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KR102005008B1 - 분리 스테이지 사이에 모터를 구비하는 진공 청소기 - Google Patents

분리 스테이지 사이에 모터를 구비하는 진공 청소기 Download PDF

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KR102005008B1
KR102005008B1 KR1020177013385A KR20177013385A KR102005008B1 KR 102005008 B1 KR102005008 B1 KR 102005008B1 KR 1020177013385 A KR1020177013385 A KR 1020177013385A KR 20177013385 A KR20177013385 A KR 20177013385A KR 102005008 B1 KR102005008 B1 KR 102005008B1
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dust separation
vacuum motor
inlet
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찰스 제프리 박스
마크 앤드류 존슨
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

메인 본체(2)와 이러한 메인 본체(2)에 탈착 가능하게 부착된 먼지 분리기(3)를 포함하는 진공 청소기(1)가 제시된다. 먼지 분리기(3)는, 제1 먼지 분리 스테이지(4), 제2 먼지 분리 스테이지(7), 및 제1 먼지 분리 스테이지(4)와 제2 먼지 분리 스테이지(7)를 통해 공기를 이동시키기 위한 진공 모터(6)를 포함한다. 진공 모터(6)는 전기 모터(6)에 의해 구동되는 임펠러(21)를 포함한다. 제1 먼지 분리 스테이지(4)는 임펠러(21)의 상류에 위치하고, 제2 먼지 분리 스테이지(7)는 임펠러(21)의 하류에 위치한다.

Description

분리 스테이지 사이에 모터를 구비하는 진공 청소기{VACUUM CLEANER WITH MOTOR BETWEEN SEPARATION STAGES}
본 발명은 먼지 분리 스테이지 사이에 위치하는 진공 모터를 구비하는 진공 청소기에 관한 것이다.
진공 청소기는 통상적으로 하나 이상의 먼지 분리 스테이지를 통해 먼지 함유 공기를 흡인하는 진공 모터를 포함한다. 이러한 공기가 진공 청소기를 통해 흡인됨에 따라 각각의 먼지 분리 스테이지에 걸쳐 압력 강하가 생긴다. 결과적으로, 진공 청소기의 유입구에서 발생되는 흡입력이, 이러한 제한이 없는 진공 청소기에 의해 발생되는 흡입력보다 상당히 작아진다. 유입구에서의 흡입력은 보다 강력한 진공 모터를 채용함으로써 높아질 수 있다. 그러나, 이는 필연적으로 진공 청소기의 비용, 사이즈, 중량 및/또는 전력 소모를 늘리게 된다.
본 발명은 메인 본체와 메인 본체에 탈착 가능하게 부착된 먼지 분리기를 포함하는 진공 청소기를 제공하며, 먼지 분리기는, 제1 먼지 분리 스테이지, 제2 먼지 분리 스테이지, 및 제1 먼지 분리 스테이지와 제2 먼지 분리 스테이지를 통해 공기를 이동시키기 위한 진공 모터를 포함하고, 진공 모터는 전기 모터에 의해 구동되는 임펠러를 포함하며, 제1 먼지 분리 스테이지는 임펠러의 상류에 위치하고, 제2 먼지 분리 스테이지는 임펠러의 하류에 위치한다.
제2 먼지 분리 스테이지가 임펠러의 하류에 위치하기 때문에, 제2 먼지 분리 스테이지와 연관되는 압력 강하는 임펠러의 하류에서 발생된다. 그 결과 임펠러의 유입구에서의 공기 압력은, 두 먼지 분리 스테이지 모두가 임펠러의 상류에 위치하는 방식에 비해 더 높다. 임펠러 유입구에서의 공기 압력이 더 높기 때문에, 임펠러는 공기에 더 큰 압력 상승을 부여한다. 그러면 이와 같이 더 큰 압력 상승을 이용하여 진공 청소기의 유속을 높이고, 분리 효율을 증가시키고 및/또는 전력 소모를 줄일 수 있다.
제2 먼지 분리 스테이지를 임펠러 하류에 위치시키는 것에 의한 이점과 관련하여, 추가로 제1 먼지 분리 스테이지까지 임펠러의 하류에 위치시키려는 생각을 해볼 수도 있다. 그러나, 제1 먼지 분리 스테이지를 임펠러의 상류에 위치시킴으로써, 그렇지 않은 경우 임펠러를 차단하거나 막히게 하거나 또는 임펠러에 손상을 가할 수 있는 비교적 입자가 굵은 먼지를 우선적으로 제거할 수 있다.
이러한 2개의 먼지 분리 스테이지는 메인 본체로부터 탈착 가능한 공통의 먼지 분리기의 일부를 형성한다. 이렇게 되면, 먼지 분리기가 쓰레기통으로 운반되어 2개의 먼지 분리 스테이지에 의해 집진된 먼지가 한 동작으로 함께 비워질 수 있다는 장점을 갖는다. 진공 모터는 또한 먼지 분리기의 일부를 형성한다. 이는 먼지 분리기의 중량이 늘어난다는 단점을 가지지만, 제1 먼지 분리 스테이지로부터 진공 모터로 및/또는 진공 모터로부터 제2 먼지 분리 스테이지로 이동하는 공기가 더 짧고 및/또는 굴곡이 덜한 경로를 취할 수 있다는 장점을 가진다. 그 결과 유동 손실이 감소된다.
제1 먼지 분리 스테이지는 하나의 사이클론 분리기를 포함할 수 있고, 제2 먼지 분리 스테이지는 복수의 사이클론 분리기를 포함할 수 있다. 그 결과, 먼지 분리기에 대해 비교적 높은 분리 효율을 이룰 수 있다. 나아가, 필터 또는 세척 내지 교체를 요하는 기타 다른 수단을 필요로 하지 않고도 먼지를 제거할 수 있다.
