KR101898348B1

KR101898348B1 - 모터

Info

Publication number: KR101898348B1
Application number: KR1020160171722A
Authority: KR
Inventors: 반행진; 김성기; 황은지
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR20180069490A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터는, 상하로 길게 배치되고, 반경 방향으로 돌출된 디스크부가 형성되며, 디스크부와 이격된 상측에 임펠러가 연결되는 회전축; 회전축에 구비되고, 임펠러와 디스크부의 사이에 위치하며 스테이터에 둘러싸이도록 배치된 로터; 회전축이 삽입되어 회전축의 반경 방향 하중을 지지하고, 임펠러와 로터의 사이에 위치하는 저널 베어링; 및 디스크부를 수용하는 베어링 어셈블리를 포함할 수 있다. 베어링 어셈블리는, 디스크부의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링; 및 스러스트 베어링의 하측에 배치되고, 회전축의 외주면과 접하며, 회전축의 회전 속도에 따라 디스크부의 저면과 접하거나 이격되는 서포터를 포함할 수 있다.
이에 의하면, 베어링 어셈블리는 회전축의 축 방향 및 반경 방향 부하를 동시에 지지할 수 있으므로 모터가 컴팩트해 질 수 있다. 또한, 저널 베어링과 서포터에 의해 반경 방향 부하가 지지되고, 스러스트 베어링에 의해 축 방향 부하가 지지될 수 있어, 각 방향에 대한 부하가 모두 지지될 수 있다.

Description

모터{Motor}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베어링을 갖는 모터에 관한 것이다.

모터는 청소기 등의 가전기기에 설치될 수 있고, 이 경우 공기를 먼지 집진부로 흡인시키는 구동력을 발생할 수 있다.

이러한 모터의 일예는 모터 하우징과, 모터 하우징에 설치된 스테이터와, 스테이터에 의해 회전되는 로터와, 로터가 장착된 회전축을 포함할 수 있다.

모터의 회전축은 적어도 2개의 베어링에 의해 지지될 수 있고, 회전축은 적어도 2개의 베어링에 지지된 상태에서 고속으로 회전될 수 있다.

이러한 적어도 2개의 베어링은 회전축의 서로 다른 위치에 장착될 수 있고, 서로 이격된 위치에서 회전축을 함께 지지할 수 있다.

한편, 스틱형 청소기는 일반 청소기에 비해 크기가 작아, 흡입력이 일반 청소기의 흡입력보다 약한 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해, 컴팩트 하면서도 충분한 회전속도에 따른 부하를 견딜 수 있는 모터가 요구된다.

KR 10-2015-0140200 A (2015.12.15. 공개) KR 10-2011-0023319 A (2011.03.08. 공개) KR 10-2005-0105752 A (2005.11.08. 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 크기가 컴팩트한 모터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 회전축의 축 방향 및 반경 방향 부하를 모두 지지할 수 있는 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터는, 상하로 길게 배치되고, 반경 방향으로 돌출된 디스크부가 형성되며, 상기 디스크부와 이격된 상측에 임펠러가 연결되는 회전축; 상기 회전축에 구비되고, 상기 임펠러와 상기 디스크부의 사이에 위치하며 스테이터에 둘러싸이도록 배치된 로터; 상기 회전축이 삽입되어 상기 회전축의 반경 방향 하중을 지지하고, 상기 임펠러와 상기 로터의 사이에 위치하는 저널 베어링; 및 상기 디스크부를 수용하는 베어링 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 베어링 어셈블리는, 상기 디스크부의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링; 및 상기 스러스트 베어링의 하측에 배치되고, 상기 회전축의 외주면과 접하며, 상기 회전축의 회전 속도에 따라 상기 디스크부의 저면과 접하거나 이격되는 서포터를 포함할 수 있다.

이에 의하면, 베어링 어셈블리는 회전축의 축 방향 및 반경 방향 부하를 동시에 지지할 수 있으므로 모터가 컴팩트해 질 수 있다. 또한, 저널 베어링과 서포터에 의해 반경 방향 부하가 지지되고, 스러스트 베어링에 의해 축 방향 부하가 지지될 수 있어, 각 방향에 대한 부하가 모두 지지될 수 있다.

상기 디스크부는 상기 스러스트 베어링과 상기 서포터 사이에서 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이에 의하면, 회전축의 축방향 가동 범위를 제한하여 회전축이 정해진 위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

상기 저널 베어링 및 스러스트 베어링은 각각 탑 포일과 범프 포일을 포함하는 포일 에어 베어링일 수 있다. 이에 의하면, 회전축의 초고속 회전이 가능해 질 수 있다.

상기 서포터는, 상기 회전축 및/또는 디스크부가 접하는 부분의 적어도 일부에 코팅층이 구비될 수 있다.

상기 서포터에는 상기 회전축이 관통되는 회전축 관통공이 형성되고, 상기 회전축 관통공의 내주면에는 제1코팅층이 구비되고, 상기 회전축의 외주면은 상기 제1코팅층에 접할 수 있다.

상기 서포터의 상면에 제2코팅층이 구비되고, 상기 디스크부의 저면은 상기 회전축의 회전 속도에 따라 상기 제2코팅층과 접하거나 이격될 수 있다.

이에 의하면, 회전축 및 디스크부의 회전 시 마찰로 인한 서포터의 마모가 방지될 수 있다.

상기 회전축 관통공의 중심축과 상기 저널 베어링의 중심축은 일치할 수 있다. 이에 의하면, 저널 베어링과 서포터에 의해 회전축의 반경 방향 부하가 안정되게 지지될 수 있다.

상기 스러스트 베어링은, 회전축 통과홀이 형성되고, 상기 디스크부의 상측에 위치하는 스러스트 플레이트; 상기 스러스트 플레이트의 저면에 구비되는 범프 포일; 및 상기 범프 포일의 하측에 구비되고, 상기 디스크부 상면과 이격되게 배치된 탑 포일을 포함할 수 있다. 상기 디스크부는 상기 서포터와 상기 탑 포일의 사이에 배치될 수 있다.

상기 디스크부의 상면과 상기 탑 포일 사이의 거리는 상기 회전축의 회전 속도에 따라 달라질 수 있다.

상기 스러스트 베어링은, 상기 스러스트 플레이트와 상기 서포터를 연결하고, 상기 디스크부, 범프 포일 및 탑 포일이 수용되는 내부 공간을 형성하는 둘레부를 더 포함할 수 있다.

상기 둘레부는 중공 원통 형상이고, 상기 디스크부의 외측 가장자리는 상기 둘레부의 내주면과 이격될 수 있다.

상기 회전축의 외주면은 상기 회전축 통과홀의 내주면과 이격될 수 있다.

