KR100699633B1 - 베어링 시스템 및 전기 모터 조립체 - Google Patents

베어링 시스템 및 전기 모터 조립체 Download PDF

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Abstract

베어링 시스템은 제 1 및 제 2 릴리프 컷(322, 324)과, 내륜 및 외륜(332)을 구비하는 베어링 조립체를 포함한다. 조절 나사(340)는 외륜에 인접하여 위치된 예비하중 스프링과 접촉한다. 예비하중 스프링은 외륜상에 힘을 가한다. 외륜은 제 1 및 제 2 에지(354, 356) 및 연결부를 구비한다. 제 1 및 제 2 에지는 각기 제 1 및 제 2 릴리프 컷에 인접하여 위치된다. 연결부는 베어링 보어면과 접촉하는 한편, 외륜의 제 1 및 제 2 에지는 보어면과 접촉하지 않는다.

Description

베어링 시스템 및 전기 모터 조립체{BEARING SYSTEMS HAVING REDUCED NOISE AND AXIAL PRELOAD}
본 발명은 일반적으로 베어링 시스템에 관한 것으로, 특히 베어링 시스템상에 축방향 예비하중(preload)을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
베어링 소음에 영향을 미치는 요소중 하나는 베어링내의 상대적인 내부 틈새(clearance)이다. 깊은 홈 볼 베어링의 내부 틈새는 전형적으로 내측 레이스웨이(inner raceway), 볼 및 외측 레이스웨이(outer raceway) 사이의 반경방향 틈새로서 나타나게 된다. 내부 틈새의 감소는 볼과 궤도면 사이의 접촉을 개선시킨다. 또한, 감소된 내부 틈새는 안전한 작동을 위하여 허용되는 온도 범위를 감소시킨다. 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동하는 기계는 비교적 좁은 온도 범위에 걸쳐 작동하는 기계와 비교하여 베어링내에서 증가된 내부 틈새를 가져야 한다.
내부 틈새는 큰 직경을 갖거나 고속 작동의 경우, 또는 두가지 모두의 경우의 베어링에 대해서 증가된 소음 및 열 발생을 일으킨다. 이 소음은 볼이 하중 영역의 내측 및 외측으로 이동하기 때문에 발생한다. 하중 영역으로 들어가는 경우에, 볼 스핀은 궤도면의 직선 속도와 일치하여야 한다. 하중 영역을 떠나게 될 때, 주로 볼과 케이지(cage)상의 마찰은 볼 스핀 속도(spin rate)를 낮아지게 할 것이다. 이 결과는 베어링의 하중 영역으로 들어갈 때 볼이 궤도면상에서 잠시 스키딩(skidding)하거나 슬라이딩(sliding)하는 작동 영역이 될 수 있다. 이러한 스키딩 또는 슬라이딩은 베어링내에서 소음 및 추가의 열 발생을 일으키고, 베어링의 수명을 단축시킨다. 볼 안내형 케이지를 갖는 베어링에서, 또한 추가의 소음 및 열은 케이지에 의해 발생될 수도 있다. 볼과 궤도면 사이에서의 스키딩 및 슬라이딩에 영향을 미치는 다른 요인은 윤활제 점도, 케이지 구조 및 볼과 궤도면 표면의 정밀도를 포함한다.
축방향 예비하중력은 볼 및 궤도면 영역내에 안정된 접촉을 유지하도록 주로 베어링 제조자에 의해 추천된다. 축방향 예비하중의 효과는 볼과 궤도면의 접촉점과 베어링의 회전축 사이의 작은 각도를 형성하는 것이다. 이러한 각도는 베어링 접촉각으로 지칭된다. 또한 축방향 예비하중은 베어링내에서 반경방향 작동 틈새를 감소시킨다. 요구되는 축방향 예비하중력의 크기는 베어링 크기, 윤활제 점도, 하중의 함수이다. 베어링 소음을 효과적으로 감소시키는 최소의 축방향 예비하중력이 존재한다. 일관된 축방향 예비하중을 제공하는 것은 주로 공차 및 제조 공정으로 인하여 종종 어렵게 된다. 항상 최소의 예비하중을 제공하기 위하여, 상당히 큰 예비하중은 가장 나쁜 경우의 시스템 변화성(variability)을 설명하기 위하여 선택되어야 한다. 또한, 낮은 공칭 예비하중력은 개선된 베어링 수명을 가져온다.
모터에서 축방향 예비하중력을 제공하기 위한 일반적인 방법은 하나의 베어링의 스프링 팩 외측 보드를 제공하고, 대향하는 단부 베어링의 외측보드 측면을 위한 단일의 지지부를 제공하는 것이다. 이러한 구성에서, 축방향 예비하중력은 예비하중 스프링의 압축되는 높이를 제어함으로써 달성된다. 스프링력은 베어링의 외륜(outer race)에 가해지고, 외측 레이스웨이 및 볼을 가로질러서 접촉각을 통하여 내륜(inner race)에 전달된다. 마찬가지로, 이 힘은 접촉각을 통하여 대향하는 내측 레이스웨이에서 볼을 통하여 외측 레이스웨이로 단부 베어링을 통과한다.
추가의 힘은 베어링에 인가되는 축방향 예비하중에 영향을 미칠 수도 있다. 특히, 예비하중 스프링 단부 베어링은 베어링 외륜과 지지 하우징 보어 사이에서 발생하는 스프링력 및 마찰력과, 외륜과 지지 하우징 보어 사이에서 발생하는 스티킹력(sticking force)의 벡터 합과 동일한 힘을 받게 될 것이다. 마찬가지로, 예비하중 스프링에 대향하는 베어링은 예비하중 스프링력, 마찰력, 스티킹력, 임의의 자기력 및 인가력(application forces)의 벡터 합인 축방향 힘을 받게 될 것이다. 축방향 성분의 자기력과 인가력은 영(zero)인 경우에, 양쪽 베어링상에서의 축방향 예비하중은 예비하중 스프링력, 마찰력 및 스티킹력의 벡터 합과 동일하게 된다.