제1 먼지 분리 스테이지가 사이클론 분리기를 포함하는 경우, 이러한 사이클론 분리기는 중심 축을 포함하되 사이클론 분리기 내부의 공기가 이러한 중심 축 둘레로 회전할 수 있다. 그 다음으로 진공 모터는 회전 축을 포함하되 임펠러가 이러한 회전 축 둘레로 회전할 수 있고, 중심 축과 회전 축은 일치할 수 있다. 결과적으로, 공기가 제1 먼지 분리 스테이지로부터 진공 모터로 이동함에 따라 비교적 곧은 경로를 취할 수 있고, 따라서 유동 손실을 줄이게 된다.
제2 먼지 분리 스테이지는 진공 모터 둘레에 배열되는 복수의 사이클론 분리기를 포함한다. 진공 모터 둘레에 사이클론 분리기를 배열함으로써, 진공 모터의 유출구와 각각의 사이클론 분리기의 유입구 사이에서 비교적 짧고 및/또는 곧은 경로를 취하게 될 수 있다. 그 결과 사이클론 분리기에 진입하는 공기에 대해 비교적 높은 속도를 얻을 수 있고, 이로써 분리 효율이 개선된다.
제1 먼지 분리 스테이지는 제1 집진기를 포함할 수 있고, 제2 먼지 분리 스테이지는 제2 집진기를 포함할 수 있으며, 제1 집진기는 제2 집진기를 둘러쌀 수 있다. 그 결과 비교적 컴팩트한 배열이 실현될 수 있다. 제1 먼지 분리 스테이지는 비교적 입자가 굵은 먼지를 제거하도록 의도되며, 제2 먼지 분리 스테이지는 비교적 미세한 먼지를 제거하도록 의도된다. 제1 집진기가 제2 집진기를 둘러싸기 때문에, 비교적 컴팩트한 전체 사이즈를 유지하면서도 제1 집진기에 대해서는 비교적 큰 용적을 얻을 수 있다.
제2 먼지 분리 스테이지는 복수의 사이클론 분리기와 복수의 채널을 포함할 수 있고, 각각의 채널은 진공 모터의 유출구로부터 각각의 사이클론 분리기의 유입구로 연장된다. 이러한 채널들은 공기가 진공 모터로부터 사이클론 분리기로 이동할 때 공기의 갑작스런 속도 변화를 막는데 이용될 수 있고, 이에 의해 유동 손실이 줄어든다. 특히, 채널은 진공 모터를 빠져나가는 공기의 비교적 높은 속도가 사이클론 분리기에 진입 시에 대체로 유지되도록 하는데 이용된다.
각각의 채널의 유입 각도는 진공 청소기의 통상적인 사용 중에 채널에 진입하는 공기의 입사 각도를 최소화하도록 규정될 수 있다. 결과적으로, 유동 손실이 줄어든다. 공기가 임펠러를 빠져나가는 절대 유동 각도는 30도를 넘어설 수 있다. 따라서, 각각의 채널은 적어도 30도의 유입 각도를 가질 수 있다.
각각의 채널은 실질적으로 직선형일 수 있다. 결과적으로, 공기가 채널을 따라 이동할 때 방향 전환이 없거나 비교적 거의 없다. 대조적으로, 공기가 진공 모터와 사이클론 분리기 사이에서 굴곡이 많은 경로를 따르도록 강제되는 경우, 유동 손실이 커질 것이고, 따라서 사이클론 분리기에 진입하는 공기의 속도가 느려질 것이다.
임펠러는 원심형 임펠러일 수 있고, 이는 크기에 비하여 비교적 높은 유속을 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 이 경우 공기는 축방향으로(즉, 진공 모터의 회전 축에 평행한 방향으로) 진공 모터에 진입하고, 반경방향으로(즉, 진공 모터의 회전 축에 수직인 방향으로) 빠져나간다. 공기가 반경방향으로 빠져나오기 때문에, 임펠러를 빠져나가는 공기의 방향을 전환할 필요가 없고 따라서 유동 손실이 줄어든다. 나아가, 제2 먼지 분리 스테이지가 진공 모터 둘레에 배열된 복수의 사이클론 분리기를 포함하는 경우, 진공 모터의 유출구와 각각의 사이클론 분리기로의 유입구 사이에 비교적 곧은 경로가 설정될 수 있으며, 이로써 손실이 더 줄어든다.
제2 먼지 분리 스테이지로부터 배출되는 공기 중 적어도 일부가 진공 모터를 냉각시키는데 이용될 수 있다. 결과적으로, 진공 모터는 보다 높은 전력으로 작동될 수 있다. 제2 먼지 분리 스테이지로부터 배출되는 공기 중 적어도 일부가 전기 모터의 하나 이상의 컴포넌트를 냉각시키기 위해 진공 모터의 내부를 통과하도록 압박될 수 있다. 특히, 공기는 전기 모터의 전기 권선 및/또는 파워 스위치 위로 흘러 이를 냉각시킬 수 있다. 결과적으로, 권선 및 파워 스위치는 더 높은 전류를 전달할 수 있게 되고, 따라서 전기 모터는 더 높은 전력으로 작동될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 진공 모터는 제1 유입구, 제1 유출구, 제2 유입구 및 제2 유출구를 포함할 수 있다. 제1 유입구는 임펠러의 상류에 위치하는 반면, 제1 유출구는 임펠러의 하류 및 제2 먼지 분리 스테이지의 상류에 위치한다. 제2 유입구는 제2 먼지 분리 스테이지의 하류에 위치하는 반면, 제2 유출구는 제2 유입구의 하류에 위치한다. 제2 먼지 분리 스테이지로부터 배출되는 공기 중 적어도 일부가 제2 유입구를 통해 진공 모터에 진입하여 전기 모터의 하나 이상의 컴포넌트 위로 흘러 제2 유출구를 통해 진공 모터를 빠져나갈 수 있다.