상기 회전축 통과홀과 상기 회전축 사이에 형성되는 틈은 상기 디스크부의 상면과 상기 탑 포일 사이 공간과 연통될 수 있다. 이로써, 공기가 디스크부와 탑 포일 사이로 유입될 수 있고, 공기층을 형성하여 회전축의 축방향 부하를 지지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터는, 상기 임펠러에 대응되는 공기 흡입구가 형성된 아우터 하우징; 및 외부에 상기 임펠러가 배치되고, 상기 아우터 하우징과의 사이에서 공기 유로가 형성되는 이너 하우징을 더 포함할 수 있다. 상기 이너 하우징은, 상기 저널 베어링이 압입되는 브래킷; 상기 브래킷의 하측에 체결되고, 상기 스테이터가 설치되는 하우징부; 및 상기 하우징부의 하측에 체결되고, 상기 베어링 어셈블리가 설치되는 로어 커버를 포함할 수 있다.

상기 로어 커버에는 상기 서포터가 설치되는 서포터 체결부가 형성되고, 상기 서포터는, 상기 로어 커버의 상면에 안착되는 서폿 플레이트; 및 상기 서폿 플레이트의 하측에 구비되고, 상기 서포터 체결부에 압입되는 고정부를 포함할 수 있다. 이에 의하면, 서포터가 회전축의 축방향에 대해 고정부에 고정되어 회전축을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.

본 발명에 따른 모터는, 베어링 어셈블리는 회전축의 축 방향 및 반경 방향 부하를 동시에 지지할 수 있으므로 모터의 크기가 컴팩트화 될 수 있는 효과를 가진다.

또한, 저널 베어링과 서포터에 의해 반경 방향 부하가 지지되고, 스러스트 베어링에 의해 축 방향 부하가 지지될 수 있어, 각 방향에 대한 부하가 모두 지지될 수 있는 효과를 가진다.

또한, 회전축의 축방향 가동 범위를 제한하여 회전축이 정해진 위치에서 이탈하는 것을 방지하는 효과를 가진다.

또한, 회전축의 초고속 회전이 가능하여 임펠러에 의한 흡입력이 더욱 상승하는 효과를 가진다.

또한, 회전축의 회전 시 마찰로 인한 서포터의 마모가 방지될 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터가 도시된 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링이 도시된 횡단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리가 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축의 저속 회전 시 베어링 어셈블리 부분을 확대 도시한 종단면도이다.
도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축의 고속 회전 시 베어링 어셈블리 부분을 확대 도시한 종단면도이다.
도 8은 도 7의 C 부분을 확대한 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링이 도시된 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링의 구조가 도시된 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스러스트 베어링의 구조가 도시된 도면이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터가 도시된 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 모터(1)는 아우터 하우징(10) 및 이너 하우징(20)을 포함할 수 있다.

아우터 하우징(10)은 모터(1)의 외관을 형성할 수 있다.

아우터 하우징(10)은 상부 일정 지점에서부터 상측으로 갈수록 직경이 줄어드는 중공 원통 형상일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

아우터 하우징(10)은 바디부(14)와 쉬라우드(15)를 포함할 수 있다. 바디부(14)는 직경이 일정한 중공 원통 형상일 수 있고, 쉬라우드(15)는 상측으로 갈수록 직경이 좁아지는 형상일 수 있다. 쉬라우드(15)는 후술할 임펠러(37)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.

쉬라우드(15)는 바디부(14)의 상측에 구비될 수 있으며, 바디부(14)와 쉬라우드(15)는 일체로 형성될 수 있다.

쉬라우드(15)는 임펠러(37)를 보호하기 위한 임펠러 커버일 수 있다.

이너 하우징(20)은 아우터 하우징(10)의 내부에 배치될 수 있다. 이너 하우징(20)은 중공 원통 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이너 하우징(20)은 브래킷(30), 하우징부(40) 및 로어 커버(50)를 포함할 수 있다.

이너 하우징(20)은 일체로 형성되거나, 둘 이상으로 분리 및 체결이 가능한 구성을 가질 수 있다.

좀 더 상세히, 브래킷(30), 하우징부(40) 및 로어 커버(50)가 일체로 형성될 수 있고, 각각 별도의 구성일 수도 있다. 또한, 브래킷(30), 하우징부(40) 및 로어 커버(50) 중 어느 두 구성은 일체로 구성되고, 나머지 한 부품은 그와 별도로 구성되는 것도 가능하다. 이하, 브래킷(30), 하우징부(40) 및 로어 커버(50)가 각각 별도로 구성되는 경우를 예로 들어 설명한다.

아우터 하우징(10)에는 후술할 임펠러(37)에 대응되도록 공기 흡입구(12)가 형성될 수 있다. 임펠러(37)는 회전에 따라 아우터 하우징(10) 외부의 공기가 공기 흡입구(12)로 공기가 흡입되도록 구성될 수 있다. 임펠러(37)는 아우터 하우징(10)의 내부에 배치될 수 있다.

아우터 하우징(10)과 이너 하우징(20)은 서로 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 아우터 하우징(10)과 하우징부(40)는 서로 체결될 수 있다.

더욱 상세하게는, 아우터 하우징(10)에는 적어도 하나의 아우터 체결부(11)가 마련될 수 있고, 하우징부(40)에는 아우터 체결부(11)에 대응되는 적어도 하나의 이너 체결부(42)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 아우터 체결부(11)와 이너 체결부(42)는 서로 일치하며 소정의 깊이를 갖는 결합공일 수 있고, 볼트 등의 체결 부재(미도시)가 아우터 체결부(11) 및 이너 체결부(42)를 관통하여 아우터 하우징(10)과 하우징부(40)가 체결될 수 있다.

아우터 하우징(10)과 이너 하우징(20) 사이에는 공기 유로(13)가 형성될 수 있다. 공기 유로(13)는 아우터 하우징(10)의 내면과 이너 하우징(20)의 외면 사이 공간을 의미할 수 있다. 즉, 아우터 하우징(10)의 내면과 이너 하우징(20)의 외면은 서로 이격될 수 있다.

임펠러(37)는 이너 하우징(20)의 외부에 배치되고, 아우터 하우징(10)의 내부에 배치되어, 공기 유로(13)로 공기를 유동시킬 수 있다.

공기 유로(13)에는 복수개의 디퓨저 베인(45)가 배치될 수 있다. 디퓨저 베인(45)는 이너 하우징(20)의 하우징부(30) 외면에서 돌출 형성될 수 있다. 각 디퓨저 베인(45)는 하우징부(30)의 외주면 둘레를 따라 형성될 수 있고, 서로 일정 간격만큼 이격되게 마련될 수 있다.

디퓨저 베인(45)는 공기 유로(13)를 통과하는 공기의 유동을 안정화 시키도록 구성될 수 있다.

또한, 디퓨저 베인(45)는 방열핀 역할을 수행할 수 있다. 즉, 디퓨저 베인(45)는 후술할 스테이터(80)에서 발생하는 열을 방열시킬 수 있다. 좀 더 상세히, 스테이터(80)에서 발생한 열은 디퓨저 베인(45)으로 전도될 수 있고, 디퓨저 베인(45)은 공기 유로(13)로 유동된 공기와 열교환하여 방열을 수행할 수 있다.

한편, 브래킷(30)에는 후술할 저널 베어링(70)이 압입될 수 있다. 좀 더 상세히, 브래킷(30)에는 베어링 장착부(32)가 마련될 수 있고, 저널 베어링(70)은 베어링 장착부(32)에 압입될 수 있다. 베어링 장착부(32)는 저널 베어링(70)의 크기 및 형상에 대응되는 중공부일 수 있다.

