KR102171452B1 - 모터 어셈블리 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR102171452B1
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gas bearing
rotation shaft
assembly
bearing bracket
rotor
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김성기
김병직
황은지
황지수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 회전축과, 회전축에 설치되는 임펠러와, 회전축의 축 방향을 따라 임펠러와 소정 간격 이격되도록 회전축에 설치되는 로터와, 회전축의 반경 방향을 따라 로터와 소정 간격 이격되도록 로터의 외측을 둘러싸는 스테이터와, 회전축 설치되되 임펠러와 로터의 사이에 설치되어 회전축의 제1 지지부를 지지하는 구름 베어링과, 내주면에 스테이터가 설치되고, 회전축의 축 방향을 따라 로터를 기준으로 제1 지지부의 반대편에 위치하는 회전축의 제2 지지부를 수용하는 가스 베어링 브라켓을 구비하는 모터 하우징과, 가스 베어링 브라켓에 수용되어 회전축의 제2 지지부의 회전을 지지하는 가스 베어링 조립체를 포함하고, 가스 베어링 조립체는, 제2 지지부의 외주면을 감싸되, 회전축이 회전할 경우 회전축의 제2 지지부와 소정의 간극을 두고 서로 이격되는 가스 베어링과, 가스 베어링 브라켓의 내주면과 상기 가스 베어링의 외주면 사이에 개재되어 상기 가스 베어링을 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하는 모터 어셈블리를 개시한다.

Description

모터 어셈블리 및 그 제조 방법{MOTOR ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예들은 모터 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 회전축을 지지하는 베어링을 구비하는 모터 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
모터는 청소기나 헤어 드라이기 등의 가전기기에 설치되어 회전력을 발생시키는 구동원으로 기능할 수 있다. 모터는 팬(fan)과 체결될 수 있으며, 이 경우 모터의 회전력은 팬에 전달되어 팬의 회전에 따라 기류가 생성될 수 있다.
앞서 예를 든 청소기나 헤어 드라이기는 사용자가 직접 손으로 들어 올린 상태에서 작동되므로, 필요한 기능을 향상시키거나 적어도 동일하게 유지한다는 전제 하에 가능한 무게는 더 가볍고 부피는 더 작게 제조하는 것이 최근 엔지니어링의 핵심 가치임은 부연할 필요가 없다.
청소기나 헤어 드라이기 뿐만 아니라, 일반적인 가전기기들은 설계하고 제조함에 있어 고유의 기능을 개선하거나 적어도 유지하는 동시에 경량화와 소형화가 요구된다. 이는 사용자의 편의성을 극대화하기 위함으로, 치열한 시장에서 경쟁 제품과의 차별화를 확보하기 위해서는 필수적으로 고려되어야 하는 사항이다.
일 예시로써, 청소기의 고유한 기능은 먼지를 흡입하는 것이므로, 청소기를 개량한다는 것은 곧 흡입력을 강화하는 것이다. 즉, 청소기의 기능을 향상시키기 위해서는 흡입력에 절대적인 영향을 미치는 모터의 출력을 향상시켜야 한다.
예컨대, 모터의 출력은 모터의 분당 회전수(revolution per minute, RPM)를 증가시킴으로써 향상시킬 수 있다. 하지만, 모터의 분당 회전수를 높게 설정할 경우 고속으로 회전하는 모터의 회전축을 안정적으로 지지할 것이 요구된다. 즉, 회전축의 회전을 지지하는 베어링의 내구성 또한 함께 강화해야만, 모터의 출력을 향상시키는 동시에 청소기의 수명을 길게 확보할 수 있다.
베어링의 수명은 여러가지 요인들에 의해 결정되나, 그 중에서도 베어링의 크기는 베어링의 수명에 가장 중요한 요인 중 하나이다. 예컨대, 베어링의 크기가 커질수록 베어링의 수명을 보다 길게 확보할 수가 있다. 하지만, 베어링의 크기가 커질수록 베어링을 수용하는 모터의 다른 구성요소들의 크기도 함께 커질 수 밖에 없으므로, 소형화 및 경량화를 추구하는 트렌드에 반하는 결과를 낳을 수 밖에 없다. 반대로, 소형화와 경량화를 위해 베어링의 크기를 작게 설계할 경우에는 베어링의 수명이 단축되므로, 모터 회전축을 안정적으로 오랫동안 지지할 수가 없게 된다.
정리하면, 모터의 소형화와 경량화를 구현하기 위해서는 베어링의 크기가 작아질수록 좋으나, 베어링의 수명을 길게 확보하기 위해서는 베어링의 크기가 커질수록 좋다. 따라서, 모터의 소형화와 경량화를 추구하는 동시에 베어링의 수명 또한 가능한 길게 확보하기 위해서는 베어링의 크기에 대한 적당한 절충점이 필요하다.
종래에는, 모터를 고속화하는 동시에 수명과 성능 및 신뢰성을 유지하기 위해 두 개의 베어링으로 회전축의 양측을 지지하는 것이 일반적이었다(한국 등록특허번호 제10-185221호, 2018.03.21 공개). 또한, 회전축의 양측을 지지하는 베어링의 크기가 동일하게 형성되는 것이 일반적이었다(미국 공개특허번호 제2018-0363669호, 2018.12.20 공개).
베어링이 회전축의 양측을 지지하는 구조의 경우, 베어링의 수명 연장을 위해 베어링의 크기를 확대할 경우 베어링을 수용하는 하우징의 크기 또한 함께 커지므로 소형화 및 경량화를 기대할 수 없는 한계가 있다.
한편, 두 개의 베어링 중 적어도 하나는 스테이터의 내경보다 작은 외경을 가지도록 설계하는 것이 제조 과정에서의 편의성 향상과 비용 절감을 위해서는 더 바람직한 선택이나, 베어링의 크기를 축소하는 것은 곧 베어링의 수명이 단축될 수 밖에 없음을 의미한다.
이와 같이, 베어링의 수명을 늘리기 위해서는 베어링 크기를 확대하는 것이 유리하지만, 한편으로 조립의 편의성을 증대하고, 조립 비용 상승을 방지하는 동시에 모터의 소형화 및 경량화를 추구하기 위해서는 베어링의 크기가 스테이터의 내경보다는 작게 형성될 수 밖에 없고, 이러한 경우 베어링의 수명이 짧아질 수 밖에 없는 상충점이 존재한다.