본 발명을 더 용이하게 이해할 수 있도록, 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시의 목적으로 본 발명의 실시예에 대해 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 청소기의 사시도이다.
도 2는 진공 청소기의 먼지 분리기의 중심을 통해 수직 평면으로 취해진 단면도이다.
도 3은 도 2의 단면도의 상부를 확대도로 나타낸 것이다.
도 4는 먼지 분리기의 단면도로서, 도 3에서 X-X 선으로 표기된 수평 평면으로 취해진 단면도이다.
도 5는 먼지 분리기의 채널의 유입 각도(α), 채널에 진입하는 기류의 절대 유동 각도(β), 그리고 결과적인 입사 각도(γ)를 나타낸다.
도 6은 먼지 분리기의 일부를 형성하는 진공 모터의 사시도이다.
도 7은 진공 모터를 장착하는데 이용되는 한 쌍의 마운트와 함께 진공 모터를 확대도로 나타낸 것이다.
도 1의 진공 청소기(1)는 먼지 분리기(3)가 탈착 가능하게 부착되어 있는 메인 본체(2)를 포함한다.
이제 도 2 내지 7을 참조하면, 먼지 분리기(3)는 제1 먼지 분리 스테이지(4), 모터 플레넘(5), 진공 모터(6), 및 제2 먼지 분리 스테이지(7)를 포함한다.
제1 먼지 분리 스테이지(4)는 사이클론 분리기(10) 및 집진기(11)를 포함한다. 사이클론 분리기(10) 및 집진기(11)는 외벽(12), 내벽(13), 슈라우드(14) 및 베이스(15)에 의해 규정된다. 외벽(12)은 원통형 형상이고 내벽(13)과 슈라우드(14)를 둘러싼다. 내벽(13)은 일반적으로 원통형 형상이고, 외벽(12)과 동심으로 배열된다. 내벽(13)의 상부는 홈(flute)이 형성되어 있고, 이러한 홈은 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 사이클론 분리기(40)에 의해 분리된 먼지가 추가적인 집진기(42)로 안내되는 통로를 제공한다. 슈라우드(14)는 외벽(12)과 내벽(13) 사이에 위치하고 공기가 통과하도록 허용하는 그물눈(mesh)을 포함한다.
외벽(12)의 상단은 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 벽에 의해 폐쇄된다. 내벽(13)과 외벽(12)의 하단은 베이스(15)에 의해 폐쇄된다. 따라서 외벽(12), 내벽(13) 및 베이스(15)는 집합적으로 챔버를 형성한다. 이러한 챔버의 상부(즉, 일반적으로 외벽(12)과 슈라우드(14) 사이에 규정된 부분)는 사이클론 챔버(16)를 규정하며, 챔버의 하부(즉, 일반적으로 외벽(12)과 내벽(13) 사이에 규정된 부분)는 집진 챔버(17)를 규정한다. 그러므로 제1 먼지 분리 스테이지(4)는 사이클론 분리기(10) 및 이러한 사이클론 분리기(10) 아래에 위치하는 집진기(11)를 포함한다.
외벽(12)은 제1 먼지 분리 스테이지(4)로의 유입구로 기능하는 개구부(미도시)를 포함한다. 슈라우드(14)와 내벽(13) 사이의 공간은 통로(18)를 규정하며 이러한 통로는 하단이 폐쇄되어 있고 상단이 개방되어 있다. 상단은 제1 먼지 분리 스테이지(4)에 대한 유출구로 기능한다.
모터 플레넘(5)은 제1 먼지 분리 스테이지(4) 위에 위치하여 제1 먼지 분리 스테이지(4)의 유출구를 진공 모터(6)의 유입구와 유체 연통시키는 역할을 한다.
진공 모터(6)는 하우징(20), 임펠러(21) 및 전기 모터(22)를 포함한다. 임펠러(21)는 전기 모터(22)에 의해 구동되는 원심형 임펠러이다. 하우징(20)은 일반적으로 원통형이며, 전단부가 폐쇄되어 있고 후단부는 개방되어 있다. 임펠러(21) 및 전기 모터(22)는 임펠러(21)가 전단부에 인접하도록 하우징(20) 내에 격납된다.
하우징(20)은 임펠러(21)의 상류에 위치하는 제1 유입구(25), 임펠러(21)의 하류에 위치하는 제1 유출구(26), 제1 유출구(26)의 하류에 위치하는 제2 유입구(27), 및 제2 유입구(27)의 하류에 위치하는 제2 유출구(28)를 포함한다. 제1 유입구(25)는 하우징(20)의 전단에 위치하는 원형 개구부를 포함한다. 제1 유출구(26)는 하우징(20)의 측면 주위로 형성된 환형 개구부를 포함한다. 제2 유입구(27)는 복수의 애퍼처를 포함하는데, 이러한 애퍼처 또한 하우징(20)의 측면 주위로 형성된다. 제2 유입구(27)는 제1 유출구(26)보다 뒤쪽에 위치하며, 다시 말해서 제2 유입구(27)는 제1 유출구(26)에 대해 상대적으로 하우징(20)의 후방쪽에 위치한다. 마지막으로, 제2 유출구(28)는 하우징(20)의 개방된 후단과 전기 모터(22) 사이에 규정되는 복수의 애퍼처를 포함한다.