베어링 장착부(32)는 브래킷(30)의 하측에 형성될 수 있고, 저널 베어링(70)은 브래킷(30)의 하측에서 압입될 수 있다.

브래킷(30)에는 회전축 관통공(35)이 형성될 수 있다. 회전축 관통공(35)는 상하방향으로 형성될 수 있고, 후술할 회전축(61)이 회전축 관통공(35)을 관통하도록 배치될 수 있다.

회전축 관통공(35)는 베어링 장착부(32)와 연통될 수 있다. 이로써, 회전축 관통공(35)를 관통하여 상하로 길게 배치된 회전축(61)은, 베어링 장착부(32)에 설치된 저널 베어링(70)에 의해 지지될 수 있다.

브래킷(30)에는 단차부(33)가 마련될 수 있다. 좀 더 상세히, 단차부(33)는 브래킷(30)의 상면과 단차진 함몰부일 수 있다. 단차부(33)는 임펠러(37)의 저면에 대응되도록 형성될 수 있다.

브래킷(30)에 단차부(33)가 구비됨으로써, 모터(1)가 전체 높이가 줄어들 수 있고, 컴팩트화가 가능할 수 있다.

브래킷(30)에는 적어도 하나의 유입구(36)가 형성될 수 있다. 유입구(36)는 브래킷(30)의 상면에 형성됨이 바람직하다. 공기 흡입구(12)를 통해 아우터 하우징(10)내로 흡입된 공기의 일부는 유입구(36)를 통해 이너 하우징(20) 내로 유입될 수 있다.

브래킷(30)는 하우징부(40)의 상측에 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 브래킷(30)에는 적어도 하나의 제1하우징 체결부(34)가 마련될 수 있고, 하우징부(40)에는 제1하우징 체결부(34)에 대응되는 적어도 하나의 브래킷 체결부(44)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1하우징 체결부(34)와 브래킷 체결부(44)는 서로 일치하며 소정의 깊이를 갖는 결합공일 수 있고, 볼트 등의 체결 부재(미도시)가 제1하우징 체결부(34) 및 브래킷 체결부(44)를 관통하여 브래킷(30)과 하우징부(40)가 체결될 수 있다.

로어 커버(50)는 하우징부(40)의 개구된 저면을 커버할 수 있고, 로어 커버(50)는 플레이트 형상일 수 있다.

로어 커버(50)에는 베어링 어셈블리(100)가 설치될 수 있다. 좀 더 상세히, 로어 커버(50)에는 서포터 장착부(54)가 형성될 수 있고, 베어링 어셈블리(100)의 서포터(120)가 서포터 장착부(54)에 장착될 수 있다.

서포터 장착부(54)는 서포터 설치공일 수 있다. 베어링 어셈블리(100)는 로어 커버(50)의 상면에 안착될 수 있다. 이때, 서포터(120)의 하측 일부가 서포터 장착부(54)에 압입될 수 있다. 이로서, 베어링 어셈블리(100)가 로어 커버(50)에 고정될 수 있다. 또한, 나사 등 별도의 체결 부재(미도시)에 의해 베어링 어셈블리(100)가 로어 커버(50)에 고정되는 것도 가능하다.

로어 커버(50)에는 유출구(52)가 마련될 수 있다. 좀 더 상세히, 로어 커버(50) 에서 서포터 장착부(54)와 이격된 위치에 유출구(52)가 마련될 수 있다. 브래킷(30)의 유입구(36)를 통해 이너 하우징(20) 내로 유입된 공기는 로어 커버(50)의 유출구(52)를 통해 이너 하우징(20) 외부로 유출될 수 있다.

로어 커버(50)는 하우징부(40)의 하측에 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 로어 커버(50)에는 적어도 하나의 제2하우징 체결부(53)가 마련될 수 있고, 하우징부(40)에는 제2하우징 체결부(53)에 대응되는 적어도 하나의 커버 체결부(43)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2하우징 체결부(53)와 커버 체결부(43)는 서로 일치하며 소정의 깊이를 갖는 결합공일 수 있고, 볼트 등의 체결부재(미도시)가 제2하우징 체결부(53) 및 커버 체결부(43)를 관통하여 로어 커버(50)와 하우징부(40)가 체결될 수 있다.

하우징부(40)는 이너 하우징(20)의 주 외관을 형성할 수 있으며, 상면과 저면이 개구된 중공 원통 형상일 수 있다.

하우징부(40)는 브래킷(30)과 로어 커버(50)의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 하우징부(40)의 상측에는 브래킷(30)이 체결될 수 있고, 하측에는 로어 커버(50)가 체결될 수 있다.

하우징부(40)에는 스테이터(80), 회전축 어셈블리(60) 및 베어링 어셈블리(100)가 수용되는 내부 공간이 마련될 수 있다.

스테이터(80)는 하우징부(40)에 장착될 수 있다. 스테이터(80)는 회전축 어셈블리(60)의 로터(90)의 외둘레를 둘러싸게 장착될 수 있다.

스테이터(80)는 일부가 하우징부(40) 내에 위치하고 나머지 일부는 브래킷(30) 내에 위치할 수 있다. 또는 스테이터(80) 전부가 하우징부(40) 내에 위치할 수 있다

스테이터(80)는 하우징부(40)의 스테이터 장착부(46)에 장착될 수 있다. 스테이터 장착부(46)는 하우징부(40)의 내주면 일부가 함몰되어 형성될 수 있고, 스테이터(80)가 끼워질 수 있다. 또한, 스테이터 장착부(46)가 구비되지 않고, 스테이터(80)가 하우징부(40)에 별도의 스크류 등의 체결부재로 장착되는 것도 가능함은 물론이다.

스테이터(80)는 다수개 부재의 결합체로 구성될 수 있다. 스테이터(80)는 스테이터 코어(81), 인슐레이터(82), 인슐레이터(82)에 배치된 코일(83)을 포함할 수 있다. 스테이터(80)는 로터(90)를 회전시키는 역할을 수행할 수 있으며, 스테이터(80) 자체의 구성은 주지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

회전축 어셈블리(60)는 회전축(61), 저널 베어링(70), 베어링 어셈블리(100) 및 로터(90)를 포함할 수 있다. 회전축 어셈블리(60)에는 임펠러(37)가 연결되어, 임펠러(37)를 회전시키는 역할을 수행할 수 있다.

회전축(61)은 상하방향으로 길게 배치될 수 있다. 회전축(61)은 로터(90)와 함께 회전될 수 있고, 이너 하우징(20) 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 회전축(61)은 저널 베어링(70) 및 베어링 어셈블리(100)에 의해 지지된 상테에서 로터(90)에 의해 회전될 수 있다.

회전축(61)에는 임펠러(37)가 회전축(61)과 함께 회전되도록 연결될 수 있다. 좀 더 상세히, 회전축(61)의 상측 단부에는 임펠러(37)가 연결될 수 있다. 더욱 상세하게는, 회전축(61)에서 브래킷(30)의 회전축 관통공(35)보다 상측에 위치하는 부분에 임펠러(37)가 연결될 수 있다. 즉, 회전축(61)에서 이너 하우징(20) 외부에 위치하는 부분에 임펠러(37)가 연결될 수 있다.

