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KR100721305B1 - 진공청소기용 팬 조립체 - Google Patents

진공청소기용 팬 조립체 Download PDF

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KR100721305B1
KR100721305B1 KR1020050114158A KR20050114158A KR100721305B1 KR 100721305 B1 KR100721305 B1 KR 100721305B1 KR 1020050114158 A KR1020050114158 A KR 1020050114158A KR 20050114158 A KR20050114158 A KR 20050114158A KR 100721305 B1 KR100721305 B1 KR 100721305B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diffuser
impeller
area
fan assembly
inlet
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
KR1020050114158A
Other languages
English (en)
Inventor
오현준
홍승기
송화규
이성철
Original Assignee
삼성광주전자 주식회사
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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Priority to US11/472,370 priority patent/US20070122277A1/en
Priority to CNA200610101980XA priority patent/CN1975175A/zh
Priority to AU2006203064A priority patent/AU2006203064A1/en
Priority to EP06291181A priority patent/EP1790264A2/en
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Abstract

본 발명은 최대 흡입력의 감소를 최소화하면서, BPF 소음을 줄일 수 있는 진공청소기용 팬 조립체에 관한 것이다. 본 발명에 의한 진공청소기용 팬 조립체는 모터와, 모터에 의해 회전하여 공기를 흡입하며 복수의 임펠러 날개를 갖는 임펠러, 및 임펠러의 외주를 감싸도록 설치되며 일정 간격으로 배치된 복수의 디퓨저 날개를 갖는 디퓨저를 포함하며, 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비는 임펠러가 회전할 때 발생하는 소음을 최소화할 수 있는 범위로 정해진다.
디퓨저, 면적비, 출구면적, 입구면적, BPF 소음, 임펠러

Description

진공청소기용 팬 조립체{Fan Assembly for vacuum cleaner}
도 1은 종래 기술에 의한 진공청소기를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 의한 진공청소기용 팬 조립체를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2의 진공청소기용 팬 조립체의 임펠러를 나타낸 사시도,
도 4는 도 2의 진공청소기용 팬 조립체의 디퓨저를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 진공청소기용 팬 조립체의 디퓨저의 평면도,
도 6은 도 5의 디퓨저의 디퓨징 채널을 나타낸 부분 사시도,
도 7은 디퓨저 날개의 입구 경사각의 변화에 따른 디퓨징 채널의 입구 단면적의 변화를 설명하기 위한 부분 평면도,
도 8은 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비의 변화에 따른 팬 조립체의 흡입력의 변화를 나타낸 그래프,
도 9는 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비의 변화에 따른 BPF 소음의 변화를 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10; 모터 11; 모터 축
15; 상부 커버 20; 임펠러
21; 하판 22; 상판
23; 임펠러 날개 25; 공기흡입구
30; 디퓨저 31; 디퓨저 날개
32; 디퓨저 판 33; 안내날개
35; 개구부 36; 디퓨징 채널
37; 안내채널 40; 팬 조립체
본 발명은 진공청소기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공청소기에 사용되는 팬 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 진공청소기는 흡입력을 발생시켜 공기와 함께 오물을 흡입하고, 오물수거장치를 이용하여 흡입된 공기로부터 오물을 분리하여 수거함으로써 청소 하는 장치이다. 이러한 진공청소기의 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 진공청소기(1)는 흡입브러시(2), 연장관 조립체(3), 진공청소기 본체(4)를 포함한다.
흡입브러시(2)는 하면에 흡입구(미도시)가 형성되며, 피 청소면으로부터 오물을 흡입한다. 연장관 조립체(3)는 흡입브러시(2)와 진공청소기 본체(4)를 연결하며, 흡입브러시(2)로부터 흡입된 오물이 이동하는 통로를 이룬다. 진공청소기 본체(4)는 오물수거장치(6)와 팬 조립체(7)가 설치되어 있다. 오물수거장치(6)는 흡입된 공기로부터 오물을 분리하여 수거하는 것으로서, 먼지봉투나 사이클론 집진장치 등이 사용된다. 팬 조립체(7)는 공기를 흡입하는 흡입력을 발생시킨다.