제1 유입구(25)는 임펠러(21)의 유입구와 정렬되며, 제1 유출구(26)는 임펠러(21)의 유출구와 정렬되어 이를 둘러싼다. 원심형 임펠러라는 점에서, 공기는 축방향으로(즉, 회전 축에 평행한 방향으로) 임펠러(21)에 진입하고 반경방향으로(즉, 회전 축에 수직인 방향으로) 빠져나온다. 결과적으로, 공기는 제1 유입구(25)를 통해 축방향으로 진공 모터(6)에 진입하며, 제1 유출구(26)를 통해 반경방향으로 진공 모터(6)를 빠져나간다. 이하 설명하는 바와 같이, 제2 먼지 분리 스테이지(7)로부터 배출되는 공기는 제2 유입구(27)를 통해 진공 모터(6)에 재진입하고, 전기 모터(22)의 컴포넌트들 위로 흘러 이들을 냉각하며, 제2 유출구(28)를 통해 빠져나간다.
진공 모터(6)는 축방향 마운트(29) 및 반경방향 마운트(30)에 의해 제2 먼지 분리 스테이지(7) 내에 장착된다. 양자의 마운트(29, 30)는 탄성 중합체 재료로 형성되고 제2 먼지 분리 스테이지(7)를 격리하도록 작용하여 먼지 분리기(3)의 나머지를 진공 모터(6)에 의해 발생되는 진동으로부터 격리한다. 축방향 마운트(29)는 하우징(20)의 전단부에 부착되고, 시일을 형성하도록 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 벽에 접하게 된다. 사용 중에, 축방향 마운트(29)는 진공 모터(6)의 진동을 축방향으로, 즉 진공 모터(6)의 회전 축에 평행한 방향으로 흡수하도록 변형된다. 반경방향 마운트(30)는 하우징(20)의 측면에 부착되고, 하우징(20)을 둘러싸는 슬리브(31), 이러한 슬리브(31)의 일단에 위치하는 립 시일(32), 및 슬리브(31)를 따라 축방향으로 연장되는 복수의 리브(33)를 포함한다. 반경방향 마운트(30)는, 리브(33)가 약간 찌그러지면서 립 시일(32)이 벽에 대해 시일을 형성하도록, 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 벽에 접하게 된다. 사용 중에, 리브(33)는 추가로 진공 모터(6)의 진동을 반경방향으로, 즉 진공 모터(6)의 회전 축에 수직인 방향으로 흡수하도록 변형된다.
제2 먼지 분리 스테이지(7)는 복수의 사이클론 분리기(40), 복수의 채널(41), 집진기(42), 및 커버(43)를 포함한다.
사이클론 분리기(40)는 진공 모터(6) 둘레에 링 형태로 배열된다. 각각의 사이클론 분리기(40)는 원추대 형상이고 접선방향 유입구(44), 공기 유출구(45) 및 먼지 유출구(46)를 포함한다. 각각의 사이클론 분리기(40)의 내부는 사이클론 챔버(47)를 규정한다. 사용 중에, 공기는 접선방향 유입구(44)를 통해 사이클론 챔버(47)로 진입한다. 사이클론 챔버(47) 내에 분리된 먼지는 먼지 유출구(46)를 통해 배출되고 정화된 공기가 공기 유출구(45)를 통해 빠져나간다.
각 채널(41)은 진공 모터(6)의 제1 유출구(26)로부터 각각의 사이클론 분리기(40)의 유입구(44)로 선형으로 연장된다. 사이클론 분리기(40)는, 각각의 사이클론 분리기(40)의 유입구(44)가 제1 유출구(26)와 대략 동일한 레벨에 위치하도록 진공 모터(6)에 대해 배치된다. 각각의 유입구(44)의 높이는 제1 유출구(26)의 높이보다 크다. 따라서, 각각의 채널(41)은 제1 유출구(26)로부터 유입구(44)로 연장됨에 따라 높이가 증가한다. 부가적으로, 채널(41)은 제1 유출구(26)와 유입구(44) 사이에서 연장됨에 따라 폭이 감소한다. 이에 의해, 채널(41)의 단면적은 그 길이를 따라 비교적 일정하게 되고, 그 장점에 대해서는 후술할 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 채널(41)은 채널(41)의 유입구로부터 유출구로 연장되는 중심선(50)을 가진다. 각각의 채널(41)은, (i) 채널(41)의 유입구에서 중심선(50)에 대한 접선과 (ii) 채널(41)의 유입구의 중심을 통해 연장되는 임펠러(21)의 반경방향 축(51)의 교차에 의해 규정되는 유입 각도(α)를 가진다. 따라서 '유입 각도'라는 용어는 디퓨저의 블레이드 또는 날개를 지칭할 때 컴프레서 기술에서 채용되는 것과 마찬가지의 방식으로 사용된다. 예를 들면, 디퓨저 날개의 유입 각도는 (i) 날개의 선단에서 캠버 곡선에 대한 접선과 (ii) 날개의 선단을 통해 연장되는 임펠러의 반경방향 축 사이의 각도로 정의된다. 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 채널(41)은 채널 디퓨저와 유사하다. 그러나, 정압을 높이기 위해 기류를 감속시키고자 하는 기존의 채널 디퓨저와는 대조적으로, 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 채널(41)은 기류를 감속시키려 하지 않으며, 그 이유에 대해서는 후술할 것이다.
이제 도 5를 참조하면, 각각의 채널(41)의 유입 각도(α)는 기류의 입사 각도(γ)를 최소화하도록 규정된다. 진공 청소기(1)의 통상적인 사용 중에는, 예컨대 진공 청소기(1)가 다양한 표면들 상에서 사용되기 때문에, 사이클론 분리기(3)를 통과하는 기류의 유속이 변화할 것이다. 유속이 변화하기 때문에, 임펠러(21)를 빠져나가는 기류의 절대 유동 각도(β)도 변화할 것이다. 예를 들어, 유속은 5 l/s 내지 15 l/s 범위에서 변할 수 있다. 낮은 유속에서는, 진공 모터(6)가 감소된 부하로 인하여 더 높은 속도로 회전하게 되고, 따라서 기류는 더 높은 유동 각도, 예컨대 65도로 임펠러(21)를 빠져나간다. 높은 유속에서는, 진공 모터(6)가 증가한 부하로 인하여 더 낮은 속도로 회전하게 되고, 따라서 기류는 더 낮은 유동 각도, 예컨대 35도로 임펠러(21)를 빠져나간다. 통상적인 사용 중에 평균 유속은, 예를 들면 10 l/s일 수 있고, 그 결과 절대 유동 각도는 50도가 될 수 있다. 그러므로 각각의 채널의 유입 각도(α)는 입사 각도(γ)를 최소화하도록 50도로 규정된다.
