WO2018221766A1 - 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기 - Google Patents

자기부상 임펠러를 갖는 유체기기 Download PDF

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WO2018221766A1
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rotating shaft
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    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • the present invention relates to a fluid device having a magnetic levitation impeller, and more particularly, to serve as a rotor and impeller by receiving a magnetic flux from the stator and the stator acting as a housing while providing a magnetic flux by acting as a field
  • the arrangement of the stator windings in the stator, having a rotor that performs simultaneously, relates to a fluidic device with a magnetic levitation impeller, which is formed in an array with an inclined curved surface in the form of a screw along the arrangement of the inclined curved blades of the rotor. .
  • Conventional fluid equipment includes a fan, a pump, a blower, a compressor, and the like, and the fluid equipment is a device for transporting or compressing and transporting a fluid and has the following common components.
  • the power generator It is mainly a induction motor that drives an impeller (or vane) as a power generator.
  • a device for transmitting the power of the induction motor as a power generator to the impeller as a power transmission device such as a bearing, gear or belt and pulley.
  • a device that circulates oil, water, and air by cooling the power transmission device as a cooling device or a device that cools heat generated during the compression of a fluid.
  • sealing parts sealing accessories of fluids
  • devices for preventing leakage of fluid in rotating parts are sealing parts (sealing accessories of fluids), in particular, devices for preventing leakage of fluid in rotating parts.
  • a fluid pump may include an electric motor having an output shaft driven to rotate about an axis and a pump assembly coupled to the output shaft of said electric motor.
  • the pump assembly may include a first cap and a first cap.
  • Two caps and an impeller received between the first and second caps, and at least one pumping channel formed between the first and second caps.
  • a plurality of vanes driven to rotate by and in communication with the at least one pumping channel, each vane having a root segment and a tip segment and a line extending from the base of the root segment to the outer edge of the tip segment. From the axis of rotation to the base of the root segment by an angle of 0 ° to 30 ° with respect to the direction of rotation of the impeller follow the extending line.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0090822 (2012.08.17. Publication), impeller and fluid pump
  • the present invention was created to solve the above-described problems, the present invention is to perform the role of the rotor and impeller at the same time to receive the magnetic flux from the stator and the stator acting as a housing while providing the magnetic flux by performing the role of the field It is an object of the present invention to provide a fluid apparatus having a magnetic levitation impeller having a rotor, wherein the arrangement of the stator windings in the stator is formed in an arrangement having an inclined curved surface in the form of a screw along the arrangement of the inclined curved blades of the rotor. do.
  • An object of the present invention is to provide a fluid device having a magnetically levitated impeller that can be used without distinguishing the type of fluid, thereby solving all the problems of the fluid device.
  • a fluid device having a magnetic levitation impeller according to the present invention for achieving the above object the stator constituting the housing of the fluid device, while providing a magnetic flux by performing a field role;
  • a rotor receiving the magnetic flux from the stator and simultaneously performing a role of a rotor and an impeller;
  • First and second supporting means rotatably supporting the rotor so as not to be detached from both ends of the rotor;
  • the arrangement of the stator windings in the stator forms an array having an inclined curved surface in the form of a skew along the arrangement of the inclined curved blades of the rotor.
  • the first supporting means and the second supporting means are stator vanes of the fluid apparatus at the inlet side and the outlet side of the fluid apparatus, while restricting the rotor from being detached from both ends of the rotor and supporting the rotating shaft.
  • a connecting housing connected to a pipe, a nozzle, or another adjacent fluid device at the inlet and outlet sides of the fluid device.
  • the rotor has a conductive or permanent magnet formed in the form of a skew so that the magnetic flux can be simultaneously rotated in accordance with the magnetic flux received from the stator, the flow path through which the fluid flows on the surface or inside of the rotor is skewed It is formed in the form.
  • the stator has a plurality of skew-shaped skew slots for arranging stator windings in the stator, and after placing the stator windings in the skew slots, sealing the skew slots with a coating for insulation and corrosion. It has a structure to make.
  • the rotating shaft of the rotor is formed integrally with or separate from the rotor, and when the rotating shaft is integral with the rotor, between the rotating shaft and the first support means at a position in contact with the rotating shaft and the rotating shaft And an oil film formed between the second support means and the rotating shaft is fixed to the first supporting means and the second supporting means when the rotating shaft is separate from the rotor, and between the rotating shaft and the rotor. Allow oil film to form.
  • an electromagnet, a permanent magnet, or an electromagnet and a permanent magnet are formed in the first support means or the second support means, and the permanent means is positioned at the rotor corresponding to the first support means or the second support means.
  • the rotor position information sensing unit for sensing the position information of the rotor;
  • a controller for receiving position information of the rotor from the rotor position information sensing unit and outputting a command for controlling the position of the rotor;
  • a variable speed device that transmits an electrical signal to the winding of the stator according to a command of the controller to control the rotational force and the magnetic levitation force of the rotor.
  • a flow path formed between the inner surface of the stator and the outer surface of the rotor can be varied.
  • the air gap between the rotor and the stator can be significantly reduced than the existing fluid equipment, and the efficiency of the motor is improved, and the capacity can be controlled by using an inverter, which is a variable speed device, thereby saving energy.
  • the air gap between the rotor and the stator due to the ultra-high speed rotation that is, the gap between the rotor and the stator, and the gap between the rotor and the rotating shaft passing through the rotor according to the rotational speed, is formed so that an appropriate oil film can be formed, thereby causing mechanical wear. Small, extending the service life.
  • 1, 2, 7 and 8 show one embodiment of a fluidic device having a magnetic levitation impeller according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view of an embodiment of the rotor and the embodiment of the trust support according to a preferred embodiment of the present invention.
  • stator windings and wing shapes are various examples of stator windings and wing shapes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 illustrate radial magnetic flux vectors about a stator winding and a rotating shaft according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a series connection state of the fluid device having a plurality of magnetic levitation impeller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view explaining that in a fluid apparatus having an axial magnetic levitation impeller according to a preferred embodiment of the present invention, a magnet having the same polarity is provided so that a support part in contact with the ball of the shaft blocks contact even in an abnormal state.
  • FIG. 11 is a view illustrating a pressure generation principle of a fluid in a fluid apparatus having a magnetic levitation impeller according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the left side shows a conceptual diagram of a pressure generation principle
  • the right side shows a composite pressure vector of section B.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a radial magnetic flux vector in a radial direction
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a radial magnetic flux vector in a radial direction
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a series connection state of a fluid apparatus having a plurality of axial magnetic levitation impellers according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the support portion contacting the ball of the shaft even in an abnormal state of the same polarity to block the contact FIG. 11 is a view illustrating a magnet having a magnet, and FIG. 11 is a view illustrating a pressure generation principle of a fluid in a fluid apparatus having an axial magnetic levitation impeller according to a preferred embodiment of the present invention. Shows the composite pressure vector of section B.