팬 조립체(7)는 모터(9), 임펠러(미도시), 및 디퓨저(8)를 포함한다. 임펠러는 모터(9)의 회전축에 조립되며, 모터(9)에 의해 회전하여 공기를 흡입하는 흡입력을 발생시킨다. 디퓨저(8)는 임펠러로부터 배출되는 공기를 모터(9) 쪽으로 유도하여 흡입된 공기가 모터(9)를 냉각시킨 후 진공청소기 본체(4)의 배출구(5)를 통해 외부로 배출되도록 한다.
그런데, 상기와 같은 팬 조립체(7)는 임펠러가 디퓨저(8)의 내측에서 고속으로 회전하기 때문에 큰 소음이 발생한다. 특히, 일정 개수의 날개를 갖는 임펠러는 날개가 통과하는 주파수(BPF, Blade Passing Frequency)와 그 주파수의 정수 배에 해당하는 주파수에서 피크 소음이 발생하게 되는데 이를 BPF 소음이라 한다. 진공청소기에서 BPF 소음은 전체 소음의 레벨에는 크게 영향을 주지 않으나, 강한 음색의 고주파 음으로써 사용자에게 큰 거부감을 주게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 임펠러에 의해 발생하는 소음, 특히 BPF 소음을 줄일 수 있는 진공청소기용 팬 조립체를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 모터; 상기 모터에 의해 회전하여 공기를 흡입하며, 복수의 임펠러 날개를 갖는 임펠러; 및 상기 임펠러의 외주를 감싸도록 설치되며, 일정 간격으로 배치된 복수의 디퓨저 날개를 갖는 디퓨저;를 포함하며, 상 기 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비는 상기 임펠러가 회전할 때 발생하는 소음을 줄일 수 있는 범위로 정해지는 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬 조립체를 제공함으로써 달성된다.
이때, 상기 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비는 다음 조건을 만족한다.
Figure 112005068917033-pat00001
또한, 상기 디퓨저는, 상기 복수의 디퓨저 날개의 개수를 변경함으로써 상기 조건을 만족하거나, 상기 복수의 디퓨저 날개의 입구 경사각을 변경함으로써 상기 조건을 만족하도록 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 진공청소기용 팬 조립체의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 진공청소기용 팬 조립체(40)는 모터(10), 임펠러(20), 및 디퓨저(30)를 포함한다.
모터(10)는 임펠러(20)를 회전시키는 것으로서, 일반적으로 진공청소기에 사용되는 모터인 회전수 30,000~36,000rpm, 용량 1,000~2,000W의 것이 사용된다. 모터(10)는 다양한 형식의 것이 사용될 수 있다.
임펠러(20)는, 도 3을 참조하면, 모터(10)에 의해 회전하여 공기를 흡입하는 흡입력을 발생시키는 것으로서, 상판(22), 하판(21), 및 복수의 임펠러 날개(23)를 포함한다.
상판(22)은 원판 형상이며, 중앙부에는 공기흡입구(25)가 형성된다. 하판(21)은 상판(22)에 대응되는 원판 형상으로 형성되며, 중앙부가 모터 축(11)에 고정된다. 복수의 임펠러 날개(23)는 상판(22)과 하판(21) 사이에 방사상으로 일정 간격으로 배치된다. 통상 복수의 임펠러 날개(23)는 각각이 곡선을 이루도록 형성된다. 따라서, 상판(22)의 공기흡입구(25)로 인입되는 공기는 복수의 임펠러 날개(23)에 의해 형성된 복수의 공기채널을 통해 임펠러(20)의 외측으로 배출된다.
디퓨저(30)는 임펠러(20)로부터 배출되는 공기를 모터 (10) 쪽으로 안내하는 것으로서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 디퓨저 판(32)과 복수의 디퓨저 날개(31) 및 복수의 안내날개(33)를 포함한다.
