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1. (WO2017003134) CLEANER
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

6   7   8  

과제 해결 수단

9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35  

발명의 효과

36  

도면의 간단한 설명

37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110   111  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

도면

1   2a   2b   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

명세서

발명의 명칭 : 청소기

기술분야

[1]
개시된 실시예들은 청소기에 관한 것으로서, 상세하게는 무선 스틱형 청소기에 관한 것이다.

배경기술

[2]
최근에 리튬 이온 전지의 성능이 향상됨에 따라 소형이면서 경량의 대출력 배터리를 비교적 염가에 구입할 수 있기 때문에 무선 타입의 스틱 청소기가 실용화되는 추세이다. 이러한 청소기는 전원 코드가 없어 가볍고 편리성이 매우 뛰어나 인기가 좋으며, 그 예로써 특허문헌 1에 무선 스틱형 청소기의 기술이 공개되어 있다.
[3]
[선행기술문헌]
[4]
[특허문헌]
[5]
(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 2015-159841호

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[6]
종래의 무선 청소기는 강한 모드에서도 흡입률이 통상 25W~100W 정도로 낮고 흡입률이 통상 180W 정도인 캐니스터형 청소기와 비교해도 흡입력이 낮다.
[7]
이 때문에 무선 청소기는 보조 청소기로서 구비하고 메인 청소기로서 캐니스터형 청소기와 함께 2대의 청소기를 가지는 사용자가 늘어나는 추세이다. 당연히 사용자 입장에서는 1대의 청소기를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로 편리성이 매우 뛰어난 강력한 무선 청소기의 개발이 요구되고 있었다.
[8]
개시된 실시예들은 이러한 문제점을 고려한 것으로써 발명의 목적은 청소기 내부에서 흡입력을 발생하는 팬 구조에 관련된 것으로서, 예를 들어, 무선 스틱형 청소기로 강력한 흡입력을 실현하고자 한 것이다.