  • the fluid apparatus having the magnetic levitation impeller of the present invention is a stator (or stator iron core), a rotor, a passage between the stator and the rotor, the first support means, the second support means, the variable speed device ( Examples include inverters, variable speed devices or BLDC variable speed devices using permanent magnets modified from inverters.
  • the stator provides the magnetic flux by acting as a field, and the rotor receives the magnetic flux from the stator and simultaneously performs the role of the rotor and the impeller.
  • the flow path is formed between the inner side of the stator and the outer side of the rotor, and is a passage through which fluid flows, and provides a space for magnetic flux and restricts the rotor from escaping and rotatably supports the first end of the rotor.
  • the thrust support ball may be positioned to fix the horizontal center axis of the rotor.
  • the first support means or the second support means may be a thrust support & radial support structure, a radial support structure, a thrust support structure, or a limit. Any means can be used as long as the first supporting means or the second supporting means can be rotated at the same time while restricting the rotor from being detached from both ends of the rotor.
  • the electromagnet or permanent magnet is formed on the first support means or the second support means, and the permanent magnet is formed at the position of the rotor corresponding to the first support means or the second support means, so that the rotor is not separated. And control the axial position of the rotor to rotate.
  • the case of the trust support structure will be described first, but it is a matter of course that the other support structure mentioned above can be taken.
  • first supporting means and the second supporting means serve as vanes of the fluid device at the inlet side and the outlet side of the fluid device, and restrict the rotor from being detached from both ends of the rotor and support the rotating shaft. And at the inlet side and the outlet side of the fluid equipment, they also serve simultaneously as connection housings for connecting with pipes, nozzles or other adjacent fluid equipment.
  • connection housing is located at the inlet and the outlet between the stator iron core and the thrust support ball, respectively, where the rotor is formed in a turbo centrifugal and axial flow by a spherical axial floating magnetic impeller, as shown in FIG. 9,
  • the connection housings are connected to the same axis as another connection housing, and serve as any one of a fan, a pump, a blower or a compressor according to the number of connections, and the inlet is an inlet and the outlet. Is a discharge part.
  • the pressure generation of the spherical axial impeller is shown in Figure 11, the fluid is produced by the primary pressure through the inlet between the impeller and the gap of the housing by the inlet impeller in section A, and also B In the section, the fluid impinges on the housing with an R vector synthesized by a P vector having a high speed centrifugal force in the circumferential direction by the impeller and a Q vector having a high speed propulsion force in the outlet direction as shown in FIG. 12. The fluid produces secondary pressure energy as it is converted to pressure energy instead of decreasing velocity energy.
  • section C high-speed vortices are generated by the impeller on the outlet side. When the vortices collide with the vane, the vortices become axial and generate third pressure.
  • the packing is formed in the center through the fluid to pass through, and is formed to surround the contact surface of the connection housing and the stator iron core, the thrust ball support is supported between the inlet and outlet connection housing and the packing to support the thrust support ball,
  • the inverter delivers current to the windings of the stator iron core.
  • variable speed device or the inverter controls the rotational speed of the impeller by transmitting an electrical signal to the winding of the stator according to the command received from the controller.
  • the thrust ball support includes a support portion, an arm, and a vane connected to and supported by the thrust support ball, wherein the rotor shaft is formed of one of a type penetrating the rotor or a part penetrating only a part of both ends of the rotor.
  • the mold penetrating only a part of both ends of the rotor forms the rotor shaft itself into a ball shape to fix or detach the ball.
  • the cancer and the vane can be formed separately.
  • a stator may be attached to a portion of the arm.
  • stator on the inlet side causes the impeller on the inlet side to make the vortex of the fluid axial during high-speed rotation, thereby reducing the losses due to the vortex.
  • the controller detects the degree of deviation of the rotor from the central axis in a direction perpendicular to the horizontal center axis of the rotor through the stator winding and controls the rotor to maintain the central axis of the rotor.
  • the synthesized value of the change of each point in the longitudinal direction has the same size in each phase. This value is 0 in normal cases and is not 0 when biased to one side. In addition, the value is greater than 0 in proportion to the degree of bias.
  • each phase is geometrically spaced 120 degrees apart.
  • the magnetic flux density, the induced electromotive force, the magnitude of the change in the current, and the geometric position of each phase reveal the point of departure.
  • the decomposition of this vector is accomplished by spatial vector analysis.
  • the principle of rotation of the induction motor (a principle) is that a current is generated in the conductor of the rotor by the magnetic flux generated by the stator (Fleming's right-hand rule), which in turn causes the conductor to interact with the magnetic flux of the stator by this current. Under power (Fleming's left hand law), it rotates.
  • the motor using the permanent magnet for the rotor rotates following the magnetic flux of the stator by Fleming's left-hand law.
  • the stator windings and the rotor have R, S, T phase windings at 120-degree intervals, and R, S, and T phases themselves have multiple windings. In other words, the values of the T phase and the windings of each phase must be synthesized as vector values.
  • the method of maintaining the off center axis is that the combined value of the magnetic fluxes generated by the stator windings becomes one vector value in the case of a two-pole motor. It is expressed as a vector of magnetic flux created by the current induced in the rotor conductor, which is combined with the iron core to act as a magnet with N and S poles. In other words, the magnets are pulled by the same poles, so the rotor is rotated by the magnetic flux produced by the stator.
  • a method of returning the rotor back to the center axis after detecting the deviation of the rotor is not a straight arrangement but is arranged in the form of a screw while winding around the cylinder.
  • the stator pulls the rotor throughout the cylinder, as it has the N and S poles.
  • the rotor axis is naturally in the center position.
  • the stator flux is insufficient and thus the control of increasing the current of the stator or reducing the load is performed.
  • the controller detects and controls the amount of force applied from the thrust support ball to the rotor in a direction parallel to the horizontal center axis of the rotor through any one or more of a piezoelectric sensor, a photo sensor, or an ultrasonic sensor to control the trust.
  • the support ball is prevented from affecting the rotation of the rotor.
  • the suction sensor If it is a piezoelectric sensor, it should be installed only on the suction side and operated in contact, but operate so that the force value in the axial direction is close to zero. If it is a photosensor and an ultrasonic sensor, it is installed on both suction side and discharge side, and it detects and controls just before contact.
