KR101919576B1 - 전자석 솔레노이드용 선형 베어링 및 이러한 선형 베어링을 갖춘 솔레노이드 - Google Patents

전자석 솔레노이드용 선형 베어링 및 이러한 선형 베어링을 갖춘 솔레노이드 Download PDF

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Abstract

전자석 솔레노이드를 위한 구름 요소 베어링은 중공 원통형 케이지를 포함하며, 이 중공 원통형 케이지의 제1 둘레 및 제2 둘레 주위에 복수 개의 구형 포켓이 형성된다. 제1 둘레 주위의 포켓은 제2 둘레 주위의 포켓으로부터 오프셋된다. 구형 구름 요소가 구형 포켓 내에 마련되며, 제1 포켓 및 제2 포켓에서의 자유 운동이 가능하도록 포획된다.

Description

전자석 솔레노이드용 선형 베어링 및 이러한 선형 베어링을 갖춘 솔레노이드{LINEAR BEARING FOR AN ELECTROMAGNETIC SOLENOID AND SOLENOID HAVING SAID LINEAR BEARING}
본 발명의 실시예는 대체로 전자석 솔레노이드(electromagnetic solenoid)용 선형 운동 베어링에 관한 것이다.
솔레노이드는 일반적으로 가동 전기자, 그리고 이 가동 전기자에 핀 결합되는 고정식 자극편(pole piece)으로서 이 자극편에서의 부싱(bushing)에 의해 선형 변위에 대해 지지되는 고정식 자극편을 포함한다. 그러나, 일부 솔레노이드 작동식 시스템은 부싱을 포함하는 시스템에 의해 제공될 수 있는 것보다 더 작은 마찰 및 오염물에 대한 더 큰 내성을 필요로 한다.
이에 따라, 전자석 솔레노이드에서 마찰을 감소시키고 오염물에 대한 내성을 개선시키기 위한 베어링에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 과제는 전자석 솔레노이드용 선형 운동 베어링을 제공하는 것이다.
마찰을 감소시키고 오염물에 대한 내성(강건도)을 개선한 베어링의 실시예가 본원에서 제시된다. 일부 실시예에 있어서, 전자석 솔레노이드를 위한 구름 요소 베어링용 케이지(cage)는 제1 피치 직경 상에서 케이지의 제1 둘레 주위에 형성되는 복수 개의 구형 제1 포켓, 그리고 제2 피치 직경 상에서 제1 둘레로부터 축방향으로 오프셋된 케이지의 제2 둘레 주위에 형성되는 복수 개의 구형 제2 포켓을 포함하며, 제2 피치 직경은 제1 피치 직경과 동일할 수 있다. 제1 포켓은 제2 포켓으로부터 각도 방향으로 오프셋된다.
일부 실시예에 있어서, 전자석 솔레노이드용 구름 요소 베어링은, 제1 피치 직경 상에서 중공 원통형 케이지의 제1 둘레 주위로 형성되는 복수 개의 구형 제1 포켓을 포함하는 케이지를 포함한다. 케이지의 제2 둘레 주위에 형성되는 복수 개의 구형 제2 포켓은 제2 피치 직경 상에서 제1 둘레로부터 축방향으로 오프셋되고, 제2 피치 직경은 제1 피치 직경과 동일할 수 있으며, 이때 제1 포켓은 제2 포켓으로부터 각도 방향으로 오프셋된다. 복수 개의 구형 구름 요소가 마련되며, 복수 개의 구형 제1 포켓 및 복수 개의 구형 제2 포켓 각각에는 자유 회전이 가능하도록 복수 개의 구형 구름 요소 중 하나가 포획되어 있다.
일부 실시예에 있어서, 전자석 솔레노이드는 하우징 내에 배치되는 플럭스 슬리브(flux sleeve)를 포함하며, 하우징 내에 배치되는 자극편은 플럭스 슬리브로부터 축방향으로 정렬되고 플럭스 슬리브와 이격되게 배치되고, 자극편은 플럭스 슬리브에 대해 이웃한 단부에 리세스를 포함하며, 자극편의 길이를 관통하는 축방향 보어를 포함한다. 전기자는 축방향 변위를 위해 지지되어 플럭스 슬리브 내에 배치되며, 이때 중앙에 위치하는 핀은 전기자와의 축방향 변위를 위해 자극편에 대해 근접하게 전기자의 단부 부분에 고정된다. 구름 요소 베어링은 축방향 보어 내에서 자유 운동하도록 배치되며, 제1 피치 직경 상에서 케이지의 제1 둘레 주위에 형성되는 복수 개의 구형 제1 포켓, 그리고 제2 피치 직경 상에서 제1 둘레로부터 축방향으로 오프셋된 케이지의 제2 둘레 주위에 형성되는 복수 개의 구형 제2 포켓을 포함하고, 제2 피치 직경은 제1 피치 직경과 동일할 수 있으며, 제1 포켓은 제2 포켓으로부터 각도 방향으로 오프셋된다. 복수 개의 구형 구름 요소가 마련되며, 복수 개의 구형 제1 포켓 및 복수 개의 구형 제2 포켓 각각에는 자유 회전이 가능하도록 복수 개의 구형 구름 요소 중 하나가 포획되어 있다. 핀은 중공 원통형 케이지 내에 수용되며, 하나 이상의 구형 구름 요소 상에서 지지된다.
