 본 발명 펌프의 일실시례의 평면도

제2도는 제1도에 나타난 실시예의 단면도

제3도는 본 발명의 타 실시예의 단면도

제4도는 제3도에서 부호(13)으로 표시된 격판의 평면도

제5도는 제3도에서 부호(11)로 표시된 뚜껑을 열고 내려다본 평면도

제6도는 본 발명의 날개차의 단면도

제7도는 본 발명의 날개차에서 뚜껑(23)을 제거하고 내려다본 평명도

제8도는 계자철심의 일 실시예를 나타낸 것

제9도는 계자철심의 다른 실시예를 나타낸 것

제10도는 기어를 사용한 날개차의 평명도

본 받명은 새로운 형태의 밀폐형 원심 유체 펌프에 관한 것이다.

본 발명자는 새로운 형태의 동기 전동기를 사용한 축류형 액체펌프를 발명하여 특허출원 82-5852호로 출원한 바 있다.

상기 발명에서 동기 전동기의 회전방향제어는 프로펠러가 액체를 밀어낼 때 생기는 축방향의 반발력을 이용하여 브레이크 부재를 사용하여 행하고 있다.

즉 회전자 및 프로펠러가 순방향으로 회전하게 되면 브레이크 부재 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 반발력이 생겨서 회전자 및 프로펠러는 원활한 회전을 계속하지만 회전자 및 프로펠러가 역방향으로 회전하게 되면 브레이크 부재 사이의 거리가 좁아지는 방향으로 반발력이 생겨서 회전자는 브레이크 부재에 걸려서 회전이 중단되고 다시 순방향으로 회전하도록 되어 있다.

이러한 회전방향제어 방법은 축류형 액체펌프에 있어서는 펌프케이싱의 형태가 어떠한 것이라 할지라도 동기 전동기의 회전방향 제어에 지극히 간단하고 유용한 방법이지만 본원에서와 같이 원심형 유체펌프의 경우에 있어서는 유체를 날개차가 밀어낼 때의 반작용력이 축방향으로 발생하지 않기 때문에 상기한 형태의 회전방향 제어기구를 채택할 수가 없는 난점이 있어서 원심형 유체펌프에 있어서는 동기 전동기를 사용할수가 없었다.

동기 전동기 중에서도 회전을 시작할 때는 농형 유도전동기 형태로 회전을 시작하고 동기 속도에서는 동기 전동기가 되는 것들도 있어서 회전방향제어가 되는 것이 있으나 이러한 종류의 전동기는 구조가 복잡하고 고가이며, 본원에서 취급하는 동기전동기에서는 제외된다.

본 원에서의 동기전동기는 회전자가 영구자석으로 되어 있는 형태의 것으로써 전기적인 장치로써 회전방향을 제어하는 기구가 없는 종류의 것을 총칭한다.

상기한 회전방향제어의 난점을 극복하기 위해서 본 발명자는 고심하던 중 펌프의 날개차 내부에 관성제어 및 기동부하 안배기구를 설치하면 날개차의 회전방향을 원하는 방향으로 용이하게 제어할 수 있음을 알고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 유체와 계자 부분이 완전히 격리되어서 유체의 누설이 전혀 없는 밀폐형 원심유체펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 동기 전동기를 사용하므로써 효율 및 역률이 좋은 유체펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부품제작 및 조립이 극히 간편하여 오로메이션이 가능한 원심형 유체펌프를 제공코자 하는데 있다. 본 발명의 기타이 점들은 이하 상세한 설명에 의해서 명백해질 것이다. 본 발명의 유체펌프는 통상적인 다른 원심형 유체 펌프와 같이 3부분 즉 펌프케이싱(1), 날개차(2), 전동기(3)로 구성되어 있다.

펌프케이싱은 압송하고자 하는 유체의 종류, 제작상의 제문제 등을 고려하여 다양한 형태로 설계가 가능하다.

제2도를 참조하면 펌프케이싱(1)은 뚜껑(11)과 하부구조(12)로 이루어져 있고 뚜껑(11)과 하부구조(12)사이는 0링을 사용하여 기밀적으로 결합되어 있다.