따라서, 최소의 축방향 예비하중력은 베어링 수명을 단축시키는 베어링 소음 및 과도한 힘을 감소시키기 때문에, 마찰력 및 스티킹력을 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 베어링 시스템의 제작 공정을 단순화시키는 것이 바람직하다. 또한, 접촉각이 베어링내에서 조절 가능한 것이 바람직하다.
발명의 요약
이러한 목적 및 다른 목적은 개구를 갖는 베어링 하우징 및 제 1 릴리프 컷 및 제 2 릴리프 컷을 구비한 표면을 갖는 베어링 보어를 포함하는 베어링 시스템에 의해 달성될 수도 있다. 또한, 베어링 시스템은 회전가능한 샤프트를 지지하도록 구성된 베어링을 구비한다. 이 베어링은 베어링 보어내에 위치되고, 내륜, 외륜 및 다수의 볼을 구비한다. 예비하중 스프링은 외륜에 인접하여 위치되고, 스프링의 제 1 단부는 외륜상에 예비하중력을 가한다. 조절 나사는 하우징 개구내에 배치되고, 예비하중 스프링의 제 2 단부에 인접하여 위치된 예비하중 조절판에 접촉한다. 조절 나사는 스프링에 의해 외륜상에 가해지는 힘을 증가 및 감소시키도록 조절될 수 있다.
베어링 외륜은 제 1 에지, 제 2 에지 및 연결부를 구비한다. 베어링 외륜은 베어링 하우징내에 위치됨으로써 외륜의 제 1 에지가 제 1 릴리프 컷에 위치되고 또 외륜의 제 2 에지가 제 2 릴리프 컷에 위치되도록 한다. 외륜의 연결부는 베어링 보어 표면과 접촉하는 한편, 외륜의 제 1 및 제 2 에지는 베어링 보어 표면과 접촉하지 않는다.
전기 모터내에 베어링 시스템을 조립하기 위한 방법은 단부 실드(shield) 조립체내에 예비하중 조절판, 예비하중 조절 나사 및 예비하중 스프링을 위치시키는 단계를 구비한다. 단부 실드 조립체는 단부 실드 및 베어링 하우징을 구비하다. 베어링은 로터 샤프트상에 위치되고, 내륜은 샤프트상에 가압 결합된다. 그 다음, 샤프트는 단부 실드 조립체내에 삽입되고, 외륜의 제 1 및 제 2 에지가 각기 제 1 및 제 2 릴리프 컷과 중첩되도록 위치된다. 릴리프 컷은 베어링 시스템의 정상 작동시에 외륜의 에지가 베어링 보어와 접촉하는 것을 방지한다.
그 다음, 예비하중 스프링은 외륜과 접촉하도록 조절된다. 예비하중 스프링은 조절 나사를 회전시킴으로써 조절되어 스프링에 대해 예비하중력을 제공하고, 이것은 다시 베어링의 외륜에 전달된다. 예비하중력은 베어링내에서 접촉각을 설정하도록 외륜을 이동시킨다.
대안적인 그리고 단순화된 조립체는 예비하중 조절 나사 및 판이 베어링 하우징내에 기계가공된 쇼울더 또는 스텝에 의해서 대체되는 것을 제외하고는 상술한 바와 같이 구성될 수 있다. 쇼울더 또는 스텝은 예비하중 스프링에 대한 축방향 지지부를 제공하고, 기계가공된 쇼울더 또는 스텝의 위치는 모터가 완전히 조립될 때 예비하중 스프링이 소망하는 예비하중력을 충분히 제공하도록 가압된다.
베어링상에서 작동하는 예비하중 스프링과 릴리프 컷을 구비하는 베어링 보어의 조합체는 릴리프 컷이 상당히 용이하게 기계가공되고, 또한 베어링 보어 표면이 연마된 표면을 가질 필요가 없기 때문에 제조하는 것이 간단하다. 베어링의 에지 로딩과, 외륜의 스티킹에 의해 통상적으로 야기되는 베어링의 오정렬(misalignment)이 감소된다. 또한, 베어링 보어 표면과 접촉하는 에지로 인하여 스티킹력이 감소되고, 또한 베어링의 에지 로딩이 감소된다. 또한, 보다 일관된 축방향 예비하중력이 베어링에 가해진다. 또한, 베어링 보어와 베어링 에지의 접촉이 제거됨으로써, 보다 일관된 표면 접촉이 통상의 작동시에 베어링 시스템이 받게 되는 다양한 열 사이클시에 달성된다.
도 1은 축방향 예비하중을 갖는 공지된 베어링 시스템의 개략도,
도 2a는 공지된 베어링의 개략도,
도 2b는 반경방향 예비하중을 나타내는 공지된 베어링의 개략도,
도 2c는 축방향 예비하중을 나타내는 공지된 베어링의 개략도,
도 3은 공지된 베어링 외륜의 부분 개략도,
도 4는 초기 표면 마무리된 보어 표면을 도시하는 공지된 베어링의 부분 개략도,
도 5는 도 4에 도시된 베어링의 부분 개략도로서, 보어 표면의 일부가 장시간동안 외륜에 의해 결합된 후를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링의 부분 개략도,
도 7은 도 6에 도시된 베어링을 구비하는 전기 모터의 부분 개략도,
도 8은 다른 실시예에 따른 베어링을 구비하는 전기 모터의 개략도,
도 9는 도 8에 도시된 베어링의 부분 개략도.