과제 해결 수단

[9]
일 측면에 따른 청소기는 흡입 팬부; 및 흡입 팬부를 구동하는 구동부를 포함하되, 구동부는 각각 회전하는 복수개의 로터를 포함하는 구동모터를 포함하고, 흡입 팬부는 제 1 로터에 의해 회전 구동되는 제1 팬과 구동모터의 제 2 로터에 의해 회전 구동되는 제2 팬을 포함한고, 구동모터는 제 1 로터와 제 2 로터에 대한 공통의 스테이터를 더 포함한다.
[10]
구동모터는 2개의 로터 및 1개의 스테이터를 구비할 수 있다.
[11]
상기와 같이 구성함으로써 흡입 팬부의 제1 팬이 구동모터 한쪽의 제 1 로터에 의해 구동되어 회전하고 제2 팬은 다른 쪽의 제 2 로터에 의해 구동되어 회전하고 이들 제1 팬과 제2 팬의 2개 팬에 의하여 흡입되는 공기 흐름이 발생하게 된다. 이 때문에 팬이 하나인 경우에 비해 더욱 많은 공기 흐름을 발생시킬 수 있어 청소기 흡입력을 더욱 향상시킬 수 있다.
[12]
제1 팬 및 제2 팬 중 적어도 어느 하나는 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬(axial-flow fan)일 수 있다.
[13]
상기와 같이 구성함으로써 축류팬의 특성인 다량의 공기 흐름을 발생할 수 있어 청소기 흡입력을 더욱 향상시킬 수 있다.
[14]
제 1 팬 및 제 2 팬 중 어느 하나는 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬(axial-flow fan)이고 다른 하나는 공기를 안쪽에서 원심력에 의해 원주 방향으로 내보내는 원심팬(centrifugal fan) 또는 상기 축류팬과 상기 원심팬의 중간 특성을 갖는 사류팬(mixed flow fan) 중 어느 하나일 수 있다.
[15]
상기와 같이 구성함으로써 많은 공기량을 발생시킬 수 있는 축류팬과 지름 방향 전체에 걸쳐 공기 흐름을 발생시키는 날개가 설치된 사류팬 또는 원심팬을 이용하여 다량의 공기량을 발생시킬 수 있어 청소기 흡입력을 더욱 향상시킬 수 있다.
[16]
제1 팬 및 제2 팬은 서로 역방향으로 회전할 수 있다.
[17]
상기와 같이 구성함으로써 제1 팬과 제2 팬을 역방향으로 회전시킴으로써 제1 팬이 발생시킨 공기의 난류를 제2 팬에 의해 정류시킬 수 있고 흡입되는 공기 흐름을 더욱 안정된 형태로 발생시킬 수 있다. 이것에 의해 청소기 흡입력을 더욱 향상시킬 수 있다.
[18]
구동모터는 브러시리스 DC 모터로서, 제 1 로터는 아우터 로터이며 제 2 로터는 이너 로터이고, 스테이터는 이너 로터와 아우터 로터 사이에 마련될 수 있다.
[19]
청소기는 제 1 및 제 2 로터를 회전 제어하는 인버터를 더 포함할 수 있다.
[20]
상기와 같이 구성함으로써 하나의 인버터 회로로 하나의 로터를 회전하는 경우와 동일한 구성으로 구동모터의 양쪽 로터를 구동시킬 수 있어 구동모터를 제어하는 회로 구성을 간소화할 수 있다.
[21]
청소기는 구동모터에 전기를 공급하기 위한 배터리 및 AC-DC 컨버터를 포함하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
[22]
상기와 같이 구성함으로써 배터리로부터 구동모터에 전기를 공급하여 청소기를 사용할 때 만일 배터리가 끊어지더라도 그 이후는 상용전원에서 AC-DC 컨버터를 통해 구동모터에 전기를 공급하여 그 상용전원을 사용할 수 있게 되어 사용자는 배터리의 연속 운전할 수 있는 시간에 구애 받지 않고 청소기를 사용할 수 있다.
[23]
AC-DC 컨버터는 비절연형 플라이백 컨버터이고, 구동모터 및 AC-DC 컨버터는 각각 내부에 DC 출력용의 콘덴서를 포함하고, 구동모터 내의 콘덴서 전기용량은 AC-DC 컨버터 내의 콘덴서 전기용량의 40배 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
[24]
상기와 같이 구성함으로써 회로구조가 단순한 비절연형 전원부를 구비함으로써 소형이면서 고출력의 교직(交直) 양용형 청소기를 구현할 수 있다. 또 공유 콘덴서 중 대부분의 용량을 가지는 제2 공유 콘덴서를 구동회로 측(구동 모터 측)에 마련함으로써 특히 배터리에 의해 DC 모터를 구동할 때에 구동회로에 입력되는 전원의 안정성을 높일 수 있다. 또한, 공유 콘덴서 용량의 일부(제2 공유 콘덴서의 1/40 이하의 용량)를 가지는 제1 공유 콘덴서를 전원부 측에 마련함으로써 전원부와 구동회로 간에 배선 등에 의한 임피던스가 있을 경우에도 전원부 측 회로에 그 영향이 미치지 않게 할 수 있다.
[25]
청소기는 운전을 개시하기 위한 스타트 스위치; 및 스타트 스위치를 누르면 배터리와 AC-DC 컨버터 중 적어도 어느 하나에서 전기를 구동모터로 공급하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
[26]
상기와 같이 구성함으로써 스타트 스위치를 눌러 전기청소기 운전이 개시되었을 때에 제어부가 배터리와 전원 중 적어도 어느 한쪽으로부터 전기를 공급하도록 해서 만일 배터리 또는 전원 중 어느 한쪽 밖에 전기가 공급되지 않는 경우, 예를 들면 AC 전원이 접속되지 않은 경우나 배터리 잔량이 제로인 경우에도 확실히 전기를 공급할 수 있다. 이것에 의해 예를 들면 대기 상태에 전기 공급을 차단한 경우에도 스타트 버튼을 눌렀을 때 기동 동작을 확실히 수행할 수 있게 한다.
[27]
청소기는 구동모터의 용기인 모터케이스; 및 전원부의 방열을 위한 방열판을 더 포함하되, 모터케이스는 금속부를 포함하고, 방열판과 모터케이스의 금속부는 전열 가능하도록 접속되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
[28]
상기와 같이 구성함으로써 전원부에서 발생한 열을 방열판에 의해 효율적으로 방열할 수 있다. 또한, 모터 케이스 일부를 금속제로 하고 상기 금속부에 방열판이 전열 가능하도록 접속됨으로써 보다 방열 효과를 향상할 수 있다. 이것에 의해 방열로 인한 전원부 크기의 증대를 막을 수 있다.
[29]
청소기는 무선 스틱형 청소기인 것을 특징으로 할 수 있다.
[30]
상기와 같이 구성함으로써 높은 흡입력을 구비하는 무선 스틱형 청소기를 구현할 수 있다.
[31]
다른 측면에 따른 청소기는 흡입구; 및 흡입구에 연통하도록 설치된 흡입 팬부를 포함하되, 흡입 팬부는 제1 팬 및 제1 팬과 역방향으로 회전 구동되는 제2 팬을 포함하고, 제1 팬은 제2 팬보다 흡입구에 가깝게 설치될 수 있다.
[32]
제2 팬은 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬(axial-flow fan)이고, 제1 팬은 공기를 안쪽에서 원심력에 의해 원주 방향으로 내보내는 원심팬(centrifugal fan) 또는 축류팬과 원심팬의 중간 특성을 갖는 사류팬(mixed flow fan) 중 어느 하나일 수 있다.
[33]
상기와 같이 구성함으로써 지름 방향 전체에 걸쳐 공기 흐름을 발생시키는 날개가 설치된 사류팬 또는 원심팬 중 어느 한쪽이 제1 팬으로서 흡입구에 가까운 측에 배설되기 때문에 제1 팬과 접촉하는 공기를 상기 날개 사이로 더 많이 흡입할 수 있다. 또 팬의 축 방향으로 공기 흐름을 발생시키는 축류팬은 제2 팬으로서 제1 팬 하류 측에 이와 동축심에 배설되기 때문에 제1 팬에서 발생한 공기 흐름을 증가시킴과 동시에 더욱 안정된 흐름으로 유도할 수 있다.
[34]
제1 팬의 외경은 제2 팬의 외경 이하이며, 제1 팬의 회전축심을 향한 방향 길이는 제2 팬의 회전축심을 향한 방향 길이보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
[35]
상기와 같이 구성함으로써 지름 방향 전체에 걸쳐 공기 흐름을 발생시키는 날개가 설치된 사류팬 또는 축류팬 중 어느 한쪽이 제1 팬으로서 흡입구에 가까운 측에 배설되어 제1 팬과 접촉하는 공기를 더 많이 상기 날개 사이에 들어오게 할 수 있다. 또 제1 팬은 제2 팬보다 회전축심을 향해 길게 구성되어 있어 회전축심을 향한 방향으로 공기를 더 많이 들어오게 할 수 있다. 그리고 제1 팬에서 발생한 공기 흐름이 제1 팬 날개를 통과해 지름 방향으로 유출될 때 제2 팬이 제1 팬보다 큰 외경으로 구성되어 있기 때문에 상기 발생한 공기 흐름을 확실히 제2 팬 날개 사이로 유도할 수 있어 이중 반전 팬의 성능을 높일 수 있다.