뿐만 아니라, 로터를 중심으로 회전축의 양측에 각각 하나씩의 베어링이 설치되는 구조에서, 베어링들 간의 정렬이 불량할 경우에는 베어링의 수명이 현저히 저하될 수 있다.
특허문헌 1: 한국 등록특허번호 제10-185221호, 2018.03.21 공개 특허문헌 2: 미국 공개특허번호 제2018-0363669호, 2018.12.20 공개
앞서 살펴본 바와 같이, 종래기술은 조립 비용에 대한 문제의식이 결여되어 있고, 회전축을 안정적으로 지지하기 위해 두 개의 베어링으로 회전축의 양측을 지지한다는 개념만 개시되어 있을 뿐, 모터의 소형화 및 경량화를 추구하면서 동시에 베어링의 수명을 충분하게 확보하려 할 경우 전술한 상충점이 존재한다는 문제점에 대해서는 완전히 침묵하고 있다.
본 발명의 실시예들은 가전기기에 설치되는 모터 어셈블리의 소형화 및 경량화의 트렌드를 반영하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 고속으로 회전하는 모터의 회전축을 지지함에 있어 신뢰성과 내구성을 향상시켜 충분한 수명을 확보할 수 있는 베어링 구조를 구비하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 조립 시 편의성과 비용 절감을 구현할 수 있는 모터 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 모터 어셈블리의 소형화 및 경량화, 베어링 구조의 신뢰성 및 내구성 향상, 그리고 조립 시 비용 절감의 과제들을 동시에 구현할 수 있는 모터 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 바와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리와 그 제조 방법은, 로터를 기준으로 임펠러와 반대편에 해당하는 회전축의 일부를 이론적으로 수명이 무한대인 동시에 일반적인 구름 베어링보다 부피가 작은 가스 베어링으로 지지하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 가스 베어링 하우징과 가스 베어링 안착부 사이에 소정의 공간을 마련하고, 그 공간에 탄성 부재를 배치함으로써 회전축이 회전할 경우 구름 베어링과 가스 베어링이 자동으로 정렬되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 회전축과, 회전축에 설치되는 임펠러와, 회전축의 축 방향을 따라 임펠러와 소정 간격 이격되도록 회전축에 설치되는 로터와, 회전축의 반경 방향을 따라 로터와 소정 간격 이격되도록 로터의 외측을 둘러싸는 스테이터와, 회전축 설치되되 임펠러와 로터의 사이에 설치되어 회전축의 제1 지지부를 지지하는 구름 베어링과, 내주면에 스테이터가 설치되고, 회전축의 축 방향을 따라 로터를 기준으로 제1 지지부의 반대편에 위치하는 회전축의 제2 지지부를 수용하는 가스 베어링 브라켓을 구비하는 모터 하우징과, 가스 베어링 브라켓에 수용되어 회전축의 제2 지지부의 회전을 지지하는 가스 베어링 조립체를 포함하고, 가스 베어링 조립체는, 제2 지지부의 외주면을 감싸되, 회전축이 회전할 경우 회전축의 제2 지지부와 소정의 간극을 두고 서로 이격되는 가스 베어링과, 가스 베어링 브라켓의 내주면과 상기 가스 베어링의 외주면 사이에 개재되어 상기 가스 베어링을 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하는 모터 어셈블리를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 구름 베어링은 제1 지지부의 회전을 회전축의 축 방향 및 반경 방향으로 지지하고, 가스 베어링 조립체는 제2 지지부의 회전을 회전축의 반경 방향으로 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 브라켓은 회전축의 축 방향을 기준으로 로터에서 임펠러를 향하는 제1 방향을 따라 가스 베어링 조립체가 가스 베어링 브라켓으로부터 이탈하지 못하도록, 회전축의 축 방향을 기준으로 가스 베어링 조립체와 중첩되는 제1 단턱을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 조립체는, 가스 베어링의 외주면을 감싸되, 내주면에는 가스 베어링의 외주면이 압입 고정되고, 외주면에는 탄성부재가 안착되는 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 부시를 더 포함하고, 부시의 적어도 일부는 회전축의 축 방향을 기준으로 제1 단턱과 중첩되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 고정홈은 회전축의 축 방향을 따라 소정 간격 이격되도록 형성되는 제1 서브 고정홈과 제2 서브 고정홈을 포함하고, 탄성부재는 제1 서브 고정홈에 안착되는 제1 서브 탄성부재와, 제2 서브 고정홈에 안착되는 제2 서브 탄성부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 단턱의 내경은 부시의 외경보다 작고, 부시의 내경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링은 알루미늄과 황동, 청동 및 니켈-크롬 합금 중 하나 이상을 포함하고, 부시는 합성수지를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 브라켓과 결합하여 가스 베어링 조립체가 회전축의 축 방향을 따라 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하되, 임펠러에서 상기 로터를 향하는 제2 방향을 따라 가스 베어링 조립체가 가스 베어링 브라켓으로부터 이탈하지 못하도록, 회전축의 축 방향을 기준으로 가스 베어링 조립체와 중첩되는 제2 단턱을 구비하는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 단턱의 내경은 부시의 외경보다 작고, 부시의 내경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 브라켓은, 가스 베어링 브라켓의 내주면으로부터 회전축의 방사 방향을 따라 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈과, 설치홈에 설치되는 스냅링을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 스냅링은 외부에서 가해지는 힘에 의해 압축된 압축 상태와 외부에서 가해지는 힘이 제거됨에 따라 압축 상태에서 팽창된 정상 상태 사이에서 탄성 변형 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 스냅링은 압축 상태에서 가스 베어링 브라켓의 내주면의 직경에 실질적으로 대응하거나 보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 스냅링은 가스 베어링 조립체가 회전축의 상기 축 방향을 따라 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하되, 회전축의 축 방향을 따라 가스 베어링 조립체가 가스 베어링 브라켓으로부터 이탈하지 못하도록, 정상 상태에서 적어도 일부가 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 상기 가스 베어링의 조립체와 중첩되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