도 1은 베어링 시스템(100)에 가해진 예비하중력(P)을 도시하는 개략도이다. 베어링 시스템(100)은 예비하중 스프링 단부(102) 및 대향 예비하중 단부(104)를 구비한다. 예비하중 스프링 단부(102)는 외륜(108), 내륜(110) 및 적어도 하나의 볼(112)을 구비하는 제 1 베어링(106)을 포함한다. 대향 예비하중 단부(104)는 외륜(116), 내륜(118) 및 적어도 하나의 볼(120)을 구비하는 제 2 베어링(114)을 포함한다. 베어링 시스템(100)은 예비하중 스프링(122)을 더 구비한다. 샤프트(124)는 베어링 시스템(100)을 통해 연장되고, 그것에 의해 회전가능하게 지지된다. 샤프트(124)는 전기 모터(도시하지 않음)에 연결된다. 마찰력(F)은 예비하중력(P)에 대해 반대로 작용하고, 자기력(M)은 마찰력(F)과 결합하여 작용한다.
예비하중 스프링 단부(102)에서의 베어링 하중은 마찰력(F)보다 작은 예비하중력(P)과 동일하다. 예비하중 스프링 단부(102)에서의 예비하중력(P)은 예비하중 스프링력과 동일하다. 예비하중 스프링 단부(102)에서의 마찰력(F)은 외륜(108)과 지지 하우징 보어(도시하지 않음) 사이에서 발생하는 마찰력과, 외륜(108)과 지지 하우징 보어 사이에서 발생하는 스티킹력의 벡터 합과 동일하다.
마찬가지로, 대향 예비하중 단부(104)에서의 베어링 하중은 마찰력(F)과 자기력(M)의 결합보다 작은 예비하중력(P)과 동일하다. 대향 예비하중 단부(104)에서의 예비하중력(P)은 예비하중 스프링력과 동일하다. 대향 예비하중 단부(104)에서의 마찰력(F)은 외륜(108)과 지지 하우징 보어(도시하지 않음) 사이에서 발생하는 마찰력과, 외륜(108)과 지지 하우징 보어 사이에서 발생하는 스티킹력의 벡터 합과 동일하다. 또한, 자기력(M)은 샤프트(124)상에서 작용하는 자기력 및 인가력을 포함한다. 자기력(M)의 축방향 성분이 0(zero)일 때, 양쪽 베어링(106)상의 축방향 예비하중은 예비하중 스프링력(P)과 마찰력(F)의 벡터 합과 동일하다.
도 2a는 베어링내에 종종 존재하는 반경방향 틈새(142)를 나타내는 공지된 베어링(140)의 개략도이다. 베어링(140)은 외륜(144), 내륜(146) 및 적어도 하나의 볼(148)을 구비한다. 볼(148)은 포인트(150)에서 내륜(146)과 접촉한다. 접촉 축(152)은 볼(148)의 중심을 통하여, 그리고 접촉 포인트(150)를 통하여 연장된다. 접촉 축(152)과 베어링 회전 축에 대해 수직하는 선 사이의 각도는 접촉각(140)으로 참조된다. 도 2a에 있어서, 접촉각은 0이다. 반경방향 틈새(142)는 외륜(144)이 접촉 볼(148)과 접촉하지 않기 때문에 볼(148)과 외륜(144) 사이에 존재한다. 회전 축(154)은 접촉 축(152)에 대해 대체로 수직하게 된다.
도 2b는 반경방향 예비하중력(R)을 도시하는 공지된 베어링(160)의 개략도이다. 베어링(160)은 외륜(162), 내륜(164) 및 적어도 하나의 볼(166)을 구비한다. 또한 베어링(160)은 접촉 축(168) 및 회전 축(170)을 구비한다. 볼(166)상에 작용하는 유일한 힘은 반경방향 예비하중력(R)이기 때문에, 접촉 축(168)은 반경방향 예비하중력(R)에 대해 대체로 평행하게 된다. 또한, 회전 축(170)은 반경방향 예비하중력(R)에 대해 대체로 수직하게 된다.
도 2c는 축방향 예비하중력(A)을 도시하는 공지된 베어링(180)의 개략도이다. 베어링(180)은 외륜(182), 내륜(184) 및 적어도 하나의 볼(186)을 구비한다. 또한, 베어링(180)은 접촉 축(188) 및 회전 축(190)을 구비한다. 베어링(180)상에 작용하는 유일한 힘은 축방향 예비하중력(A)이기 때문에, 접촉 축(188)은 반경방향 성분만 갖는 것에서 반경방향 요소 및 축방향 성분을 갖는 것으로 이동된다. 접촉 축(188)이 반경방향에 대해 각도를 이루고 있기 때문에, 축방향 예비하중력(A)이 인가되면 내륜(184)은 볼(186)과의 접촉을 유지하고, 볼(186)은 또한 외륜(182)과의 접촉을 유지한다. 따라서, 축방향 예비하중력(A)은 내륜(184), 볼(186) 및 외륜(182) 사이에서 접촉을 유지하도록 한다.
도 3은 베어링(도시하지 않음)용의 공지된 외륜(200)의 부분 개략도로서, 에지(202)를 나타내는 도면이다. 외륜(200)은 초기 표면(204)을 이용하여 제조된다. 외륜(200)의 가공시에, 표면(204)은 기계가공되고, 최종적으로 외측 표면(204)에 그라인딩(grinding) 작업이 수행된다. 이것에 의해, 마무리된 표면(206)과, 이 마무리된 표면(206)에 접하지 않는 부분을 갖는 에지(202)가 형성된다.
도 4는 초기 표면 마무리된 보어 표면(224)를 나타내는 외륜(220) 및 하우징 베어링 보어(222)의 부분 개략도이다. 축방향 예비하중력(A)이 외륜(220)상에 가해지면, 외륜(220)과 베어링 보어(222) 사이에 마찰력(F)이 발생한다. 최소의 축방향 예비하중력(A)이 요구되고, 과도한 축방향 예비하중력(A)은 베어링 수명을 짧게 하기 때문에, 마찰력(F)이 최소로 되어야 한다. 마찰력(F)은 마찰 성분 및 스티킹 성분을 구비한다. 마찰 성분은 먼저 접촉 재료와 외륜(220) 및 베어링 보어 표면(224)상에 작용하는 수직력의 함수이다. 스티킹 성분은 베어링 보어 표면(224)의 표면 거칠기를 감소시킴으로써 감소된다.
