WO2015064853A1 - 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프 - Google Patents

마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프 Download PDF

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WO2015064853A1
WO2015064853A1 PCT/KR2014/001520 KR2014001520W WO2015064853A1 WO 2015064853 A1 WO2015064853 A1 WO 2015064853A1 KR 2014001520 W KR2014001520 W KR 2014001520W WO 2015064853 A1 WO2015064853 A1 WO 2015064853A1
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WO
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coupling device
separation casing
metal foil
magnetic coupling
holder
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/001520
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English (en)
French (fr)
Inventor
박병식
이시우
양영민
이동현
김혁주
정대헌
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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
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    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/01—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/104—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
    • H02K49/106—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with a radial air gap
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • 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
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    • F16D27/04—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with electromagnets incorporated in the clutch, i.e. with collecting rings with axially-movable friction surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic coupling device and a fluid pump using the same, and more particularly, rotation by forming a metal foil having one end fixed in an annular shape along an inner circumferential surface or an outer circumferential surface of a separation casing provided in a region which is contactlessly connected between shafts. Due to the eccentricity or eccentricity of the inner ring rotation shaft, the permanent magnets formed on the inner and outer rings are prevented from sticking or interfering with the effective transmission of torque, and the inner and outer rings are rotated concentrically to obtain stable rotation of the rotating shaft. It relates to a magnetic coupling device and a fluid pump using the same.
  • the present invention relates to a coupling for transmitting gray power between shafts, and more particularly, to a magnetic coupling device and a fluid pump using the same to connect shafts and transfer power by using magnetic forces generated between magnetic bodies.
  • shaft couplings connecting two different rotary shafts there are a gear type such as a spline, a diaphragm type, and a flexible coupling type.
  • gear type such as a spline, a diaphragm type, and a flexible coupling type.
  • magnetic coupling is a coupling of a method of transmitting rotational torque by connecting magnetically separated shafts from each other by magnetic force. This allows the two axes to be completely physically separated, making them widely used in applications where airtightness is required between the axes.
  • the eccentricity or eccentricity of the rotational shaft is moved to the empty space where the magnetic field is formed at the part where the shaft is connected during operation. This may cause a problem that magnetic force is irregularly applied between the outer ring and the inner ring, and rotational torque is not normally transmitted between the shafts.
  • the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a metal foil along an outer circumferential surface or an inner circumferential surface of a separating casing provided between shafts of a magnetic coupling, thereby causing a phenomenon of being stuck by magnetic force between the inner and outer rings.
  • the present invention provides a magnetic coupling device and a fluid pump using the same, which can prevent a phenomenon in which the rotating shaft is eccentric or eccentric, and transmit rotational torque more efficiently.
  • the first shaft 110 The first magnet combination 130 having the first holder 120 provided at one end of the first shaft 110 and the split electrodes having N and S poles in the inner diameter of the first holder 120 are cross-assembled.
  • a split electrode having an outer ring magnetic gear 100, a second shaft 210, a second holder 220 provided at the end of the second shaft 210, and N and S poles at outer diameters of the second holder.
  • the separation casing 300 is located in the space formed between the outer diameter of the first holder 120 and the inner diameter of the Including, but the separation casing 300, at least one slot 310 formed along at least one of the inner and outer peripheral surfaces of the separation casing 300 and the slot 310 of the separation casing 300 is one end It includes a fixed fixed end 321 and a free end 322 of the other end extending in the rotation direction of the first and second shafts, and comprises a first metal foil 320 installed to surround the rotation axis
  • the magnetic coupling device 1 and the magnetic coupling device are included, the first shaft 110 is connected to the motor side, the second shaft 210 is connected to the pump side, the separation casing 300 provides a magnetic coupling device 1 and a fluid pump 2 equipped with the above-described magnetic coupling device, which are formed to form part of the pump housing.
  • the first metal foil 320 may be provided in plural along at least one surface of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the separation casing 300, and the plurality of first metal foils 320 are provided in the separation casing. It may be disposed along the circumferential direction of 300, and may be disposed to overlap some areas of the first metal foil 320.
  • a plurality of slots 310 are provided in the separation casing 300, and may be formed at predetermined intervals so as to be symmetrical with each other along an inner circumferential surface or an outer circumferential surface of the separation casing 300, and the first metal foil 320 may be
  • the free end 322 includes at least one cutout 323 having a predetermined length cut from the fixed end 321.