본 발명의 다른 실시예는 회전축의 일측에 구름 베어링을, 회전축의 타측에 로터를 설치하는 단계와, 부시의 내주면에 가스 베어링을 설치하고, 부시의 외주면에 탄성부재를 설치하여 가스 베어링 조립체를 조립하는 단계와, 가스 베어링 조립체를 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계와, 구름 베어링 및 로터가 상기 회전축에 설치된 상태에서, 회전축의 일측에서 타측을 향하는 방향을 따라 회전축의 타단이 가스 베어링을 관통하도록 회전축을 가스 베어링 조립체에 설치하는 단계를 포함하는 모터 어셈블리의 제조 방법을 개시한다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 조립체를 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계는, 회전축의 타측에서 일측을 향하는 방향으로 가스 베어링 조립체를 상기 가스 베어링 브라켓으로 삽입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 조립체를 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계 이후에 회전축의 타측에서 일측을 향하는 방향으로 고정부재를 가스 베어링 브라켓 측으로 접근시켜, 가스 베어링 브라켓에 고정부재를 체결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 조립체를 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계 이후에, 스냅링을 상기 가스 베어링 브라켓 측으로 접근시켜, 가스 베어링 브라켓의 내주면으로부터 회전축의 방사 방향을 따라 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈에 스냅링을 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가스 베어링 브라켓의 설치홈에 스냅링을 설치하는 단계는, 스냅링의 직경이 가스 베어링 브라켓의 내주면의 내경에 실질적으로 대응하거나 보다 작아지도록 스냅링을 가압하여 스냅링을 압축시키는 단계와, 압축된 상태에서 스냅링을 가스 베어링 브라켓의 내주면을 따라 설치홈 측으로 안내하는 단계와, 설치홈에 스냅링이 삽입됨에 따라 스냅링이 다시 팽창하여 설치홈에 고정되는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전축을 가스 베어링 조립체에 설치하는 단계 이전에, 회전축에 설치된 구름 베어링을 구름 베어링 브라켓에 안착시키는 단계와, 구름 베어링 브라켓에 디퓨져를 설치하는 단계와, 회전축의 축 방향을 따라 구름 베어링을 기준으로 로터의 반대편에 위치하는 회전축의 일측에 임펠러를 설치하는 단계와, 모터 하우징의 내주면에 스테이터를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전축을 가스 베어링 조립체에 설치하는 단계 이후에, 회전축의 일측과, 임펠러, 구름 베어링, 구름 베어링 브라켓 및 디퓨저를 내부에 수용하는 인렛 바디와, 회전축의 타측과, 로터와, 스테이터 및 가스 베어링 조립체를 내부에 수용하는 모터 하우징을 체결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리 및 그 제조 방법에 의하면, 로터를 기준으로 임펠러와 반대편에 해당하는 회전축의 일부를 이론적으로 수명이 무한대면서 동시에 일반적인 구름 베어링보다 부피가 작은 가스 베어링으로 지지함으로써 베어링의 수명을 충분하게 확보할 수 있는 동시에 모터 어셈블리의 소형화 및 경량화의 트렌드를 반영할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리 및 제조 방법에 의하면, 가스 베어링 브라켓과 가스 베어링 조립체의 사이에 소정의 공간을 마련하고, 그 공간에 탄성 부재를 배치함으로써 회전축이 회전할 경우 구름 베어링과 가스 베어링이 자동으로 정렬되도록 하여 정렬 불량에 따른 베어링의 수명 단축을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리 및 제조 방법에 의하면, 회전축의 축 방향을 따라 회전축의 양측을 각각 베어링으로 지지하게 함으로써 고속으로 회전하는 회전축을 안정적으로 지지할 수 있어 베어링 구조의 신뢰성과 내구성을 확보할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리 및 제조 방법에 의하면, 베어링의 크기를 결정함에 있어 스테이터의 내경을 고려할 필요가 없으므로 모터 어셈블리의 요구 성능에 맞춰 보다 자유롭게 베어링의 크기를 선택할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리 및 제조 방법에 의하면, 가스 베어링이 설치되는 회전축의 일부의 외경이 로터가 설치되는 회전축의 다른 일부의 외경과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있어 회전축의 강성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 각 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 일부를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 측면에서 바라본 모습을 나타내는 분해 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 모터 어셈블리를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 모터 어셈블리의 일부를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 스냅링의 정상 상태와 압축 상태를 비교하여 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 6에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 10은 도 6에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 측면에서 바라본 모습을 나타내는 분해 단면도이다.
도 11은 도 7에 도시된 가스 베어링 브라켓과 스냅링의 변형예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 12는 도 6에 도시된 모터 어셈블리를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명의 실시예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 각 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 일부를 확대하여 나타내는 확대 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 측면에서 바라본 모습을 나타내는 분해 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 모터 어셈블리(100)는 인렛 바디(105)와 회전축(110), 임펠러(120), 로터(130), 스테이터(140), 구름 베어링(150), 모터 하우징(160), 가스 베어링 조립체(170), 고정부재(180), 구름 베어링 브라켓(190) 및 디퓨져(195)를 포함할 수 있다. 여기서, 인렛 바디(105)와 모터 하우징(160)은 모터 어셈블리(100)의 외관을 형성하는 구성으로, 다른 모든 구성요소들을 내부에 구비되는 빈 공간에 수용할 수 있다.
구체적으로, 모터 어셈블리(100)의 내부 공간은 인렛 바디(105)의 내부에 마련되는 빈 공간인 임펠러 공간(S1)과 모터 하우징(160)의 내부에 마련되는 빈 공간인 모터 공간(S2)으로 구분될 수 있다. 임펠러 공간(S1)과 모터 공간(S2)을 통해 유동하는 가스는 모터 어셈블리(100)의 내부에 구비되는 각 구성요소들을 냉각시킬 수 있으며, 이에 따라 모터 어셈블리(100)의 발열을 저감시킬 수 있다.
인렛 바디(105)는 가스가 흡입되는 흡입구(1051)를 구비할 수 있고, 임펠러(120)의 외측 둘레를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 즉, 인렛 바디(105)의 내부에는 임펠러(120)가 회전 가능하도록 수용되는 임펠러 공간(S1)이 형성될 수 있고, 그 외관은 임펠러(120)의 형상에 대응되는 한편, 임펠러 공간(S1)을 따라 유동하는 가스를 안정적으로 안내할 수 있도록 그 내측 표면이 굴곡지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 인렛 바디(105)의 흡입구(1051) 반대편은 모터 하우징(160)과 체결되어 모터 어셈블리(100)의 외관을 형성할 수 있다. 인렛 바디(105)와 모터 하우징(160)의 체결 부위는 모터 어셈블리(100)의 내부를 유동하는 가스가 배출구(163) 이외 공간을 통해 외부로 유출되지 않도록 서로 밀착되도록 체결될 수 있다.
즉, 인렛 바디(105)와 모터 하우징(160)의 사이에는 빈틈이 형성되지 않도록 서로를 단단하게 체결하는 것이 바람직하며, 그 체결 방식은 예컨대 나사 결합이나 끼움 결합 등 다양한 방법이 이용될 수 있으나, 어느 특정한 하나의 방법에 한정되는 것은 아니다.