집진기(42)는 내벽(13)과 베이스(15)로 규정된다. 보다 구체적으로는, 내벽(13)과 베이스(15)에 의해 정해지는 내측 공간이 집진 챔버(48)를 규정한다. 따라서 2개의 먼지 분리 스테이지(4, 7)의 집진기(11, 42)는 인접한다. 나아가, 제1 먼지 분리 스테이지(4)의 집진기(11)는 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 집진기(42)를 둘러싼다. 이하 설명하는 바와 같이, 제1 먼지 분리 스테이지(4)는 비교적 입자가 굵은 먼지를 제거하도록 의도되며, 제2 먼지 분리 스테이지(7)는 비교적 미세한 먼지를 제거하도록 의도된다. 최외곽에 제2 집진기(42)를 둘러싸는 제1 집진기(11)를 구비함으로써, 먼지 분리기(3)에 대해 비교적 컴팩트한 전체 사이즈를 유지하면서도 제1 집진기(11)에 대해서는 비교적 큰 용적을 얻을 수 있다.
각각의 사이클론 분리기(40)의 바닥은, 사이클론 분리기(40)에 의해 분리되는 먼지가 먼지 유출구(46)를 통해 배출되어 집진 챔버(48) 안으로 떨어지도록 집진기(42) 내로 돌출된다. 위에서 살펴본 바와 같이, 내벽(13)의 상부는 홈(flute)이 형성되어 있다. 이러한 홈은 사이클론 분리기(40)에 의해 분리된 먼지가 집진 챔버(48)의 바닥으로 안내되는 통로를 제공한다.
커버(43)는 사이클론 분리기(40) 및 진공 모터(6) 위에 놓인다. 커버(43)는 사이클론 분리기(40)로부터 배출되는 정화된 공기를 진공 모터(6)의 제2 유입구(27)로 안내하는 역할을 한다. 반경방향 마운트(30)의 립 시일(32)은, 사이클론 분리기(40)로부터 배출된 모든 공기가 제2 유입구(27)를 통해 진공 모터(6)에 재진입하도록 커버(43)에 대해 환형 시일을 형성한다. 커버(43)는 진공 모터(6) 위에 위치하는 복수의 배기 통풍구(49)를 포함한다. 그 다음으로 제2 유출구(28)를 통해 진공 모터(6)로부터 배출된 공기는 배기 통풍구(49)를 통해 먼지 분리기(3) 및 진공 청소기(1)로부터 배기된다.
사용 중에, 진공 모터(6)는 진공 청소기(1)의 흡입구를 통해 먼지 함유 공기를 흡인한다. 그 후 먼지 함유 공기는 흡입구로부터 먼지 분리기(3)로의 도관을 통해 전달된다. 먼지 함유 공기는 외벽(12)에 있는 유입구를 통해 제1 먼지 분리 스테이지(4)에 진입한다. 그 후 먼지 함유 공기는 사이클론 챔버(16) 내에서 선회하면서 비교적 입자가 굵은 먼지가 분리된다. 입자가 굵은 먼지는 집진 챔버(17) 내에 모이는 한편, 부분적으로 정화된 공기는 슈라우드(14)를 통해, 위로 통로(18)를 통하여, 모터 플레넘(5) 안으로 흡인된다. 모터 플레넘(5)으로부터, 부분적으로 정화된 공기는 제1 유입구(25)를 통해 진공 모터(6) 안으로 흡인된다. 그 후 공기는 제1 유출구(26)를 통해 진공 모터(6)로부터 배출된다. 그 다음으로 부분적으로 정화된 공기는 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 채널(41)을 따라 접선방향 유입구(44)를 통해 사이클론 분리기(40) 안으로 압박된다. 그러면 부분적으로 정화된 공기는 사이클론 챔버(47) 내에서 선회하면서 비교적 미세한 먼지가 분리된다. 미세한 먼지는 먼지 유출구(46)를 통해 배출되어 집진 챔버(48) 내에 모이는 한편, 정화된 공기는 공기 유출구(45)를 통해 배출된다. 거기로부터, 정화된 유체는 제2 유입구(26)를 통해 진공 모터(6) 안으로 압박된다. 그 다음으로 정화된 공기는 진공 모터(6)의 내부를 통과하도록 압박되어 전기 모터(22)의 컴포넌트를 냉각하게 된다. 마지막으로, 정화되고 가열된 공기는 제2 유출구(28)를 통해 진공 모터(6)로부터 배출되고 커버(43) 내의 배기 통풍구(49)를 통해 진공 청소기(1)로부터 배기된다.