회전축(61)에는 로터(90)가 구비될 수 있다. 로터(90)는 스테이터(80)에 둘러싸이도록 배치될 수 있고, 스테이터(80)에 의해 회전하는 회전자일 수 있다.

로터(90)는 하우징부(40)의 내부에 배치될 수 있고, 임펠러(37) 및 디스크부(62)와 이격되게 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 로터(90)는 저널 베어링(70)과 디스크부(62) 사이에 배치될 수 있다.

로터(90)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 로터(90)는 회전축(61)에 고정된 코어부(91)와, 코어부(91)를 고정하는 한 쌍의 엔드 플레이트(92)를 포함할 수 있다.

코어부(91)에는 회전축에 고정된 아이런 코어와, 아이컨 코어에 설치된 마그넷이 포함될 수 있다.

엔드 플레이트(92)는 코어부(91)의 양단부에 장착될 수 있다. 엔드 플레이트(92)는 코어부(91)를 고정하는 역할 이외에도 회전축(61)의 균형을 유지하는 밸런서 역할을 수행할 수 있다.

저널 베어링(70)은 회전축(61)의 반경 방향 하중을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 저널 베어링(70)은 브래킷(30)의 베어링 장착부(32)에 압입되어 장착될 수 있다.

저널 베어링(70)에는 회전축(61) 일부가 삽입될 수 있고, 저널 베어링(70)은 회전축(61)과 함께 회전하지 않는 고정자일 수 있다.

회전축(61)의 고속 회전에 따른 반경 방향 하중을 지지하기 위해, 저널 베어링(70)은 포일 에어 베어링(foil air bearing)임이 바람직하다. 포일 에어 베어링은 가스(공기)베어링의 한 종류로, 주로 40,000rpm이상 10kg이하의고속/경량 회전체를 지지하는 비접촉 베어링이다. 포일 에어 베어링은 기존의 접촉식 구름베어링이 가지는 문제점인 접촉에 의한 진동문제가 없으며, 윤활시스템이 필요없다는 장점을 가진다. 또한 비접촉 베어링의 일종인 자기베어링에 비해 구조가 훨씬 간단하여 무게, 크기 측면에서 유리하고 제조원가도 낮으며 자기베어링에 필수인 제어장치가 불필요하다는 장점이 있다.

이로써, 회전축(61)의 초고속 회전이 가능하여 임펠러(37)에 의한 흡입력이 더욱 상승하는 효과를 가진다.

저널 베어링(70)의 상세한 구성은 이후 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.

한편, 회전축(61)에는 디스크부(62)가 구비될 수 있다. 디스크부(62)는 회전축(61)의 반경 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 디스크부(62)와 회전축(61)은 일체로 형성될 수 있다.

디스크부(62)는 하우징부(40)의 내부에 배치될 수 있고, 임펠러(37) 및 저널 베어링(70)와 이격되게 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(90)는 로터(90)와 이격된 하측에 형성될 수 있다.

디스크부(62)는 베어링 어셈블리(100)에 수용되도록 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)는 베어링 어셈블리(100)의 스러스트 베어링(110)과 서포터(120) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 디스크부(62)는 스러스트 베어링(110)과 서포터(120) 사이에서 이동 가능하게 배치될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 베어링 어셈블리(100)는 하우징부(40)의 내부에 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 베어링 어셈블리(100)는 로어 커버(50)의 상면에 안착될 수 있고, 서포터 장착부(54)에 끼워져 고정될 수 있다.

베어링 어셈블리(100)는 스테이터(80), 로터(90) 및 임펠러(37)와 이격되게 배치될 수 있다.

베어링 어셈블리(100)는 스테이터(80)를 사이에 두고 저널 베어링(70)과 이격되게 배치될 수 있다.

베어링 어셈블리(100)는 회전축(61)의 회전에 따른 반경 방향 하중 및 축방향 하중을 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

베어링 어셈블리(100)는 스러스트 베어링(110)과 서포터(120)를 포함할 수 있다.

스러스트 베어링(110)은 회전축(61)의 축방향 하중을 지지할 수 있다. 좀 더 상세히, 스러스트 베어링(110)은 회전축(61)에 구비된 디스크부(62)의 축방향 하중을 지지할 수 있다. 더욱 상세하게는, 스러스트 베어링(110)은 회전축(61)의 고속 회전시에 디스크부(62)의 축방향 중 상방 하중을 지지할 수 있다.

회전축(61)의 고속 회전에 따른 축 방향 하중을 지지하기 위해, 스러스트 베어링(110)은 포일 에어 베어링(foil air bearing)임이 바람직하다. 이로써, 회전축(61)의 초고속 회전이 가능하여 임펠러(37)에 의한 흡입력이 더욱 상승하는 효과를 가진다.

스러스트 베어링(110)은 스러스트 플레이트(111), 둘레부(112) 및 포일부(113)를 포함할 수 있다.

스러스트 플레이트(111)는 베어링 어셈블리(100)의 상면을 형성할 수 있으며, 원판 형상일 수 있다.

스러스트 플레이트(111)의 저면에는 포일부(113)가 구비될 수 있다. 포일부(113)는 범프포일(116, 도 9 참조) 및 탑 포일(117, 도 9 참조)을 포함할 수 있으며, 하중을 지지하는 완충 구조의 역할을 수행할 수 있다. 포일부(113)는 디스크부(62)의 회전 속력에 따라 변화하는 디스크부(62)와 포일부(113) 사이의 압력에 따라, 적절한 두께의 공기층이 형성될 수 있도록 한다.

디스크부(62)와 포일부(113)은 서로 이격될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)의 상면과 포일부(113)의 탑 포일(117)은 서로 이격 될 수 있다. 즉, 디스크부(62)의 상면과 탑 포일(117) 사이에는 공기층(a, 도 5 참조)이 형성될 수 있고, 디스크부(62)에 걸리는 회전축(61)의 축방향 하중은 공기층(a)에 의해 지지될 수 있다. 더욱 상세한 구성 및 작용은 이후 자세히 설명하도록 한다.

스러스트 플레이트(111)에는 회전축(61)이 통과하는 회전축 통과홀(114)이 형성 될 수 있다. 회전축 통과홀(114)의 직경은 회전축(61)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 회전축 통과홀(114)을 통과하는 회전축(61)의 외주면과, 회전축 통과홀(114)의 내주면은 서로 이격될 수 있다. 즉, 회전축 통과홀(114)과 회전축(61) 사이에는 공기가 통과할 수 있는 틈(g1)이 형성될 수 있다.

회전축 통과홀(114)과 회전축(61) 사이의 틈(g1)은 디스크부(62)와 포일부(113) 사이 공간과 연통될 수 있다. 즉, 상기 틈(g1)은 디스크부(62)와 포일부(113) 사이에 형성된 공기층(a)과 연통될 수 있다. 이로써, 베어링 어셈블리(100) 외부의 공기가 회전축 통과홀(114)과 회전축(61) 사이의 틈(g1)을 통해 디스크부(62)와 포일부(113) 사이에 공기층(a)을 형성할 수 있다.