  • the separation casing 300 is located between the first metal foil 320 and the separation casing 300, the fixed end 331 is fixed to one end of the slot 310 of the separation casing (300) And at least one second metal foil 330 having a free end 332 having the other end extending in the rotation direction of the first and second shafts, and having at least one portion having a wave-shaped cross section.
  • the second metal foil 330 includes at least one cutout portion 333 cut in a predetermined length from the free end 332 to the fixed end 331, and has the second metal foil 330.
  • the wave-shaped cross section is preferably formed so that the amplitude gradually decreases along the direction from the fixed end 331 to the free end 332.
  • the separation casing 300 may further include a cooling air inlet 340 through which cooling air may be supplied to a predetermined region where the slot 310 is not formed.
  • the magnetic coupling device and the fluid pump using the same of the present invention as described above, 1 by introducing a separate casing between the outer ring and the inner ring of the magnetic coupling device implemented in a non-contact to prevent the problem of leakage of the working fluid on the pump side Dot, 2
  • the inner or outer circumferential surface of the separating casing forms a metal foil structure optimized for non-contact coupling, causing permanent magnets formed on the inner and outer rings to stick or prevent the effective transmission of rotational torque due to eccentricity or eccentricity of the inner ring rotation axis during rotation.
  • FIG 1 and 2 are schematic diagrams showing the basic configuration and operating principle of the magnetic coupling device.
  • FIG 3 is a perspective view of a magnetic coupling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a plan view of a magnetic coupling device in which one first metal foil 320 is provided on an inner circumferential surface of the separation casing 300 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a plan view of a magnetic coupling device having six first metal foils 320 disposed on an inner circumferential surface of the separation casing 300 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a magnetic coupling device having six first metal foils 320 disposed on an outer circumferential surface of the separation casing 300 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a magnetic coupling device having a plurality of first metal foils 320 and a second metal foil 330 on the inner circumferential surface of the separation casing 300 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating the first metal foil 320 having the cutout 323 formed therein according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a second metal foil 330 having a cutout 323 formed in accordance with one embodiment of the present invention.
  • outer ring magnetic gear 110 first shaft
  • first metal foil 321 fixed end of the first metal foil
  • the present invention is a magnetic coupling device (1) provided in the gear connecting portion for transmitting the rotational power between the shaft according to a preferred embodiment, the first shaft 110 and one end thereof is provided
  • the outer ring magnetic gear 100 including the first holder 120 and the first magnet combination 130 cross-assembled with split electrodes having N and S poles in the inner diameter of the first holder 120, the second shaft.
  • a magnetic coupling device 1 comprising a separate casing 300 to be positioned.
  • the separation casing 300 one end is fixed to at least one slot 310 formed along at least one surface of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the separation casing 300 and the slot 310 of the separation casing 300.
  • the fixed end 321 and the free end 322 of the other end extending in the rotational direction of the shaft, characterized in that it comprises a first metal foil 320 is installed to surround the shaft of rotation.
  • the above-described magnetic coupling device 1 is included, the first shaft 110 is connected to the motor side, the second shaft 210 is connected to the pump side, the separation casing 300 is the Provided is a fluid pump (2) equipped with a magnetic coupling device, characterized in that formed in part.
  • the magnetic coupling device is a contactless coupling device in which the two shafts are completely separated physically as compared to the conventional gear type coupling device.
  • the magnetic coupling device is assembled by splitting electrodes having N and S poles intersected with the outer diameter of the inner ring and the inner diameter of the outer ring, respectively, so that the magnetic force of the attraction force and the repulsive force generated between the split electrodes are mutually generated. This serves to transfer the rotational torque of one shaft connected to the motor to the other shaft.
  • the magnetic coupling device Since the magnetic coupling device is generally applied when the working fluid used on the pump side is harmful or expensive and a problem occurs when leaking, the magnetic coupling device includes a separation casing 300 between the inner and outer rings to prevent such a leakage problem. It is preferable. However, it is not limited to the use mentioned above.
  • a magnetic coupling device composed of the outer ring magnetic gear 100, the inner ring magnetic gear 200, and the separation casing 300 as described above is disclosed in FIG. 3.
  • the separation casing 300 described above is formed to form part of a pump housing connected to one shaft when the magnetic coupling device 1 is applied to the fluid pump 2 according to an embodiment of the present invention. This can solve the problem of leakage of the working fluid on the pump side.
  • At least one surface of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the separation casing 300 may be provided with a first metal foil 320 having fluidity by taking a thin film form of a metal material.
  • At least one slot 310 is preferably formed along any one or more of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the separation casing 300.
  • the groove may be recessed to a predetermined size in the outer circumferential direction on the inner circumferential surface.