제1 먼지 분리 스테이지(4)는 임펠러(21)의 상류에 위치하고, 제2 먼지 분리 스테이지(7)는 임펠러(21)의 하류에 위치한다. 결과적으로, 공기는 제1 먼지 분리 스테이지(4)를 통해 흡인되지만 제2 먼지 분리 스테이지(7)를 통과하도록 압박된다. 이러한 구성은 두 먼지 분리 스테이지가 모두 진공 모터의 상류에 위치하는 기존의 진공 청소기와 대비된다. 공기가 먼지 분리 스테이지를 통과함에 따라, 기류에 압력 강하가 생긴다. 제2 먼지 분리 스테이지(7)는 임펠러(21) 하류에 위치하므로, 제2 먼지 분리 스테이지(7)와 연관된 압력 강하는 임펠러(21)의 하류에서 발생한다. 그 결과, 임펠러(21)의 유입구에서의 압력은, 두 먼지 분리 스테이지가 모두 임펠러의 상류에 위치한 기존의 배열보다 더 높아진다. 결과적으로, 전기 모터(22)에 의해 발생된 동일한 축동력에 대하여, 임펠러(21)에 의해 공기에 더 큰 압력 상승이 부여된다. 이와 같이 큰 압력 상승은, 유속을 높이고, 분리 효율을 높이며 및/또는 진공 청소기(10)의 전력 소모를 줄이기 위해 이용될 수 있으며, 이에 대해서 설명할 것이다.
전기 모터(22)의 축동력과 먼지 분리 스테이지(4, 7)의 분리 효율이 변하지 않는 경우라면, 임펠러(21)에 의해 발생된 더 큰 압력 상승으로 인해 진공 청소기(1)를 통해 더 높은 유속이 발생하게 된다. 결과적으로, 진공 청소기(1)의 흡입구에서 더 큰 흡입력이 발생될 것이다. 유속을 높이는 대신에, 임펠러(21)에 의해 발생된 더 높은 압력 상승을 이용하여 먼지 분리 스테이지(4, 7) 중 하나 또는 양자 모두의 분리 효율을 높일 수 있다. 먼지 분리 스테이지의 분리 효율이 높아짐에 따라, 먼지 분리 스테이지와 연관된 압력 강하도 늘어난다. 따라서, 진공 청소기(1)를 통해 동일한 유속을 유지하면서도, 더 큰 압력 상승을 이용하여 먼지 분리 스테이지(4, 7) 중 하나 또는 양자 모두의 분리 효율을 높일 수 있다. 마지막으로, 유속 또는 분리 효율을 높이는 대신에, 동일한 유속 및 분리 효율이 달성되도록 전기 모터(22)에 의한 축동력이 감소될 수 있다. 결과적으로, 낮은 전력 소모로도 동일한 청소 성능을 이루게 된다.
제2 먼지 분리 스테이지(7)를 임펠러(21)의 하류에 위치시키는 것에 의한 이점과 관련하여, 제1 먼지 분리 스테이지(4)를 임펠러(21)의 하류에 위치시키려는 생각을 해볼 수도 있다. 그렇게 되면 임펠러(21)의 유입구에서의 압력을 추가로 높이게 될 것이다. 그러나, 제1 먼지 분리 스테이지(4)를 임펠러(21)의 하류에 위치시키게 되면 진공 청소기(1) 안으로 흡인되는 모든 먼지에 임펠러(21)가 노출될 것이다. 제1 먼지 분리 스테이지(4)를 임펠러(21)의 상류에 위치시킴으로써, 그렇지 않은 경우 임펠러(21)를 차단하거나 막히게 하거나 또는 임펠러에 손상을 가할 수 있는 비교적 입자가 굵은 먼지를 기류로부터 우선적으로 제거할 수 있다. 그러므로 임펠러(21)는 부분적으로 정화된 공기가 함유하는 비교적 미세한 먼지에만 노출된다.
진공 모터(6)는 원심형 임펠러(21)를 포함하고, 이는 크기에 비하여 비교적 높은 유속을 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 원심형 임펠러를 채용하는 결과로서, 공기는 축방향으로 임펠러(21)에 진입하고, 반경방향으로 빠져나간다. 하우징(20)은 임펠러(21)의 유출구를 둘러싸는 유출구(26)를 포함한다. 그 결과, 하우징(20) 내에서 임펠러(21)를 빠져나가는 공기의 방향을 전환할 필요가 없고 따라서 유동 손실이 줄어든다. 부가적으로, 진공 모터(6)를 빠져나가는 공기가 비교적 고속으로 이동하게 되고, 이제 서술하는 바와 같이 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 분리 효율을 위해 상당한 장점을 가진다.
제2 먼지 분리 스테이지(7)의 사이클론 분리기(40)는 진공 모터(6) 둘레에 배열된다. 그 결과, 기류가 진공 모터(6)의 제1 유출구(26)로부터 사이클론 분리기(40)의 유입구(44)로 이동할 때 이러한 기류를 위해 비교적 짧고 곧은 경로가 제공된다. 이는, 기류가 진공 모터(6)와 사이클론 분리기(40) 사이에서 굴곡이 많은 경로를 따르도록 강제되는 경우에 발생하게 될 유동 손실을 줄이는데 도움이 된다. 진공 모터(6)의 제1 유출구(26)는 각각의 사이클론 분리기(40)로의 유입구(44)와 대략 동일한 레벨에 위치한다. 특히, 제1 유출구(26)는 각각의 사이클론 분리기(40)의 유입구(44)를 거쳐 지나가는 평면에 놓인다. 결과적으로, 축방향으로 기류의 방향 전환이 거의 없게 되고, 따라서 유동 손실이 줄어든다.
채널(41)은, 진공 모터(6)를 빠져나가는 공기의 속도가 사이클론 분리기(40)로의 유입구(44)에서 유지되도록 하는데 도움이 된다. 이러한 목적으로, 각각의 채널(41)은 직선 형태이고, 진공 청소기(1)의 통상적인 사용 중에 기류의 입사 각도(γ)를 최소화하는데 기여하는 유입 각도(α)를 가진다. 부가적으로, 각각의 채널(41)의 단면적은 채널(41)의 길이를 따라 일정하다. 결과적으로, 진공 모터(6)를 빠져나가는 공기의 비교적 높은 속도가 사이클론 분리기(40)의 유입구(44)에서 대체로 유지된다. 이는 사이클론 분리기(40)의 분리 효율을 개선하는 장점을 가진다.