디퓨저 판(32)은 원판 형상으로 형성되며, 임펠러(20)와 모터(10)의 사이에 설치된다. 디퓨저 판(32)의 중앙에는 모터 축(11)이 통과하는 관통공(34)이 형성되어 있다. 복수의 디퓨저 날개(31)는 임펠러(20)를 외측에서 감싸도록 디퓨저 판(32)의 상측에 설치된다. 이때, 복수의 디퓨저 날개(31)는 디퓨저 판(32)의 외주 쪽에 방사상으로 일정 간격으로 배치된다. 인접하는 2개의 디퓨저 날개(31) 사이의 공간은 디퓨징 채널(36)을 형성한다. 디퓨저 날개(31)의 임펠러(20) 쪽의 단(31b)은 디퓨징 채널(36)의 입구를 형성한다. 이때, 복수의 디퓨저 날개(31)는 도 5에 도시된 바와 같이 곡선을 이루도록 형성된다. 복수의 안내날개(33)는 디퓨저 판(32)의 하측에 방사상으로 일정 간격으로 설치된다. 인접하는 2개의 안내날개(33) 사이의 공간은 안내채널(37)을 형성한다. 복수의 안내날개(33)는 복수의 디퓨징 채 널(36)로부터 인입되는 공기를 모터(10) 쪽으로 안내하도록 형성된다. 또한, 디퓨저 판(32)에는 복수의 디퓨징 채널(36)의 끝단에 디퓨징 채널(36)과 안내채널(37)을 연통시키는 개구부(35, 도 5 참조)가 형성된다. 상부 커버(15)로 둘러싸인 이 개구부(35)가 디퓨징 채널(36)의 출구를 형성한다. 따라서, 복수의 디퓨징 채널(36)을 통과한 공기는 개구부(35)를 통해 복수의 안내채널(37)로 이동한 후 모터(10) 쪽으로 안내된다.
상부 커버(15)는 임펠러(20)와 디퓨저(30)의 상측을 덮으며, 임펠러(20)가 회전하는 공간을 형성하고, 임펠러(20)로부터 배출되는 공기가 디퓨저(30) 상단으로 누출되지 않도록 한다.
본 발명자들은 상기와 같은 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비가 일정 범위 내에 있도록 디퓨저(30)를 만들면, 팬 조립체(40)의 성능, 즉 최대 흡입력의 감소를 최소화하면서 복수의 디퓨저 날개(31)의 내측에서 회전하는 임펠러(20)에 의해 발생하는 소음, 특히 BPF 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 생각하였다. 그래서, 실험을 통해 팬 조립체(40)의 최대 흡입력의 감소가 적으면서, 임펠러(20)의 BPF 소음을 감소시킬 수 있는 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비의 범위를 찾아내었다.
이때, 디퓨저(30)의 입구면적은 디퓨징 채널(36)의 입구 단면적에 디퓨저 날개(31)의 개수를 곱한 값으로 계산된다. 디퓨징 채널(36)의 입구 단면적은, 도 6을 참조하면, 디퓨저 날개(31)의 입구단(31b)에서 인접한 디퓨저 날개(31')로 그린 수직선의 거리(B)와 디퓨저 날개(31)의 높이(H)의 곱으로 정해진다.
즉, 디퓨징 채널 입구 단면적 = B x H 로 정해진다.
따라서, 디퓨저의 입구면적 = 디퓨징 채널 입구 단면적 X 디퓨저 날개 개수로 정해진다.
또한, 디퓨저(30)의 출구면적은 디퓨징 채널(36)의 출구를 형성하는 개구부(35)의 면적에 디퓨저 날개(31)의 개수를 곱한 값으로 계산된다. 디퓨징 채널(36)의 개구부(35)는, 도 5 및 도 7을 참조하면, 디퓨징 채널(36)의 하면을 이루는 디퓨저 판(32)의 끝단에 형성된다.
따라서, 디퓨저의 출구면적 = 디퓨징 채널의 개구부 면적 X 디퓨저 날개 개수로 정해진다.
본 상세한 설명에서 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비는 다음 식으로 정의된다.
Figure 112005068917033-pat00002
본 실험에서는 진공청소기용 팬 조립체(40)에서 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비를 변경하면서 팬 조립체(40)의 최대 흡입력의 변화와 BPF 소음의 변화를 측정하였다. 그 측정결과가 아래의 표 1과 도 8 및 도 9에 도시되어 있다.