하부 구조(12)에는 턱(121)이 원형으로 형성되어 있어서 회전자 조립체(32)가 감삽될 수 있도록 되어 있다. 턱(121)의 내주면에는 0링 홈이 삭설되어 있어서 회전자 조립체(31)이 감삽되었을때 기밀상태를 유지할 수 있도록 되어 있다.

제3도에 있어서는 펌프케이싱(1)이 뚜껑(11) 및 하부구조(12)로 되어 있는 점에서는 제2도의 펌프케이싱과 동일하나 유체의 출구와 입구가 일직선상에 있도록 하기 위해서 구조가 변경되어 있다.

즉 펌프 케이싱 내부는 2개의 구멍이 뚫려 있는 격판(13)에 의해서 상하 2개의 간공으로 구획된다.

유체는 좌측 입구로 들어와서 좌측상부 공간, 좌측하부공간, 우측하부공간, 우측상부공간의 순서로 출구로 배출된다.

하부구조(12)에는 나선형 구획판(122)이 있어서 날개차(2)가 회전하는 공간을 나선형으로 구획시켜 주고 있다.

전동기(3)은 회전자 조립체(31)과 계자부(32)로 구성되어 있다.

회전자 조립체(31)은 축(311)과 축에 결합되어 있는 영구자석 회전자(312), 베아링(313) 그리고 회전자 조립체 케이스(314)로 구성되어 있다.

영구자석회전자(312)는 주면에 자극을 가지고 있으며 자극의 수는 계자부의 자극수와 일치하여 2극, 4극, 6극, 2극 또는 그 이상의 극소를 가질 수 있으며, 송풍기로 사용되는 경우에는 주로 4극 또는 형의 것이고 속회전을 할 수 있으므로 바람직하다.

양수기나 숙환 펌프 등의 용도로 사용될 때에는 극수가 많은 것을 사용할 수도 있다. 극수의 결정은 유체의 압송량, 압송압력, 제작의 난이도 등에 따라서 쉽게 결정할 수 있다.

영구자석의 숫자도 다양하게 변경하는 것이 가능하다.

제 2도 및 제3도에서는 영구자석이 1개만 사용된 것이 도시되어 있다.

제8도에 도시된 계자가 이들 회전자 조립체에 계합되어 사용될 수 있다.

제9도에 영구자석 2개가 사용된 전동기가 도시되어 있다.

회전자 조립체 케이스(314)는 스테인레스스틸, 황동, 구리 등의 금속이나 각종 플라스틱 또는 이방성 자성체로 만들어져 있으며, 일단부는 기밀적으로 막혀 있다.

베아링(313)은 회전자조립체 케이스에 끼워진 후 펀칭, 롤링 등의 기계적 가공으로 고정되거나 접착제를 사용하여 고착된다.

대부분의 경우에 있어서는 회전자 조립체 케이스(314)를 방성자성체로 만들 필요는 없으나 케이스의 두께에 의해서 계자와 영구자석 회전자 사이의 자기적 커플링이 방해가 되는 경우(고압유체를 압송하는 경우에는 케이스의 벽두께를 두껍게 할 필요가 있음)에는 이방성 자성체를 사용하는 것이 바람직하다.

회전자 조립체 케이스는 본 발명에서 대단히 중요한 역할을 한다.

영구자석회전자는 회전자 조립체 케이스 속에서 회전하므로 압송되는 유체는 결코 누설되는 일이 없다.

또한 공장에서 생산될 때에는 펌프케이싱 및 계자 부분과는 독립적으로 생산되어서 조립만 하게 되므로 다량 생산이 쉬워지는 이점을 가지고 있다.

제 2도 제 3도에는 시동 보조자석(315)이 회전자 조립체 케이스 외부에 부착되어 있는 상태가 도시되어있다.