  • the control method is that when the suction sensor is operated, if the load is applied during operation, the force caused by the reaction by the load is applied to the suction side. Therefore, the current must be increased to increase the magnetic flux or reduce the load.
  • the suction side and discharge side sensors do not operate, normal operation is performed, and if the discharge side sensor operates, the load is reduced, thereby lowering the stator current. If both sensors work at the same time, it means that it is abnormal.
  • the stator has a plurality of skew-shaped skew slots for placing the stator windings in the stator, and after the stator windings are placed in the skew slots, the stator slots are sealed with a coating for insulation and corrosion resistance.
  • the stator iron core is formed to be open to the outer side, and the winding may be seated thereunder, and has a variety of closed (circular, etc.) shapes that are electrically insulated or separated from the fluid, and the winding is not detached. It may include a slot formed in a band shape having an opening portion narrower than the various (circular, etc.) shape toward the outer surface that is not opened.
  • stator iron core is installed on at least one of the suction part and the discharge part, and at least one stator iron core and stator windings are formed, and when assembled by stacking them in the center axial direction of the slot, the stator winding arrangement is a rotor conductor or a permanent magnet.
  • stator iron core including the outer wall end of the connection housing and the packing to prevent fluid from escaping the flow path Is formed into a coating.
  • the rotor includes a core of a structure in which a silicon steel sheet is laminated, and a plurality of spaced apart wings arranged in a wing shape of conductors or permanent magnets formed in the core, and rotor rotors connecting the rotor shaft and the rotor core. And a rotor shaft positioned at the center axis of the rotor, the rotor arm supporting the rotor arm and coupled with a thrust ball support to maintain the position of the rotor within the connection housing.
  • the rotor may also have a ball support on the thrust support.
  • the conductor of the wing or the permanent magnet is arranged to have a gentle inclined curved surface in the form of a screw (screw) along the outer surface of the rotor in response to the winding of the stator has a gentle inclined curved surface in the form of a screw (screw) and ,
  • the wing shape of the rotor is formed in a spiral, each wing is formed so that the distance from each other is equal, the inside of the rotor is made of an empty space or light material to reduce the weight as shown in FIG. Formed.
  • stator iron core can be formed separately or integrally, in the development of the rotor shown in Figure 4, the rotor is a truncated truncated truncated cone, cylindrical, spherical, conical It may be variously formed in a combination or the like.
  • spherical refers to a concept including a case where the cross section is elliptical as well as a case where the cross section is completely circular.
  • the flow rate increases when the horizontal axis is formed with the long axis and the vertical axis is short, and conversely, the pressure is increased when the horizontal axis is the short axis and the longitudinal axis is formed with the long axis.
  • the pressure is increased when the suction part is formed larger than the discharge part, and when the suction part is formed smaller than the discharge part, the vacuum pump or the fan is more suitable.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate a radial magnetic flux vector around a winding and a rotation axis.
  • FIG. 5 illustrates a case of a truncated cone
  • FIG. 6 illustrates a linear shape of a stator winding and a slot in a cylindrical case, and synthesizes R, S, and T phases of L1 and L2 points in a longitudinal direction about a central axis.
  • the magnetic flux vector is shown. Since the stator windings are arranged around the cylinder rather than in a straight array, it appears that there are as many N poles and S poles as the number of cores, and at the same time, the directions are different across the cylinder. Seems.
  • the rotor of the common driving motor of the fluid equipment is transformed into a wing shape of the fluid equipment or the conductor and iron core or permanent magnet to serve as the impeller function of the fluid equipment, and the stator provides the magnetic flux to the rotor and at the same time
  • the structure is modified to serve as a housing, and the space created by processing the gap between the stator and the rotor in the shape of the rotor and the wing of the rotor is used as a passage through which the fluid flows.
  • the speed in order to flow the fluid into a narrow flow path, the speed should be increased to about 35,000 RPM, which is about 20 times higher than the conventional rotational speed, and an ultrafast vector variable speed device was used to increase the speed.
  • the force that the rotor receives in the axial direction is dispersed and minimized by the geometric arrangement of the stator winding and the rotor conductor, and the change in magnetic flux of each phase is converted into a scalar quantity to control the thrust bearing.
  • the thrust ball and the thrust ball support close or spaced by measuring the magnetic flux of the inverter was controlled to minimize the force of the thrust ball.
  • the thrust support ball is placed at both ends of the rotor and the thrust ball support part is connected to the housing through the arm so that the rotor does not leave the position during stop or transient operation. And, as shown in Figure 10, in the excessive state or abnormal state, the abnormal state was placed so as to face the permanent magnet of the same polarity so that the shaft and the thrust support ball does not touch each other.
  • the impeller is formed in the turbo centrifugal and axial flow in combination with the rotor blades, but the inlet and the discharge are in a straight line, it is easy to connect a plurality of fluid devices, thereby making it possible to use a multi-purpose.

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Abstract

본 발명은 계자 역할을 수행하여 자속을 제공하면서 하우징 역할을 하는 고정자; 상기 고정자로부터 자속을 전달받아 회전자 역할 및 임펠러 역할을 동시에 수행하는 회전자; 상기 고정자의 내측면과 상기 회전자의 외측면 사이에 형성되어 유체가 이동하는 통로이면서, 자속을 위한 공간을 제공하는 유로; 상기 회전자의 양단에서 상기 회전자가 이탈하지 않도록 제한하며 회전가능하게 지지하는 제 1 지지수단 및 제 2 지지수단; 상기 고정자 내의 고정자 권선의 배열은 상기 회전자의 경사곡면 날개의 배열을 따라 스크류(screw) 형태로 경사 곡면을 가진 배열을 형성된 것을 특징으로 하는, 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기를 개시한다.

Description

자기부상 임펠러를 갖는 유체기기
본 발명은 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 계자 역할을 수행하여 자속을 제공하면서 하우징 역할을 하는 고정자와 이와 같은 고정자로부터 자속을 전달받아 회전자 역할 및 임펠러 역할을 동시에 수행하는 회전자를 가지되 고정자 내의 고정자 권선의 배열은 회전자의 경사곡면 날개의 배열을 따라 스크류(screw) 형태로 경사 곡면을 가진 배열로 형성되는, 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에 관한 것이다.
종래의 유체기기는 팬, 펌프, 브로워, 압축기 등이 있으며, 이들 유체기기는 유체를 이송하거나 압축하여 이송하는 기기로서 다음과 같은 공통된 구성품을 가지고 있다.
첫째, 임펠러(또는 날개)와 케이싱으로 유체를 흡입하여 직접 토출하거나 압력을 가하면서 토출시키는 부품.