둘레부(112)는 상면과 저면이 개구된 중공 원통 형상일 수 있다. 둘레부(112)의 상면은 스러스트 플레이트(111)에 의해 커버될 수 있고, 저면은 서포터(120)에 의해 커버될 수 있다. 즉, 둘레부(112)는 스러스트 플레이트(111)와 서포터(120)를 연결할 수 있다.

둘레부(112)는 내부에 디스크부(62) 및 포일부(113)가 수용되는 내부 공간(S)을 형성할 수 있다.

디스크부(62)의 외측 가장자리는 둘레부(112)의 내주면과 이격되게 배치될 수 있다. 즉, 디스크부(62)의 직경은 둘레부(112)의 내측 직경보다 작을 수 있다.

서포터(120)는 스러스트 베어링(110)의 하측에 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 서포터(120)는 둘레부(112)의 하측에 체결될 수 있다.

서포터(120)은 회전축(61)의 축방향 하중을 지지할 수 있다. 좀 더 상세히, 서포터(120)는 디스크부(62)에 걸리는 축방향 하중을 지지할 수 있다. 더욱 상세하게는, 서포터(120)는 베어링(110)은 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전시에 디스크부(62)의 축방향 중 하방 하중을 지지할 수 있다. 또한, 서포터(120)는 회전축(61)의 반경 방향 하중을 지지할 수 있다. 즉, 서포터(120)는 회전축(61)의 반경방향 및 축방향 하중을 동시에 지지할 수 있다.

서포터(120)는 회전축(61)의 외주면과 접할 수 있다. 좀 더 상세히, 회전축(61)은 서포터(120)에 형성된 회전축 관통공(123)을 관통하여 배치될 수 있고, 이 때, 회전축 관통공(123)에 위치하는 회전축(61)의 외주면과 회전축 관통공(123)의 내주면은 접할 수 있다. 이 때, 회전축 관통공(123)은 상하로 길게 형성될 수 있다.

회전축(61)의 반경방향 부하는 저널 베어링(70) 및 서포터(120)에 의해 동시에 지지될 수 있다. 따라서, 회전축 관통공(123)의 중심축은 저널 베어링(70)의 중심축과 일치할 수 있다. 이로써, 저널 베어링(70)과 서포터(120)에 의해 회전축(61)의 반경 방향 부하가 안정되게 지지될 수 있다.

또한, 서포터(120)는 회전축(61)의 회전 속도에 따라 디스크부(62)와 접하거나 이격될 수 있다. 좀 더 상세히, 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전시에는 디스크부(62)와 서포터(120)가 접할 수 있고, 회전축(61)의 고속 회전 시에는 디스크부(62)와 서포터(120)가 이격될 수 있다. 즉, 서포터(120)는 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전 시에 디스크부(62)의 하방 축방향 하중을 지지할 수 있다.

서포터(120)는 서폿 플레이트(121) 및 고정부(122)를 포함할 수 있다.

서포터(120)의 상면은 서폿 플레이트(121)의 상면을 의미할 수 있다.

서폿 플레이트(121)는 스러스트 베어링(110)의 둘레부(112)에 체결될 수 있다. 서폿 플레이트(121)는 스러스트 베어링(110)의 개구된 저면을 커버할 수 있다. 서폿 플레이트(121)는 디스크부(62)의 저면을 마주보게 배치될 수 있다.

고정부(122)는 서폿 플레이트(121)의 저면에 구비될 수 있다. 고정부(122)와 서폿 플레이트(121)는 일체로 형성될 수 있다.

고정부(122)는 서폿 플레이트(121)보다 크기가 작을 수 있다.

고정부(122)는 로어 커버(50)의 서포터 장착부(54)에 압입될 수 있다. 즉, 고정부(122)의 형상 및 크기는 서포터 장착부(54)와 대응되게 형성될 수 있다. 고정부(122)는 로어 커버(50)의 상측에서 서포터 장착부(54)에 끼워질 수 있고, 이로써 서포터(120)가 로어 커버(50)에 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링이 도시된 횡단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 횡단면도이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 저널 베어링(70)의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명한다.

저널 베어링(70)은 베어링 하우징(71), 범프 포일(72) 및 탑 포일(73)을 포함할 수 있다.

베어링 하우징(71)은 중공 원통 형상일 수 있으며, 강성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 베어링 하우징(71)에는 공기층(74)과 연통되는 통공(미도시)이 형성될 수 있다.

베어링 하우징(71)은 저널 베어링(70)의 외관을 형성할 수 있고, 베어링 하우징(71)의 외주면은 브래킷(30)의 베어링 장착부(32) 내측면에 접할 수 있다.

베어링 하우징(71)의 내주면에는 범프 포일(72)이 구비될 수 있다.

범프 포일(72)의 일 단은 고정단(75)이고, 타 단은 자유단(77)일 수 있다. 범프 포일(72)의 고정단(75)은 베어링 하우징(71)의 내측면에 고정되고, 자유단(77)은 고정되지 않을 수 있다.

범프 포일(72)은 탑 포일(73)과 베어링 하우징(71)의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 탑 포일(73)은 범프 포일(72)보다 내측에 구비될 수 있다.

범프 포일(72)는 볼록하게 형성된 다수개의 마루부(72a)와, 각 마루부 사이에 위치한 골 부(72b)를 포함할 수 있다. 이러한 구조에 의해 범프 포일(72)은 회전축(61)의 반경방향 하중에 의해 탄성 변형될 수 있다.

범프 포일(72)의 마루부(72a)는 탑 포일(73)의 외주면에 접할 수 있고, 범프 포일(72)의 골 부(72b)는 베어링 하우징(71)의 내면에 접할 수 있다.

탑 포일(73) 또한 범프 포일(72)과 마찬가지로 일 단은 고정단(76)이고, 타 단은 자유단(78)일 수 있다.

탑 포일(73)의 내주면은 회전축(61)의 외주면과 이격될 수 있다. 즉, 탑 포일(93)과 회전축(61) 사이에는 공기층(74)이 형성될 수 있다.

회전축(61)의 회전 시에 회전축(61)은 반경 방향으로 하중을 가하고, 탑 포일(73)과 회전축(61) 사이의 공기층(74)은 상기 하중을 지지할 수 있다. 또한, 범프 포일(72)은 공기층(74)의 압력에 의해 변형되어, 적절한 두께의 공기층(74)이 형성될 수 있는 완충 구조 역할을 할 수 있다.

탑 포일(73)의 내주면에는 코팅층(73a)이 구비될 수 있다. 코팅층(73a)은 회전축(61)이 탑 포일(73)에 닿을 경우에 탑 포일(73)이 마모되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 베어링 어셈블리(100)의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리가 도시된 사시도이다.

도 4를 참조하면, 베어링 어셈블리(100)는 스러스트 베어링(110)과, 스러스트 베어링(110)의 하측에 배치되는 서포터(120)를 포함할 수 있다.