디퓨저 면적(mm) 면적비 BPF 소음 Peak(dB) 흡입력(W)
입구 출구 1st 2nd 3rd Total H
330 728 0.45 64.4 68.7 55.1 65.5 549
374 728 0.51 65.9 68.1 55.5 65.5 620
435 801 0.54 66.3 68.2 59.6 65.9 643
435 697 0.62 70.9 71.2 59.8 69.5 646
519 815 0.64 74.8 68.1 63.7 71.1 657
612 728 0.84 72.7 72.5 66.2 71.3 662
이때의 실험조건은 다음과 같다. 즉, 모터(10)는 용량이 1,800W이고, 230V, 50Hz에서 동작하며, 회전수는 무부하시 약 31,000RPM이다. 임펠러(20)는 최고 높이는 17.4mm, 최소 높이는 8mm, 내경, 즉 공기인입구(25)의 지름은 35mm, 외경은 109.6mm이다(도 3 참조). 디퓨저(30)는 높이가 23.5mm, 디퓨저 날개(31)의 높이가 10mm, 외경은 130mm이다(도 4 참조).
도 8 및 도 9의 선 그래프는 표 1의 데이터를 일반화한 것이다.
도 8을 참조하면, 팬 조립체(40)의 최대 흡입력은 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비(이하, 디퓨저의 면적비)가 증가함에 따라 비례적으로 상승하다가 디퓨저의 면적비가 일정 값 이상이 되면 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 8로부터 상기의 실험 조건에서 팬 조립체(40)의 최대 흡입력은 약 675W까지 얻을 수 있으며, 디퓨저의 면적비가 0.51인 경우에 최대 흡입력이 약 600W 정도인 것을 알 수 있다. 따라서, 팬 조립체(40)의 최대 흡입력의 감소를 최소(감소율이 10% 이하)로 하기 위해서는 디퓨저의 면적비를 0.51이상으로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 디퓨저의 면적비가 감소하면 1차, 2차, 3차 및 전체 BPF 소음이 감소하는 것을 알 수 있다. 또, 디퓨저의 면적비가 증가하면 1차, 2차, 3차 및 전체 BPF 소음이 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 9로부터 1차, 2차, 3차 및 전체 BPF 소음을 70dB 이하로 유지하기 위해서는 디퓨저의 면적비가 약 0.62 이하가 되어야 한다는 것을 알 수 있다.
상술한 결과로부터 진공청소기용 팬 조립체(40)의 최대 흡입력의 감소를 최소화하면서, BPF 소음을 70dB 이하로 할 수 있도록 하기 위해서는 면적비가 0.51 ~ 0.62의 범위에 있도록 디퓨저(30)를 제작하는 것이 바람직하다.
디퓨저(30)의 크기는 종래와 동일하게 유지하면서 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비가 상기와 같은 범위에 들도록 하기 위해서는, 상술한 바와 같이 정의된 출구면적과 입구면적 중의 어느 하나의 면적 또는 둘 다의 면적을 변경할 수 있다.
일 예로서, 디퓨저(30)의 출구면적을 일정하게 고정하고, 디퓨저(30)의 입구면적만을 변경하여 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비를 조절하는 경우에는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.
첫째는, 디퓨저 날개(31)의 개수를 변경하여 입구면적을 변경할 수 있다.
이 경우에는 디퓨저 날개(31)의 개수가 증가하면, 인접된 2개의 디퓨저 날개(31) 사이의 간격이 좁아지므로 입구면적이 감소하게 된다. 그러면, 출구면적에 대해 입구면적이 감소하므로 디퓨저의 면적비도 감소하게 된다. 반대로, 디퓨저 날개(31)의 개수가 감소하면, 인접된 2개의 디퓨저 날개(31) 사이의 간격이 넓어지므로 디퓨저의 면적비가 증가하게 된다.
둘째는, 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)을 변경하여 디퓨저(30)의 입구면적을 변경시키는 방법이다.