둘째, 동력 발생 장치. 동력 발생 장치로 임펠러(또는 날개)를 구동시키는 장치로 주로 유도 전동기를 사용한다.
셋째, 동력 전달장치로 베어링, 기어 또는 벨트와 폴리 등으로 동력발생장치인 유도전동기의 동력을 임펠러에 전달하는 장치.
넷째, 냉각장치로 동력전달 장치의 냉각이나, 유체의 압축과정에서 발생하는 열을 냉각하는 장치로 오일, 물, 공기를 순환하는 장치.
다섯째, 실링부품(유체의 밀폐 부속품)으로 특히 회전부에서의 유체의 누설방지 장치 등이다.
그러나, 이들 유체기기는 에너지소비가 크면서도 효율이 낮으며, 고가이고, 부피, 중량, 소음이 크며, 유지보수가 불편하다는 문제가 있어 왔으며, 이들 유체기기는 유체(물, 공기, 액체)를 이송(흡입, 토출)하거나 압축하여 이송하는 기기로서 유체의 종류에 따른 유량과 압력만 다를 뿐 다른 물리적인 특성은 거의 동일함에도 불구하고, 전혀 다른 제품으로 구분되어 다종이면서 다양한 설계, 제작, 설치를 함에 따라, 이들 산업에 종사하거나 이들 기기를 사용하는 사용자들에게 설계(제작, 적용), 제작, 설치, 유지보수 측면에서 매우 번거로운 문제를 야기시켜 왔다.
또한, 최근의 유체기기 관련 기술도 상기의 구성품의 중복기능을 통합하고 기계적인 마찰부분을 줄이는데 초점을 맞추어왔다.
한편, 다기능 유체기기와 관련한 종래 기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0090822호(2012.08.17. 공개, 임펠러 및 유체 펌프)를 예로 들 수 있다.
해당 특허문헌에서는, "유체 펌프는 축을 중심으로 회전하도록 구동되는 출력 샤프트를 가지고 있는 전기 모터와 상기 전기 모터의 출력 샤프트에 결합된 펌프 조립체를 포함할 수 있다. 상기 펌프 조립체는 제1 캡 및 제2 캡, 그리고 상기 제1캡과 제2 캡 사이에 수용된 임펠러를 가지고 있고, 상기 제1 캡과 제2 캡 사이에는 적어도 하나의 펌프작용 채널이 형성되어 있다. 상기 임펠러는 전기 모터의 출력 샤프트에 의해 회전하도록 구동되고 상기 적어도 하나의 펌프작용 채널과 연통되어 있는 복수의 베인을 포함하고 있다. 각각의 베인은 루트 세그먼트 및 팁 세그먼트를 가지고 있고 루트 세그먼트의 베이스로부터 팁 세그먼트의 외측 에지로 뻗은 라인은 임펠러의 회전 방향에 대하여 0°내지 30°의 각도만큼 회전축으로부터 루트 세그먼트의 베이스로 뻗어 있는 라인을 추종한다."가 개시되어 있다.
하지만, 해당 특허문헌 등 종래의 유체기기는 본 출원인이 지적한 상기와 같은 문제점을 해결하지 못하였다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0090822호(2012.08.17. 공개), 임펠러 및 유체 펌프
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 계자 역할을 수행하여 자속을 제공하면서 하우징 역할을 하는 고정자와 이와 같은 고정자로부터 자속을 전달받아 회전자 역할 및 임펠러 역할을 동시에 수행하는 회전자를 가지되 고정자 내의 고정자 권선의 배열은 회전자의 경사곡면 날개의 배열을 따라 스크류(screw) 형태로 경사 곡면을 가진 배열로 형성되는, 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 유체기기의 구동장치인 전동기의 회전자 자체를 임펠러 날개로 변형하여 회전자와 임펠러를 일체화하였으며, 이와 같은 임펠러는 구형이면서 축류형으로 임펠러의 형상을 변형하였으며, 고속 회전을 방해하는 일반적인 형태의 베어링을 없앴으며, 모터의 공극을 유로로 활용하여 유체의 유입방향과 유출 방향을 일치시켜 배관에 연결이 용이하도록 하였으며, 유체기기를 직렬로 연결하기가 용이하여 압력에 따른 다양한 용도로 사용할 수 있도록 하였으며, 유체의 종류를 구별하지 않고 사용이 가능하여 지금까지의 유체기기의 문제점을 모두 해결한, 자기 부상 임펠러를 갖는 유체기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기는, 계자 역할을 수행하여 자속을 제공하면서, 유체기기의 하우징을 이루는 고정자; 상기 고정자로부터 자속을 전달받아 회전자 역할 및 임펠러 역할을 동시에 수행하는 회전자; 상기 고정자의 내측면과 상기 회전자의 외측면 사이에 형성되어 유체가 이동하는 통로이면서, 자속을 위한 공간을 제공하는 유로; 상기 회전자의 양단에서 상기 회전자가 이탈하지 않도록 제한하며 회전가능하게 지지하는 제 1 지지수단 및 제 2 지지수단; 상기 고정자 내의 고정자 권선의 배열은 상기 회전자의 경사곡면 날개의 배열을 따라 스큐(skew) 형태로 경사 곡면을 가진 배열을 형성된다.
또한, 상기 제 1 지지수단 및 상기 제 2 지지수단은, 상기 유체기기의 입구측 및 출구측에서 유체기기의 정익이면서, 상기 회전자의 양단에서 상기 회전자가 이탈하지 않도록 제한하는 동시에 상기 회전축을 지지하며, 상기 유체기기의 입구측 및 출구측에서, 배관, 노즐 또는 인접한 다른 유체기기와 접속되는 접속 하우징을 포함한다.
또한, 상기 회전자는, 상기 고정자로부터 받는 자속에 따라서 회전과 동시에 자기 부상할 수 있도록 스큐 형태로 도체 또는 영구자석이 형성되는 동시에, 상기 회전자 표면 또는 내부에, 상기 유체가 흐를 수 있는 유로가 스큐 형태로 형성된다.
또한, 상기 고정자는, 상기 고정자 내에 고정자 권선을 배치시키기 위해 복수 개의 스큐 형태의 스큐 슬롯을 가지며, 상기 스큐 슬롯에 상기 고정자 권선을 배치시킨 후, 절연과 내부식을 위해 코팅제로 상기 스큐 슬롯을 밀폐시키는 구조를 갖는다.