본 발명의 다른 실시예 및 추가적인 실시예는 이하에서 설명된다.
앞서 간략하게 개괄되어 있으며 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 본 발명의 실시예는, 첨부 도면에 도시된 발명의 예시적인 실시예를 참고로 이해 가능할 수 있다. 그러나, 첨부 도면은 단지 본 발명의 보편적인 실시예를 예시하고 있을 뿐이며, 이에 따라 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 되고 다른 등가의 유효한 실시예를 허용할 수 있다는 점에 주의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구름 요소 케이지(rolling element cage)를 도시하는 사시도이다.
도 1a는 둘레(106)에서 취한, 도 1의 구름 요소 케이지의 단면도를 도시한 것이다.
도 1b는 둘레(116)에서 취한, 도 1의 구름 요소 케이지의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 구름 요소 케이지의 분해도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구름 요소 베어링의 사시도를 도시한 것이다.
도 4는 라인 IV-IV를 따라 취한, 도 3의 구름 요소 베어링의 길이방향 단면을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구름 요소 베어링의 분해도를 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 구름 요소 베어링의 사시도를 도시한 것이다.
도 6b는 도 6a의 구름 요소 베어링의 분해도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 구름 요소 베어링을 포함하는 솔레노이드를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 2개의 구름 요소 베어링을 포함하는 솔레노이드를 개략적으로 도시한 것이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면에서 공통되는 동일한 요소를 지시하기 위해 동일한 도면 부호가 사용된다. 도면은 축척대로 도시된 것이 아니며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소 및 특징은 추가적인 세부적 언급 없이도 다른 실시예에 유리하게 통합될 수 있을 것으로 판단된다.
본 발명은 자동차 시스템을 참고로 설명될 것이지만, 가능한 용례의 범위가 광범위하고 본 발명이 다수의 이러한 변형에 적합하게 되도록 의도되기 때문에, 본 발명은 청구된 발명의 사상 및 범위 내에 속하면서도 다양한 용례에 대해 변형될 수 있다.
도 1은 예시적인 비자기(non-magentic) 구름 요소 케이지(100)로서, 제1 둘레(106)의 평면에 형성되는 복수 개의 구형 제1 포켓, 즉 제1 포켓(104)을 포함하는 중공 원통형 본체(102)를 포함하는 비자기 구름 요소 케이지를 도시한 것이다. 케이지(100)는 하나 이상의 비자성 금속, 예컨대 황동, 일부 스테인레스 강으로 제조될 수도 있고, 하나 이상의 비자성 재료, 예컨대 플라스틱 재료로 제조될 수도 있다.
복수 개의 구형 제2 포켓, 즉 제2 포켓(114)이 제2 둘레(116)의 평면에 형성된다. 본원 전반에 걸쳐 사용될 때, “구형 포켓” 또는 “반구형 포켓”은 구형으로 성형되며, 즉 포켓의 벽은 구형 표면 부분이다. 이는, 적어도 부분적으로 구형 표면을 형성하도록 구성되는 제1 포켓(104) 및 제2 포켓(114)에 이웃하는 케이지(100)의 부분에 형성되는 복수 개의 특징부를 포함할 수 있다.
제1 둘레(106)의 평면 및 제2 둘레(116)의 평면은 평행하며, 거리(122)만큼 축선(120)에 대응하는 축방향으로 떨어져 있다. 예시를 용이하게 하기 위해, 도 1의 비한정적인 실시예는 (도 1a, 도 1b 및 도 2로부터 이해될 수 있는 바와 같이) 제1 둘레(106)의 평면에 3개의 제1 포켓(104)을 도시하고, 제2 둘레(116)의 평면에 3개의 제2 포켓(114)(2개는 숨겨져 있음)을 나타내고 있다. 그러나, 다른 실시예는 2개의 제1 포켓 또는 2개의 제2 포켓 혹은 3개보다 많은 제1 포켓 또는 3개보다 많은 제2 포켓을 구비할 수 있으며, 제1 포켓의 개수는 제2 포켓의 개수와 상이할 수 있다.