시동보조자석(315)는 계자의 자극사이에 위치되도록 부착되어 있어서 영구자석 회전자의 자극과 계자의 자극이 정지 상태에 있을 때 일직선상에 놓이는 것을 방지하므로써 계자에 전류가 흐를 때 시동이 용이해지도록 돕는 작용을 한다.

영구자석회전자가 2개 이상일 경우에는 시동보조자석이 영구자석회전자 사이에 위치하도록 할 수도 있다.

제 9도에 상기한 경우의 예가 도시되어 있다.

다음에 본 발명의 핵심적인 부분인 날개차 부분에 대해서 설명한다. 날개차(2)는 날개(21)과 몸통(22)로 되어 있고 뚜껑(23)이 덮여져 있다.

몸통(22)의 내부에는 축(311)과 날개차(2)릍 탄성적으로 연결하는 나선 스프링(24) 또는 스프링-톱니바퀴 조립체(25)가 있고, 나선스프링을 사용하는 경우에는 몸통내부에 멈치(26)가 일체로 붙어 있고 축에는 멈치팔(27)이 고착되어 있다.

나선 스프링 또는 스프링 톱니바퀴조립체는 전동기 회전축의 회전력을 서서히 날개차에 전달하여 날개차를 서서히 가속시키는 작용을 한다. 만일 나선스프링이 없이 전동기 회전축이 날개차에 직접 결합되어 있다면 회전축이 회전력은 직접적으로 날개차에 전달될 것이고 날개차의 관성저항 때문에 전동기는 시동이 되기 어렵다. 이것이 동기전동기와 유도전동기 사이의 차이점이다.

이제 제7도를 참조하여 펌프의 작동에 관해서 설명하면 다음과 같다. 날개차에 붙어 있는 멈치(26)와 멈치팔(27)은 정지상태에 있어서는 나선스프링의 탄성력에 의해서 서로 접촉하고 있다.

전동기의 영구자석 회전자는 계자에 교류 전류가 흐르면 좌측 또는 우측 어느쪽으로든지 회전이 가능하다.

지금 회전자가 좌측으로 회전하려 한다고 가정하자.

그러면 멈치팔과 멈치가 접촉하고 있기 때문에 회전자는 날개차를 1/2사이클만에 동기속도로 가속시킬 수 있는 힘을 날개차에 주어야 기동이 된다.

그러나 날개차의 관성회전모멘트는 이것이 불가능하도록 크게 조정되어 있기 때문에(조정한다기보다 대부분은 날개차의 무게가 저절로 크다) 회전자는 좌측으로는 기동이 되지 않는다.

회전자가 우측으로 회전하려 한다면 회전자의 회전에 반대되는 힘은 나선스프링의 탄력뿐이며, 이 탄력은 별로 크지 않으므로 회전자는 쉽사리 회전을 시작하여 멈치와 멈치팔 사이의 거리는 점점 멀어진다.

그러면 후크(HOOK'LAW)의 법칙에 의해서 날개차(2)는 멈치(26)와 멈치팔(27) 사이의 거리 즉 나선스프링이 비틀린 각도에 비례하는 회전력을 받아서 회전축이 회전하는 속도보다는 훨씬 서서히 회전축(311)에 의해서 가속된다. 그리고 멈치팔(27)이 한바퀴 돌아서 멈치(26)이 닿을 때쯤이면 날개차(2)는 동기속도로 가속되어서 회전자와 동일한 속도로 회전하게 된다.

이러한 작용 때문에 날개차(2)의 관성모멘트에 의한 동기전동기의 시동부하가시간적으로 분산이 되므로 동기 전동기의 시동이 용이해진다.

이것을 다시 설명하면 전동기의 회전축과 날개차는 360℃범위 내에서 서로 헛돌 수 있도록 되어 있는 셈이므로 동기전동기의 기동초기에는 마치 날개차가 전동기 축에 붙어 있지 않는 것과 마찬가지로 동기 전동기가 기동이 된 뒤에 일정시간이 지나면서 서서히 부하가 전동기 축에 가해지도록 되는 것이다.