표면 거칠기를 감소시키는 두가지 일반적인 방법은 그라인딩 및 플레이팅(plating)이다. 표면 거칠기를 감소시키면 전체 접촉 면적이 증가하기 때문에 마찰 성분이 증가할 수도 있다. 그러나, 표면 거칠기를 감소시키는 것은 베어링 에지에서의 스티킹 성분을 감소시키는데 효과적이다.
도 5는 하우징 베어링 보어(222)의 부분 개략도로서, 보어 표면(224)의 일부가 장시간동안 외륜(220)에 의해 결합된 후를 나타낸다. 작동시에, 축방향으로의 열 팽창과 수축은 외륜(220)을 베어링 보어(222)에 대해서 축방향으로 미끄러지게 할 것이다. 이동 범위는 온도 구배 및 구성 재료에 따라 달라진다. 또한 베어링(도시하지 않음)을 가로지르는 축방향 예비하중력(A)을 전달하는 것은 접촉 포인트 및 접촉 축(도시하지 않음)을 베어링내에 설정하기 위하여 외륜(220)의 다소 작은 이동을 요구한다. 외륜(220)이 베어링 보어(222)내에서 미끄러질 때, 외륜(220)과 접촉하게 되는 표면(224)의 부분은 표면 거칠기의 작은 감소 및 직경의 관련된 작은 변화로 연마될 것이다. 직경에서의 이러한 작은 변화는 실제로 스티킹력을 증가시키는 작은 단차 또는 레지(ledge)를 만들게 될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외륜(240) 및 하우징 베어링 보어(242)의 부분 개략도이다. 외륜(240)은 에지(244)를 구비하고, 베어링 보어(242)는 제 1 보어 표면(246) 및 제 2 보어 표면(248)을 구비한다. 보어 표면(246)은 이것의 기계가공으로 형성된 다수의 절단 공구 마크(cutting tool marks)(250)를 구비한다. 보어 표면(246)이 외륜(240)과 마찰함에 따라, 절단 공구 마크(250)는 마멸된다. 또한, 보어 표면(248)은 보어 표면(248)의 기계가공에서 형성된 다수의 절단 공구 마크(252)를 구비한다. 절단 공구 마크(250)와 다르게, 절단 공구 마크(252)는 외륜(240)과 접촉하지 않기 때문에 마멸되지 않는다. 따라서, 보어 표면(246)은 보어 표면(248)과 높이가 다르게 될 것이다.
보어 표면(246)을 따라서 외륜(240)의 이동을 개선시키기 위한 하나의 방법은 각 외륜 에지, 예를 들면 도면부호(244)의 위치에서 베어링 보어(242)내에 작은 릴리프 컷(254)을 배치시키는 것이다. 릴리프 컷(254)은 베어링 에지(244)와 보어 표면(246) 사이의 접촉을 제거함으로써 에지 스티킹 성분을 제거한다. 릴리프 컷(254)은 외륜 에지(244)가 외륜(240)의 축방향 이동 범위에 걸쳐서 보어 표면(246)과 접촉하지 않도록 위치된다.
릴리프 컷(254)은 외륜(240)과 베어링 보어(242) 사이에서 하중의 균일성을 증가시키게 된다. 릴리프 컷(254)은 외륜(240)을 뒤틀리게(distort) 하고 베어링 수명을 짧게 할 수 있는 외륜 에지(244)의 하중을 제거한다. 외륜(240)과 보어 표면(246) 사이의 접촉 압력은 보어 표면 및 외륜(240)의 전체적인 접촉 면적과 비교하여 릴리프 컷(254)의 작은 사이즈로 인하여 비교적 변하지 않는다.
도 7은 모터 하우징(도시하지 않음)을 구비하는 전기 모터(300)의 일부의 개략도이다. 모터 하우징은 제 1 및 제 2 단부(도시하지 않음)를 갖는 쉘(도시하지 않음)과, 제 1 쉘 단부에 장착되고 그것을 통하는 개구(도시하지 않음)를 구비하는 제 1 단부 실드(302)과, 제 2 쉘 단부에 장착되고 그것을 통하는 개구(도시하지 않음)를 구비하는 제 2 단부 실드(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 모터(300)는 코어를 통하여 연장되는 보어(도시하지 않음)를 갖는 로터 코어(도시하지 않음)를 구비하는 로터(도시하지 않음)와 보어를 통하여 연장되는 샤프트(304)를 포함한다.
단부 실드(302)는 일 실시예에서 제 1 단부 실드(302)내에 적어도 부분적으로 위치되는 베어링 시스템(306)을 구비한다. 또한, 베어링 시스템(306)은 단부 실드(302)의 외측보드 측면에 장착될 수 있다. 베어링 시스템(306)은 베어링 하우징(308) 및 베어링 하우징(308)내에 위치된 베어링(310)을 구비한다. 베어링 하우징(308)은 슬리브(312) 및 베어링 캡(314)을 구비한다. 슬리브(312)는 립(316)과, 한쌍의 릴리프 컷(322, 324)을 갖는 보어 표면(320)을 구비한 베어링 보어(318)를 포함한다. 베어링 캡(314)은 립(326) 및 개구(328)를 구비한다. 립(326)은 슬리브(312)와 협동하여 샤프트(304)에 대한 슬리브(312)의 적절한 위치를 유지시킨다. 개구(328)는 볼트를 수용하여 단부 실드(302)에 대해서 캡(314)을 위치시킨다. 베어링 하우징(308), 베어링 슬리브(312) 및 베어링 캡(314)은 개별적으로 형성될 수 있다. 변형예로서, 베어링 하우징(308), 베어링 슬리브(312) 및 베어링 캡(314)은 단부 실드(302)와 일체형으로 형성될 수 있다. 다른 변형예로서, 베어링 캡(314), 베어링 슬리브(312) 및 베어링 하우징(302)은 일체형으로 형성된 후에 단부 실드(302)상에 위치된다.