각각의 제1 포켓(104)의 중심은 도 1a에 예시된 바와 같이 피치 원(pitch circle; 108) 상에 놓인다. 마찬가지로, 각각의 제2 포켓(114)의 중심은 도 1b에 예시된 바와 같이 제2 피치 원(118) 상에 놓인다. 본원에서 사용될 때, 피치 원[즉, 제1 피치 원(108) 또는 제2 피치 원(118)]은 각각의 포켓[즉, 제1 포켓(104) 또는 제2 포켓(114)]의 중심점을 통해 형성되는 원이다.
제1 포켓(104)은 축선(120)을 따라 볼 때 제2 포켓(114)으로부터 각도 방향으로 오프셋되어 있다. 예시된 바와 같이, 3개의 제1 포켓(104)이 각도 A만큼 제1 피치 원(108) 주위로 균일하게 또는 실질적으로 균일하게 이격되어 있으며, 3개의 제2 포켓(114)도 마찬가지로 각도 B만큼 제2 피치 원(118) 주위로 균일하게 또는 실질적으로 균일하게 이격되어 있다. 이에 따라, 이웃한 제1 포켓(104)들[또는 이웃하는 제2 포켓(114)들]은 서로 약 120 도인 각도 A(또는 각도 B)만큼 각도 방향으로 떨어져 있다. 제1 포켓(104)은 제2 포켓(114)으로부터 균일하게 또는 실질적으로 균일하게 각도 방향으로 오프셋되어 있다. 이에 따라, 예시된 비한정적인 실시예에 있어서, 제1 포켓(104)은 제2 포켓(114)으로부터 60 도만큼 방사상으로 오프셋되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 이러한 오프셋은 60 도보다 클 수도 있고 60 도보다 작을 수도 있다.
도 2의 비한정적인 실시예에 있어서, 케이지(100)는 2개의 중공 원통형 절반부, 즉 제1 절반부(124) 및 제2 절반부(126)를 포함하며, 이들 절반부는 예시된 실시예에 따르면 동일하지만, 반드시 동일해야만 할 필요는 없다. 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 제1 절반부(124) 및 제2 절반부(126)는 내경(D1) 및 외경(D2) 그리고 내측 벽(103)과 외측 벽(105) 사이의 벽 두께(T)를 갖는다. 제1 절반부(124)는 균일하게 떨어져 있는 복수 개의 제1 돌출부(208)(3개가 도시되어 있음) 및 균일하게 떨어져 있는 복수 개의 제1 리세스(212)(3개가 도시되어 있음)를 포함하는 제1 측(204)을 갖는다. 제2 절반부(126)는 균일하게 떨어져 있는 복수 개의 제2 돌출부(210)(3개가 도시되어 있음) 및 균일하게 떨어져 있는 복수 개의 제2 리세스(214)(3개가 도시되어 있음)를 포함하는 제1 측(206)을 갖는다. 예시된 바와 같이, 제1 돌출부(208) 및 제1 리세스(212)와 제2 돌출부(210) 및 제2 리세스(214)는 그 수가 동일하지만, 이들은 개수가 동일해야만 할 필요는 없다.
제2 돌출부(210)의 적어도 일부는, 벽 두께(T)의 에지(109) 상에 형성되는 반구형 포켓(216)[즉, 구형으로 성형된 제1 포켓(104)의 절반]을 포함한다. 적어도 일부의 제2 리세스(214)는, 에지(111) 상에 형성되는 반구형 포켓(218)[즉, 구형으로 성형된 제2 포켓(114)의 절반]을 포함한다.
적어도 일부의 제1 돌출부(208)는 벽 두께(T)의 에지(115) 상에 형성되는 반구형 포켓(220)을 포함한다. 적어도 일부의 제1 리세스(212)는 벽 두께(T)의 에지(113) 상에 형성되는 반구형 포켓(222)[즉, 구형으로 성형되는 제1 포켓(104)의 절반]을 포함한다. 각각의 반구형 포켓(216, 218, 220, 222)은 벽 두께(T)의 중간점에 중심을 두도록 위치하게 된다.
제1 리세스(212) 및 제2 리세스(214)는 제1 돌출부(208) 및 제2 돌출부(210)의 음형(negative)으로서 형성될 수 있으며, 이에 따라 제1 돌출부(208) 및 제2 돌출부(210)는 제1 리세스(212) 및 제2 리세스(214) 내로 삽입될 수 있다[즉, 리세스(212, 214)는 돌출부(208, 210)를 수용함]. 이에 따라, 일부 실시예에 있어서, 제1 절반부(124) 및 제2 절반부(126)는 각각 제1 돌출부(208) 및 제2 돌출부(210)를 이용하여 대향하게(즉, 서로 대면하게) 위치 설정될 수 있으며, 제1 돌출부(208)가 제2 리세스(214)와 정렬되도록 그리고 제1 리세스(212)가 제2 돌출부(210)와 정렬되도록 결합된다.