이상 설명한 바에 의해서 제 6도 및 제 7도에 도시한 날개차를 설치한 동기 전동기는 좌측으로는 돌지 못하고 우측으로만 회전한다.

제 6도 및 제 7도에 도시된 경우는 축과 날개차가 360°즉 한바퀴만 서로 겉돌 수 있으나 날개차의 중량이 무거울 경우에는 축과 날개차가 여러바퀴 겉돌 수 있도록 제10도에 도시한 바와 같은 구조로 하는 것이 좋다.

제10도를 보면 회전자축(311)에는 조그마한 치차(241)이 결합되어 있다. 소치차(241)은 날개차 몸체에 고정된 축(246)에 끼워져서 자유롭게 회전가능한 대치차(242)와 맞물려 있고 대치차(242)는 소치차(243)과 일체로 결합되어 있다.

소치차(243)은 부채꼴 치차(244)와 맞물려 있다.

부채꼴 치차(244)에는 스프링(245) 부착돌기(248)가 있고, 날개차에도 스프링 부착돌기(249)가 있어서 스프링(245)가 부채꼴치차의 일단이 날개차 몸통 벽에 닿도록 탄성적으로 잡아당기고 있다.

부채꼴 치차의 타단은 날개차 몸통벽으로부터 멀리 떨어져 있어서 날개차에 형성된 축(247)을 중심으로 좌측으로 회전할 수 있도록 되어 있다.

제10도에 도시된 날개차의 작동원리도 제 7도에 도시된 것과 동일하다.

다만 제 7도의 날개차에 있어서는 멈치팔이 회전할 수 있는 각도가 360°미만인 것에 비해서 제10도의 날개차에 있어서는 부채꼴치차(244)가 좌측으로 회전하여 날개차 몸통벽에 닿을 때까지 전동기 회전축이 여러바퀴 회전할 수 있다.

본 발명의 유체펌프는 그 구조가 간단하고 유체의 누설이 없으며 조립이 손쉬우며, 가격이 저렴하므로 많은 용도가 있다.

양수기, 잠수식우물펌프, 온수순환펌프, 내산, 내알카리펌프, 화학공학용 기체펌프, 각종크기의 송풍기, 헤어드라이어, 진공청소기용 공기펌프등이 본 발명의 주요 용도이다.

Claims (3)

1. a) 영구자석회전자와 영구자석회전자를 구등하기 위한 계자부, 영구자석회전자 및 베아링을 내부에 포함하고 영구자석회전자 및 베아링을 외부로부터 기밀적으로 격리하는 회전자 조립체케이스 및 가동보조자석으로 구성된 동기 전동기와 b) 날개 및 몸통으로 구성되고, 몸통 내부에는 전동기회전자의 회전력을 회전자의 회전방향에 따라 날개차에 탄성적으로 전달할 수 있는 수단과 직접적으로 전달하는 수단이 설치되어 있는 날개차 c)와 펌프케이싱으로 구성된 원심형 유체펌프.
2. 제1항에 있어서 전동기 회전자의 회전력을 날개차에 탄성적으로 전달하는 수단이 나선 스프링이고 전동기 회전자의 회전력을 날개차에 직접적으로 전달하는 수단은 날개차에 일체로 고착된 멈치와 전동기 회전자의 회전축에 일체로 고착된 멈치팔인 것을 특징으로 하는 원심형 유체펌프.
3. 제1항에 있어서 전동기 회전자의 회전력이 회전자에 고착된 소치차와 이소치차에 맞물린 복수개의 치차군 및 회전자에 고착된 소치차에 맞물린 순서로 보아서 최종의 치차인부채꼴치차에 결합된 스프링에 의해서 날개 차에 탄성적으로 전달되고 전동기 회전자의 회전력이 회전자에 고착된 소치차 및 이소치차에 맞물린 복수개의 치차군 및 회전자에 고착된 소치차에 맞물린 순서로 보아서 최종의 치차인 부채꼴 치차의 일단과 맞닿은 날개차 몸통벽에 의해서 직접적으로 날개차에 전달되는 것임을 특징으로 하는 원심형 유체펌프.

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