또한, 상기 회전자의 회전축은, 상기 회전자와 일체형 또는 분리형으로 형성되고, 상기 회전축이 상기 회전자와 일체형인 경우에는, 상기 회전축과 맞닿는 위치에서 상기 회전축과 상기 제 1 지지수단 간에 그리고 상기 회전축과 상기 제 2 지지수단 간에 유막이 형성되도록 하며, 상기 회전축이 상기 회전자와 분리형인 경우에는, 상기 회전축은 상기 제 1 지지수단 및 상기 제 2 지지수단에 고정되며, 상기 회전축과 상기 회전자 간에 유막이 형성되도록 한다.
또한, 상기 제 1 지지수단 또는 상기 제 2 지지수단에 전자석, 또는 영구자석, 또는 전자석과 영구자석을 형성하고, 상기 제 1 지지수단 또는 상기 제 2 지지수단에 대응하는 상기 회전자의 위치에 영구자석을 형성하여, 상기 회전자의 축방향 위치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 회전자의 위치 정보를 센싱하는 회전자 위치정보 센싱부; 상기 회전자 위치정보 센싱부로부터, 상기 회전자의 위치 정보를 수신하여, 상기 회전자의 위치를 제어하는 지령을 출력하는 제어기; 및 상기 제어기의 지령에 따라서, 상기 고정자의 권선에 전기적 신호를 전달하여, 상기 회전자의 회전력과 자기부상력의 정도를 제어하는 가변속장치;를 포함한다.
또한, 상기 가변속장치의 제어에 따라서, 상기 고정자의 내측면과 상기 회전자의 외측면 사이에 형성된 유로를 가변시킬 수 있다.
본 발명에 따른 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에 의하면,
첫째, 부속품 종류가 줄고 고속화에 따른 소형화가 가능하고, 중량을 경감할 수 있다.
둘째, 기존 유체기기의 경우에는, 임펠러, 케이싱, 동력 발생 장치, 동력 전달 장치, 냉각 장치, 회전체 실링 부품, 오일 등이 필요한데 반해서, 본 발명에서는 모터와 유체기기를 일체화하기 때문에 상술한 부품이 불필요하여 구성이 단순하고 구조가 간단하게 되어 제작 원가를 절감한다.
셋째, 회전자와 고정자 간의 공극을 기존의 유체기기보다 대폭 줄일 수 있어서 모터의 효율이 향상되고, 또한 가변속 장치인 인버터를 활용하여 용량 제어를 함으로써, 에너지 절감을 할 수 있다.
넷째, 종래 유체기기와 대비하여, 구조 및 구성이 간단하게 되어서 소형화가 가능하고, 그 결과 설치공간을 절약한다.
다섯째, 기계적인 마찰부가 없어 소음과 진동이 감소하며, 오일이 불필요하여, 환경 오염을 줄일 수 있다.
여섯째, 초고속 회전에 의한 회전체와 고정체 간의 공극, 즉 회전자와 고정자간의 공극과 회전자와 회전자를 관통하는 회전축 간의 공극을 회전 속도에 따라서 가변함으로써 적절한 유막이 형성되도록 하여, 기계적인 마모가 작아 수명이 연장된다.
일곱째, 축류식 유체기기의 구현이 가능하여, 복수 개의 직렬 연결이 용이하여 팬, 펌프, 브로워, 압축기로 다용도로 사용 가능하다.
여덟째, 용도에 따른 설계, 제작, 설치의 번거로움을 줄인다.
아홉째, 부품이 단순하여 유지보수가 용이하며 유비보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기의 일실시예이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전자의 일실시예 및 트러스트 지지대의 실시예에 관한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정자 권선과 날개 형태의 다양한 예시이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정자 권선과 회전축을 중심으로 한 방사방향의 합성 자속 벡터를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수 개의 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기의 직렬연결 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축류식 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에서, 비정상적인 상태에서도 축의 볼과 접촉하는 지지대 부위가 접촉을 차단하도록 동일 극성의 자석을 구비한 것을 설명한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에서, 유체의 압력 생성 원리를 설명한 도면으로서, 좌측은 압력 생성 원리 개념도이고, 우측은 B구간의 합성 압력 벡터를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1, 도 2, 도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기의 일실시예이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전자의 일실시예 및 트러스트 지지대의 실시예에 관한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정자 권선과 날개 형태의 다양한 예시이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정자 권선과 회전축을 중심으로 한 방사방향의 합성 자속 벡터를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수 개의 축류식 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기의 직렬연결 상태를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에서, 비정상적인 상태에서도 축의 볼과 접촉하는 지지대 부위가 접촉을 차단하도록 동일 극성의 자석을 구비한 것을 설명한 도면이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축류식 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기에서, 유체의 압력 생성 원리를 설명한 도면으로서, 좌측은 압력 생성 원리 개념도이고, 우측은 B구간의 합성 압력 벡터를 도시한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기는, 고정자(또는 고정자 철심), 회전자, 고정자 및 회전자 사이의 유로, 제 1 지지수단, 제 2 지지수단, 가변속장치(예: 인버터, 인버터를 변형한 영구자석을 이용한 모터의 가변속장치나 BLDC 가변속 장치) 등을 포함한다.
고정자는 계자 역할을 수행하여 자속을 제공하고, 회전자는 고정자로부터 자속을 전달받아 회전자와 임펠러 역할을 동시에 수행한다. 유로는 고정자의 내측면과 회전자의 외측면 사이에 형성되어 유체가 이동하는 통로이며, 자속을 위한 공간을 제공하고, 회전자의 양단에는 회전자가 이탈하지 않도록 제한하며 회전가능하게 지지하는 제 1 지지수단 및 제 2 지지수단을 포함한다. 또는 트러스트 지지볼이 위치하여 회전자의 가로 방향 중심축을 고정할 수도 있다.
제 1 지지수단 또는 제 2 지지수단은 트러스트 지지 & 레이디얼(radial) 지지 구조이거나, 레이디얼 지지 구조이거나, 트러스트 지지 구조이거나, 또는 리미트(limit)일 수 있다. 이와 같은 제 1 지지수단 또는 제 2 지지수단이 회전자 양단에서 회전자가 이탈하지 않도록 제한하면서 동시에 회전 가능하게 하면 무슨 수단이든지 가능하다. 이 때, 제 1 지지수단 또는 제 2 지지수단에 전자석 또는 영구자석을 형성하고, 제 1 지지수단 또는 제 2 지지수단에 대응하는 회전자의 위치에 영구자석을 형성하여, 회전자가 이탈하지 않도록 제한하며 회전하도록 회전자의 축방향 위치를 제어할 수 있다. 아래 설명에서는 트러스트 지지 구조인 경우를 우선하여 설명하나, 앞에서 언급한 다른 지지구조를 취할 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 제 1 지지수단 및 제 2 지지수단은, 유체기기의 입구측 및 출구측에서 유체기기의 정익의 역할을 하고, 회전자의 양단에서 회전자가 이탈하지 않도록 제한하는 동시에 회전축을 지지하는 역할을 하고, 유체기기의 입구측 및 출구측에서, 배관, 노즐 또는 인접한 다른 유체기기와 접속되는 접속 하우징으로서 역할도 동시에 한다.