발명의 효과

[36]
이상 설명한 것처럼 개시된 실시예들에 의하면 청소기 내부에서 흡입력을 발생시키는 흡입 팬부에 이중 팬, 예를 들어, 사류팬(mixed flow fan) 또는 원심팬(centrifugal fan) 중 어느 하나로 이루어진 제1 팬과, 축류팬(axial-flow fan)으로 이루어진 제2 팬을 포함하는 이중 반전 팬을 포함함으로써 높은 흡입력을 구비하는 청소기를 구성할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[37]
도 1은 실시예에 의한 무선 스틱형 청소기의 기본 구성을 나타낸 블록도이다.
[38]
도 2a 및 도 2b는 기전(機電) 일체형 모터의 시스템구성을 나타낸 모식도이다.
[39]
도 3은 기전 일체형 모터의 측면도이다.
[40]
도 4는 케이스 금속부와 방열판의 접속 상태를 나타낸 사시도이다.
[41]
도 5는 전원부를 기전 일체형 모터 경사 후방에서 본 사시도이다.
[42]
도 6은 전원부의 평면도이다.
[43]
도 7은 전원부 구성을 나타낸 회로도이다.
[44]
도 8은 구동회로 구성을 나타낸 회로도이다.
[45]
도 9는 제1 콘덴서의 용량 변화와 출력전압 변화의 관계를 나타낸 도면이다.
[46]
도 10은 실시예에 의한 청소기(A) 스타트 시의 흐름도이다.
[47]
도 11은 실시예에 의한 흡입 팬부의 측면도이다.
[48]
도 12는 실시예 및 비교예에서의 풍량-정압 특성을 나타낸 도면이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[49]
이하 개시된 실시예들의 실시 형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태의 설명은 본질적으로 예시에 지나지 않으며 개시된 실시예들의 그 적용물 혹은 그 용도의 제한을 의도하는 것은 아니다.
[50]
개시된 실시예에 의한 청소기(A)는 무선 스틱형의 사이클론 타입으로서 도 1에 나타낸 바와 같이 도면에 표시하지 않는 청소기 하우징내에 기전(機電) 일체형 모터(1)와 배터리(8)를 구비하고 전원 코드(9)를 통해 상용전원에 접속할 수 있도록 구성되고 하우징에는 흡입구가 개구되어 있다.
[51]
단, "전"이란 청소기(A)의 선단 측(하우징의 흡입구 측)을 지칭하며 "후"란 청소기(A)의 파지부(미도시) 측을 지칭한다.
[52]
기전 일체형 모터(1)는 상용전원으로부터 AC 전원 공급을 받아 직류 변환하는 비절연형 전원부(6)와 흡입력을 발생시키는 브러시리스의 DC 모터부(4; 구동부)와 DC 모터부(4)를 구동하는 구동회로(3)와 DC 모터부(4) 축(41, 43)의 전 측에 일체적으로 장착된 흡입 팬부(5)를 구비한다.
[53]
구동회로(3)는 배터리(8) 또는 전원부(6)로부터 전원 공급을 받아 DC 모터부(4)를 구동하는 인버터(31)와 인버터(31)를 제어하는 제어회로(32; 제어부)를 구비한다. 그리고 전원부(6)와 인버터(31) 사이를 접속하는 AC측 전원라인(N11)에는 양자 간의 접속을 온 오프할 수 있도록 구성된 스위치(SW31)가 설치되고 배터리(8)와 인버터(31) 간을 접속하는 DC측 전원라인(N12)에는 양자 간의 접속을 온 오프할 수 있도록 구성된 스위치(SW32)가 설치되어 있다.
[54]
AC측 전원라인(N11)와 DC측 전원라인(N12) 간은 각각 다이오드(D11, D12)로 역류하지 않게 접속되어 있고 양 다이오드 간의 중간 노드(N13)와 제어회로(32) 사이에는 양자 간의 접속을 온 오프할 수 있도록 구성된 스위치(SW1)가 접속되어 있다. 또 중간 노드(N13)는 제어회로(32) 내에 설치된 릴레이(RL33)에 접속되어 있어 릴레이(RL33)가 온 되면 중간 노드(N13)와 제어회로(32)의 제어 기판 전원이 접속되도록 구성된다.
[55]
배터리(8)는 승압회로(7)를 통해 전원부(6)와 접속되어 있고 전원 코드(9)가 상용전원에 접속되었을 때 충전되도록 구성된다.
[56]
도 2a 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 기전 일체형 모터(1)는 청소기 하우징 흡입구로 연통되는 흡입구(2)가 앞단이 개구된 용기인 모터케이스(11)를 가지며 이 모터케이스(11) 내에 흡입 팬부(5), DC 모터부(4), 구동회로(3) 및 전원부(6)는 DC 모터부(4) 축 방향에서 상기 기재된 순으로 전후 방향에서 앞에서부터 순차적으로 나란히 배설되어 있다. 즉 이들은 동일지름 φ(예를 들면, φ=70mm)이며 높이가 H(예를 들면, H=110mm)인 모터케이스(11)로 둘러싸여 기전 일체형으로 구성된다. 단 일반적인 소형 브러시리스 DC 모터의 모터케이스는 φ=70mm인 경우 높이가 90mm 정도이기 때문에 구동회로(3) 및 전원부(6)를 기전 일체화한 것에 의해, 모터케이스 높이 증가분은 20mm 이내로 제한될 수 있다.
[57]
흡입 팬부(5)는 도 2a에 나타낸 바와 같이 DC 모터부(4) 축(41, 43)을 동축심으로 하여 전후 방향으로 나란히 배설된 제1 팬(5a)과 제2 팬(5b)을 포함하는 이중 반전 팬을 포함된다. 구체적으로는 도 11에 나타낸 바와 같이 제1 팬(5a)은 전 측에, 또 제2 팬(5b)은 제1 팬(5a)의 후부 측에 각각 DC 모터부(4) 축(41, 43)을 회전중심으로서 서로 일정 간격을 두고 배치되어 있다.
[58]