여기서, 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)이란, 도 6을 참조하면, 디퓨저 날개(31)의 입구단(31b)이 경사진 경우에 입구단(31b)의 경사 각도를 말한다. 따라서, 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)은 최대 90도이다. 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)이 90도인 경우가 디퓨저 입구면적이 최소가 되고, 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)이 작아짐에 따라 디퓨저 입구면적이 커지게 된다. 이는 디퓨저 날개(31)의 입구단(31b)이 경사진 경우에는, 디퓨저 날개(31)의 입구면적은 디퓨저 날개(31)의 상단(31a)과 경사진 입구단(31b)이 만나는 지점(P)에서 인접하는 디퓨저 날개(31')까지의 단면(38)의 면적으로 정의되기 때문이다(도 6 참조).
디퓨징 채널(36)은 입구 쪽에서 출구 쪽으로 확산되는 형상으로 형성되어 있기 때문에, 인접하는 2개의 디퓨저 날개(31,31') 사이의 간격은 입구 쪽에서 출구 쪽으로 갈수록 점점 넓어 지게 된다. 도 7은 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)의 변화에 대한 인접한 2개의 디퓨저 날개(31,31') 사이의 간격의 변화를 설명하기 위한 도면이다. P는 도 6과 같이 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각이 θ인 경우이고, B는 이때의 디퓨저 날개 31과 31' 사이의 간격을 나타낸다. P1은 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각이 θ보다 큰 경우이며, B1은 이때의 2개의 디퓨저 날개(31,31') 사이의 간격을 나타낸다. P2는 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각이 θ보다 작은 경우이며, B2는 이때의 2개의 디퓨저 날개(31,31') 사이의 간격을 나타낸다. 이때, 인접하는 2개의 디퓨저 날개 사이의 간격은 디퓨징 채널(36)의 입구 쪽에서 출구 쪽으로 갈수로 점점 넓어지므로, B1 < B < B2이다. 따라서, 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)이 작아질수록 디퓨저(30)의 입구면적은 점점 커지게 된다. 그러므로, 디퓨저 날개(31)의 입구 경사각(θ)을 조절하면 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비를 조절할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 진공청소기용 팬 조립체(40)의 동작을 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
모터(10)가 회전하면, 모터 축(11)에 고정된 임펠러(20)가 회전하게 된다. 임펠러(20)가 회전하면, 공기가 공기흡입구(25)로 흡입되어 임펠러(20) 출구를 통해 디퓨저(30)로 배출된다. 임펠러(20)에서 배출된 공기는 복수의 디퓨징 채널(36)의 입구로 인입되어 디퓨징 채널(36)을 통과한 후 디퓨징 채널(36)의 출구인 개구부(35)를 통해 안내채널(37)로 배출된다. 이때, 디퓨저(30)의 출구면적과 입구면적의 비가 0.51 ~ 0.62 사이에 있기 때문에 임펠러(20)의 회전에 의해 발생하는 BPF 소음은 최소화된다. 안내채널(37)로 인입된 공기는 모터(10)를 지난 후 배출구를 통해 진공청소기 본체의 외부로 배출된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 진공청소기용 팬 조립체에 의하면, 최대 흡입력의 감소를 최소화하면서 BPF 소음을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 진공청소기용 팬 조립체는 디퓨저 날개의 개수 또는 디퓨저 날개의 입구 경사각을 변경함으로써 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비를 간편하게 조절할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 단순한 구성요소의 치환, 부가, 삭제, 변경은 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 속하게 된다.

Claims (4)

  1. 모터;
    상기 모터에 의해 회전하여 공기를 흡입하며, 복수의 임펠러 날개를 갖는 임펠러; 및
    상기 임펠러의 외주를 감싸도록 설치되며, 일정 간격으로 배치된 복수의 디퓨저 날개를 갖는 디퓨저;를 포함하며,
    상기 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비는 상기 임펠러가 회전할 때 발생하는 소음을 줄일 수 있는 범위로 정해지는 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디퓨저의 출구면적과 입구면적의 비는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬 조립체.
    Figure 112005068917033-pat00003
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 디퓨저는,
    상기 복수의 디퓨저 날개의 개수를 변경함으로써 상기 조건을 만족하도록 형성된 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 디퓨저는,
    상기 복수의 디퓨저 날개의 입구 경사각을 변경함으로써 상기 조건을 만족하도록 형성된 것을 특징으로 하는 진공청소기용 팬 조립체.
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