  • the fixed end 321 and the free end 322 described above are preferably located corresponding to the rotation direction of the shaft. More specifically, it is preferable that the circumferential direction from the fixed end 321 to the free end 322 and the rotation direction of the shaft coincide with each other.
  • the first metal foil 320 may be provided integrally with the inner circumferential surface or the outer circumferential surface of the separation casing 300, but as illustrated in FIG. 5, the plurality of first metal foils 320 in the circumferential direction. ) May be provided.
  • the plurality of first metal foils 320 are disposed in the circumferential direction, air force can be generated more stably, and thus the eccentricity or eccentricity of the shaft can be more effectively controlled.
  • a plurality of first metal foils 320 may be formed along the outer circumferential surface of the separation casing 300, and in this case, the separation casing 300 may include the outer ring magnetic gear 100 and the first holder ( It is to prevent the approach to the inner circumferential surface of 120.
  • first metal foils 320 are provided in the circumferential direction, as shown in FIG. 7, it is preferable that the first metal foils 320 are disposed to overlap some areas of the first metal foils 320.
  • the plurality of slots 310 provided to fix the plurality of first metal foils 320 may be formed at predetermined intervals so as to be symmetrical with each other along the inner circumferential surface or the outer circumferential surface of the separation casing 300. This arrangement allows for more stable concentric rotation.
  • the first metal foil 320 may be provided with at least one cutout portion 323 having a predetermined length cut from the free end 322 to the fixed end 321.
  • a schematic diagram of this is shown in FIG. 8. The relative movement between the first metal foil 320 separated by the above-described cutout 323 becomes more active, and damping due to friction is increased, thereby enabling more effective and stable shaft control.
  • the separation casing 300 may further include a second metal foil 330 in addition to the above-described first metal foil 320. More specifically, the second metal foil 330 is located between the separation casing 300 and the first metal foil 320, one end is fixed to the slot 310, the fixed end 331 is formed, the shaft The free end 3220 extends without being fixed in the rotational direction, and preferably has a wave shaped cross section as a whole. This second metal foil 330 is shown in FIG. 9.
  • the second metal foil 330 By adding the second metal foil 330 as described above, it is possible to supplement the first metal foil 320 to generate a more effective air force and induce a stable concentric rotation of the shaft. More specifically, when the first metal foil 320 and the second metal foil 330 is formed on the inner circumferential surface of the separation casing 300 as an example, between the first metal foil 320 and the inner circumferential surface of the separation casing 300.
  • the second metal foil 330 having a wave-shaped cross section positioned therein cancels the pressure of air generated in the direction of the inner circumferential surface of the casing 300 from the shaft due to rotation of the shaft by temporarily deforming the wave shape temporarily.
  • one or more cutouts 333 may be provided in the second metal foil 330 as in the case of the first metal foil 320, and a schematic diagram thereof is illustrated in FIG. 9. The effect obtained thereby is the same as in the case of the first metal foil 320 described above.
  • the wave-shaped cross section formed on the second metal foil 330 is preferably formed so that the amplitude of the wave gradually decreases in the direction from the fixed end 331 to the free end 332.
  • At least one cooling air inlet 340 to which cooling air can be supplied is provided in a predetermined region in which the slot 310 is not formed in the separation casing 300. It is desirable to be.
  • the present invention is a device for preventing the eccentricity or eccentricity of the rotational axis of the inner ring by generating or offsetting the air force through the metal foil when the shaft is rotated by operating the device, the heat generated by the air friction during operation do. Therefore, it is necessary to cool the air layer formed in the space between the inner ring magnetic gear 200 and the first and second metal foils, and the space between the first and second metal foils and the separation casing 300. This problem can be solved by injecting cooling air into the device through the cooling air inlet 340 described above.

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Abstract

본 발명은 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤프트 간에 비접촉식으로 연결되는 영역에 구비되어지는 분리케이싱의 내주면 또는 외주면을 따라 환형으로 일단이 고정된 금속박을 형성함으로써 회전 중에 내륜 회전축의 이심이나 편심현상으로 인하여 내륜과 외륜에 형성된 영구자석이 붙어버리거나 효과적인 회전 토크의 전달을 방해하는 것을 방지하고 내륜과 외륜 두 회전체가 동심으로 회전하도록 유도하여 안정적인 회전축의 회전을 얻을 수 있는 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프에 관한 것이다.