사이클론 분리기들을 진공 모터의 상류에 배치하는 기존의 진공 청소기에서는, 공기가 기류에 대한 노즐로서 기능하는 사이클론 분리기로의 유입구에서 통상적으로 가속된다. 사이클론 분리기로부터 배출된 공기는 플레넘으로 유입되고, 이로써 기류가 감속된다. 마지막으로, 공기는 다시 진공 모터에서 가속된다. 그러므로 기류가 사이클론 분리기와 진공 모터 사이에서 이동함에 따라 갑작스런 속도 변화를 겪게 된다. 그러나 갑작스런 속도 변화가 있을 때마다 기류는 유동 손실을 겪게 된다. 본 발명의 진공 청소기(1)를 이용하면, 기류가 진공 모터(6)와 사이클론 분리기(40) 사이에서 이동할 때 채널(41)이 갑작스런 속도 변화를 방지하도록 기능하게 되고, 따라서 유동 손실을 줄이게 된다.
각각의 채널(41)의 단면적은 그 길이를 따라 일정하다. 결과적으로, 사이클론 분리기(40)에 진입하는 기류의 속도는 진공 모터(6)를 빠져나가는 속도와 대체로 동일하다. 그러나, 진공 모터(6)를 빠져나가는 기류의 속도 뿐만 아니라 사이클론 분리기(40)의 특정 설계(예컨대, 사이즈, 형상 및 개수)에 따라, 기류를 가속 또는 감속시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 각각의 채널(41)의 단면적은 그 길이를 따라 점진적으로 감소 또는 증가할 수 있다. 하지만, 앞선 단락에서 설명했던 기존의 진공 청소기와는 대조적으로, 기류는 진공 모터(6)로부터 사이클론 분리기(40)로의 경로 상에서 갑작스런 속도 변화를 경험하지 않는다.
위에서 살펴본 바와 같이, 각각의 채널(41)의 유입 각도(α)는 이상적으로 입사 각도(γ)를 최소화하도록 규정된다. 그러므로 유입 각도는 진공 모터(6)를 빠져나가는 기류의 절대 유동 각도(β)에 따라 달라지게 될 것이며, 또한 절대 유동 각도(β)는 임펠러(21)의 설계 및 전기 모터(22)의 회전 속도에 따라 달라진다. 진공 모터(6)가 먼지 분리기(3)의 일부를 형성하고 먼지 분리기(3)가 메인 본체(2)로부터 탈착 가능하므로, 비교적 컴팩트하고 중량이 가벼운 진공 모터(6)를 채용하는 것이 바람직하다. 원하는 유속을 얻으면서도 비교적 컴팩트한 사이즈와 가벼운 중량을 달성하기 위하여, 비교적 높은 회전 속도가 가능하다. 따라서, 공기가 임펠러(21)를 빠져나가는 절대 유동 각도가 30도를 넘어설 가능성이 있다. 그러면 각각의 채널(41)은 적어도 30도의 유입 각도(α)를 갖게 될 것이다.
진공 모터(6)는 제1 먼지 분리 스테이지(4) 바로 위에 위치한다. 부가적으로, 사이클론 분리기(10)의 중심 축(즉, 사이클론 챔버(16) 내에서 공기가 그 둘레로 회전하는 축) 및 진공 모터(6)의 회전 축이 일치한다. 그 결과, 공기가 제1 먼지 분리 스테이지(4)로부터 진공 모터(6)로 이동할 때 비교적 짧고 곧은 경로를 취하게 되어, 유동 손실이 줄어든다.
2개의 먼지 분리 스테이지(4, 7)가 메인 본체(2)로부터 탈착 가능한 공통의 먼지 분리기(3)의 일부를 형성한다. 이는, 먼지 분리기(3)가 제거되어 쓰레기통으로 운반되어 두 먼지 분리 스테이지(4, 7)에 의해 집진된 먼지가 한 동작으로 함께 비워질 수 있다는 장점을 갖는다. 예를 들어, 베이스(15)는 두 집진 챔버(17, 48)를 비우기 위해 외벽(12)에 대해 피봇 운동할 수 있다. 진공 모터(6) 또한 먼지 분리기(3)의 일부를 형성한다. 이는 먼지 분리기(3)의 사이즈와 중량이 늘어난다는 단점을 가지지만, 공기가 제1 먼지 분리 스테이지(4)로부터 진공 모터(6)로 이동할 때 그리고 진공 모터(6)로부터 제2 먼지 분리 스테이지(7)로 이동할 때 공기가 더 짧고 굴곡이 적은 경로를 취한다는 장점을 가진다. 그 결과, 유동 손실이 줄어든다.
제1 먼지 분리 스테이지(4)는 사이클론 분리기(10)를 포함하며, 이는 필터 또는 세척 내지 교체를 요하는 기타 다른 수단을 필요로 하지 않고도 비교적 입자가 굵은 먼지를 제거할 수 있다는 장점을 가진다. 하지만 제1 먼지 분리 스테이지(4)는, 임펠러(21)를 차단하거나 막히게 하거나 또는 임펠러에 손상을 가할 수 있는 먼지를 제거하기 위한 대안적인 수단, 예컨대 세척 가능한 필터를 포함할 수 있다.