제1 팬(5a)은 DC 모터부(4)의 축심을 회전중심으로 하는 원심팬(centrifugal fan)이며 DC 모터부(4)의 제1축(41)과 회전 일체로 고정된 기초부(51)를 가진다. 이 기초부(51)는 전단에서 후단으로 감에 따라 축심 방향으로 지름이 커지는 원추면이 외주에 형성된 원추대 형상이며 상기 기초부(51)의 원추면에는 지름 방향 외측으로 돌출하는 복수의 메인날개(52, 52, …) 및 보조날개(53, 53, …)가 원주 방향으로 교대로 나란히 설치되어 있다. 여기서, 원심팬은 복수의 메인날개(52, 52, …) 및 보조날개(53, 53, …)의 회전에 의해 공기를 안쪽에서 원심력에 의해 원주 방향으로 내보내는 팬을 의미한다.
[59]
각 메인날개(52)는 스트립 형상을 하며 기초부(51)의 전방 측을 향할수록 원주 방향 한 측을 향하도록 구부러진 형상으로 뒤틀려 경사진 방향으로 연장되고 기초부(51) 원주상에서 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 있다. 그리고 메인날개(52, 52, …) 사이에는 보조날개(53, 53, …)가 배치되어 있다. 각 보조날개(53)는 메인날개(52)보다 전후 방향 길이가 짧은 삼각판 형상을 하며 기초부(51) 전후 방향의 중앙 부근에서 후부 측까지의 범위에 걸쳐 메인날개(52)와 동일한 방향으로 경사진 상태로 연장되어 있다.
[60]
한편, 제2 팬(5b)은 DC 모터부(4) 축심을 회전중심으로 하는 축류팬(axial-flow fan)이며 DC 모터부(4)의 원통형 제2축(43)과 회전 일체로 고정된 원판 형상의 기초부(56)와 상기 기초부(56) 외주면에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 지름 방향 외측으로 돌출하도록 설치된 복수의 축류 날개(57, 57, …)를 포함한다. 각 축류 날개(57)는 스트립 형상으로서 기초부(56) 앞 측으로 향할수록 원주 방향 타측(제1 팬(5a)의 메인날개(52)와 보조날개(53)가 앞 측을 향해 뒤틀린 방향과는 역방향)을 향하게 약간 구부러져 경사지도록 연장되어 있다. 여기서, 축류팬은 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 팬을 의미한다.
[61]
여기서 제1 팬(5a)과 제2 팬(5b)은 이중 반전 팬으로서 설치되어 있다. 즉 상기 기재한 바와 같이 제1 팬(5a)에서의 각 메인날개(52) 및 각 보조날개(53)의 회전중심에 대한 기울기와 제2 팬(5b)에서의 축류 날개(57)의 회전중심에 대한 기울기는 반대 방향으로 되어 있다. 더욱 자세하게는 제1 팬(5a)에서의 각 메인날개(52) 및 각 보조날개(53)는 후방을 향해 제1축(41)의 원주 방향 한 측으로 기울어져 형성되어 있는 반면에 제2 팬(5b)에서의 축류 날개(57)는 후방을 향해 제2축(43)의 원주 방향 타 측으로 기울어져 형성되어 있다.
[62]
그리고 제1 팬(5a) 및 제2 팬(5b)의 크기를 비교하면 회전중심 방향을 향한 전후 방향 길이는 제1 팬(5a)이 제2 팬(5b)보다 길고 외경은 제2 팬(5b)이 제1 팬(5a)보다 크게 되어 있다.
[63]
도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 DC 모터부(4)는 복수개의 로터를 포함하고, 예를 들어, DC 모터부(4)는 브러시리스 DC 모터를 포함한 이중 로터 타입이며 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 이너 로터(4a)와 아우터 로터(4b)와 스테이터(4c; 고정자)를 포함한다. 여기서, DC 모터부(4)는 이너 로터(4a) 및 아우터 로터(4b)에 대한 공통의 한 개의 스테이터(4c)를 포함할 수 있다. 여기서, 공통의 스테이터(4c)는 이너 로터(4a)에 대한 스테이터의 기능과 아우터 로터(4b)에 대한 스테이터의 기능을 모두 수행할 수 있다.
[64]
공통의 한 개의 스테이터(4c)는 이너 로터(4a)와 아우터 로터(4b) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 스테이터(4c)는 이너 로터(4a)보다 바깥쪽에 마련되고, 아우터 로터(4b)보다 안쪽에 마련될 수 있다. 이 경우, 스테이터(4c)는 속이 빈 원통형상으로 마련될 수 있고, 스테이터(4c)의 안쪽에 이너 로터(4a)가 마련될 수 있다.
[65]
이너 로터(4a)는 원주상의 제1축(41)과 회전 일체로 고정되고 상기 제1축(41)은 흡입 팬부(5)의 제1 팬(5a)과 연결되어 있다. 그리고 이너 로터(4a)가 제1축(41)에 대해 어느 한 방향으로 회전함으로써 제1 팬(5a)이 제1축(41)과 동일한 방향으로 회전하게 된다. 반면에 아우터 로터(4b)는 원통형의 제2축(43)에 회전 일체로 고정되고 상기 제2축(43)에는 제1축(41)이 상대 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 제2축(43)은 흡입 팬부(5)의 제2 팬(5b)과 연결되어 있고 아우터 로터(4b)가 제2축(43)에 대해 어느 한 방향으로 회전함으로써 제2 팬(5b)이 제2축(43)에 대해 동일한 방향으로 회전하게 된다. 이너 로터(4a)와 아우터 로터(4b)는 소정 비율, 예를 들면 1:1이나 1:2, 2:1 등의 회전속도로 서로 역방향으로 회전하게 되어 있다.
[66]