Description

마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프
본 발명은 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤프트 간에 비접촉식으로 연결되는 영역에 구비되어지는 분리케이싱의 내주면 또는 외주면을 따라 환형으로 일단이 고정된 금속박을 형성함으로써 회전 중에 내륜 회전축의 이심이나 편심현상으로 인하여 내륜과 외륜에 형성된 영구자석이 붙어버리거나 효과적인 회전 토크의 전달을 방해하는 것을 방지하고 내륜과 외륜 두 회전체가 동심으로 회전하도록 유도하여 안정적인 회전축의 회전을 얻을 수 있는 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프에 관한 것이다.
본 발명은 샤프트 간에 회정 동력을 전달하는 커플링에 관한 것으로서, 특히 자성체 사이에서 발생되는 자기력을 이용하여 축을 연결하고 동력을 전달하는 마그네틱 커플링(magnetic coupling) 장치 및 이를 이용한 유체펌프에 관한 것이다.
서로 다른 두 개의 회전축을 서로 연결하는 축 커플링 중에서는 스플라인 등의 기어타입, 다이어프레임 타입, 플렉서블(flexible) 커플링 타입 등이 있다. 이 중에서 마그네틱 커플링은 서로 물리적으로 떨어져 있는 축 사이를 자기력을 통해 연결하여 회전 토크를 전달하는 방식의 커플링이다. 이를 통해 두 축을 물리적으로 완전히 분리할 수 있어 축 간에 기밀이 요구되는 응용분야에 널리 사용되고 있다.
샤프트 간에 비접촉식으로 연결되어 회전 토크가 전달되는 방식의 마그네틱 커플링에서는 운전 중에 축이 연결되는 부위에 자기장이 형성되는 빈 공간으로 회전축이 이동하게 되는 이심이나 편심 현상이 발생되고, 이로 인해 외륜과 내륜이 붙어버리거나, 외륜과 내륜간에 자력이 불규칙하게 작용하게 되고 축 간에 회전 토크가 정상적으로 전달되지 않는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 마그네틱 커플링의 축 간에 마련되어지는 분리케이싱의 외주면 또는 내주면을 따라 금속박을 구비함으로써, 내륜과 외륜 간 자력에 의해 붙어버리는 현상이나 회전축이 이심되거나 편심되는 현상을 방지하고, 회전 토크를 보다 효율적으로 전달할 수 있는 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 샤프트 간에 회전 동력을 전달하기 위하여 기어 연결부에 구비되는 마그네틱 커플링(magnetic coupling) 장치(1)에 있어서, 제1샤프트(110), 상기 제1샤프트(110)의 일단에 구비되는 제1홀더(120) 및 상기 제1홀더(120)의 내경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제1마그네트조합(130)을 포함하는 외륜 마그네틱 기어(100), 제2샤프트(210), 상기 제2샤프트(210)의 말단에 구비되는 제2홀더(220) 및 상기 제2홀더의 외경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제2마그네트조합(230)을 포함하되, 상기 제2홀더(220)가 상기 제1홀더(120) 내측으로 삽입되도록 형성되어진 내륜 마그네틱 기어(200) 및 상기 제2홀더(220)의 외경과 제1홀더(120)의 내경 사이에 형성되는 공간에 위치되어지는 분리케이싱(300)을 포함하되, 상기 분리케이싱(300)은, 상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 형성된 적어도 하나 이상의 슬롯(310) 및 상기 분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(321) 및 상기 제1,2샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(322)을 포함하고, 회전축을 둘러싸도록 설치되는 제1금속박(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치(1) 및 상기 마그네틱 커플링 장치가 포함되고, 상기 제1샤프트(110)는 전동기 측에 연결되고, 상기 제2샤프트(210)는 펌프 측에 연결되며, 상기 분리케이싱(300)은 펌프 하우징의 일부를 이루도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치(1) 및 상술한 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프(2)를 제공한다.