제1 돌출부(208) 및 제2 돌출부(210)와 제1 리세스(212) 및 제2 리세스(214)가 앞서 설명한 바와 같이 결합되어 있을 때, 제1 돌출부(208)의 반구형 포켓(220)은 제2 리세스(214)의 제2 반구형 포켓(218)과 정렬되며, 함께 구형 제2 포켓(114)을 형성한다. 마찬가지로, 제1 리세스(212)의 반구형 포켓(222)은 관련된 제2 돌출부(210)의 반구형 포켓(216)과 정렬되며, 함께 구형 제1 포켓(104)을 형성한다.
복수 개의 구형 구름 요소(302), 예컨대 볼 베어링이 제1 포켓(104) 및 제2 포켓(114) 내에 배치되며, 구형 포켓 내에서의 자유 회전이 가능하도록 포획된다. 구름 요소(302)는 벽 두께(T)보다 큰 직경(304)을 갖는다. 제1 포켓(104) 및 제2 포켓(114)이 벽 두께(T) 내에 위치 설정되어 복수 개의 구형 구름 요소(302) 각각의 제1 부분(308)은 케이지(100)의 외측 벽(105)로부터 반경방향으로 외측을 향해 연장되며, 복수 개의 구형 구름 요소(302) 각각의 제2 부분(310)은 내측 벽(103)으로부터 반경방향으로 내측을 향해 연장된다.
구형 구름 요소(302)는 도 5에 예시된 바와 같이 외측을 향해 지향되는 반구형 포켓, 예컨대 반구형 제2 포켓(216, 218) 내에 배치될 수 있다. 돌출부 및 리세스가 정렬되어 맞물리게 결합되도록 앞서 설명한 바와 같이 위치 설정되는 제1 절반부(124) 및 제2 절반부(126)는 구형 제1 포켓(104) 및 구형 제2 포켓(114)을 형성하며, 자유 회전이 가능하도록 구형 구름 요소(302)를 포획한다.
다른 실시예에 있어서, 케이지는, 앞서 설명한 바와 같이 구형 구름 요소를 포획하도록 구성되는 포켓을 얻기 위해 조립되는 복수 개의 스탬핑(stamping)된 금속 구성요소로부터 형성되는 스탬핑된 금속제 구성일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 케이지는, 2개 이상의 평면에서의 자유 회전이 가능하도록 복수 개의 구형 구름 요소를 포획하게 구성되는, 하나 이상의 몰딩된, 스탬핑된 또는 달리 형성된 금속 구성요소 또는 플라스틱 구성요소로 형성될 수 있으며, 여기서 구름 요소들은 반경방향으로 엇갈린 배향으로 이웃한 평면에 배치된다.
예를 들면, 도 6a는, 제1 피치 직경 상에 형성되는 구형 포켓(603) 및 제2 피치 직경 상에 형성되는, 동수(同數)인 복수의 포켓(605)에서의 자유 회전이 가능하도록 구형 구름 요소(302)를 포획하는 원통형 케이지(602)를 포함하는 구름 요소 베어링(600)을 도시한 것이다. 원통형 케이지(602)는 몰딩된 또는 스탬핑된 요소(604, 606)로부터 형성되며, 예시된 실시예에 따르면 이들 요소는 동일하고, 동등한 피치 직경을 포함하지만, 반드시 동일해야만 할 필요는 없다. 요소(604, 606)는 비자성이며, 앞서 설명한 임의의 재료로부터 형성될 수 있다.
도 6b는 명확성을 위해 구름 요소 베어링의(600)의 분해도를 도시한 것이다. 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로, 복수 개의 구형 포켓(603 및 605)은 세부적으로 요소(604 및 606) 내에 부분적으로 형성된다. 예시된 바와 같이, 요소(604)는 둘레(610)의 표면에 형성되는 하향으로 개방된 복수 개의 반구형 포켓(608)을 갖고, 둘레(610)의 평면으로부터 간격을 두고 있는 둘레(614)의 평면에 형성되는 역시 하향 개방된, 동수인 복수의 반구형 포켓(612)을 갖는다.
요소(604)와 마찬가지로, 요소(606)는 둘레(618)의 평면에 형성되는 복수 개의 반구형 포켓(616) 및 둘레(622)의 평면에 형성되는 복수 개의 반구형 포켓(620)을 갖는다. 요소(606)는, 반구형 포켓(616 및 620)이 요소(604)의 반구형 포켓(608 및 612)과 정렬되도록 반구형 포켓(608 및 612)이 상향 개방되고 회전되게 역전된 요소(604)이다.
도 6b에 예시된 바와 같이, 구형 구름 요소(302)는 반구형 포켓(616 및 620)에 대면하여 상향으로 배치될 수 있다. 요소(604 및 606)는 이제 맞물릴 수 있으며, 이에 따라 반구형 포켓(608 및 616)들은 구형 포켓(603)을 형성하고, 반구형 포켓(612 및 620)들은 구형 포켓(605)을 형성한다. 구형 구름 요소(302)는 구형 포켓(603, 605)에서의 자유 회전이 가능하도록 포획된다.