베어링(310)은 외륜(332), 내륜(334) 및 적어도 하나의 볼(336)을 구비한다. 변형예로서, 베어링(310)은 적어도 하나의 롤러를 구비할 수 있다. 베어링 하우징(308)은 개구(338), 조절 나사(340) 및 외륜(332)과 접촉하는 스프링(342)을 더 구비하고, 볼(336)상에 축방향 예비하중력(A)을 제공한다. 조절 나사(340)는 개구(338)내에 적어도 부분적으로 위치되고, 개구(338)를 통하여 연장된다. 일 실시예에 있어서, 베어링 시스템(306)은 4개의 예비하중 조절 나사(340)를 구비한다. 물론, 베어링 시스템(306)은 하나의 나사(340)나 또는 4개 이상의 나사(340)를 구비할 수 있다.
예비하중 조절판(344)은 조절 나사(340)와 스프링(342) 사이에 배치된다. 예비하중 조절판(344)은 조절 나사(340)와 스프링(342) 사이에 안정된 접촉을 설정하도록 조력한다. 조절판(344)은 일 실시예에서 샤프트(304)로부터 대체로 반경방향으로 연장된 립(346)을 구비한다. 또한, 베어링 슬리브 립(316)은 샤프트(304)를 향하여 대체로 반경방향으로 연장된다. 조절판 립(346)은 베어링 슬리브 립(316)의 내측 보드 측면상에 위치되고, 베어링 슬리브 립(316)과 협동함으로써 조절 나사(340)가 개구(338)로부터 제거될 때에도 조절판(344)이 베어링 시스템(306)에서 떨어지는 것을 방지하도록 조력한다. 조절 나사(340)는 예비하중 스프링(342)이 베어링(310)에 인가하는 힘을 조정하도록 조절될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 조절 나사(340)는 스프링(342)에 대해 보다 큰 장력을 제공하도록 회전된다. 그 다음, 스프링(342)은 외륜(332)과 접촉하고, 볼(336)과 접촉하는 외륜(332)을 이동시킨다. 그 후, 볼(336)은 내륜(334)과 접촉하도록 이동된다.
모터(300)는 모터 하우징내에 장착된 스테이터(도시하지 않음) 및 스테이터를 통하여 연장된 보어를 더 구비한다. 대체로 직선의 로터 샤프트(304)는 모터 하우징내에 회전가능하게 장착되고, 스테이터 보어, 로터 보어, 단부 실드(302) 및 베어링 시스템(306)을 통하여 연장된다. 베어링(310)은 샤프트(304)를 회전가능하게 지지한다.
외륜(332)은 제 1 에지(348), 제 2 에지(350) 및 연결부(352)를 구비한다. 제 1 에지(348)는 제 1 코너(354)에서 연결부(352)와 교차하고, 제 2 에지(350)는 제 2 코너(356)에서 연결부(352)와 교차한다. 또한, 보어 표면(320)은 중간부(358)를 구비한다. 외륜(332)은 중간부(358)가 외륜의 연결부(352)와 접촉하도록 위치되고, 제 1 에지(348)는 릴리프 컷(322)에 인접하여 위치되고, 제 2 에지(350)는 제 2 릴리프 컷(324)과 인접하여 위치된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 릴리프 컷(322)은 제 1 측면(360), 제 2 측면(362) 및 바닥 표면(364)을 구비하고, 제 2 릴리프 컷(324)은 제 1 측면(366), 제 2 측면(368) 및 바닥 표면(370)을 구비한다. 제 1 에지(348)와 제 1 코너(354)는 제 1 릴리프 컷(322)의 제 1 측면(360)과 제 2 측면(362) 사이에 위치된다. 또한, 제 2 에지(350)와 제 2 코너(354)는 제 2 릴리프 컷(324)의 제 1 측면(366)과 제 2 측면(368) 사이에 위치된다. 이러한 위치설정은 에지(322, 324)가 보어 표면(320)과 접촉하는 것을 방지한다.
작동시에, 나사(340)는 개구(338)를 통하여 연장되고 예비하중 판(344)과 접촉한다. 그 다음, 예비하중 판(344)은 스프링(342)을 가압한다. 가압 스프링(342)은 외륜(332)에 인가되는 예비하중력을 증가시킨다. 그 다음, 스프링(342)으로부터의 힘은 외륜(332)이 샤프트(304)를 따라서 축방향으로 이동하도록 한다. 이러한 축방향 이동은 보어 표면(320)을 따라서 외륜(332)이 미끄러지도록 하고, 이것은 보어 표면(320)의 연마를 초래한다. 에지(348, 350)는 보어 표면(320)과 접촉하지 않기 때문에, 이들은 보어 표면(320)을 따른 외륜(332)의 이동에 의해 야기되는 마찰력을 증가시키지 않는다.
베어링 시스템(306)은 로터 샤프트(302)상에 제 1 위치설정 베어링(310)에 의해 조립된다. 예비하중 조절판(344), 예비하중 나사(340) 및 예비하중 스프링(342)은 단부 실드(302)상에 위치된다. 그 다음, 로터 샤프트(302)는 베어링(310)이 단부 실드(302)의 외측보드 측면에 근접할 때까지 단부 실드(302)상에 개구를 통하여 위치된다. 그 다음, 예비하중 스프링(342)은 스프링(342)이 베어링(310)과 접촉하고 베어링(310)에 대해 소망하는 축방향 예비하중력(A)을 제공할 때까지 조절된다. 일 실시예에 있어서, 예비하중 조절 나사(340)는 베어링 하우징 개구(338)를 통하여 연장되도록 위치된다. 예비하중 조절 나사(340)는 소망하는 축방향 예비하중력(A)이 스프링(342)에 가해질 때까지 회전된다. 축방향 예비하중력(A)은 나사(340)에서 스프링(342)으로 전달된 후, 외륜(332)으로 전달된다. 그 다음, 축방향 예비하중력(A)은 볼(336)에 전달된 후, 내륜(334)에 전달된다. 또한, 로터는 제 1 에지(348)를 갖는 제 1 릴리프 컷(322)을 정렬하도록 위치된다.