이때, 상기 제1금속박(320)은 상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 복수 개가 구비되어 있는 제1금속박(320)들은, 상기 분리케이싱(300)의 원주 방향을 따라 배치되며, 상기 제1금속박(320) 상호 간에 일부 면적이 겹치도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 분리케이싱(300)에 슬롯(310)들이 복수 개가 마련되되, 상기 분리케이싱(300)의 내주면 또는 외주면을 따라서 상호 대칭되도록 일정 간격으로 형성될 수 있으며, 상기 제1금속박(320)은 상기 자유단(322)으로부터 상기 고정단(321) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(323)를 적어도 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 분리케이싱(300)은, 상기 제1금속박(320)과 상기 분리케이싱(300) 사이에 위치되며, 상기 분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(331) 및 상기 제1,2샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(332)을 포함하고, 적어도 일 부분이 파동 형상의 단면을 가지는 적어도 하나 이상의 제2금속박(330)을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2금속박(330)은 상기 자유단(332)으로부터 상기 고정단(331) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(333)를 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 제2금속박(330)이 갖는 파동 형상의 단면은, 상기 고정단(331)으로부터 자유단(332)으로의 방향을 따라 진폭이 점진적으로 감소하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또, 상기 분리케이싱(300)은, 상기 슬롯(310)이 형성되어 있지 않은 소정의 영역에 냉각용 공기가 공급될 수 있는 냉각공기 주입구(340)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 마그네틱 커플링 장치 및 이를 이용한 유체펌프는, ①비접촉식으로 구현되는 마그네틱 커플링 장치의 외륜과 내륜 사이에 분리케이싱을 도입함으로써 펌프 측에서 작동 유체가 누설되는 문제를 방지한다는 점, ②분리케이싱의 내주면 또는 외주면에, 비접촉식 커플링에 최적화된 금속박 구조를 형성시킴으로써 회전 중에 내륜 회전축의 이심이나 편심현상으로 인하여 내륜과 외륜에 형성된 영구자석이 붙어버리거나 효과적인 회전 토크의 전달을 방해하는 것을 방지한다는 점, ③내륜과 외륜 두 회전체가 동심으로 회전하도록 유도함으로써 더욱 안정적인 회전축의 회전을 얻을 수 있다는 점, ④금속박 복수 개를 상호 일정 면적이 겹치도록 배치하거나, 파동 형상을 띠는 금속박을 저면에 추가로 배치하거나, 금속박에 절개부를 형성하여 금속박의 상대적인 유동을 증가시킴으로써 상술한 효과를 더욱 증폭시킬 수 있다는 점 등의 효과를 갖는다.
도 1 및 2는 마그네틱 커플링 장치의 기본적인 구성과 작동 원리를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 커플링 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분리케이싱(300)의 내주면에 하나의 제1금속박(320)이 구비되어 있는 마그네틱 커플링 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 분리케이싱(300)의 내주면에 여섯 개의 제1금속박(320)이 구비되어 있는 마그네틱 커플링 장치의 평면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 분리케이싱(300)의 외주면에 여섯 개의 제1금속박(320)이 구비되어 있는 마그네틱 커플링 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 분리케이싱(300)의 내주면에 복수 개의 제1금속박(320) 및 제2금속박(330)이 구비되어 있는 마그네틱 커플링 장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 절개부(323)가 형성되어 있는 제1금속박(320)을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 절개부(323)가 형성되어 있는 제2금속박(330)을 도시한 도면이다.
(부호의 설명)
1 : 마그네틱 커플링 장치
2 : 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프
100 : 외륜 마그네틱 기어 110 : 제1샤프트
120 : 제1홀더 130 : 제1마그네트조합
200 : 내륜 마그네틱 기어 210 : 제2샤프트
220 : 제2홀더 230 : 제2마그네트조합
300 : 분리케이싱 310 : 슬롯
320 : 제1금속박 321 : 제1금속박의 고정단
322 : 제1금속박의 자유단 323 : 제1금속박의 절재부
330 : 제2금속박 331 : 제2금속박의 고정단
332 : 제2금속박의 자유단 333 : 제2금속박의 절재부
340 : 냉각공기 주입구
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
먼저 본 발명은 바람직한 일 실시예에 따라 샤프트 간에 회전 동력을 전달하기 위하여 기어 연결부에 구비되는 마그네틱 커플링(magnetic coupling) 장치(1)에 있어서, ①제1샤프트(110)와 그의 일단에 구비되는 제1홀더(120), 그리고 제1홀더(120)의 내경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제1마그네트조합(130)을 포함하는 외륜 마그네틱 기어(100), ②제2샤프트(210)와 그의 말단에 구비되는 제2홀더(220), 그리고 제2홀더(220)의 외경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제2마그네트조합(230)을 포함하며, 이때 제2홀더(220)가 제1홀더(120) 내측으로 삽입되도록 형성되어진 내륜 마그네틱 기어(200) 및 ③제2홀더(220)의 외경과 제1홀더(120)의 내경 사이에 형성되는 공간에 위치되어지는 분리케이싱(300)을 포함하는 마그네틱 커플링 장치(1)를 제공한다.