다시 말해, 인렛 바디(105)와 모터 하우징(160)은 일종의 중공 형상의 케이스일 수 있으며, 가운데 빈 공간에 회전축(110)이 축 방향(L)으로 연장되도록 배치될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 회전축(110)은 인렛 바디(105)나 모터 하우징(160)에 의해 직접적으로 지지되지 않을 수 있다. 즉, 인렛 바디(105)나 모터 하우징(160)은 회전축(110)을 지지하기 위한 별도의 회전축 서포터(가칭)를 구비하지 않을 수 있다.
회전축(110)은 임펠러 공간(S1)과 모터 공간(S2)을 가로지르도록 연장 형성될 수 있다. 다르게 표현하면, 회전축(110)은 모터 어셈블리(100)의 길이 방향, 다시 말해 축 방향(L)으로 연장되도록 형성될 수 있다.
이하에서는, 인렛 바디(105)에 수용되는 회전축(110)의 일부를 회전축(110)의 일측(110A)으로 정의하고, 모터 하우징(160)에 수용되는 회전축(110)의 다른 일부를 타측(110B)으로 정의하기로 한다.
구체적으로, 회전축(110)은 인렛 바디(105)와 모터 하우징(160)의 내부에 수용될 수 있다. 즉, 회전축(110)은 길이 방향을 따라 일부가 인렛 바디(105)의 내부에, 다른 일부가 모터 하우징(160)에 수용될 수 있다. 그리고, 인렛 바디(105)의 내부에 수용된 회전축(110)의 일부는 구름 베어링 브라켓(190)의 내부에 수용될 수 있다. 다시 표현하면, 회전축(110)의 일측(110A)은 인렛 바디(105)와 구름 베어링 브라켓(190)측에 배치될 수 있고, 회전축(110)의 타측(110B)은 모터 하우징(160) 측에 배치될 수 있다.
회전축(110)의 일단(110C)은 구름 베어링 브라켓(190)이나 인렛 바디(105)에 의해 지지되지 않는 자유단일 수 있고, 회전축(110)의 타단(110D) 또한 모터 하우징(160)에 의해 지지되지 않는 자유단일 수 있다. 여기서, "자유단"이라 함은 그 어떤 구성요소에 의해서도 지지되거나 구속되지 않는 회전축(110)의 양측 끝단을 의미할 수 있다.
회전축(110)의 일단(110C)은 임펠러(120)와 로터(130) 중 임펠러(120)에 인접하도록 배치될 수 있고, 임펠러(120) 측의 자유단일 수 있다. 그리고, 회전축(110)의 타단(110D)은 임펠러(120)와 로터(130) 중 로터(130)에 인접하도록 배치될 수 있고, 로터(130) 측의 자유단일 수 있다.
한편, 후술하겠으나 회전축(110)은 그 일단(110C)과 타단(110D) 사이가 복수개의 베어링에 의해 지지될 수 있다. 여기서, 복수개의 베어링은 후술할 구름 베어링(150)과 가스 베어링(171)을 의미할 수 있으며, 이들에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명하기로 한다.
구체적으로, 회전축(110)은 임펠러(120)가 설치되는 임펠러 결합부(111)와, 구름 베어링(150)이 설치되는 제1 지지부(112)와, 로터(130)가 설치되는 로터 결합부(113)와, 가스 베어링 조립체(170)가 설치되는 제2 지지부(114)를 포함할 수 있다.
임펠러 결합부(111)는 임펠러(120)가 설치되는 회전축(110)의 일부로서, 회전축(110)의 일측(110A) 중에서도 일단(110C)에 인접하는 부분이며, 임펠러 공간(S1)에 배치되되, 그 중에서도 외부로부터 가스가 유입되는 인렛 바디(105)의 흡입구(1051)에 인접하도록 배치될 수 있다.
제1 지지부(112)는 후술할 구름 베어링(150)이 설치되는 회전축(110)의 일부로서 회전축(110)의 일측(110A)에 해당하는 부분이며, 임펠러 공간(S1)에 배치될 수 있다. 즉, 제1 지지부(112)는 회전축(110)의 반경 방향(R)을 따라 구름 베어링(150)과 중첩되는 회전축(110)의 일부로서, 구름 베어링(150)에 의해 반경 방향(R) 및 축 방향(L)으로 지지될 수 있다.
로터 결합부(113)는 로터(130)가 설치되는 회전축(110)의 일부로서, 회전축(110)의 타측(110B) 중에서도 타단(110D)에 근접하는 부분이며, 모터 공간(S2)에 배치될 수 있다. 즉, 로터 결합부(113)는 회전축(110)의 반경 방향(R)을 따라 로터(130)와 중첩되는 회전축(110)의 일부일 수 있다.
제2 지지부(114)는 가스 베어링 조립체(170)가 설치되는 회전축(110)의 일부로서 회전축(110)의 타측(110B)에 해당하는 부분이고, 그 중에서도 로터 결합부(113)보다 더 회전축(110)의 타단(110D)에 인접하는 부분이며, 모터 공간(S2)에 배치될 수 있다. 다르 게 표현하면, 제2 지지부(114)는 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 로터(130)를 기준으로 제1 지지부(112)의 반대편에 위치하는 회전축(110)의 일부일 수 있다.
또한, 제2 지지부(114)는 회전축(110)의 반경 방향(R)을 따라 가스 베어링 조립체(170)와 중첩되는 회전축(110)의 다른 일부로서, 가스 베어링 조립체(170)에 의해 반경 방향(R)으로 지지될 수 있다.
구체적으로, 제2 지지부(114)의 외경(도 2의 114d 참조)은 제1 지지부(112)의 외경(미표시)보다 크게 형성될 수 있다. 이는, 제2 지지부(114)에는 가스 베어링 조립체(170)가 설치되므로, 제1 지지부(112)와 같이 구름 베어링(150)이 안착되는 단차부(115)와 같은 구성이 필요하지 않기 때문이다. 이와 같이, 가스 베어링 조립체(170)이 설치되는 회전축(110)의 일부, 즉 제2 지지부(114)의 외경(114d)이 로터(113)가 설치되는 회전축(110)의 다른 일부, 즉 로터 결합부(113)의 외경(113d)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있으므로, 회전축(110)의 강성을 보다 향상시킬 수 있다.