요소(604, 606)들은 임의의 알려진 방식, 예컨대 접착제 접합, 용접, 히트 스테이킹(heat staking) 등으로 함께 결합될 수 있다.
포켓(104, 114 또는 603, 605) 내에서의 자유 회전이 가능하도록 포획된 구형 구름 요소(302)와 함께 위 실시예에서 설명한 바와 같이 조립된 케이지(100, 602)는 본 발명의 실시예에 따라 전자석 솔레노이드에서 사용하기에 적절한, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같은 구름 요소 베어링(300 또는 600)을 형성한다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따라 구름 요소 베어링(300, 600)을 포함하는, 전자기계식 솔레노이드, 즉 솔레노이드(700)의 비한정적인 실시예를 도시한 것이다. 솔레노이드(700)는 명료성을 위해 간단하고 개략적인 형태로 도시되어 있다.
솔레노이드(700)는, 하우징(702) 내에서 서로 이격된 관계로 동축으로 배치되고 정렬되는 플럭스 슬리브(704) 및 자극편(706)을 포함한다. 자극편(706)은, 리세스(710)를 포함하며 플럭스 슬리브(704)에 이웃한 제1 단부(708)를 갖는다. 자극편(706)은 자극편(706)의 길이를 통과하는 축방향 보어(712)를 포함한다. 예시된 바와 같은 축방향 보어(712)는 제1 직경을 갖는 제1 부분(714) 및 제1 부분(714)보다 큰 직경을 갖는 제2 부분(716)을 포함한다. 릿지(ledge; 718)는 제1 부분(714)과 제2 부분(716)이 만나는 영역에 형성된다.
전기자(720)는 플럭스 슬리브(704) 내에서의 축방향 변위를 위해 배치 및 지지된다. 예시된 바와 같이, 전기자(720)의 일부는 전기자(720)의 축방향 변위에 있어서 일 지점에서 플럭스 슬리브(704)를 너머 연장될 수 있다. 적어도 전기자(720)의 단부 부분(722)은 자극편(706)에서의 리세스(710) 내에 적어도 부분적으로 수용되도록 크기가 결정된다.
비자성 핀, 즉 핀(724)은, 전기자(720)와의 축방향 변위를 위해, 예컨대 압력 끼워맞춤 또는 다른 기계적 부착에 의해 적어도 전기자(720)의 단부 부분(722)에 결합된다. 핀(724)은 전기자의 단부 부분(722)을 너머 연장되며, 자극편(706)의 길이를 통해 상기 길이 내로 연장된다. 구름 요소 베어링(300, 600)은 제2 부분(716)에서의 축방향 보어(712) 내에서의 자유로운 축방향 운동 및 반경방향 운동을 위해 배치되며, 핀(724)의 일부를 수용 및 지지한다. 앞서 설명한 바와 같이, 구형 구름 요소(302)의 제2 부분(310)은 케이지(100, 602)의 내측 벽으로부터 반경방향으로 내측을 향해 연장된다. 핀(724)은 제2 부분(310) 상의 구형 구름 요소(302)의 적어도 일부 상에 안착한다.
베어링 정지부(726)는 전기자(720)에 이웃하는 제2 부분(716)의 단부에 마련되며, 여기서 베어링 정지부(726)는 적어도 부분적으로 제2 부분(716) 내에 배치된다. 베어링 정지부(726)의 제1 단부(728)는 제2 부분(716) 내에서 구름 요소 베어링(300, 600)의 축방향 변위에 대해 제1 한계를 부여한다. 구름 요소 베어링(300, 600)의 축방향 변위에 대한 제2 한계는 릿지(718)에 의해 마련된다. 이에 따라, 구름 요소 베어링(300, 600)의 자유 운동은 릿지(718) 및 베어링 정지부(726)의 제1 단부(728)에 의해 제한된다.
전기자(720)가 축방향으로 플럭스 슬리브(704) 내에 그리고 적어도 부분적으로 자극편(706)의 리세스(710) 내에 배치될 때, 핀(724)은 대응하는 크기만큼 변위된다. 핀(724)이 구형 구름 요소(302) 상에 지지되기 때문에, 핀(724)이 변위될 때, 구형 구름 요소(302)는 핀(724)과 함께 구르게 된다. 구형 구름 요소(302)가 구형 제1 포켓(104) 및 구형 제2 포켓(114) 내에 포획되기 때문에, 구름 요소 베어링(300, 600)이 또한 제2 부분(716) 내에서 변위된다.