스러스트 베어링(110)은 스러스트 플레이트(111)와, 둘레부(112)를 포함할 수 있다. 둘레부(112)는 스러스트 플레이트(111)의 하측에 결합될 수 있고, 스러스트 플레이트(111)와 일체로 형성될 수 있다.

스러스트 플레이트(111)는 원판 형상으로 형성될 수 있고, 둘레부(112)는 상면 및 저면이 개구된 중공 원통 형상일 수 있다. 스러스트 플레이트(111)는 둘레부(112)의 개구된 상면을 커버할 수 있다.

스러스트 플레이트(111)에는 회전축 통과홀(114)이 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 회전축 통과홀(114)의 내주면과 회전축(61)의 외주면은 이격될 수 있다.

스러스트 플레이트(111)의 저면에는 포일부(113)가 구비될 수 있다. 즉, 포일부(113)는 둘레부(112)에 의해 형성되는 내부 공간(S)에 배치될 수 있다.

서포터(120)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있으며, 서포터(120)는 둘레부(112)의 개구된 저면을 커버할 수 있다. 좀 더 상세히, 서포터(120)의 서폿 플레이트(121)은 둘레부(112)의 개구된 저면을 커버할 수 있다. 서포터(120)에는 회전축 관통공(123)이 형성될 수 있고, 회전축 관통공(123)의 중심축과 회전축 통과홀(114)의 중심축은 일치함이 바람직하다. 앞서 설명한 바와 같이, 회전축 관통공(123)의 내주면은 회전축(61)의 외주면에 접할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축의 저속 회전 시 베어링 어셈블리 부분을 확대 도시한 종단면도이고, 도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 종단면도이다.

로터(90)에 의해 회전축(61)과 임펠러(37)가 회전하면, 임펠러(37)에서 발생하는 추력에 의해 회전축(61) 및 디스크부(62)가 부상하게 된다. 이 때, 임펠러(37)의 회전 속도가 빠를수록 더욱 큰 추력이 발생하므로 회전축(61) 및 디스크부(62)의 부상 정도가 커진다.

좀 더 상세히, 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전 시에는 중력에 비해 추력이 불충분하여 디스크부(62)가 부상하지 않거나 부상 정도가 미미할 수 있다. 즉, 디스크부(62)는 서포터(120)에 접할 수 있다. 반대로 회전축(61)의 고속 회전 시에는 추력이 충분하여 디스크부(62)가 부상할 수 있고, 디스크부(62)와 서포터(120)가 이격될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 디스크부(62)는 스러스트 베어링(110)과 서포터(120) 사이에서만 이동 가능하므로, 회전축(61) 및 디스크부(62)의 부상 정도는 베어링 어셈블리(100)에 의해 제한될 수 있다. 즉, 회전축(61)의 축방향 가동 범위를 제한하여 회전축(61)이 정해진 위치에서 이탈하는 것을 방지하는 효과를 가진다.

디스크부(62)는 베어링 어셈블리(100)에 수용될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)는 스러스트 베어링(110)과 서포터(120) 사이에 배치될 수 있다. 더욱 상세하게는, 디스크부(62)는 포일부(113)의 저면과 서포터(120)의 상면 사이에 배치되고, 둘레부(112)에 의해 형성되는 내부 공간(S)에 배치될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 스러스트 플레이트(111)에 형성된 회전축 통과홀(114)의 외주면은 회전축(61)의 외주면과 이격되어, 그 사이에 틈(g1)이 형성될 수 있다. 또한, 스러스트 플레이트(111)의 저면에 구비된 포일부(113)의 저면은 디스크부(62)의 상면(62a)과 이격되어, 그 사이에 공기층(a)를 형성할 수 있다. 상기 틈(g1)과 공기층(a)은 서로 연통될 수 있고, 틈(g1)으로 유입된 공기가 공기층(a)을 형성할 수 있다. 또한, 디스크부(62)에 걸리는 축방향 하중이 커지면 공기층(a)의 공기 일부가 상기 틈(g1)으로 유출될 수 있다.

공기층(a)의 두께는 디스크부(62)의 회전 속도에 따라 달라질 수 있다. 즉, 회전축(61)의 회전 속도에 따라 디스크부(62)의 상면(62a)과 포일부(113)의 탑 포일(117) 사이의 거리는 달라질 수 있다.

좀 더 상세히, 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전 시에는 디스크부(62)와 포일부(113) 사이의 거리가 멀어 공기층(a)이 두꺼울 수 있고, 회전축(61)의 고속 회전 시에는 디스크부(62)가 부상하므로 디스크부(62)와 포일부(113) 사이의 거리가 가까워질 수 있어 공기층(a)이 얇아질 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 서포터(120)에는 회전축 관통공(123)이 형성될 수 있고, 회전축(61)의 외주면은 회전축 관통공(123)의 내주면에 접할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 회전축 관통공(123)은 회전축(61)의 반경 방향 하중을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 회전축(61)의 회전 속도에 따라 디스크부(62)는 서포터(120)와 접하거나 이격될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)의 저면(62b)은 서포터(120)의 상면과 접하거나 이격될 수 있다.

회전축(61) 및/또는 디스크부(62)와 서포터(120)가 접하는 부분의 적어도 일부에는 코팅층(124)이 구비될 수 있다. 코팅층(124)은 회전축(61) 및/또는 디스크부(62)의 회전에 따른 서포터(120)의 마모를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.

코팅층(124)은 회전축 관통공(123)의 내주면에 구비되는 제1코팅층(125)과, 서포터(120)의 상면에 구비되는 제2코팅층(126)을 포함할 수 있다.

제1코팅층(125)은 회전축 관통공(123)에 위치하는 회전축(61)의 외주면과 접할 수 있고, 회전축(61)의 회전에 의해 회전축 관통공(123)의 내주면이 마모되는 것을 방지할 수 있다.

제2코팅층(126)은 서폿 플레이트(121)의 상면에 구비될 수 있다. 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전 시 디스크부(62)의 저면(62b)은 제2코팅층(126)에 접할 수 있고, 디스크부(62)의 회전에 의해 서포터(120)의 상면이 마모되는 것을 방지할 수 있다.

이하 도 5 및 도 6을 참조하여 회전축(61)의 저속 회전 시의 베어링 어셈블리(100)의 작용에 대해 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전 시에는 임펠러(37)에 의해 발생하는 추력보다 회전축(61) 및 디스크부(62)에 걸리는 중력이 더 크므로, 디스크부(62)가 하강하여 서포터(120)에 접할 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)의 저면(62b)은 서폿 플레이트(121)의 상면에 접할 수 있으며, 더욱 상세하게는 디스크부(62)의 저면(62b)이 제2코팅층(126)에 접할 수 있다. 이로써, 서폿 플레이트(121)가 디스크부(62)와의 마찰에 의해 마모되지 않을 수 있다.

즉, 디스크부(62)의 축방향 중 하방 하중이 서포터(120)에 의해 지지될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)의 축방향 중 하방 하중이 서폿 플레이트(121)에 의해 지지될 수 있다.