예를 들어, 접속 하우징은 고정자 철심과 트러스트 지지볼 간의 입구 및 출구에 각각 위치하며, 여기서, 회전자는 구형 축류식 자기 부상 임펠러에 의해 터보 원심 및 축류형으로 형성되어 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하우징이 복수 개가 연결될 경우 상기 접속 하우징이 또 다른 접속 하우징과 동일한 축으로 연결되어, 연결된 개수에 따라 팬, 펌프, 브로워 또는 압축기 중 어느 하나의 역할을 수행하고, 상기 입구는 흡입부, 상기 출구는 토출부이다.
여기서 구형 축류식 임펠러의 압력 생성은 도 11에 도시된 바와 같이, 유체는 A구간에서 입구측의 임펠러에 의해 임펠러와 하우징의 틈(gap) 사이에 압입을 통해 1차 압력이 생성되며, 또한 B구간에서 유체는 도 12와 같이 임펠러에 의한 원주 방향으로의 고속의 원심력을 갖는 P벡터와 출구측 방향으로의 고속의 추진력을 갖는 Q벡터에 의해 합성된 R벡터로 하우징에 부딪치게 되는데, 이 때, 유체는 속도 에너지가 감소하는 대신에 압력에너지로 전환되면서 2차 압력 에너지를 생성한다. 또한, C구간에서는 출구측의 임펠러에 의해 고속의 와류가 생기는데 이 와류를 정익에 부딪치도록 하면 와류가 축류가 되면서 3차 압력을 생성한다.
또한, 패킹은 유체가 통과하도록 중앙이 통공 형성되며, 접속 하우징과 고정자 철심의 접촉면을 감싸도록 형성되며, 트러스트 볼지지대는 입구 및 출구의 접속 하우징과 패킹을 사이에 두고 트러스트 지지볼을 지지하며, 인버터는 고정자 철심의 권선에 전류를 전달한다.
이때, 가변속장치 또는 인버터는, 제어기로부터 수신한 지령에 따라서, 상기 고정자의 권선에 전기적 신호를 전달하여 상기 임펠러의 회전속도를 제어한다. 트러스트 볼지지대는, 트러스트 지지볼에 연결되어 지지하는 지지부, 암 및 정익을 포함하며, 회전자 축은, 회전자를 관통한 형, 또는 회전자의 양단 일부만을 관통한 형 중 어느 하나로 형성되고, 이때, 회전자의 양단 일부만을 관통한 형은, 회전자 축 자체를 볼 형상으로 형성하여, 볼을 고정 또는 착탈하도록 한다. 여기서, 암 및 정익은 별개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 암의 일부에 정익이 부착될 수 있다. 한편, 암을 만들 때 정익의 기능을 할 수 있도록 암의 일부를 정익으로 만드는 것도 가능하다.
입구측에 있는 정익의 역할은 입구측의 임펠러가 고속회전시 유체의 와류를 축류로 만들어 와류로 인한 손실을 감소시킨다.
도시되지는 않았으나, 제어기는 회전자의 가로 방향 중심축과 수직인 방향으로 회전자가 중심축에서 벗어난 정도를 상기 고정자 권선을 통해 검출하고, 상기 회전자의 중심축을 유지되도록 제어한다.
회전자가 중심축에서 벗어나서 한쪽으로 치우치게 되면, 치우친 쪽은 자속밀도가 증가하고 반대편은 자속밀도가 작아지게 된다. 이 자속밀도의 변화는 고정자 권선에 유도되는 기전력의 변화를 발생시키고, 또한 전류의 변화를 가져오게 된다. 이와 같이 자속 밀도, 유도 기전력, 및 전류의 변화는 회전자가 중심축을 벗어난 정도와 비례한다.
본 발명에 따른 유체기기는 권선이 일직선으로 배열된 것이 아니라 원통의 주위를 감으면서 배열이 되어 있기 때문에, 각 지점의 변화분의 합성된 값을 길이 방향으로 합성한 값은 각 상에서 크기는 같아지며 이 값은 정상의 경우는 0이며, 한쪽으로 치우치게 되면 0이 아니게 된다. 또한 치우침의 정도에 비례하여 0보다 큰 값을 나타내게 된다.
그러나, 일반적인 고정자 권선이 원통에 일직선으로 배열되는 경우는 크기만으로는 위치를 알 수 없어 각 상의 값의 변화분으로 분해해야 하며, 3상 교류인 경우 각 상은 기하학적으로 120도의 간격으로 되어 있기 때문에 각 상의 자속밀도와 유도 기전력, 전류의 변화분 크기와 각 상의 기하학적인 위치를 통해 벗어난 지점을 알 수 있게 된다. 이 벡터의 분해는 공간벡터 해석에 의해 이루어진다.
참고로, 유도 전동기의 회전원리(아라고 원리)는 고정자가 만든 자속에 의해 회전자의 도체에 전류가 만들어지고(플레밍의 오른손법칙), 다시 이 전류에 의해 고정자의 자속과 상호 작용에 의해 도체가 힘을 받아(플레밍의 왼손법칙) 회전하게 되는 것이다. 그리고, 회전자에 영구자석을 사용하는 모터는 플레밍의 왼속법칙에 의해 고정자의 자속을 추종하여 회전을 한다. 그러나, 3상 전원의 경우, 고정자 권선과 회전자에는 권선이 한 개가 아니고 120도 간격으로 R, S, T상의 권선이 있고 R, S, T상 자체도 여러 개의 권선을 가지고 있기 때문에 R, S, T상과 각 상의 권선 개개의 값을 벡터값으로 합성해야 한다.
이와 같이 회전자가 한쪽으로 치우지는 것을 검출한 경우, 벗어난 중심축을 유지하는 방법에 대해서 살펴보면, 고정자 권선들이 만든 자속의 합성값은 2극 모터의 경우 하나의 벡터값이 되며, 이 자속에 의해 유기된 회전자 도체에 유기된 전류에 의해 만들어진 자속도 하나의 벡터값으로 표현되는데, 이 자속은 철심과 합해져 N극과 S극을 가진 자석으로 작용한다. 즉, 이 자석들이 같은 극끼리 잡아 당기는 힘으로 회전자는 고정자가 만든 자속에 의해 따라서 돌게 되는 것이다.