전기자(720)의 축방향 변위는, 리세스(710) 내에 배치되는 베어링 정지부(726)의 제2 단부(730)에 의해 제1 방향에 있어서[자극편(706)을 향하는 방향에 있어서] 제한된다. 제2 단부(730)는 전기자(720)에 대한 물리적 정지부를 제공하며, 또한 전기자(720)가 자극편과 접촉[“래칭(latching)”]하는 것을 방지한다. 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로의 전기자(720)의 축방향 변위는 자극편(706)에 반대되는 플럭스 슬리브(704)의 단부에서 단부 캡(end cap)(도시되어 있지 않음)에 의해 제한된다.
도 8은 솔레노이드(700)의 다수의 특징을 포함하는, 전자기계적 솔레노이드, 즉 솔레노이드(800)의 비한정적인 실시예를 도시한 것이다. 솔레노이드(800)는, 전기자(720)와 플럭스 슬리브(704)의 대직경 부분 사이로 포켓(804) 내에서 전기자(720)의 후방측(802)에 구름 요소 베어링(806)을 포함한다. 구름 요소 베어링(806)은 구름 요소 베어링(300) 또는 구름 요소 베어링(600) 중 어느 베어링과 유사한 구성일 수 있다. 구름 요소 베어링(806)은, 전기자(720)를 수용하기에 적합한 내경, 및 포켓(804) 내에 끼워지기에 적합한 외경을 갖는다.
구름 요소 베어링(806)은 선형 이동에 있어서 전기자(720)의 후방측(802)에 대한 안내를 제공하는 것으로 확인되며, 일반적으로 솔레노이드(800) 내에서의 마찰을 감소시킨다.
본 발명자는, 평행한 평면들 내에 배치되는 포켓 내에 복수의 구형 구름 요소를 배치하는 것, 그리고 이웃한 평면들 사이에서 포켓들을 반경방향으로 오프셋시키는 것에 의해 구름 요소 베어링이 자극편에서 티핑(tipping)하는 경향이 실질적으로 감소되는 것을 확인하였다. 베어링의 티핑은 핀과 자극편 사이의 접촉 또는 가능하게는 구형 구름 요소와 핀 사이의 속박을 유발하는 것으로 확인되었다. 어떠한 상황이든 전기자의 축방향 변위에 대한 저항을 증가시킨다.
따라서, 전자석 솔레노이드를 위한 케이지, 이 케이지를 이용한 베어링, 및 이 베어링을 이용하는 전자석 솔레노이드가 본원에서 마련된다. 본 발명에 따른 베어링은 유리하게는 오염에 대한 솔레노이드의 강건성을 증가시키고 마찰을 감소시킨다.

Claims (21)

  1. 전자석 솔레노이드를 위한 구름 요소 베어링(rolling element bearing)용 케이지(cage)로서,
    제1 벽 두께를 가진 제1 중공 원통형 요소 및 제2 벽 두께를 가진 제2 중공 원통형 요소로부터 형성되는 중공 원통형 본체;
    중공 원통형 본체의 제1 둘레 주위에 제1 피치 직경 상에서 형성되는 복수의 구형 제1 포켓들; 및
    상기 제1 둘레로부터 축방향으로 오프셋(offset)된 중공 원통형 본체의 제2 둘레 주위에, 제1 피치 직경과 동일한 제2 피치 직경 상에서 형성되는 복수의 구형 제2 포켓들
    을 포함하며,
    상기 구형 제1 포켓들은 상기 구형 제2 포켓들로부터 각도 방향으로 오프셋되어 있고,
    상기 제1 중공 원통형 요소는 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 형성된 복수의 제1 돌출부들 및 복수의 제1 리세스들을 포함하며,
    상기 제2 중공 원통형 요소는 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 형성된 복수의 제2 돌출부들 및 복수의 제2 리세스들을 포함하고,
    상기 제1 돌출부들 및 제1 리세스들 각각과, 상기 제2 돌출부들 및 제2 리세스들 각각은 상기 제1 벽 두께의 에지 상에, 그리고 상기 제2 벽 두께의 에지 상에 각각 형성된 반구형 포켓을 포함하며,
    상기 구형 제1 포켓들 각각이 제1 리세스의 반구형 포켓 및 제2 돌출부의 반구형 포켓의 동일한 부분으로부터 형성되고, 상기 구형 제2 포켓들 각각이 제2 리세스의 반구형 포켓 및 제1 돌출부의 반구형 포켓의 동일한 부분으로부터 형성되도록 대향하는 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측 및 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측이 서로 조립될 수 있게, 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측이 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 대해 배치되는 것인 케이지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제1 돌출부들은 균일하게 이격되어 있고,
    상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제1 리세스들은 균일하게 이격되어 있으며,
    상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제2 돌출부들은 균일하게 이격되어 있고,
    상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제2 리세스들은 균일하게 이격되어 있는 것인 케이지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 중공 원통형 요소 및 상기 제2 중공 원통형 요소는 동일한 것인 케이지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반구형 포켓들 각각은 벽 두께의 중간점에 중심을 두도록 위치하는 것인 케이지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 케이지는 비자성 재료로 형성되는 것인 케이지.