이때 상기 분리케이싱(300)은, ①분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 형성된 적어도 하나 이상의 슬롯(310) 및 ②분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(321) 및 샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(322)을 포함하고, 샤프트의 회전축을 둘러싸도록 설치되는 제1금속박(320)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 마그네틱 커플링 장치(1)가 포함되고, 제1샤프트(110)는 전동기 측에 연결되고, 제2샤프트(210)는 펌프 측에 연결되며, 분리케이싱(300)은 펌프 하우징의 일부를 이루도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프(2)를 제공한다.
마그네틱 커플링 장치는 통상적인 기어타입의 커플링 장치와 비교하여 물리적으로 두 축이 완전히 분리되어 있는 비접촉식 커플링 장치이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 마그네틱 커플링 장치는 내륜의 외경과 외륜의 내경에 각각 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차되어 조립되어, 이러한 분할 전극들 상호 간에 발생되는 인력과 척력의 자기력으로 인해 전동기 등에 연결되어 있는 한 축의 회전 토크를 다른 축으로 전달하는 역할을 수행한다.
마그네틱 커플링 장치는 통상적으로 펌프 측에서 사용되는 작동 유체가 유해하거나 고가이어서 누설시 문제가 발생되는 경우에 적용되므로, 이러한 누설 문제를 방지하기 위하여 내륜과 외륜 사이에 분리케이싱(300)을 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 상술한 용도에 국한되는 것은 아니다. 상술한 바와 같은 외륜 마그네틱 기어(100), 내륜 마그네틱 기어(200) 및 분리케이싱(300)으로 구성되는 마그네틱 커플링 장치가 도 3에 개시되어 있다. 상술한 분리케이싱(300)은, 본 발명의 일 실시예에 따라 마그네틱 커플링 장치(1)가 유체펌프(2)에 적용되는 경우, 한 쪽 샤프트에 연결되는 펌프 하우징의 일부를 이루도록 형성된다. 이로써, 펌프 측에서 작동 유체가 누설되는 문제를 해소할 수 있다.
한편, 본 발명은 바람직한 일 실시예에 따라 상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중 어느 하나 이상의 면에는, 금속 재질의 박막 형태를 취해 유동성을 갖는 제1금속박(320)이 구비될 수 있다. 이를 통해 내륜 마그네틱 기어(200)의 회전으로 인해 축의 유동이 발생되는 경우, 내륜의 회전축을 회전 중심으로 밀어내는 공기력(aerodynamic force)을 발생시켜 내륜의 회전축이 외륜의 내주면 쪽으로 이동하는 이심 및 편심 현상을 방지할 수 있다.
더욱 상세하게는, 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중 어느 하나 이상의 면을 따라서 적어도 하나 이상의 슬롯(310)이 형성되는 것이 바람직하다. 일 실시예로 분리케이싱(300)의 내주면에 슬롯(310)이 형성되는 경우, 내주면 상에서 외주 방향으로 소정 크기로 움푹 파여진 홈의 형상을 띨 수 있다.
상술한 바와 같이 형성되는 슬롯(310)에 제1금속박(320)의 일 측면이 고정된다. 이러한 고정된 일 측면인 고정단(321)과, 축의 회전 방향을 따라 연장되어 말단이 고정되어 있지 않은 자유단(322)이 형성되며, 제1금속박(320)은 전체적으로 회전축을 둘러싸도록 환형으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한 상술한 고정단(321)과 자유단(322)은 축의 회전 방향과 대응하여 위치되는 것이 바람직하다. 더욱 자세하게는 고정단(321)에서 자유단(322)으로의 원주 방향과 축의 회전 방향이 일치하도록 구성하는 것이 바람직하다.
제1금속박(320)은 도 4에 도시된 바와 같이 분리케이싱(300)의 내주면 또는 외주면에 일체로 하나가 구비될 수도 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 원주 방향으로 복수 개의 제1금속박(320)의 구비될 수도 있다. 복수 개의 제1금속박(320)을 원주 방향으로 배치하게 되면 더욱 안정적으로 공기력을 발생시킬 수 있어 축의 이심이나 편심을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또, 도 6에 도시된 바와 같이 제1금속박(320)은 분리케이싱(300)의 외주면을 따라서 복수 개가 형성될 수 있으며, 이러한 경우 분리케이싱(300)이 외륜 마그네틱 기어(100) 제1홀더(120)의 내주면으로 접근하는 것을 방지하는 역할을 수행하게 된다.