도 8은 베어링 시스템(402)의 다른 실시예를 구비하는 전기 모터(400)의 개략도로서, 아래에 보다 상세히 설명된다. 모터(400)는 제 1 단부(408) 및 제 2 단부(410)를 갖는 쉘(406)을 구비한 하우징(404)을 포함한다. 제 1 단부 실드(412)는 제 1 단부에 장착되고, 제 2 단부 실드(414)는 제 2 단부(410)에 장착된다. 제 1 개구(416)는 제 1 단부 실드(412)를 통하여 연장되고, 제 2 개구(418)는 제 2 단부 실드(414)를 통하여 연장된다. 또한, 모터(400)는 그것을 통하여 보어(422)를 갖는 스테이터(420)를 구비한다. 스테이터는 하우징(404)에 연결된다. 로터(424)는 스테이터 보어(422)를 통하여 연장되고 로터 코어(426)를 구비한다. 로터 보어(428)는 로터 코어(426)를 통하여 연장된다. 로터 샤프트(430)는 하우징(404)내에 회전가능하게 장착되고 로터 보어(428)를 통하여, 그리고 단부 실드(412, 414)내의 제 1 개구(416) 및 제 2 개구(418)를 통하여 연장된다. 커버(432)는 제 1 단부 실드(412)에 장착된다.
도 9는 베어링 시스템(402), 단부 실드(412) 및 로터 샤프트(430)의 부분 개략도이다. 일 실시예에서, 베어링 시스템(402)은 단부 실드(412)내에 적어도 부분적으로 위치된다. 변형예로서, 베어링 시스템(402)은 단부 실드(412)의 외측보드 측면에 장착될 수 있다. 베어링 시스템(402)은 슬리브(434) 및 캐비티(438)를 형성하는 베어링 캡(436)을 구비한다. 베어링(440)은 슬리브(434) 및 베어링 캡(436)에 의해 형성된 캐비티(438)내에 위치된다. 슬리브(434)는 쇼울더, 또는 한쌍의 릴리프 컷(448, 450)을 갖는 보어 표면(446)을 구비하는 스텝(442) 및 베어링 보어(444)를 포함한다. 베어링 캡(436)은 슬리브(434)와 협동하여 슬리브(434)를 샤프트(430)에 대해서 적합하게 위치하도록 유지시키는 립(342)을 구비한다. 베어링 슬리브(434)와 베어링 캡(436)은 개별적으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 베어링 슬리브(434)와 베어링 캡(436)은 단부 실드(412)와 함께 일체형으로 형성된다. 변형예로서, 베어링 캡(436)과 베어링 슬리브(434)는 일체형으로 형성된 후, 단부 실드(412)상에 위치될 수 있다.
베어링(440)은 외륜(도시하지 않음), 내륜(도시하지 않음) 및 적어도 하나의 볼(도시하지 않음)을 구비한다. 변형예로서, 베어링(440)은 적어도 하나의 롤러를 구비할 수 있다. 베어링 시스템(402)은 베어링(440)의 외륜과 접촉하는 적어도 하나의 스프링(454)을 더 구비한다. 스프링(454)은 볼상에 축방향 예비하중력(A)을 제공한다. 또한, 스프링(454)은 스프링(454)을 위한 축방향 지지부를 제공하는 슬리브(434)의 쇼울더(442)와 접촉하게 된다. 스프링(454)은 쇼울더(442)와 베어링(440) 사이에서 압축되며, 이는 베어링(440)상에 가해질 예비하중 축방향 힘(A)을 발생시킨다. 일 실시예에 있어서, 스프링(454)은 웨이브 스프링 또는 베어링 예비하중 스프링 와셔이다. 변형예에서, 스프링(454)은 코일 스프링과 같이 쇼울더(442)와 베어링(440) 사이에서 스페이스내에 결합하는 스프링의 임의의 유형이 될 수 있다.
베어링(440)은 제 1 에지(456), 제 2 에지(458) 및 연결부(460)를 구비한다. 제 1 에지(456)는 제 1 코너(462)에서 연결부(460)와 교차하고, 제 2 에지(458)는 제 2 코너(464)에서 연결부(460)와 교차한다. 또한, 보어 표면(446)은 중간부(466)를 구비한다. 베어링(440)은 베어링 연결부(460)와 접촉하도록 위치된다. 또한, 제 1 에지(456)는 제 1 릴리프 컷(448)에 인접하여 위치되고, 제 2 에지(458)는 제 2 릴리프 컷(450)에 인접하여 위치된다. 제 1 실시예에서, 제 1 릴리프 컷(448)은 제 1 측면(468), 제 2 측면(470) 및 바닥 표면(472)을 구비한다. 제 2 릴리프 컷(450)은 제 1 측면(474), 제 2 측면(476) 및 바닥 표면(478)을 구비한다. 제 1 에지(456)와 제 1 코너(462)는 제 1 릴리프 컷(448)의 제 1 측면(468)과 제 2 측면(470) 사이에 위치된다. 또한, 제 2 에지(458)와 제 2 코너(464)는 제 2 릴리프 컷(450)의 제 1 측면 및 제 2 측면(476) 사이에 위치된다. 이러한 위치설정은 에지(456, 458)가 보어 표면(446)과 접촉하는 것을 방지한다.