모터케이스(11)는 흡입 팬부(5)과 DC 모터부(4)의 축 방향 외주를 덮는 케이스 본체(11a)와 케이스 본체(11a)의 후부 측에 연속하여 일체적으로 연결된 금속 케이스부(11b)(금속부)와 금속 케이스부(11b)의 후부 측에 연속하여 일체적으로 연결된 후부 케이스부(11c)를 구비한다. 더욱 자세하게는 케이스 본체(11a)와 금속 케이스부(11b)와는 케이스 본체(11a)에 일체적으로 설치된 연결부(11d) 외측으로 금속 케이스부(11b)가 덮이도록 연결되고(도3 참조) 금속 케이스부(11b)와 후부 케이스부(11c)와는 금속 케이스부(11b)에 설치된 연결부(11e) 외측으로 후부 케이스부(11c)가 덮이도록 연결된다(도4 참조). 또한, 도 3에는 금속 케이스부(11b)의 표시가 생략되어 있고 도 4에는 후부 케이스부(11c) 및 전원부(6)(후술하는 방열판을 제외함)의 표시가 생략되어 있다.
[67]
케이스 본체(11a)는 예를 들면 절연성 재료로 형성 또는 피복되어 있어 이것에 의해 DC 모터부(4) 간에 절연 거리를 유지하면서 안전성을 확보하고 있다. 금속 케이스부(11b)는 예를 들면 알루미늄제이고 구동회로(3)와 전원부(6) 앞 측의 외주를 덮도록 구성되어 있고 전원부(6) 후부 측의 외주는 후부 케이스부(11c)로 덮여 있다. 후부 케이스부(11c)에는 기전 일체형 모터(1) 내의 공간과 그 외측 공간을 지름 방향으로 연통하는 복수의 통풍공(11f, 11f, …)이 원주 방향 전체에 걸쳐 등(等)피치로 설치되어 있다.
[68]
구동회로(3)는 일반적으로 모터를 구동 시키는 인버터이며 모터가 단상인 경우는 H-Bridge 회로로 하고 3상인 경우는 6 소자 구동회로로 할 수 있다. 여기서 DC 모터부(4)는 이너 로터(4a)와 아우터 로터(4b)의 2개 로터를 구동함에도 불구하고 1대의 모터를 돌릴 경우와 마찬가지로 1개의 인버터만이 배설되어 있다.
[69]
구동회로(3) 및 전원부(6)는 각각 다층 기판(38, 61)(예를 들면 4층 기판) 상에 실장 되어 있고 다층 기판(38, 61)이 DC 모터부(4)의 축 방향과 직교하도록 앞에서 구동회로(3), 전원부(6)의 순으로 배설되어 있다. 다층 기판(38, 61)은 각각 평면에서 볼 때 원형이고 기판 크기는 φ2(φ2<φ1이며 예를 들면 φ2=65 mm)이다. 이러한 다층 기판을 이용함으로써 대전류에 대응할 수 있다.
[70]
또 금속 케이스부(11b) 안쪽에서 DC 모터부(4)의 축 방향 중간 부분에 금속 케이스부(11b)로부터 연속 일체적으로 안쪽을 향해 돌출하도록 설치되면서 원주 방향으로 등 피치로 배설된 복수 리브를 가지는 핀(39)이 설치되어 있다. 또 다층 기판(38)과 DC 모터부(4)에는 연결 부재(지주)(37, 37)에 의해 일체로 연결되어 있다.
[71]
전원부(6)는 부품 점수가 최소가 되도록 비절연형인 것이 바람직하다. 도 5 내지 도 7에는 비절연형 중에서도 부품 점수가 적은 플라이백 컨버터 방식의 전원부(6)를 예시하고 있고 도 5 및 도6은 부품 배치도를 나타내고 도 7은 회로도를 나타낸다.
[72]
도 7에 나타낸 바와 같이 전원부(6)는 전원 코드(9)를 통해 AC 전원의 공급을 받는 브리지형 정류부(DB6)와 정류된 전압을 평활화하는 평활축전기(C62)와 평활축전기(C62) 후단부에서 전원-그랜드 간에 직렬 접속된 다이오드(D6) 및 스위칭 소자(Q6)와 공진 회로(62)와 스위칭 소자(Q6)를 제어하는 제어부(65)를 구비한다. 제어부(65)는 스위칭 소자(Q6)의 게이트에 제어신호를 주어 스위칭시키는 것으로 예를 들면, 유사 발진용의 IC가 적용될 수 있다. 또 스위칭 소자(Q6)는 ON 저항이 낮은 것이 바람직하며 예를 들면 낮은 ON 저항형의 하이브리드 MOSFET나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 채용할 수 있다.
[73]
공진 회로(62)는 전원부(6)의 한 쌍의 출력 단자(OUT) 간에 접속된 제1 콘덴서(C61)와 출력 단자 중 어느 한쪽에 접속된 신호선 상에 설치된 인덕터(L6)로 이루어진다. 단 인덕터(L6)는 소형이고 고성능인 것이 바람직하며 예를 들면 소형이면서 고성능인 코일을 채용할 수 있다.
[74]
이러한 플라이백 컨버터 방식의 전원부(6)에서 스위칭 소자(Q6) 및 다이오드(D6)에는 비교적 고주파이면서 큰 전류가 흘러 발열량이 커진다. 따라서 개시된 실시예에서는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 발열량이 높은 소자인 스위칭 소자(Q6) 및 다이오드(D6) 등을 다층 기판(61)의 외주 부근에 배설함과 동시에 각 소자(Q6, D6)에 대해서 각각 외측으로부터 전열 가능하도록 접촉하는 방열판(63, 64)이 마련되어 있다. 또한, 방열판(63, 64)을 금속 케이스부(11b)에 전열 가능하도록 접속시켜 방열 효과를 더욱 높게 구성하였다(도 4 참조).
[75]
도 8에 나타낸 바와 같이 구동회로(3)는 한 쌍의 입력단자(IN) 간에 접속된 배터리 구동 시의 안정화용 제2 콘덴서(C3)와 DC 모터부(4)를 구동하는 전동 구동부(36)와 전동 구동부(36)의 동작을 제어하는 제어부(33)를 구비한다. 제어부(33)는 DC 모터부(4) 부근에 설치된 위치 센서(35)로부터의 위치 정보나 DC 모터부(4)의 구동에 관한 전류 정보(SA) 및 전압 정보(SV)에 의해 전동 구동부(36)를 통해 DC 모터부(4)의 구동을 제어한다. 구체적으로는 제어신호(SC1~SC4)를 전동 구동부(36)에 설치된 드라이버로 전송하여 DC 모터부(4)를 구동시킨다.