본 발명에 따른 유체기기는 회전자가 벗어난 정도를 검출 후 다시 중심축으로 되돌리는 방법은 권선이 일직선 배열이 아니라 원통의 주위를 감으면서 스크류(screw) 형태로 배열이 되어 있기 때문에, 철심 수만큼의 N극과 S극이 있는 형태가 되므로 동시에 원통 전체에 걸쳐 고정자가 회전자를 잡아 당기게 된다. 따라서, 회전자 축은 자연히 중심위치에 있게 된다. 그러나, 회전자가 한쪽으로 치우친 것은 고정자 자속이 부족하다는 것이므로 고정자의 전류를 늘리거나, 부하를 줄이는 제어를 하게 된다.
또한, 제어기는 회전자의 가로 방향 중심축과 수평인 방향으로 회전자에 상기 트러스트 지지볼로부터 가해지는 힘의 정도를 압전센서, 포토센서 또는 초음파센서 중 어느 하나 이상을 통해 검출하여 제어함으로써 상기 트러스트 지지볼이 상기 회전자의 회전에 영향을 미치는 것을 방지한다.
만일 압전센서라면 흡입측에만 설치를 하여 접촉식으로 운전하되 축방향으로 미치는 힘의 값이 0에 근접한 값이 되도록 운전을 한다. 포토센서와 초음파센서라면 흡입측과 토출측 양쪽에 설치하고 접촉 직전에 감지하여 제어를 한다. 제어 방법은 흡입측 센서가 동작하면 운전중 부하가 걸린 상태이면 부하에 의한 반동에의한 힘이 흡입측으로 미치는 것이므로 전류를 늘려 자속을 증가시키거나, 부하를 줄여야 한다. 또한 흡입측과 토출측 센서가 동작하지 않으면, 정상적인 운전을 하는 것이며, 토출측의 센서가 동작하면 부하가 줄어든 것이므로, 고정자 전류를 낮춘다. 양쪽 센서가 동시에 동작하면 비정상이라는 것이므로 동작을 멈춘다.
고정자는, 고정자 내에 고정자 권선을 배치시키기 위해 복수 개의 스큐 형태의 스큐 슬롯을 가지며, 스큐 슬롯에 상기 고정자 권선을 배치시킨 후, 절연과 내부식을 위해 코팅제로 스큐 슬롯을 밀폐시키는 구조를 갖는다. 예를 들어, 고정자 철심은, 외측면에 개방되도록 형성되며, 그 하부에 권선이 안착될 수 있으며, 유체와는 전기적으로 절연 또는 분리되는 폐쇄된 다양한(원형 등) 모양을 가지며, 권선이 이탈되지 않도록 개방된 외측면을 향해서는 상기 다양한(원형 등) 모양보다 좁은 개방부를 갖는 띠 형상으로 형성된 슬롯을 포함할 수 있다.
또한, 고정자 철심은 흡입부 또는 토출부 중 적어도 하나에 설치되며, 고정자 철심 및 고정자 권선은 하나 이상 형성되고, 슬롯의 중심 축방향으로 적층하여 조립했을 경우 고정자 권선의 배열은 회전자 도체나 영구자석의 경사곡면 날개의 배열을 따라 스크류(screw) 형태로 완만한 경사 곡면을 가진 배열을 형성하고, 고정자 철심은 접속 하우징의 외벽 단부와 패킹을 포함하여 유체가 유로에서 벗어나 누출되는 것을 방지하도록 기밀재질로 형성 코팅된다.
회전자는, 규소강판을 적층한 구조의 철심 및 상기 철심 내에 형성된 도체나 영구자석을 날개모양을 따라 배열한 복수 개의 서로 이격된 날개, 회전자 축과 상기 회전자 철심을 연결하는 회전자 암(arm) 및 상기 회전자의 중심축에 위치하며, 상기 회전자 암을 지탱하고 트러스트 볼지지대와 결합되어 접속 하우징 내에서 회전자의 위치를 유지하는 회전자 축을 포함한다. 여기서 회전자에는 볼지지부를 트러스트 지지대에는 볼을 두게도 할 수도 있다.
이때, 날개의 도체나 영구 자석은 고정자의 권선이 스크류(screw) 형태로 완만한 경사 곡면을 가지는 것에 대응하여 상기 회전자의 외측면을 따라 스크류(screw) 형태로 완만한 경사 곡면을 갖도록 배열되고, 회전자의 날개 형상은 나선형으로 형성되며, 각각의 날개는 서로 이격된 거리가 동일하게 되도록 형성되고, 회전자 내부는 도 3에 도시된 바와 같이 무게를 경감할 수 있도록 빈 공간이나 가벼운 소재로 형성되어 있다.
추가로, 도 1과 도 2에 따르면, 고정자 철심은 분리 또는 일체형으로 형성될 수 있으며, 도 4에 도시된 회전자의 전개도를 보면, 회전자는 원통형, 구형, 원추형에서 꼭지점이 잘려진 원뿔대, 이들의 조합형 등으로 다양하게 형성될 수 있다. 본 명세서에서는 구형이라고 하면, 그 단면이 완전히 원형인 경우는 물론이고 단면이 타원형인 경우 등을 포함하는 개념이다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 고정자 철심과 회전자의 형상에 따라 다양한 용도로 사용이 가능하다.
고정자 철심과 회전자가 구형일 경우와 비교하면, 그 형태가 타원일 경우, 가로축이 장축, 세로축이 단축으로 형성되면 유량이 높아지고, 반대로, 가로축이 단축, 세로축이 장축으로 형성되면 압력이 높아진다.
또한, 흡입부와 토출부의 크기가 동일한 경우와 비교하면, 흡입부가 토출부보다 크게 형성된 경우 압력이 높아지고, 흡입부가 토출부보다 작게 형성된 경우 진공 펌프나, 팬으로 작용하기 좋은 형태가 된다.
마지막으로, 도 5 및 도 6은 권선과 회전축을 중심으로 한 방사방향의 합성자속벡터에 대해 설명하고 있다.
도 5는 뿔이 잘린 원추형인 경우이고, 도 6은 원통형의 경우 고정자 권선 및 슬롯의 선형을 나타내며, 중심축을 중심으로 길이 방향의 L1과 L2지점의 R, S, T 3상(相)의 합성자속벡터를 도시하였으며, 합성자속벡터는 고정자 권선이 일직선 배열이 아니라 원통의 주위를 감으면서 배열이 되어 있기 때문에 철심 수만큼의 N극과 S극이 있는 것처럼 보이며, 동시에 원통 전체에 걸쳐 방향이 다름을 보인다.