전체적인 작동 범위에 걸쳐서 베어링 소음을 최소로하는 것은 베어링상에 최소의 축방향 예비하중을 유지하는 것을 포함한다. 그러나, 마찰력의 스티킹 성분은 사실상 다소 랜덤(random)하게 될 것이기 때문에, 축방향 예비하중력(A)은 최악의 경우의 스티킹을 고려하여 충분히 높게 설정되고, 최소의 베어링 예비하중력을 가해야 한다. 스티킹이 존재하지 않거나 또는 최악의 경우의 레벨이 아닌 때에는, 축방향 예비하중력은 필요한 것보다 높게 될 것이다. 따라서, 에지 스티킹력을 제거하는 것은 베어링 시스템의 작동 범위에 걸쳐서 보다 낮은 축방향 예비하중력을 초래한다. 축방향 예비하중력을 낮추는 것은 베어링의 수명을 증가시키게 된다. 또한, 릴리프 컷의 사용은 보어 표면상에 베어링의 국부적인 스티킹으로 인하여 베어링의 오정렬을 감소시킨다.
본 발명의 다양한 실시예의 상술한 설명에서, 본 발명의 목적이 달성되는 것이 명백하다. 본 발명이 상세히 설명되고 도시되어 있지만, 동등물이 도시 및 예시에 의해서만 된 것이 명확히 이해될 것이고, 그것에 제한되지는 않는다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 청구범위의 용어에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (63)

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  29. 베어링 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 릴리프 컷을 구비한 표면을 갖는 베어링 보어 및 개구를 구비한 베어링 하우징과,
    회전가능한 샤프트를 지지하도록 구성되고, 상기 베어링 보어내에 위치되며, 내륜(inner race), 외륜(outer race) 및 적어도 하나의 볼을 구비하는 적어도 하나의 베어링으로서, 상기 외륜이 제 1 에지, 제 2 에지 및 이들 사이에서 연장되는 연결부를 구비하고, 상기 제 1 에지 및 상기 제 2 에지중 적어도 하나가 상기 적어도 하나의 릴리프 컷에 위치되는, 상기 적어도 하나의 베어링과,
    상기 베어링에 대해 축방향 예비하중을 인가하기 위한 수단을 포함하는
    베어링 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 축방향 예비하중 수단은 상기 외륜과 접촉하는 스프링을 포함하는
    베어링 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 축방향 예비하중 수단은 상기 스프링의 장력을 조절하기 위한 조절 나사를 더 포함하고, 상기 조절 나사는 상기 하우징 개구를 통해 연장되는
    베어링 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 축방향 예비하중 수단은 상기 조절 나사와 상기 스프링 사이에 위치된 조절판을 더 포함하는
    베어링 시스템.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 하우징은 쇼울더를 더 포함하고, 상기 스프링은 상기 쇼울더와 접촉하여, 상기 베어링 시스템이 완전히 조립되었을 때 상기 예비하중 스프링이 소정의 예비하중력을 제공하도록 충분히 압축되는
    베어링 시스템.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴리프 컷은 제 1 릴리프 컷, 제 2 릴리프 컷 및 중간부를 포함하며, 상기 제 1 릴리프 컷은 상기 제 1 에지에 인접하여 위치되고, 상기 제 2 릴리프 컷은 상기 제 2 에지에 인접하여 위치되는
    베어링 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 릴리프 컷은 각각 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하고, 상기 제 1 에지는 상기 제 1 릴리프 컷의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치되고, 상기 제 2 에지는 상기 제 2 릴리프 컷의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치되는
    베어링 시스템.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 외륜의 연결부는 상기 보어 표면 중간부에 인접하며, 상기 연결부는 상기 중간부와 접촉하는
    베어링 시스템.
  37. 베어링 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 릴리프 컷을 구비한 표면을 갖는 베어링 보어 및 개구를 구비한 베어링 하우징과,
    회전가능한 샤프트를 지지하도록 구성되고, 상기 베어링 보어내에 위치되며, 내륜, 외륜 및 다수의 볼을 구비하는 베어링과,
    소정의 예비하중력을 상기 외륜에 공급하기 위하여 상기 외륜과 접촉하는 스프링과,
    상기 하우징 개구를 통하여 연장되는 조절 나사를 포함하는
    베어링 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 조절 나사는 상기 스프링의 장력을 조절하는
    베어링 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 조절 나사와 상기 스프링 사이에 위치된 조절판을 더 포함하고, 상기 조절판은 상기 조절 나사와 상기 스프링 사이에 접촉을 설정하는
    베어링 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 조절판은 립을 포함하고, 상기 베어링 하우징은,
    립을 구비하는 베어링 슬리브로서, 상기 베어링 슬리브는 상기 외륜에 인접하고, 상기 베어링 슬리브 립이 상기 조절판 립과 협동하여 상기 하우징내에 상기 조절판을 유지하는, 상기 베어링 슬리브와;
    립을 구비하는 베어링 캡으로서, 상기 베어링 캡 립이 상기 베어링 슬리브를 적절하게 위치시키도록 상기 베어링 슬리브와 협동하는, 상기 베어링 캡을 포함하는
    베어링 시스템.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 하우징은 쇼울더를 더 포함하고, 상기 스프링은 상기 외륜과 상기 쇼울더 사이에 위치설정되어 상기 베어링 시스템이 완전히 조립되었을 때 상기 예비하중 스프링이 소정의 예비하중력을 제공하도록 충분히 압축되는
    베어링 시스템.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 외륜은 제 1 에지, 제 2 에지 및 연결부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 릴리프 컷은 제 1 릴리프 컷, 제 2 릴리프 컷 및 중간부를 포함하며, 상기 제 1 릴리프 컷은 상기 제 1 에지에 인접하고, 상기 제 2 릴리프 컷은 상기 제 2 에지에 인접하며, 상기 외륜의 연결부는 상기 보어 표면 중간부에 인접하는
    베어링 시스템.