또한, 회전축(62)의 반경 방향 하중은 저널 베어링(70)과 서포터(120)에 의해 지지될 수 있다. 좀 더 상세히, 회전축(62)의 반경 방향 하중은 저널 베어링(70)과 서포터(120)의 회전축 관통공(123)에 의해 지지될 수 있다.

또한, 회전축(61)의 정지 또는 저속 회전 시에는 디스크부(62)의 상면(62a)과 포일부(113)의 저면이 이격될 수 있고, 그 사이에 공기층(a)이 형성될 수 있다. 공기층(a)의 두께는 포일부(113)의 저면과 서포터(120)의 상면 사이의 거리에서 디스크부(62)의 두께를 뺀 것과 동일 할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 공기층(a)의 두께는 탑 포일(117)의 저면과 제2코팅층(126)의 상면 사이의 거리에서 디스크부(62)의 두께를 뺀 것과 동일할 수 있다.

공기층(a)의 두께는 최대일 수 있고, 회전축 통과홀(113)과 회전축(61) 사이의 틈(g1)을 통해 유입된 공기가 공기층(a)을 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축의 고속 회전 시 베어링 어셈블리 부분을 확대 도시한 종단면도이고, 도 8은 도 7의 C 부분을 확대한 종단면도이다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 회전축(61)의 고속 회전 시의 베어링 어셈블리(100)의 작용에 대해 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 회전축(61)의 고속 회전 시에는 회전축(61) 및 디스크부(62)에 걸리는 중력보다 임펠러(37)에 의해 발생하는 추력이 더 크므로, 디스크부(62)가 부상하여 서포터(120)와 이격될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)의 저면(62b)은 서폿 플레이트(121)의 상면과 이격될 수 있으며, 더욱 상세하게는 디스크부(62)의 저면(62b)과 제2코팅층(126)이 이격될 수 있다.

즉, 디스크부(62)의 축방향 중 상방 하중이 트러스트 어셈블리(110)에 의해 지지될 수 있다. 좀 더 상세히, 디스크부(62)의 축방향 중 상방 하중이 포일부(113)에 의해 지지될 수 있다. 이후 더욱 자세히 설명하도록 한다.

또한, 회전축(61)의 고속 회전 시에는 디스크부(62)의 상면(62a)과 포일부(113)의 저면이 이격될 수 있고, 그 사이에 공기층(a)이 형성될 수 있다. 공기층(a)의 두께는 디스크부(62)의 회전 속도가 빨라질수록 줄어들 수 있다. 즉, 디스크부(62)의 회전 속도가 빨라질수록 공기층(a)의 압력이 상승하고, 회전축 통과홀(113)과 회전축(61) 사이의 틈(g1)을 통해 공기층(a) 내부의 공기 일부가 유출될 수 있다.

정리하면, 베어링 어셈블리(100)는 회전축(61)의 축 방향 및 반경 방향 부하를 동시에 지지할 수 있으므로 모터(1)의 크기가 컴팩트화 될 수 있는 효과를 가진다. 또한, 저널 베어링(70)과 서포터(120)에 의해 반경 방향 부하가 지지되고, 스러스트 베어링(110)에 의해 축 방향 부하가 지지될 수 있어, 각 방향에 대한 부하가 모두 지지될 수 있는 효과를 가진다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링이 도시된 사시도이다. 좀 더 상세히, 도 9는 베어링 어셈블리(100)에서 서포터(120)를 분리하고, 스러스트 베어링(110)을 아래에서 바라본 것이다. 또한, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링의 구조가 도시된 도면이다.

이하, 도 9 및 도 10를 참조하여 스러스트 베어링(110)의 상세한 구성 및 작용에 대해 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 스러스트 베어링(110)은 회전축(61)의 고속 회전 시 디스크부(62)에 상방으로 작용하는 회전축(61)의 축방향 하중을 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

스러스트 베어링(110)은 포일 에어 베어링(foil air bearing)일 수 있다. 포일 에어 베어링은 포일부(113)와 디스크부(62) 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성하여 하중을 지지하는 베어링을 의미할 수 있다.

스러스트 베어링(110)은 앞서 설명한 바와 같이 스러스트 플레이트(111)와 둘레부(112)를 포함할 수 있고, 스러스트 플레이트(111)에는 회전축 통과홀(114)이 형성될 수 있다.

또한, 스러스트 플레이트(111)의 저면에는 포일부(113)가 구비될 수 있다.

스러스트 플레이트(111)에는 다수의 슬롯(118)이 형성될 수 있다. 슬롯(118)은 스러스트 플레이트(111)의 저면에 형성될 수 있으며, 일정한 직경을 갖는 링 형상을 따라 형성될 수 있다. 각 슬롯(118)이 그리는 링 형상은 서로 직경이 다를 수 있다.

스러스트 베어링(110) 내의 공기 일부는 스러스트 플레이트(111)에 형성된 슬롯(118)을 통해 포일부(113) 내로 유입될 수 있다. 좀 더 상세히, 회전축(61)의 외주면과 회전축 통과홀(114)의 내주면 사이의 틈(g1)을 통해 스러스트 베어링(110)으로 유입된 공기의 일부는, 슬롯(118)을 통해 스러스트 플레이트(111)와 범프 포일(116)의 사이 및 범프 포일(116)과 탑 포일(117)의 사이로 유입될 수 있다.

포일부(113) 내로 유입된 공기는 유동하며 포일부(113)에서 발생하는 열을 방열할 수 있다. 또한, 포일부(113) 내의 압력을 일정 이상으로 유지시킬 수 있다.

한편, 포일부(113)는 디스크부(62) 상면(62a)과의 사이에 공기층(a)을 형성하여, 디스크부(62)의 상방으로 작용하는 축방향 하중을 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

포일부(113)는 범프 포일(116)과 탑 포일(117)을 포함할 수 있다.

범프 포일(116)은 트러스트 플레이트(111)의 저면을 따른 원형의 일부인 호 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 범프 포일(116)은 부채꼴 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 범프 포일(116)은 복수개가 마련될 수 있다. 복수개의 범프 포일(116)의 형상은 각각 동일할 수 있고, 각 범프 포일(116)은 동일 간격만큼 이격되어 트러스트 플레이트(111)의 저면을 따라 배치될 수 있다.

범프 포일(116)은 플랫부(116a)와 볼록부(116b)를 포함할 수 있다. 플랫부(116a)와 볼록부(116b)는 일체로 형성될 수 있다.

플랫부(116a)와 볼록부(116b)는 각각 복수개가 마련될 수 있으며, 플랫부(116a)와 볼록부(116b)는 서로 번갈아가며 배치될 수 있다. 플랫부(116a)는 스러스트 플레이트(111)에 접착될 수 있고, 볼록부(116b)는 하방으로 볼록하게 형성되어 탑 포일(116b)에 접하도록 마련될 수 있다.

탑 포일(117)은 범프 포일(116)의 저면에 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 탑 포일(117)은 범프 포일(116)의 볼록부(116b)에 접하도록 구비될 수 있다.