  6. 전자석 솔레노이드를 위한 구름 요소 베어링에 있어서,
    중공 원통형 본체로 형성된 케이지로서, 상기 중공 원통형 본체는 제1 벽 두께를 갖는 제1 중공 원통형 요소 및 제2 벽 두께를 갖는 제2 중공 원통형 요소를 포함하는 것인, 케이지;
    중공 원통형 본체의 제1 둘레 주위에 제1 피치 직경 상에서 형성되는 복수의 구형 제1 포켓들;
    상기 제1 둘레로부터 축방향으로 오프셋된 중공 원통형 본체의 제2 둘레 주위에, 제1 피치 직경과 동일한 제2 피치 직경 상에서 형성되는 복수의 구형 제2 포켓들; 및
    복수의 구형 구름 요소들
    을 포함하고,
    상기 구형 제1 포켓들은 상기 구형 제2 포켓들로부터 각도 방향으로 오프셋되어 있고,
    상기 제1 중공 원통형 요소는 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 형성된 복수의 제1 돌출부들 및 복수의 제1 리세스들을 포함하며,
    상기 제2 중공 원통형 요소는 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 형성된 복수의 제2 돌출부들 및 복수의 제2 리세스들을 포함하고,
    상기 제1 돌출부들 및 제1 리세스들 각각과, 상기 제2 돌출부들 및 제2 리세스들 각각은 상기 제1 벽 두께의 에지 상에, 그리고 상기 제2 벽 두께의 에지 상에 각각 형성된 반구형 포켓을 포함하며,
    상기 구형 제1 포켓들 각각이 제1 리세스의 반구형 포켓 및 제2 돌출부의 반구형 포켓의 동일한 부분으로부터 형성되고, 상기 구형 제2 포켓들 각각이 제2 리세스의 반구형 포켓 및 제1 돌출부의 반구형 포켓의 동일한 부분으로부터 형성되도록 대향하는 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측 및 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측이 서로 조립될 수 있게, 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측이 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 대해 배치되고,
    복수의 구형 제1 포켓들 및 복수의 구형 제2 포켓들 각각에 하나의 구형 구름 요소가 자유 회전 가능하도록 포획되는 것인 구름 요소 베어링.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제1 돌출부들은 균일하게 이격되어 있고,
    상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제1 리세스들은 균일하게 이격되어 있으며,
    상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제2 돌출부들은 균일하게 이격되어 있고,
    상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제2 리세스들은 균일하게 이격되어 있는 것인 구름 요소 베어링.
  8. 제6항에 있어서, 상기 케이지는 플라스틱으로 형성되는 것인 구름 요소 베어링.
  9. 제6항에 있어서, 상기 케이지는 비자성 금속으로 형성된, 스탬핑(stamping)된 금속 구조인 것인 구름 요소 베어링.
  10. 제6항에 있어서, 복수의 구형 구름 요소들 각각은 직경이 벽 두께보다 큰 것인 구름 요소 베어링.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서, 복수의 구형 구름 요소들 각각의 제1 부분이 케이지의 외측 벽으로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 복수의 구형 구름 요소들 각각의 제2 부분은 케이지의 내측 벽으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 것인 구름 요소 베어링.