  43. 전기 모터 조립체에 있어서,
    제 1 및 제 2 단부를 갖는 쉘(shell)과, 상기 제 1 쉘 단부에 장착된 제 1 단부 실드 및 상기 제 2 쉘 단부에 장착된 제 2 단부 실드를 구비하는 모터 하우징과,
    보어가 관통하는 로터 코어 및 상기 로터 코어 보어를 통하여 연장되는 직선형의 샤프트를 구비하는 로터와,
    적어도 하나의 릴리프 컷을 갖는 표면을 구비한 베어링 보어를 구비하는 베어링 하우징과, 상기 로터 샤프트를 지지하도록 구성된 베어링과, 베어링 조립체와 접촉하고 상기 베어링상에 축방향 예비하중을 제공하는 스프링을 포함하는 베어링 시스템으로서, 상기 베어링은 외륜, 내륜 및 적어도 하나의 볼을 포함하고, 상기 베어링 시스템은 상기 제 1 단부 실드내에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 외륜은 제 1 에지, 제 2 에지 및 이들 사이에서 연장되는 연결부를 구비하고, 상기 제 1 에지 및 상기 제 2 에지중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 릴리프 컷에 위치되는, 상기 베어링 시스템과,
    상기 하우징내에 장착되고, 보어가 관통하는 스테이터로서, 상기 로터가 상기 하우징내에 회전가능하게 장착되고 상기 스테이터 보어를 통하여 연장되며, 상기 샤프트는 상기 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는, 상기 스테이터를 포함하는
    전기 모터 조립체.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 스프링의 장력을 조절하는 조절 나사를 더 포함하는
    전기 모터 조립체.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 베어링 시스템은 상기 스프링과 상기 조절 나사 사이에 위치되는 조절판을 더 포함하는
    전기 모터 조립체.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 스프링과 접촉하는 쇼울더를 더 포함하고, 상기 쇼울더는 상기 스프링을 압축하여 상기 축방향 예비하중을 제공하도록 구성되는
    전기 모터 조립체.
  47. 제 44 항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은 조절 나사 개구를 더 포함하고, 상기 조절 나사는 상기 조절 나사 개구내에 적어도 부분적으로 위치되는
    전기 모터 조립체.
  48. 제 43 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴리프 컷은 제 1 릴리프 컷, 제 2 릴리프 컷 및 중간부를 포함하고, 상기 외륜은 상기 중간부가 상기 연결부와 접촉하도록 위치되고, 상기 제 1 에지는 상기 제 1 릴리프 컷에 인접하고, 상기 제 2 에지는 상기 제 2 릴리프 컷에 인접하는
    전기 모터 조립체.
  49. 제 43 항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 베어링 조립체의 외륜과 접촉하여 이동시키도록 구성되고, 상기 스프링은 상기 베어링 조립체내의 상기 예비하중을 조절하는
    전기 모터 조립체.
  50. 베어링 시스템에 있어서,
    제 1 릴리프 컷, 제 2 릴리프 컷 및 중간부를 구비한 표면을 갖는 베어링 보어 및 개구를 구비한 베어링 하우징과,
    회전가능한 샤프트를 지지하도록 구성되고, 상기 베어링 보어내에 위치되며, 내륜, 외륜 및 적어도 하나의 볼을 구비하는 적어도 하나의 베어링으로서, 상기 외륜이 제 1 에지, 제 2 에지 및 연결부를 구비하고, 상기 베어링 보어 표면의 제 1 릴리프 컷이 상기 외륜의 제 1 에지 및 상기 연결부에 위치되는, 상기 적어도 하나의 베어링을 포함하는
    베어링 시스템.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 베어링 보어 표면의 제 2 릴리프 컷이 상기 외륜의 제 2 에지에 위치되는
    베어링 시스템.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 릴리프 컷은 각각 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하고, 상기 외륜의 제 1 에지는 상기 제 1 릴리프 컷의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치되고, 상기 외륜의 제 2 에지는 상기 제 2 릴리프 컷의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치되는
    베어링 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 외륜의 연결부는 상기 보어 표면 중간부에 인접하는
    베어링 시스템.
  54. 제 52 항에 있어서,
    상기 외륜의 연결부는 상기 보어 표면 중간부와 접촉하는
    베어링 시스템.
  55. 제 52 항에 있어서,
    상기 베어링에 대해 조절 가능한 축방향 예비하중을 인가하기 위한 수단을 더 포함하는
    베어링 시스템.
  56. 베어링 시스템을 포함하는 전기 모터 조립체에 있어서,
    제 1 릴리프 컷, 제 2 릴리프 컷 및 중간부를 구비한 표면을 갖는 베어링 보어 및 개구를 구비한 베어링 하우징과,
    회전가능한 샤프트를 지지하도록 구성되고, 상기 베어링 보어내에 위치되며, 내륜, 외륜 및 복수의 볼을 구비하는 베어링으로서, 상기 외륜이 제 1 에지, 제 2 에지 및 연결부를 구비하고, 상기 외륜의 제 2 에지는 상기 베어링 보어 표면의 제 2 릴리프 컷에 위치되는, 상기 베어링을 포함하는
    전기 모터 조립체.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 베어링 보어 표면에 인접하는
    전기 모터 조립체.
  58. 제 56 항에 있어서,
    상기 베어링 시스템의 외륜의 제 1 에지는 상기 보어 표면의 제 1 릴리프 컷에 위치되는
    전기 모터 조립체.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 베어링 시스템의 베어링 보어 표면의 제 1 및 제 2 릴리프 컷은 각각 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하고, 상기 외륜의 제 1 에지는 상기 제 1 릴리프 컷의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치되는
    전기 모터 조립체.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 베어링 시스템의 외륜의 제 2 에지는 상기 베어링 보어 표면의 제 2 릴리프 컷의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치되는
    전기 모터 조립체.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 베어링 시스템의 외륜의 연결부는 상기 보어 표면 중간부에 인접하는
    전기 모터 조립체.
  62. 제 60 항에 있어서,
    상기 외륜의 연결부는 상기 보어 표면 중간부와 접촉하는
    전기 모터 조립체.
  63. 제 60 항에 있어서,
    상기 베어링 시스템의 베어링에 대해 조절 가능한 축방향 예비하중을 인가하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 모터 조립체.
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