아울러, 제1금속박(320)이 원주 방향으로 복수 개가 마련되는 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이 제1금속박(320) 상호 간에 일부 면적이 겹치도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 복수 개의 제1금속박(320)을 고정시키기 위해 구비되는 복수 개의 슬롯(310)은 분리케이싱(300)의 내주면 또는 외주면을 따라서 상호 대칭되도록 일정 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 배치를 통해 보다 안정적으로 동심 회전을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제1금속박(320)에는 자유단(322)으로부터 고정단(321) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(323)가 하나 이상 구비될 수 있다. 이에 대한 모식도가 도 8에 도시되어 있다. 상술한 절개부(323)로 인하여 분리되는 제1금속박(320) 간의 상대적인 운동이 더욱 활발하게 되어 마찰에 의한 댐핑(damping)이 증가됨으로써, 더욱 효과적이고 안정적인 축 제어가 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 분리케이싱(300)에는 상술한 제1금속박(320)에 추가하여 제2금속박(330)이 더 포함될 수 있다. 더욱 자세하게는, 상기 제2금속박(330)은 분리케이싱(300)과 제1금속박(320)사이에 위치하게 되며, 슬롯(310)에 일단부가 고정되어 고정단(331)이 형성되어지고, 축 회전 방향으로 고정되지 않고 연장되어 자유단(3220)이 형성되어지며, 전체적으로 파동 형상의 단면을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 제2금속박(330)은 도 9에 도시되어 있다.
상술한 바와 같은 제2금속박(330)을 추가함으로써, 제1금속박(320)을 보완하여 더욱 효과적으로 공기력을 발생시키고 축의 안정적인 동심회전을 유도할 수 있게 된다. 더욱 상세하게는, 일 예로서 제1금속박(320)과 제2금속박(330)이 분리케이싱(300)의 내주면에 형성되는 경우에, 제1금속박(320)과 분리케이싱(300) 내주면 사이에 위치하고 있는 파동 모양의 단면을 갖는 제2금속박(330)은 축의 회전으로 인해 축으로부터 분리케이싱(300)의 내주면 방향으로 발생되는 공기의 압력을 파동 모양이 일시적으로 납작하게 변형됨으로써 상쇄시키게 된다.
또한, 바람직한 일 실시예에 따라 제2금속박(330)에는 제1금속박(320)의 경우와 마찬가지로 하나 이상의 절개부(333)가 구비될 수 있으며 이에 대한 모식도가 도 9에 도시되어 있다. 이로 인해 얻게 되는 효과는 상술한 제1금속박(320)의 경우와 동일하다.
또, 제2금속박(330)에 형성되는 파동 모양의 단면은 고정단(331)으로부터 자유단(332)으로의 방향으로 파동의 진폭이 점진적으로 감소되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해 제1금속박(320)과 상호 보완하여 축의 회전시 탄력적인 운동이 가능하게 되어 보다 안정적으로 축의 이심 및 편심을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 분리케이싱(300)에서 슬롯(310)이 형성되어 있지 않은 소정의 영역에는 냉각용 공기가 공급될 수 있는 냉각공기 주입구(340)가 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다. 본 발명은 장치가 작동되어 축이 회전될 때, 금속박을 통해 공기력을 발생 내지 상쇄시켜 내륜의 회전 축이 외륜 내부에서 이심되거나 편심되는 것을 방지하기 위한 장치이므로, 작동시 공기 마찰에 의해 열이 발생된다. 따라서 내륜 마그네틱 기어(200)와 제1 및 제2금속박 간의 사이 공간, 제1 및 제2금속박과 분리케이싱(300) 간의 사이 공간 등에 형성되어 있는 공기층을 냉각시켜야 할 필요가 있다. 상술한 냉각공기 주입구(340)를 통하여 냉각용 공기를 장치 내부에 주입시켜 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (18)

  1. 샤프트 간에 회전 동력을 전달하기 위하여 기어 연결부에 구비되는 마그네틱 커플링(magnetic coupling) 장치(1)에 있어서,
    제1샤프트(110), 상기 제1샤프트(110)의 일단에 구비되는 제1홀더(120) 및 상기 제1홀더(120)의 내경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제1마그네트조합(130)을 포함하는 외륜 마그네틱 기어(100);
    제2샤프트(210), 상기 제2샤프트(210)의 말단에 구비되는 제2홀더(220) 및 상기 제2홀더(220)의 외경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제2마그네트조합(230)을 포함하되, 상기 제2홀더(220)가 상기 제1홀더(120) 내측으로 삽입되도록 형성되어진 내륜 마그네틱 기어(200); 및
    상기 제2홀더(220)의 외경과 제1홀더(120)의 내경 사이에 형성되는 공간에 위치되어지는 분리케이싱(300);
    을 포함하되, 상기 분리케이싱(300)은,
    상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 형성된 적어도 하나 이상의 슬롯(310); 및
    상기 분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(321) 및 상기 제1,2샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(322)을 포함하고, 회전축을 둘러싸도록 설치되는 제1금속박(320);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속박(320)은 상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 복수 개가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개가 구비되어 있는 제1금속박(320)들은, 상기 분리케이싱(300)의 원주 방향을 따라 배치되며, 상기 제1금속박(320) 상호 간에 일부 면적이 겹치도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리케이싱(300)에 슬롯(310)들이 복수 개가 마련되되,