회전축(110)은 로터(130)와 스테이터(140)의 전자기적인 상호작용에 의해 회전할 수 있으며, 회전축(110)이 회전함에 따라 회전축(110)에 체결된 임펠러(120) 또한 회전축(110)과 함께 회전할 수 있으며, 임펠러(120)의 회전에 따라 가스가 모터 어셈블리(100)의 내부로 흡입될 수 있다.
임펠러(120)는 회전축(110)의 일측(110A)에 설치될 수 있다. 즉, 임펠러(120)는 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 로터(130)가 설치되는 회전축(110)의 타측(110B)과는 반대편에 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 임펠러(120)는 회전축(110)의 임펠러 결합부(111)에 체결되어 회전축(110)의 회전에 따라 함께 회전할 수 있으며, 인렛 바디(105)의 내부에 구비되는 임펠러 공간(S1)에 배치될 수 있다.
구체적으로, 임펠러(120)는 허브(121)와, 허브(121)의 외측 둘레로부터 외측으로 돌출하도록 형성되는 복수개의 블레이드(122)를 포함할 수 있다. 한편, 임펠러(120)는 그 소재로써 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK) 등의 고강도 합성수지 재질로 성형될 수 있다. 다만, 임펠러(120)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 다른 고강도 합성수지 뿐만 아니라 금속으로도 제조될 수 있다.
또한, 임펠러(120)는 회전축(110)의 축 방향(L)으로 공기 등의 가스를 흡입한 후 원심 방향와 축 방향 사이의 경사 방향으로 토출하는 사류형 임펠러일 수 있다. 즉, 흡입구(1051)를 통해 인렛 바디(105)의 내부로 유입되는 가스는 블레이드(122)의 회전에 따라 허브(121)의 외측 표면을 따라 모터 하우징(160) 측으로 안내될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되는 것은 아니며, 임펠러(120)는 축 방향으로 가스를 흡입하여 원심 방향으로 토출하는 원심형 임펠러로 구성될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 임펠러(120)는 사류형 임펠러인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
로터(130)는 회전축(110)의 타측(110B)에 설치될 수 있다. 다시 말해, 로터(130)는 회전축(110)의 타측(110B)에 위치하는 로터 결합부(113)에 설치될 수 있다. 즉, 로터(130)는 회전축(110)의 외주면을 둘러싸도록 회전축(110)에 결합될 수 있으며, 로터 결합부(113)가 위치하는 모터 공간(S2)에 배치될 수 있다.
구체적으로, 로터(130)는 마그네트(131)와, 마그네트(131)가 장착되는 마그네트 코어(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 로터(130)는 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 마그네트(131)를 중심으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제1 엔드 플레이트(132)와 제2 엔드 플레이트(133)를 더 포함할 수 있다.
제1 엔드 플레이트(132)와 제2 엔드 플레이트(133)는 회전축(110)을 둘러싸도록 회전축(110)에 설치될 수 있으며, 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 마그네트(131)와 마그네트 코어의 양단을 지지하여 마그네트(131)와 마그네트 코어가 축 방향(L)을 따라 이동하지 않도록 회전축(110)에 단단히 고정시킬 수 있다.
스테이터(140)는 모터 하우징(160)의 내주면에 설치되어 회전축(110)의 반경 방향(R)을 따라 로터(130)와 소정 간격 이격되도록 로터(130)의 외측을 둘러쌀 수 있다. 즉, 스테이터(140)는 로터(130)와 마찬가지로 회전축(110)의 로터 결합부(113)가 위치하는 모터 공간(S2)에 배치될 수 있다.
구체적으로, 스테이터(140)는 도체로 구성되는 스테이터 코어(141)와, 스테이터 코어(141)에 권선되는 코일(142)과, 스테이터 코어(141)와 코일(142) 사이를 전기적으로 절연하는 인슐레이터(143)를 포함할 수 있다. 코일(142)에는 전류가 인가될 수 있고, 코일(142)에 전류가 인가됨에 따라 로터(130)가 스테이터(140)에 대해 회전할 수 있다.
구름 베어링(150)은 회전축(110)의 일측(110A)에 설치되어 회전축(110)의 회전을 지지하되, 임펠러(120)와 로터(130)의 사이에 설치되어 회전축(110)의 제1 지지부(112)를 지지할 수 있다. 뒤에서 더 자세하게 설명하겠으나, 구름 베어링(150)은 구름 베어링 브라켓(190)과의 결합 관계에 의해 회전축(110)의 일측(110A)을 회전축(110)의 반경 방향(R)과 축 방향(L)으로 지지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 구름 베어링(150)은 회전축(110)의 일측(110A)에 위치하는 제1 지지부(112)의 외주면에 설치될 수 있다.
구체적으로, 구름 베어링(150)은 제1 지지부(112)의 외주면에 설치되는 내륜(151)과, 구름 베어링 브라켓(190)에 고정되는 외륜(152)과, 내륜(151)과 외륜(152)의 사이에 개재되어 외륜(152)에 대한 내륜(151)의 상대적인 회전 운동을 지지하는 구름부재(153)를 포함할 수 있다.
회전축(110)의 반경 방향(R)을 따른 제1 지지부(112)의 외경(112d)은 로터 결합부(113)의 외경(113d)보다 작고, 구름 베어링(150)과 로터 결합부(113)가 서로 접촉하는 접촉면(1131)은 회전축(110)의 반경 방향(R)을 따라 연장될 수 있다.
구체적으로, 구름 베어링(150)의 내륜(151)은 제1 지지부(112)의 외주면과 접촉면(1131)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축(110)이 회전할 경우, 구름 베어링(150)의 내륜(151) 또한 회전축(110)과 함께 회전할 수 있다.
한편, 구름 베어링(150)의 외륜(152)은 구름 베어링 브라켓(190)에 의해 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축(110)의 일부, 즉 제1 지지부(112)는 구름 베어링(150)에 의해 반경 방향(R) 및 축 방향(L)으로 지지될 수 있다.
후술하겠으나, 구름 베어링 브라켓(190)은 회전축(110)의 회전과는 관계 없이 인렛 바디(105)의 내부에서 고정된 상태를 유지할 수 있으므로, 외륜(152) 또한 회전축(110)이 회전하더라도 구름 베어링 브라켓(190)과 함께 고정된 상태를 유지할 수 있다.
이러한 구조를 다르게 표현하면, 회전축(110)은 구름 베어링(150)이 안착되는 단차부(115)를 더 포함할 수 있다. 단차부(115)의 길이는 제1 지지부(112)의 외경(112d)과 로터 결합부(113)의 외경(113d)의 차이에 해당할 수 있다. 단차부(115)는 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 로터(130)를 향하는 방향, 즉 회전축(110)의 일측(110A)에서 타측(110B)을 향하는 방향으로의 구름 베어링(150)의 이동을 방지할 수 있다.