상기와 같은 구성에 의해, 본 발명의 자기부상 임펠러를 갖는 유체기기는,
첫째, 유체기기의 공통된 구동 모터의 회전자를 유체기기의 임펠러 기능을 겸하도록 도체와 철심이나, 영구자석을 유체기기의 날개 모양으로 변형하고, 고정자는 회전자에 자속을 제공하는 것과 동시에 유체기기의 하우징 역할을 겸하도록 구조를 변형하며, 고정자와 회전자 사이 공극과 회전자의 날개 모양으로 가공하면서 생긴 공간을 유체가 흐르는 통로로 이용한다.
둘째, 좁은 유로로 유체를 흘리기 위해서 종래의 일반적인 회전수보다 20배 정도 높인 35,000RPM 정도 이상으로 속도를 높여야 하는데 속도를 높이기 위해 초고속 벡터 가변속장치를 활용하였다.
셋째, 레이디얼 베어링을 없애기 위해 회전자가 축의 방향으로 받는 힘을 고정자 권선과 회전자 도체의 기하학적인 배치로 분산시켜 최소화하고, 각 상의 자속 변화를 스칼라양으로 환산하여 제어를 하며, 또한 트러스트베어링을 없애기 위해 트러스트볼과 트러스트 볼지지대의 밀착 또는 이격을 측정하여 인버터의 자속을 제어하여 트러스트 볼이 받는 힘을 최소화하는 제어를 하였다.
넷째, 회전자의 양끝단에 트러스트 지지볼을 두고 트러스트 볼지지부는 암을 통해 하우징에 연결되도록 하여 정지시나, 과도상태 운전시에 회전자가 위치를 이탈하지 않도록 하였다. 그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 과도한 상태나 이상 상태, 비정상 상태에서 축과 트러스트 지지볼이 서로 닿지 않도록 각각에 같은 극성의 영구자석을 마주보도록 배치하였다.
다섯째, 계자와 회전자와 트러스트볼은 유로 내 또는 유로와 접하도록 하여 별도의 냉각장치를 없앴다.
여섯째, 회전자의 터널식 구형 스크류 날개 만으로는 압력을 효율적으로 높이기에는 한계가 있어 양끝단에 프로펠러형 임펠러를 추가하였다.
이때, 상기 임펠러는 회전자의 날개와 합하여 터보 원심 및 축류형으로 형성되면서도 흡입부와 토출부가 일직선 상에 있어 유체기기를 복수 개 연결하는 것이 용이하며, 이를 통해 다용도로 사용이 가능해진다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

  1. 계자 역할을 수행하여 자속을 제공하면서, 유체기기의 하우징을 이루는 고정자;
    상기 고정자로부터 자속을 전달받아 회전자 역할 및 임펠러 역할을 동시에 수행하는 회전자;
    상기 고정자의 내측면과 상기 회전자의 외측면 사이에 형성되어 유체가 이동하는 통로이면서, 자속을 위한 공간을 제공하는 유로;
    상기 회전자의 양단에서 상기 회전자가 이탈하지 않도록 제한하며 회전가능하게 지지하는 제 1 지지수단 및 제 2 지지수단;
    상기 고정자 내의 고정자 권선의 배열은 상기 회전자의 경사곡면 날개의 배열을 따라 스큐(skew) 형태로 경사 곡면을 가진 배열을 형성된 것을 특징으로 하는,
    자기부상 임펠러를 갖는 유체기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지수단 및 상기 제 2 지지수단은,
    상기 유체기기의 입구측 및 출구측에서 유체기기의 정익이면서,
    상기 회전자의 양단에서 상기 회전자가 이탈하지 않도록 제한하는 동시에 상기 회전축을 지지하며,
    상기 유체기기의 입구측 및 출구측에서, 배관, 노즐 또는 인접한 다른 유체기기와 접속되는 접속 하우징을 포함하는,
    자기부상 임펠러를 갖는 유체기기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전자는,
    상기 고정자로부터 받는 자속에 따라서 회전과 동시에 자기 부상할 수 있도록 스큐 형태로 도체 또는 영구자석이 형성되는 동시에,
    상기 회전자 표면 또는 내부에, 상기 유체가 흐를 수 있는 유로가 스큐 형태로 형성되는,
    자기부상 임펠러를 갖는 유체기기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정자는,
    상기 고정자 내에 고정자 권선을 배치시키기 위해 복수 개의 스큐 형태의 스큐 슬롯을 가지며, 상기 스큐 슬롯에 상기 고정자 권선을 배치시킨 후, 절연과 내부식을 위해 코팅제로 상기 스큐 슬롯을 밀폐시키는 구조를 갖는,
    자기부상 임펠러를 갖는 유체기기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전자의 회전축은, 상기 회전자와 일체형 또는 분리형으로 형성되고,
    상기 회전축이 상기 회전자와 일체형인 경우에는, 상기 회전축과 맞닿는 위치에서 상기 회전축과 상기 제 1 지지수단 간에 그리고 상기 회전축과 상기 제 2 지지수단 간에 유막이 형성되도록 하며,
    상기 회전축이 상기 회전자와 분리형인 경우에는, 상기 회전축은 상기 제 1 지지수단 및 상기 제 2 지지수단에 고정되며, 상기 회전축과 상기 회전자 간에 유막이 형성되도록 하는,
    자기부상 임펠러를 갖는 유체기기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 지지수단 또는 상기 제 2 지지수단에 전자석, 또는 영구자석, 또는 전자석과 영구자석을 형성하고, 상기 제 1 지지수단 또는 상기 제 2 지지수단에 대응하는 상기 회전자의 위치에 영구자석을 형성하여, 상기 회전자의 축방향 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는,
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전자의 위치 정보를 센싱하는 회전자 위치정보 센싱부;
    상기 회전자 위치정보 센싱부로부터, 상기 회전자의 위치 정보를 수신하여, 상기 회전자의 위치를 제어하는 지령을 출력하는 제어기; 및
    상기 제어기의 지령에 따라서, 상기 고정자의 권선에 전기적 신호를 전달하여, 상기 회전자의 회전력과 자기부상력의 정도를 제어하는 가변속장치;를 포함하는,
    자기 부상 임펠러를 갖는 유체기기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변속장치의 제어에 따라서, 상기 고정자의 내측면과 상기 회전자의 외측면 사이에 형성된 유로를 가변시킬 수 있는,
    자기 부상 임펠러를 갖는 유체기기.
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