  12. 삭제
  13. 전자석 솔레노이드에 있어서,
    하우징 내에 배치되는 플럭스 슬리브(flux sleeve);
    플럭스 슬리브로부터 이격되되 축방향으로 정렬되어 상기 하우징 내에 배치된 자극편(pole piece)으로서, 상기 자극편은 플럭스 슬리브에 이웃한 단부에 있는 리세스와, 자극편의 길이를 관통하는 축방향 보어를 포함하는 것인, 자극편;
    축방향 변위 가능하게 지지되도록 플럭스 슬리브 내에 배치되고, 자극편에 근접한 단부 부분 및 플럭스 슬리브에서 직경이 더 큰 부분에 근접한 후방측 단부 부분을 가지는 전기자;
    전기자와 함께 축방향 변위 가능하도록, 전기자에서 상기 자극편에 근접한 단부 부분에 고정되며 중앙에 위치하는 핀;
    상기 축방향 보어 내에서의 자유 운동이 가능하도록 배치되는 제1 구름 요소 베어링
    을 포함하고,
    상기 제1 구름 요소 베어링은,
    선형 중심축을 가지며 중공 원통형 본체로 형성된 케이지로서, 상기 중공 원통형 본체는 제1 벽 두께를 가진 제1 중공 원통형 요소 및 제2 벽 두께를 가진 제2 중공 원통형 요소를 포함하는 것인, 케이지;
    상기 중공 원통형 본체의 제1 둘레 주위에 제1 피치 직경 상에서 형성되는 복수의 구형 제1 포켓들;
    상기 제1 둘레로부터 축방향으로 오프셋된 중공 원통형 본체의 제2 둘레 주위에, 제1 피치 직경과 동일한 제2 피치 직경 상에서 형성되는 복수의 구형 제2 포켓들; 및
    복수의 구형 구름 요소들
    를 포함하며,
    상기 복수의 구형 제1 포켓들은 상기 복수의 구형 제2 포켓들로부터 각도 방향으로 오프셋되어 있고,
    상기 제1 중공 원통형 요소는 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 형성된 복수의 제1 돌출부들 및 복수의 제1 리세스들을 포함하며,
    상기 제2 중공 원통형 요소는 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 형성된 복수의 제2 돌출부들 및 복수의 제2 리세스들을 포함하고,
    상기 제1 돌출부들 및 제1 리세스들 각각과, 상기 제2 돌출부들 및 제2 리세스들 각각은 상기 제1 벽 두께의 에지 상에, 그리고 상기 제2 벽 두께의 에지 상에 각각 형성된 반구형 포켓을 포함하며,
    상기 구형 제1 포켓들 각각이 제1 리세스의 반구형 포켓 및 제2 돌출부의 반구형 포켓의 동일한 부분으로부터 형성되고, 상기 구형 제2 포켓들 각각이 제2 리세스의 반구형 포켓 및 제1 돌출부의 반구형 포켓의 동일한 부분으로부터 형성되도록 대향하는 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측 및 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측이 서로 조립될 수 있게, 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측이 상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 대해 배치되고,
    복수의 구형 제1 포켓들 및 복수의 구형 제2 포켓들 각각에 하나의 구형 구름 요소가 자유 회전 가능하도록 포획되며,
    상기 핀은 상기 중공 원통형 본체 내에 수용되며, 하나 이상의 구형 구름 요소 상에 지지되는 것인 전자석 솔레노이드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 축방향 보어는 제1 직경을 갖는 제1 부분과, 더 큰 제2 직경을 가지되 상기 리세스에 이웃하여 릿지(ledge)를 형성하는 제2 부분을 포함하는 것인 전자석 솔레노이드.
  15. 제14항에 있어서, 상기 구름 요소 베어링은 상기 축방향 보어의 제2 부분에 배치되는 것인 전자석 솔레노이드.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 축방향 보어의 제2 부분에 적어도 부분적으로 배치되는 베어링 정지부
    를 더 포함하는 전자석 솔레노이드.
  17. 제16항에 있어서, 상기 구름 요소 베어링의 자유 운동은 상기 축방향 보어의 제2 부분에서 상기 릿지와 상기 베어링 정지부의 제1 단부 사이에서의 축방향 변위를 포함하는 것인 전자석 솔레노이드.
  18. 제16항에 있어서, 상기 전기자의 축방향 변위는, 상기 리세스 내에 배치되어 물리적 정지부를 제공하는 베어링 정지부의 제2 단부에 의해 제한되는 것인 전자석 솔레노이드.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제1 구름 요소 베어링의 상기 요소들을 포함하고, 상기 플럭스 슬리브에서 직경이 더 큰 부분과 전기자 사이에 있는 포켓 안에서 자유 운동이 가능하도록 배치되는 제2 구름 요소 베어링
    을 더 포함하고,
    제2 구름 요소 베어링의 복수의 구형 제1 포켓들 및 구형 제2 포켓들 각각에 복수의 제2 구형 구름 요소들 중 하나의 구형 구름 요소가 자유 회전이 가능하도록 포획되며,
    상기 전기자의 후방측 단부 부분은 제2 구름 요소 베어링의 중공 원통형 본체 내에 수용되어 상기 복수의 제2 구형 구름 요소들 중 하나 이상의 구형 구름 요소 상에 지지되는 것인 전자석 솔레노이드.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제1 돌출부들은 균일하게 이격되어 있고,
    상기 제1 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제1 리세스들은 균일하게 이격되어 있으며,
    상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제2 돌출부들은 균일하게 이격되어 있고,
    상기 제2 중공 원통형 요소의 제1 측에 있는 복수의 제2 리세스들은 균일하게 이격되어 있는 것인 전자석 솔레노이드.
  21. 제13항에 있어서, 상기 복수의 구형 구름 요소들 각각의 직경은 상기 벽 두께보다 큰 것인 전자석 솔레노이드.
KR1020177000132A 2014-06-09 2014-06-19 전자석 솔레노이드용 선형 베어링 및 이러한 선형 베어링을 갖춘 솔레노이드 KR101919576B1 (ko)

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