이와 같이, 구름 베어링(150)은 구름 베어링 브라켓(190)의 내부에 수용될 수 있으며, 구름 베어링 브라켓(190)에 대해서는 이하에서 더 자세하게 설명하기로 한다.
모터 하우징(160)은 스테이터(140)의 외측 둘레를 둘러싸도록 형성되어 내주면에 스테이터(140)가 설치되고, 인렛 바디(105)와 체결되어 모터 어셈블리(100)의 외관을 형성할 수 있다. 상세히, 모터 하우징(160)의 내부에는 회전축(110)의 타측(110B)과 로터(130), 스테이터(140) 및 가스 베어링 조립체(170)가 수용될 수 있는 모터 공간(S2)이 형성될 수 있다.
한편, 모터 하우징(160)은 회전축(110)의 제2 지지부(114)와 가스 베어링 조립체(170)를 수용하는 가스 베어링 브라켓(161)을 포함할 수 있다.
상세히, 가스 베어링 브라켓(161)은 회전축(110)이 관통하는 통공(미표시)이 중앙에 천공될 수 있고, 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 로터(130)에서 임펠러(120)를 향하는 방향, 즉 제1 방향을 따라 가스 베어링 조립체(170)가 가스 베어링 브라켓(161)으로부터 이탈하지 못하도록, 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 가스 베어링 조립체(170)와 중첩되는 제1 단턱(162)을 포함할 수 있다.
또한, 가스 베어링 브라켓(161)은 가스 베어링 조립체(170)와 마찬가지로 회전축(110)의 타측(110B) 중에서도 타단(110D)에 인접하는 위치에 설치될 수 있다. 즉, 가스 베어링 브라켓(161)은 회전축(110)의 다른 일부, 즉 제2 지지부(114)의 외주면을 둘러쌀 수 있다.
또한, 모터 하우징(160)은 임펠러(120)의 회전에 의해 임펠러 공간(S1)에서 모터 공간(S2)으로 안내되는 가스가 모터 하우징(160)의 외부로 배출되는 배출구(163)를 구비할 수 있으며, 가스의 유동 방향을 기준으로 배출구(163)는 흡입구(1051)의 반대편에 형성될 수 있다.
가스 베어링 조립체(170)는 가스 베어링 브라켓(161)에 수용되어 회전축(110)의 제2 지지부(114)의 회전을 지지할 수 있다. 구체적으로, 가스 베어링 조립체(170)는 제2 지지부(114)의 외주면을 감싸되, 회전축(110)이 회전할 경우 회전축(110)의 제2 지지부(114)와 소정의 간격을 두고 서로 이격되는 가스 베어링(171)과, 가스 베어링 브라켓(161)의 내주면과 가스 베어링(171)의 외주면 사이에 개재되어 가스 베어링(171)을 탄성적으로 지지하는 탄성부재(172)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 가스 베어링 조립체(170)는 내륜(151)과 외륜(152) 및 구름부재(153)와 같이 여러 개의 부품들이 결합됨으로써 구성되는 구름 베어링(150)과는 달리, 실질적으로 구름 베어링(150)의 내륜(151) 하나와 동일한 두께를 갖는 가스 베어링(171)으로도 회전축(110)을 충분하게 지지할 수 있으므로 구름 베어링(150)보다 작은 부피로 형성될 수 있다.
가스 베어링(171)은 알루미늄과 황동, 청동 및 니켈-크롬 합금 중 하나 이상을 포함하는 소재로 제조될 수 있으며, 니켈-크롬 합금의 경우 니켈의 함량이 크롬보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 가스 베어링(171)은 비접촉식 베어링일 수 있고, 비접촉식 베어링은 회전축(110)의 회전 속도가 높을수록 하중 지지 능력도 높은 특성을 가지고 있어 보다 회전축(110)을 안정적으로 지지할 수 있다.
구체적으로, 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우, 회전축(110)의 외주면, 즉 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 소정의 간극이 형성될 수 있다. 회전축(110)은 이러한 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에 형성되는 간극에서 유동하는 고압의 가스에 의해 반경 방향(R)으로 지지될 수 있다.
여기서, 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에 형성되는 간극은 제2 지지부(114)와 가스 베어링 브라켓(161) 사이에 형성되는 빈 공간과 비교하여 상대적으로 미세하게 형성될 수 있다. 또한, 가스 베어링(171)은 간극에서 유동하는 가스에 의해 윤활작용이 이뤄질 수 있고, 회전축(110)과 비접촉된 상태에서 회전축(110)을 지지하는 오일리스(oil-less) 베어링일 수 있다.
만약, 코일(142)에 전류가 인가되지 않은 경우, 즉 회전축(110)이 회전하기 이전의 정지 상태일 경우, 간극은 제2 지지부(114)의 원주 방향을 따라 일정하게 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 회전축(110)이 회전하지 않는 경우 회전축(110)은 중심축(미표시)을 기준으로 축 방향(L)을 따라 부분적으로 기울어진 상태가 될 수도 있다.
이러한 상태에서, 회전축(110)이 회전할 경우 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에는 간극이 형성되고, 회전축(110)이 고속으로 회전할수록 간극은 제2 지지부(114)의 원주 방향을 따라 일정하게 형성될 수 있다. 이러한 구조에 따라, 회전축(110)의 고속 회전이 시작되면 제2 지지부(114)와 가스 베어링(171) 사이에는 고압의 유체가 유동할 수 있는 환경이 조성될 수 있다.
여기서, 회전축(110)이 "고속"으로 회전한다고 할 때, "고속"은 회전축(110)이 수만 RPM(revolutions per minute)으로 회전할 경우를 의미하며, 바람직하게는 10만 RPM 이상일 경우를 의미할 수 있다.
회전축(110)의 고속 회전 시 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에 형성되는 간극을 통해 유동하는 가스는 일종의 베어링 역할을 수행할 수 있다. 즉, 간극을 유동하는 가스는 회전축(110)을 반경 방향(R)으로 지지하는 저널 베어링의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 구름 베어링(150)은 회전축(110)의 일측(110A)에 위치하는 제1 지지부(112)를, 가스 베어링(171)은 회전축(110)의 타측(110B)에 위치하는 제2 지지부(114)를 지지할 수 있으므로, 회전축(110)은 두 개의 베어링에 의해 양측이 지지되는 상태에서 고속으로 회전할 수 있다.