제1 먼지 분리 스테이지(7)로부터 배출되는 정화된 공기는 진공 모터(6)의 내부를 통과하도록 압박되어 전기 모터(22)의 컴포넌트를 냉각하는데 이용된다. 특히, 정화된 공기는 전기 권선(34) 및 이러한 권선(34)을 통한 전류 흐름을 제어하는데 이용되는 파워 스위치(35) 위로 흘러 이들을 냉각하게 된다. 그 결과, 전기 모터(22)는 더 높은 전력으로 작동될 수 있다. 진공 청소기(6)가 전체적으로 제2 먼지 분리 스테이지(7)의 상류에 위치하고 진공 모터(6)를 통해 흡인되는 공기가 전기 모터(22)를 냉각하는데 이용되는 경우, 기류가 함유하는 미세한 먼지가 전기 모터(22)에 손상을 가하거나 그 수명을 단축시킬 수 있다. 예를 들면, 먼지가 베어링을 막히게 하거나 열에 민감한 전기 컴포넌트를 덮을 수 있다. 제2 먼지 분리 스테이지(7)를 임펠러(21)의 하류 및 전기 모터(22)의 상류에 위치시킴으로써, 비교적 깨끗한 공기를 이용하여 전기 모터(22)를 냉각하면서도 동시에 보다 큰 압력 상승과 관련하여 위에서 살펴본 장점을 달성할 수 있게 된다.
제2 먼지 분리 스테이지(7)로부터 배출된 모든 공기는 진공 모터(6)의 내부를 통과하도록 압박된다. 이는, 모든 이용 가능한 공기가 진공 모터(6)를 통해 반환되므로 냉각을 최대화할 수 있다는 장점을 가진다. 하지만, 진공 모터(6)를 통한 경로는 비교적 제한적일 수 있다. 그러므로, 진공 모터(6)를 통하는 기류 중 일부만을 압박하는 것이 바람직할 수 있다. 그러면 기류의 나머지는 제2 유입구(27)를 우회할 것이고 그 대신 진공 모터(6)의 외측을 따라 흐를 것이다. 이는, 예를 들어 립 시일(32)이 단지 부분적인 시일을 형성하도록 반경방향 마운트(30)를 조정함으로써 이루어질 수 있다. 진공 모터(6)의 내부를 통과하도록 기류 중 단지 일부만을 압박함으로써, 우회에 의해 형성되는 덜 제한적인 경로로 인해 유속은 높아지게 될 것이다. 전기 모터(22)의 냉각이 문제가 되지 않거나 다른 수단에 의해 냉각이 이루어질 수 있다면, 공기가 제2 먼지 분리 스테이지(7)로부터 진공 모터(6)의 내부를 통과하도록 압박해야 하는 것을 완전히 피할 수 있다. 그 대안으로서, 하우징(20)이 금속 또는 높은 열 전도율을 갖는 여타 특정한 재료로 만들어지는 경우, 공기를 진공 모터(6)의 외측을 따라 통과시킴으로써 전기 모터(22)의 충분한 냉각을 이루는 것도 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 메인 본체와 상기 메인 본체에 탈착 가능하게 부착된 먼지 분리기를 포함하는 진공 청소기로서,
    상기 먼지 분리기는, 제1 먼지 분리 스테이지, 제2 먼지 분리 스테이지, 및 상기 제1 먼지 분리 스테이지와 제2 먼지 분리 스테이지를 통해 공기를 이동시키기 위한 진공 모터를 포함하고, 상기 진공 모터는 전기 모터에 의해 구동되는 임펠러를 포함하며, 상기 제1 먼지 분리 스테이지는 상기 임펠러의 상류에 위치하고, 상기 제2 먼지 분리 스테이지는 상기 임펠러의 하류에 위치하는, 진공 청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 먼지 분리 스테이지는 하나의 사이클론 분리기를 포함하고, 상기 제2 먼지 분리 스테이지는 복수의 사이클론 분리기를 포함하는, 진공 청소기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 먼지 분리 스테이지의 사이클론 분리기는 중심 축을 포함하되 상기 사이클론 분리기 내부의 공기가 상기 중심 축 둘레로 회전하며, 상기 진공 모터는 회전 축을 포함하되 상기 임펠러가 상기 회전 축 둘레로 회전하며, 상기 중심 축과 상기 회전 축은 일치하는, 진공 청소기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 먼지 분리 스테이지의 사이클론 분리기는 상기 진공 모터 둘레에 배열되는, 진공 청소기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 먼지 분리 스테이지는 제1 집진기를 포함하고, 상기 제2 먼지 분리 스테이지는 제2 집진기를 포함하며, 상기 제1 집진기는 상기 제2 집진기를 둘러싸는, 진공 청소기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 먼지 분리 스테이지는 복수의 사이클론 분리기와 복수의 채널을 포함하고, 각각의 채널은 상기 진공 모터의 유출구로부터 각각의 사이클론 분리기의 유입구로 연장되는, 진공 청소기.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 채널은 적어도 30도의 유입 각도를 가지는, 진공 청소기.
  8. 제6항에 있어서,
    각각의 채널은 실질적으로 직선형인, 진공 청소기.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 먼지 분리 스테이지로부터 배출되는 공기 중 적어도 일부가 상기 진공 모터를 냉각시키는데 이용되는, 진공 청소기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 먼지 분리 스테이지로부터 배출되는 공기 중 적어도 일부가 상기 전기 모터를 냉각시키기 위해 상기 진공 모터의 내부를 통과하도록 압박되는, 진공 청소기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 진공 모터는 제1 유입구, 제1 유출구, 제2 유입구 및 제2 유출구를 구비하고, 상기 제1 유입구는 상기 임펠러의 상류에 위치하며, 상기 제1 유출구는 상기 임펠러의 하류 및 상기 제2 먼지 분리 스테이지의 상류에 위치하고, 상기 제2 유입구는 상기 제2 먼지 분리 스테이지의 하류에 위치하며, 상기 제2 유출구는 상기 제2 유입구의 하류에 위치하고,
    상기 제2 먼지 분리 스테이지로부터 배출되는 공기 중 적어도 일부가 상기 제2 유입구를 통해 상기 진공 모터에 진입하여 상기 전기 모터의 하나 이상의 컴포넌트 위로 흘러 상기 제2 유출구를 통해 상기 진공 모터를 빠져나가는, 진공 청소기.
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