탑 포일(117)은 지지부(117a)와 경사부(117b)를 포함할 수 있다. 지지부(117a)는 평평하게 형성되어, 범프 포일(116)의 저면에 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 지지부(117a)는 범프 포일(116)의 볼록부(116a)에 접할 수 있다.

지지부(117a)는 디스크부(62)의 상방 하중을 직접적으로 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

경사부(117b)는 경사지게 마련될 수 있다. 경사부(117b)의 일 단부는 지지부(117a)에 연결되고, 타 단부는 스러스트 플레이트(111)에 접착될 수 있다. 즉, 경사부(117b)는 스러스트 플레이트(111)의 저면에서 범프 포일(116)의 저면으로 하방 경사지게 배치될 수 있다.

경사부(117b)는 스러스트 베어링(110) 내의 공기를 디스크부(62)와 탑 포일(117) 사이로 가이드할 수 있다. 좀 더 상세히, 경사부(117b)는 회전축 연결홀(114)과 회전축(61) 사이의 틈을 통해 스러스트 베어링(110) 내로 유입된 공기를 지지부(117a)와 디스크부(62)의 상면(62a) 사이로 가이드할 수 있다.

또한, 경사부(117b)는 탑 포일(117)과 디스크 부(62) 사이의 압력 분포를 균일하게 유지하는 역할을 수행할 수 있다.

탑 포일(117)이 상방 하중을 받으면 범프 포일(116)이 탄성 변형될 수 있고, 좀 더 상세하게는 범프 포일(116)의 볼록부(116b)가 탄성 변형될 수 있다. 이로써, 범프 포일(116)은 탑 포일(117)을 완충할 수 있고, 탑 포일(117)과 디스크부(62)의 상면(62a) 사이에 적절한 두께의 공기층(a)이 형성될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스러스트 베어링의 구조가 도시된 도면이다.

이하, 앞서 설명한 내용과 동일한 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 스러스트 베어링(110)의 포일부(113′)는 서브 스러스트 플레이트(119)를 더 포함할 수 있다. 즉, 이전에 설명한 실시예와 달리, 범프 포일(116) 및 탑포일(117)을 스러스트 플레이트(111)에 직접 부착할 필요가 없어 제작이 간편해질 수 있는 이점이 있다.

좀 더 상세히, 서브 스러스트 플레이트(119)에 범프 포일(116) 및 탑 포일(117)을 부착하여 포일부(113′)를 별도로 제작하고, 이러한 포일부(113′)를 스러스트 플레이트(111)의 저면에 장착함으로써 스러스트 베어링(110)의 제작이 더욱 간편해질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

61: 회전축 62: 디스크부
70: 저널 베어링 100: 베어링 어셈블리
110: 스러스트 베어링 111: 스러스트 플레이트
112: 둘레부 113: 포일부
114: 회전축 통과홀 116: 범프 포일
117: 탑 포일 120: 서포터
121: 서폿 플레이트 122: 고정부
123: 회전축 관통공 125: 제1코팅층
126: 제2코팅층

Claims

상하로 길게 배치되고, 반경 방향으로 돌출된 디스크부가 형성되며, 상기 디스크부와 이격된 상측에 임펠러가 연결되는 회전축;
상기 회전축에 구비되고, 상기 임펠러와 상기 디스크부의 사이에 위치하며 스테이터에 둘러싸이도록 배치된 로터;
상기 회전축이 삽입되어 상기 회전축의 반경 방향 하중을 지지하고, 상기 임펠러와 상기 로터의 사이에 위치하는 저널 베어링; 및
상기 디스크부를 수용하는 베어링 어셈블리를 포함하고,
상기 베어링 어셈블리는,
상기 디스크부의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링; 및
상기 스러스트 베어링의 하측에 배치되고, 코팅층이 구비된 서포터를 포함하고,
상기 코팅층은 상기 회전축의 외주면과 접하고,
상기 코팅층은 상기 회전축의 회전 속도에 따라 상기 디스크부의 저면과 접하거나 이격되는 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 디스크부는 상기 스러스트 베어링과 상기 코팅층 사이에서 이동 가능하게 배치된 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 저널 베어링 및 스러스트 베어링은 각각 탑 포일과 범프 포일을 포함하는 포일 에어 베어링인 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 서포터에는 상기 회전축이 관통되는 회전축 관통공이 형성되고,
상기 회전축 관통공의 내주면에는 제1코팅층이 구비되고,
상기 회전축의 외주면은 상기 제1코팅층에 접하는 모터.
제 4 항에 있어서,
상기 서포터의 상면에 제2코팅층이 구비되고,
상기 디스크부의 저면은 상기 회전축의 회전 속도에 따라 상기 제2코팅층과 접하거나 이격되는 모터.
제 4 항에 있어서,
상기 회전축 관통공의 중심축과 상기 저널 베어링의 중심축은 일치하는 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 스러스트 베어링은,
회전축 통과홀이 형성되고, 상기 디스크부의 상측에 위치하는 스러스트 플레이트;
상기 스러스트 플레이트의 저면에 구비되는 범프 포일; 및
상기 범프 포일의 하측에 구비되고, 상기 디스크부 상면과 이격되게 배치된 탑 포일을 포함하고,
상기 디스크부는 상기 서포터와 상기 탑 포일의 사이에 배치되는 모터.
제 7 항에 있어서,
상기 디스크부의 상면과 상기 탑 포일 사이의 거리는 상기 회전축의 회전 속도에 따라 달라지는 모터.
제 7 항에 있어서,
상기 스러스트 베어링은,
상기 스러스트 플레이트와 상기 서포터를 연결하고, 상기 디스크부, 범프 포일 및 탑 포일이 수용되는 내부 공간을 형성하는 둘레부를 더 포함하는 모터.
제 9 항에 있어서,
상기 둘레부는 중공 원통 형상이고,
상기 디스크부의 외측 가장자리는 상기 둘레부의 내주면과 이격되는 모터.
제 7 항에 있어서,
상기 회전축의 외주면은 상기 회전축 통과홀의 내주면과 이격되는 모터.
제 11 항에 있어서,
상기 회전축 통과홀과 상기 회전축 사이에 형성되는 틈은 상기 디스크부의 상면과 상기 탑 포일 사이 공간과 연통되는 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 임펠러에 대응되는 공기 흡입구가 형성된 아우터 하우징; 및
외부에 상기 임펠러가 배치되고, 상기 아우터 하우징과의 사이에서 공기 유로가 형성되는 이너 하우징을 더 포함하고,
상기 이너 하우징은,
상기 저널 베어링이 압입되는 브래킷;
상기 브래킷의 하측에 체결되고, 상기 스테이터가 설치되는 하우징부; 및
상기 하우징부의 하측에 체결되고, 상기 베어링 어셈블리가 설치되는 로어 커버를 포함하는 모터.
제 13 항에 있어서,
상기 로어 커버에는 상기 서포터가 설치되는 서포터 장착부가 형성되고,
상기 서포터는,
상기 로어 커버의 상면에 안착되는 서폿 플레이트; 및
상기 서폿 플레이트의 하측에 구비되고, 상기 서포터 장착부에 압입되는 고정부를 포함하는 모터.