이렇게 회전축(110)을 두 개의 베어링으로 양측 지지하는 구조에서는 두 개의 베어링 간의 정렬이 매우 양호해야 한다. 만약, 구름 베어링(150)의 내경의 중심을 지나는 가상의 선(150C)과 가스 베어링(171)의 내경의 중심을 지나는 선(171C)이 동일 선상에 위치하지 않을 경우, 즉 구름 베어링(150)과 가스 베어링(171)의 정렬이 불량할 경우, 구름 베어링(150)과 가스 베어링(171)의 수명이 현저하게 단축될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 가스 베어링 조립체(170)와 가스 베어링 조립체(170)를 수용하는 가스 베어링 브라켓(161) 사이에 소정의 공간을 마련하고, 그 공간에 탄성부재(172)를 설치함으로써, 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우 가스 베어링 조립체(170)를 자동적으로 회전축(110)을 안정적으로 지지하기 위한 적합한 위치로 유도할 수 있다.
이는, 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우 제2 지지부(114)와 가스 베어링(171) 사이에 형성되는 간극이 제2 지지부(114)의 외주면을 따라 일정하게 형성되려고 하는 특성을 이용하는 것이다.
예를 들어, 회전축(110)이 회전하기 이전에 구름 베어링(150)과 가스 베어링(171)의 정렬이 다소 불량할 경우에도, 회전축(110)이 회전하기 시작하면 회전축(110)과 가스 베어링(171) 사이에 간극이 형성되기 시작하고, 간극이 전술한 특성에 따라 제2 지지부(114)의 외주면을 따라 일정하게 형성되려고 할 때 가스 베어링(171) 자체가 소정 거리를 이동하되, 가스 베어링(171)은 이동한 위치에서 탄성부재(172)에 의해 가스 베어링 브라켓(161) 내부의 특정 위치에서 고정된 상태를 유지할 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 가스 베어링 브라켓(161)과 가스 베어링 조립체(170)의 사이에 소정의 공간을 마련하고, 그 공간에 탄성부재(172)를 배치함으로써 회전축(110)이 회전할 경우 구름 베어링(150)과 가스 베어링(171)이 자동으로 정렬되도록 하여 정렬 불량에 따른 베어링의 수명 단축을 방지할 수 있다.
또한, 가스 베어링 조립체(170)는 가스 베어링(171)의 외주면을 감싸되, 내주면에는 가스 베어링(171)의 외주면이 압입 고정되고, 외주면에는 탄성부재(172)가 안착되는 고정홈(174)이 형성되는 것을 특징으로 하는 부시(173)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 부시(173)는 합성수지를 소재로 하되, 바람직하게는 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK) 등의 고강도 합성수지 재질로 성형되어, 전술한 바와 같이 알루미늄과 황동, 청동 및 니켈-크롬 합금 중 하나 이상을 소재로 포함하는 가스 베어링(171)을 내주면에 압입 고정할 수 있다.
또한, 부시(173)의 적어도 일부는 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 제1 단턱(162)과 중첩됨으로써, 가스 베어링 조립체(170)가 가스 베어링 브라켓(161)의 내부에서 임펠러(120)를 향하는 방향, 즉 제1 방향으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1 단턱(162)의 내경(162d)은 부시(173)의 외경(173e)보다 작고(162d<173e), 부시(173)의 내경(173d)보다는 크게 형성될 수 있다(162d>173d).
한편, 고정홈(174)은 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 소정 간격 이격되도록 형성되는 제1 서브 고정홈(1741)과 제2 서브 고정홈(1742)을 포함할 수 있다. 그리고, 탄성부재(172)는 제1 서브 고정홈(1741)에 안착되는 제1 서브 탄성부재(1721)와, 제2 서브 고정홈(1742)에 안착되는 제2 서브 고정홈(1742)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 가스 베어링 브라켓(161)과 가스 베어링 조립체(170)의 사이에 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 두 개의 탄성부재(1721, 1722)들이 개재될 경우, 가스 베어링 브라켓(161) 내에서 가스 베어링 조립체(170)가 일측으로 편심되거나 비틀리지 않고 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라서만 소정 거리를 이동할 수 있도록 함으로써 보다 안정적으로 가스 베어링 조립체(170)를 정렬할 수 있다.
이와 같이, 로터(130)를 기준으로 임펠러(120)와 반대편에 해당하는 회전축(110)의 일부, 구체적으로는 제2 지지부(114)를 이론적으로 수명이 무한대이면서 동시에 일반적인 구름 베어링(150)보다 부피가 작은 가스 베어링(171)으로 지지함으로써 베어링의 수명을 충분하게 확보하는 동시에 모터 어셈블리(100)의 소형화 및 경량화의 트렌드를 반영할 수 있다.
또한, 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 회전축(110)의 양측을 각각 구름 베어링(150)과 가스 베어링 조립체(170)로 지지하게 함으로써 고속으로 회전하는 회전축(110)을 안정적으로 지지할 수 있어 베어링 구조의 신뢰성과 내구성을 확보할 수 있다.
한편, 모터 어셈블리(100)는 가스 베어링 브라켓(161)과 결합하여 가스 베어링 조립체(170)가 임펠러(120)를 향하는 제1 방향과는 반대 방향, 즉 임펠러(120)에서 로터(130)를 향하는 제2 방향으로 이동할 수 있는 소정의 공간을 제공하되, 제2 방향을 따라 가스 베어링 조립체(170)가 가스 베어링 브라켓(161)으로부터 이탈하지 못하도록, 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 가스 베어링 조립체(170)와 중첩되는 제2 단턱(181)을 구비하는 고정부재(180)를 더 포함할 수 있다.
고정부재(180)의 내경(180d)은 가스 베어링 브라켓(161)의 내경(161d)에 실질적으로 대응할 수 있다. 이에 따라, 가스 베어링 조립체(170)는 가스 베어링 브라켓(161)과 고정부재(180)의 내주면을 따라 회전축(110)의 축 방향을 따라 소정 거리 이동할 수 있다. 또한, 고정부재(180)는 가스 베어링 브라켓(161)에 볼트 및 너트와 같은 체결부재(미도시)를 통해 체결되어 고정될 수 있다.