[76]
여기서 배터리 구동 시에 높은 흡입률(예를 들면 180W 이상)을 구현할 경우 일반적으로는 그 소비 전력은 600W 정도인 것을 상정할 수 있다. 예를 들면 내장 배터리로서 리튬이온 배터리를 적용할 경우 적어도 DC 30V, 20A의 능력이 필요하다.
[77]
상용전원에 접속할 경우에도 배터리 구동 시와 동일한 출력(흡입률)을 구현하기 위해서는 상용전원으로부터의 AC 전원을 배터리 구동 시와 동일한 DC 전압(예를 들면 DC 30V)까지 강압하면서 600W의 출력을 낼 수 있도록 할 필요가 있다.
[78]
청소기(A)에서 상기와 같은 성능을 구현하는 즉 큰 출력을 얻기 위해서는 전원부(6)에 설치된 제1 콘덴서(C61) 및 구동회로(3)에 설치된 제2 콘덴서(C3)가 모두 대용량(예를 들면 4000μF)을 필요로 한다. 그러므로 제1 콘덴서(C61) 및 제2 콘덴서(C3) 크기가 청소기(A) 소형화를 위한 과제이었다.
[79]
거기서, 발명자들은 구동회로(3)의 제2 콘덴서(C3)와 전원부(6)의 제1 콘덴서(C61)를 일부 공유화하여 상기 과제를 해결하고 기전 일체형 모터(1)의 소형화, 즉 청소기(A)의 소형화를 구현했다.
[80]
더욱 자세하게는 전원부(6)의 제1 콘덴서(C61) 용량을 구동회로(3)의 제2 콘덴서(C3) 용량의 1/40 이하로 하고 그것을 인덕터(L6) 부근에 배치했다. 플라이백 컨버터 방식의 전원부(6)는 제1 콘덴서(C61)와 인덕터(L6)의 LC 공진에 의해 성립하는 것이어서 상기 LC 간에 라인 임피던스 등의 임피던스가 있으면 안정적인 발진을 할 수 없게 될 가능성이 있기 때문이다.
[81]
도 9는 전원부(6) 제1 콘덴서(C61)의 용량 변화에 따른 출력전압의 변화를 나타낸다. 도 9에서 실선은 무부하 운전 시의 출력전압, 파선은 정격부하 시의 출력전압, 일점쇄선은 정격부하 시의 전압강하를 나타낸다. 또 구동회로(3)의 제2 콘덴서(C3)는 4000μF)이다.
[82]
도 9에 나타낸 바와 같이 제1 콘덴서(C61)를 제2 콘덴서(C3) 용량의 1/40인 100μF로 하여도 공진 회로(62)는 안정적으로 발진하고 전압강하가 거의 없는 상태로 원하는 전압을 출력할 수 있다. 도 9의 예에서는 제1 콘덴서(C61)를 60μF 정도로 할 경우에서도 즉 제2 콘덴서(C3) 용량의 약 1/65 정도로 할 경우에서도 원하는 전압을 출력할 수 있다.
[83]
이것에 의해 비교적 큰 부품(예를 들면 평활축전기(C62), 인덕터(L6) 및 정류부(DB6) 등)이 많은 전원부(6)에서 제1 콘덴서(C61) 용량을 큰 폭으로 삭감할 수 있다. 즉 제1 콘덴서(C61) 크기를 큰 폭으로 축소할 수 있어서 DC 모터부(4)를 덮는 모터케이스(11)와 동일 지름 이하의 다층 기판(61)에 전원부(6)를 탑재할 수 있음과 동시에 DC 모터부(4)에 대한 높이 증가분을 억제할 수 있다.
[84]
이하, 도 10을 참조하여 실시예에 의한 청소기의 동작에 관해 설명한다. 도 10은 실시예에 의한 청소기(A) 스타트 시의 흐름도이다.
[85]
우선 사용자가 도면에 미표시된 스타트 스위치를 눌러 청소기(A)의 전원을 ON 하면 도 1에 표시된 SW1가 ON 제어된다(S1). 이것에 의해 전원부(6)와 제어회로(32) 간 및 배터리(8)와 제어회로(32) 간이 각각 다이오드를 통해 접속된다.
[86]
여기서 AC 전원이 전원부(6)에 공급되지 않거나 배터리(8)의 잔량이 없는 경우(S2에서 NO)에는 제어회로(32)에 전원이 공급되지 않아 청소기(A)는 동작하지 않는다(S3). 따라서 사용자는 배터리(8) 잔량이 없는 것인지 전원 코드(9)가 꽂혀 있지 않아 동작하지 않는 것인지를 바로 알 수 있어 전원 공급을 위한 대응을 신속히 수행할 수 있다.
[87]
한편 전원부(6) 또는 배터리(8)로부터 제어회로(32)로 전원이 공급될 경우(S2에서 YES)는 제어회로(32) 내 릴레이(RL33)가 ON 되어 순간적으로 제어회로(32) 기판에 전원이 투입된다(S4).
[88]
그 다음 제어회로(32)는 AC 전원이 접속되었는지 여부를 감지한다. 그리고 AC 전원이 접속된 경우(S5로 YES), 제어회로(32)는 스위치(SW31)를 온 제어하고 전원부(6)가 인버터(31)로 전원을 공급할 수 있도록 한다(S6). 그 다음 전원부(6)로부터 전원 공급을 받은 인버터(31)는 DC 모터부(4)를 구동한다(S8).
[89]
한편 AC 전원이 접속되어 있지 않은 경우(S5에서 No), 제어회로(32)는 스위치(SW32)를 온으로 제어하고 배터리(8)가 인버터(31)로 전원을 공급할 수 있도록 한다(S7). 그 다음 배터리(8)로부터 전원 공급을 받은 인버터(31)는 DC 모터부(4)를 구동한다(S8).
[90]
이것에 의해 청소기(A)의 대기 전력을 제로로 하기 위한 목적으로 각종 회로에 전원 공급을 정지한 상태에서도 사용자에 의한 운전 개시 조작(전원 ON)에 의해 제어회로(32) 등의 각 회로에 전원이 공급되도록 하여 DC 모터부(4) 등을 구동할 수 있도록 한다. 여기서 AC 전원만을 감지하는 것은 AC 전원이 접속된 경우 사용자가 AC 동작을 원한다는 판단에 의해서 이지만 배터리(8) 공급 여부에 따라서 S5의 판정을 수행할 수도 있다.
[91]