    상기 분리케이싱(300)의 내주면 또는 외주면을 따라서 상호 대칭되도록 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속박(320)은 상기 자유단(322)으로부터 상기 고정단(321) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(323)를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리케이싱(300)은,
    상기 제1금속박(320)과 상기 분리케이싱(300) 사이에 위치되며, 상기 분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(331) 및 상기 제1,2샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(332)을 포함하고, 적어도 일 부분이 파동 형상의 단면을 가지는 적어도 하나 이상의 제2금속박(330);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2금속박(330)은 상기 자유단(332)으로부터 상기 고정단(331) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(333)를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2금속박(330)이 갖는 파동 형상의 단면은,
    상기 고정단(331)으로부터 자유단(332)으로의 방향을 따라 진폭이 점진적으로 감소하도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분리케이싱(300)은,
    상기 슬롯(310)이 형성되어 있지 않은 소정의 영역에 냉각용 공기가 공급될 수 있는 냉각공기 주입구(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치.
  10. 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프(2)에 있어서,
    제1샤프트(110), 상기 제1샤프트(110)의 일단에 구비되는 제1홀더(120) 및 상기 제1홀더(120)의 내경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제1마그네트조합(130)을 포함하는 외륜 마그네틱 기어(100);
    제2샤프트(210), 상기 제2샤프트(210)의 말단에 구비되는 제2홀더(220) 및 상기 제2홀더의 외경에 N,S극을 갖는 분할 전극들이 교차 조립된 제2마그네트조합(230)을 포함하되, 상기 제2홀더(220)가 상기 제1홀더(120) 내측으로 삽입되도록 형성되어진 내륜 마그네틱 기어(200); 및
    상기 제2홀더(220)의 외경과 제1홀더(120)의 내경 사이에 형성되는 공간에 위치되어지는 분리케이싱(300);
    을 포함하되, 상기 분리케이싱(300)은,
    상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 형성된 적어도 하나 이상의 슬롯(310); 및
    상기 분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(321) 및 상기 제1,2샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(322)을 포함하고, 회전축을 둘러싸도록 설치되는 제1금속박(320);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 포함되고,
    상기 제1샤프트(110)는 전동기 측에 연결되고, 상기 제2샤프트(210)는 펌프 측에 연결되며, 상기 분리케이싱(300)은 펌프 하우징의 일부를 이루도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1금속박(320)은 상기 분리케이싱(300)의 내주면 및 외주면 중에서 적어도 한 면을 따라 복수 개가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수 개가 구비되어 있는 제1금속박(320)들은, 상기 분리케이싱(300)의 원주 방향을 따라 배치되며, 상기 제1금속박(320) 상호 간에 일부 면적이 겹치도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 분리케이싱(300)에 슬롯(310)들이 복수 개가 마련되되,
    상기 분리케이싱(300)의 내주면 또는 외주면을 따라서 상호 대칭되도록 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1금속박(320)은 상기 자유단(322)으로부터 상기 고정단(321) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(323)를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 분리케이싱(300)은,
    상기 제1금속박(320)과 상기 분리케이싱(300) 사이에 위치되며, 상기 분리케이싱(300)의 슬롯(310)에 일단부가 고정된 고정단(331) 및 상기 제1,2샤프트의 회전 방향을 따라 타단부가 연장된 자유단(332)을 포함하고, 적어도 일 부분이 파동 형상의 단면을 가지는 적어도 하나 이상의 제2금속박(330);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2금속박(330)은 상기 자유단(332)으로부터 상기 고정단(331) 측으로 일정 길이가 절개된 절개부(333)를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2금속박(330)이 갖는 파동 형상의 단면은,
    상기 고정단(331)으로부터 자유단(332)으로의 방향을 따라 진폭이 점진적으로 감소하도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 분리케이싱(300)은,
    상기 슬롯(310)이 형성되어 있지 않은 소정의 영역에 냉각용 공기가 공급될 수 있는 냉각공기 주입구(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 커플링 장치가 구비된 유체펌프.
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