그리고 DC 모터부(4)가 구동되어 이너 로터(4a)와 아우터 로터(4b)가 역방향으로 회전하고 이들 로터(4a, 4b)에 각각 축(41, 43)을 통해 구동 연결된 흡입 팬부(5)의 제1 및 제2 팬(5a, 5b)이 구동되어 역방향으로 회전하게 된다. 이것에 의해 흡입 팬부(5) 앞측(상류측) 공간에 부압이 발생하여 흡입구(2) 전방에서 모터케이스(11) 내로 공기가 들어 온다. 이때 흡입 팬부(5)는 이중 반전으로 구성된 제1 팬(5a)과 제2 팬(5b)을 포함함으로써 싱글 팬인 경우와 비교하여 더욱 많은 공기가 들어오게 할 수 있다. 그리고 이 공기는 DC 모터부(4)의 축 방향에 따라 후부 측으로 진행되어 통풍공(11f, 11f, …)으로부터 외부를 향해 배출된다(도 3의 파선 화살표 참조).
[92]
상기 공기 흐름에 의해 전후 방향으로 나란히 배설된 구동회로(3) 및 전원부(6)의 냉각 효과를 높일 수 있다. 또 같은 공기 흐름에 의해 청소기 밖의 먼지가 청소기 하우징의 흡입구로부터 공기와 함께 흡입되고 이 먼지는 먼지상자 수납 공간인 먼지상자로 들어온다. 이렇게 하여 청소기(A)는 집진한다.
[93]
-효과-
[94]
따라서 본 실시 형태에서는 흡입 팬부(5)가 제1 팬(5a)과 제2 팬(5b)을 포함하는 이중 회전 팬을 포함하고 있고 종래 싱글 팬의 경우와 비교해 흡입하는 공기 흐름을 보다 대량으로 그리고 안정된 형태로 발생시킬 수 있어 청소기 흡입력을 높일 수 있다.
[95]
이때 제1 팬(5a)은 사류팬(mixed flow fan)으로 구성되고 제2 팬(5b)이 축류팬으로 구성되어 있어 제1 팬(5a)과 접촉하는 공기를 더 많이 상기 날개(52, 53) 사이로 들어오게 함과 동시에 제1 팬(5a)에서 발생한 공기 흐름을 더욱 안정된 흐름으로 할 수 있다. 또 제1 팬(5a)의 외경은 상기 제2 팬(5b)의 외경 이하이며 제1 팬(5a)의 전후 방향의 길이는 상기 제2 팬(5b)보다 기므로 제1 팬(5a)에서 발생한 공기 흐름을 확실히 제2 팬(5b)으로 유도 안내할 수 있어 이중 반전 팬의 성능을 향상할 수 있다. 그 결과 사이클론 형의 스틱 청소기라도 흡입률을 180W 이상으로 향상할 수 있어 그 고효율화를 구현할 수 있다. 여기서, 사류팬은 축류팬과 원심팬의 중간 팬으로서, 축류팬과 원심팬의 특성을 모두 갖는 팬을 의미한다.
[96]
그리고 상기 흡입 팬부(5)의 이중 반전 팬에서 발생한 공기 흐름이 모터케이스(11) 내를 흐름으로써 모터케이스(11) 내에 전후 방향으로 나란히 배설된 구동회로(3) 및 전원부(6)의 냉각 효과를 높일 수 있고 전원부(6) 및 구동회로(3)를 고출력으로 하면서 그 크기를 소형화할 수 있다.
[97]
(다른 실시 형태)
[98]
상기 실시 형태에서는 흡입 팬부(5)의 이중 반전 팬은 제1 팬(5a)이 원심팬, 제2 팬(5b)이 축류팬으로 되어 있으나 제1 팬(5a)은 원심팬을 대신하여 사류팬, 또는 축류팬으로 할 수 있고 제1 팬(5a)과 제2 팬(5b)을 동일 방향으로 회전하도록 구성할 수도 있다.
[99]
또 제1 팬(5a)에서의 메인날개(52, 52, …)의 개수 및 보조날개(53, 53, …)의 개수, 그리고 제2 팬(5b)에서의 축류 날개(57, 57, …)의 개수는 임의 개수로 할 수 있다.
[100]
또 상기 실시 형태에서 사용한 이중 로터 타입의 구동모터가 아니고 1개의 로터를 갖는 구동모터를 2개 사용하여 제1 팬(5a)과 제2 팬(5b)을 회전 구동시키도록 구성할 수도 있다.
[101]
또한, 구동회로(3)의 제2 콘덴서(C3)와 전원부(6)의 제1 콘덴서(C61)를 일부 공유화하는 것으로 했으나 전원부(6)의 인덕터(L6)와 구동회로(3)의 제2 콘덴서(C3) 간의 라인 임피던스를 극소화함으로써 그 전부를 구동회로(3)의 제2 콘덴서(C3)와 공유화할 수도 있다. 더욱 자세하게는 구동회로(3)의 기판 이면과 전원부(6)의 기판 이면이 근접하도록 마주 보게 배치한, 예를 들면 절연시트 등의 절연 층을 통해 구동회로(3) 및 전원부(6)의 양 기판 이면을 밀착시킴과 동시에 인덕터(L6)와 제2 콘덴서(C3) 간의 배선이 짧아지는 위치에 각각을 배치할 수 있다. 이것에 의해 전원부(6)를 한층 더 소형화할 수 있게 된다.
[102]
이들 경우에서도 상기 실시 형태와 동일한 효과를 낼 수 있다.
[103]
이하, 구체적인 개시된 실시예들에 관해 설명한다.
[104]
(실시예)
[105]
실시 형태에 의한 청소기에서 풍량-정압 특성의 측정을 수행했다. 이 측정에서는 흡입 팬부에 소정 풍량을 송풍시켜 그 때에 흡입 팬부가 달성할 수 있는 정압의 최대치를 측정했다. 측정 결과를 도 12에 나타냈다.
[106]
(비교예)
[107]
종래의 싱글 팬을 갖는 청소기에 대해 실시예와 동일한 측정을 수행했다. 여기서 싱글 팬으로서 실시 형태에서의 제1 팬(원심팬)을 단독으로 사용했다. 그 실험 결과를 도 12에 함께 나타냈다.
[108]
(측정 결과의 평가)
[109]
도 12에 나타낸 바와 같이 송풍량과 관계없이 대략 이중 반전 팬을 갖는 청소기가 싱글 팬만을 갖는 청소기와 비교하여 풍량-정압이 향상된 것을 알 수 있다. 이렇게 함으로써 청소기의 전단과 후단에서 로터의 회전 방향이 반대이고 송풍되는 바람의 방향이 동일하게 되어, 직선형으로 바람이 흐르면서 풍량-정압 향상이 가능해 진다.
[110]
상기 결과로 개시된 실시예에 의해 청소기의 흡입력을 향상할 수 있음이 자명해졌다.
[111]
이상 설명한 것처럼 개시된 실시예는 청소기에서 높은 흡입률을 구현할 수 있어서 매우 유용하면서도 산업상 이용 가능성이 크다.

청구범위

[청구항 1]
흡입 팬부; 및 상기 흡입 팬부를 구동하는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는 각각 회전하는 복수개의 로터를 포함하는 구동모터를 포함하고, 상기 흡입 팬부는 제 1 로터에 의해 회전 구동되는 제1 팬과 상기 구동모터의 제 2 로터에 의해 회전 구동되는 제2 팬을 포함하고, 상기 구동모터는 상기 제 1 로터와 상기 제 2 로터에 대한 공통의 스테이터를 더 포함하는 청소기.
[청구항 2]
제 1 항에 있어서, 상기 구동모터는 2개의 로터 및 1개의 스테이터를 구비하는 청소기.
[청구항 3]
제 1 항에 있어서, 상기 제1 팬 및 제2 팬 중 적어도 어느 하나는 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬(axial-flow fan)인 청소기.
[청구항 4]
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 팬 및 제 2 팬 중 어느 하나는 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬(axial-flow fan)이고 다른 하나는 공기를 안쪽에서 원심력에 의해 원주 방향으로 내보내는 원심팬(centrifugal fan) 또는 상기 축류팬과 상기 원심팬의 중간 특성을 갖는 사류팬(mixed flow fan) 중 어느 하나인 청소기.
[청구항 5]
제1항에 있어서, 상기 제1 팬 및 제2 팬은 서로 역방향으로 회전하는 청소기.
[청구항 6]
제 1 항에 있어서, 상기 구동모터는 브러시리스 DC 모터로서, 상기 제 1 로터는 아우터 로터이며 상기 제 2 로터는 이너 로터이고, 상기 스테이터는 이너 로터와 아우터 로터 사이에 마련되는 청소기.
[청구항 7]
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 로터를 회전 제어하는 인버터를 더 포함하는 청소기.
[청구항 8]
제 1 항 에 있어서, 상기 구동모터에 전기를 공급하기 위한 배터리 및 AC-DC 컨버터를 포함하는 전원부를 더 포함하는 청소기.
[청구항 9]
제 8 항에 있어서, 상기 AC-DC 컨버터는 비절연형 플라이백 컨버터이고, 상기 구동모터 및 상기 AC-DC 컨버터는 각각 내부에 DC 출력용의 콘덴서를 포함하고, 상기 구동모터 내의 콘덴서 전기용량은 상기 AC-DC 컨버터 내의 콘덴서 전기용량의 40배 이상인 것을 특징으로 하는 청소기.
[청구항 10]
제 8 항에 있어서, 운전을 개시하기 위한 스타트 스위치; 및 상기 스타트 스위치를 누르면 상기 배터리와 상기 AC-DC 컨버터 중 적어도 어느 하나에서 전기를 상기 구동모터로 공급하는 제어부를 더 포함하는 청소기.
[청구항 11]
제 8 항에 있어서, 상기 구동모터의 용기인 모터케이스; 및 상기 전원부의 방열을 위한 방열판을 더 포함하되, 상기 모터케이스는 금속부를 포함하고, 상기 방열판과 상기 모터케이스의 금속부는 전열 가능하도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 청소기.
[청구항 12]
제 1 항에 있어서, 상기 청소기는 무선 스틱형 청소기인 것을 특징으로 하는 청소기.
[청구항 13]
흡입구; 및 상기 흡입구에 연통하도록 설치된 흡입 팬부를 포함하되, 상기 흡입 팬부는 제1 팬 및 상기 제1 팬과 역방향으로 회전 구동되는 제2 팬을 포함하고, 상기 제1 팬은 상기 제2 팬보다 상기 흡입구에 가깝게 설치되는 청소기.
[청구항 14]
제 13 항에 있어서, 상기 제2 팬은 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬(axial-flow fan)이고, 상기 제1 팬은 공기를 안쪽에서 원심력에 의해 원주 방향으로 내보내는 원심팬(centrifugal fan) 또는 상기 축류팬과 상기 원심팬의 중간 특성을 갖는 사류팬(mixed flow fan) 중 어느 하나인 청소기.
[청구항 15]
제 13 항에 있어서, 상기 제1 팬의 외경은 상기 제2 팬의 외경 이하이며, 상기 제1 팬의 회전축심을 향한 방향 길이는 상기 제2 팬의 회전축심을 향한 방향 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 청소기.

도면

[도1]

[도2a]

[도2b]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]

[도9]

[도10]

[도11]

[도12]