이하에서, 설명의 편의를 위해 "제1 방향"은 회전축(110)의 타측(110B)에서 일측(110A)을 향하는 방향으로 정의하고, "제2 방향"은 제1 방향과는 반대 방향, 즉 회전축(110)의 일측(110A)에서 타측(110B)을 향하는 방향으로 정의하는 것으로 한다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 제2 단턱(181)의 내경(181d)은 부시(173)의 외경(173e)보다 작고(181d<173e), 제2 단턱(181)의 내경(181d)은 부시(173)의 내경(173d)보다 크게 형성될 수 있다(181d>173d).
이러한 구조에 따라, 부시(173)는 가스 베어링 브라켓(161)의 내부에서 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 소정 거리 이동 가능하되, 제1 방향을 따라서는 제1 단턱(162)에 의해 가스 베어링 브라켓(161)으로부터의 이탈이 방지될 수 있고, 제2 방향을 따라서는 제2 단턱(181)에 의해 가스 베어링 브라켓(161)으로부터의 이탈이 방지될 수 있다.
구름 베어링 브라켓(190)은 구름 베어링(150)을 내부에 수용한 상태로 모터 하우징(160)과 체결될 수 있다. 구체적으로, 구름 베어링 브라켓(190)은 회전축(110)이 관통하는 통공(미표시)이 중앙에 천공되고, 적어도 일부가 회전축(110)의 반경 방향(R)을 기준으로 구름 베어링(150)과 중첩되어 회전축(110)의 반경 방향(R)으로의 구름 베어링(150)의 이동을 방지하는 측지지부(191)와, 적어도 일부가 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 구름 베어링(150)과 중첩되어 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 임펠러(120)를 향하는 제1 방향으로의 구름 베어링(150)의 이동을 방지하는 종지지부(192)를 포함할 수 있다.
또한, 구름 베어링 브라켓(190)은 구름 베어링(150)과 마찬가지로 임펠러(120)와 로터(130)의 사이에 설치될 수 있다. 즉, 구름 베어링 브라켓(190)은 회전축(110)의 일부, 즉 제1 지지부(112)의 외주면을 둘러쌀 수 있다.
한편, 구름 베어링 브라켓(190)은 후술할 디퓨져(195)와 일체로 형성되는 것도 가능하나, 바람직하게는 디퓨져(195)와는 별도로 제조된 이후 디퓨져(195)와 체결될 수 있다. 구름 베어링 브라켓(190)과 디퓨져(195)가 일체로 형성될 경우, 상대적으로 조립 공차를 줄일 수 있고, 이에 따라 인렛 바디(105)의 내부로 유입되는 가스의 유동을 원활히 할 수 있다.
디퓨져(195)는 임펠러(120)와 구름 베어링 브라켓(190) 사이에 설치되어 인렛 바디(105)의 내부로 유입되는 가스를 모터 하우징(160) 측으로 인도할 수 있다. 즉, 디퓨져(195)와 인렛 바디(105)의 사이에는 가스가 유동할 수 있는 소정의 공간이 형성될 수 있다. 디퓨져(195)는 구름 베어링 브라켓(190)에 볼트 및 너트와 같은 체결부재(미표시)를 통해 체결되어 고정될 수 있다.
디퓨져(195)의 외측 표면에는 인렛 바디(105)의 내측 표면을 향해 돌출되는 복수개의 디퓨져 베인(1951)이 형성될 수 있다. 복수개의 디퓨져 베인(1951)들은 임펠러(120)를 통과하는 가스의 동압력을 정압력으로 전환할 수 있다.
복수개의 디퓨져 베인(1951)들은 디퓨져(195)의 외주면에서 원주 방향을 따라 실질적으로 동일한 거리로 서로 이격되도록 배치될 수도 있으나, 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 복수개의 디퓨져 베인(1951)들 사이의 거리는 점진적으로 증가하다가 감소할 수도 있고, 감소하다가 증가할 수도 있으며, 심지어 상이하게 형성될 수도 있다. 또한, 디퓨져(195)는 회전축(110)과 구름 베어링 브라켓(190)이 관통하는 통공(미표시)을 더 구비할 수도 있다.
이러한 구조에 따르면, 흡입구(1051)를 통해 인렛 바디(105)의 내부로 유입되는 가스는 임펠러(120)에 의해 인렛 바디(105)와 디퓨져(195)의 사이 공간으로 인도될 수 있으며, 인렛 바디(105)와 디퓨져(195) 사이로 유입되는 가스는 복수개의 디퓨져 베인(1951)에 의해 임펠러 공간(S1)에서 모터 공간(S2) 측으로 안내될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하며 도 1 내지 도 4에 도시된 모터 어셈블리(100)를 제조하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 도 1에 도시된 모터 어셈블리를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 모터 어셈블리(100)의 제조 방법은 구름 베어링(150)과 로터(130)를 회전축(110)에 설치하는 단계(S501)와, 부시(173)의 내주면에 가스 베어링(171)을 설치하고, 가스 베어링(171)의 외주면에 탄성부재(172)를 설치하는 단계(S503)와, 가스 베어링 조립체(170)를 가스 베어링 브라켓(161)에 삽입하는 단계(S505)와, 가스 베어링 브라켓(161)과 고정부재(180)를 체결하는 단계(S507)와, 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하도록 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 삽입하는 단계(S509)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 구름 베어링(150)과 로터(130)를 회전축(110)에 설치하는 단계(S501)는, 회전축(110)의 일측(110A)에 구름 베어링(150)을 설치하고, 회전축(110)의 타측(110B)에 로터(130)를 설치함으로써 실시될 수 있다.
이때, 구름 베어링(150)은 회전축(110)의 제1 지지부(112)의 외주면을 감싸도록 회전축(110)의 일부에 설치될 수 있고, 로터(130)는 회전축(110)의 로터 결합부(113)의 외주면을 감싸도록 회전축(110)의 다른 일부에 설치될 수 있다.
한편, 부시(173)의 내주면에 가스 베어링(171)을 설치하고, 부시(173)의 외주면에 탄성부재(172)를 설치하는 단계(S503)는, 부시(173)의 중앙에 천공된 통공에 가스 베어링(171)을 삽입하여 가스 베어링(171)을 부시(173)의 내주면에 압입 고정하고, 부시(173)의 외주면에 형성된 제1 서브 고정홈(1741)과 제2 서브 고정홈(1742)에 각각 제1 서브 탄성부재(1721)와 제2 서브 탄성부재(1722)를 안착함으로써 실시될 수 있다.
이렇게 부시(173)의 내측에 가스 베어링(171)이, 그리고 부시(173)의 외측에 탄성부재(172)가 설치됨으로써, 가스 베어링(171)과 탄성부재(172) 및 부시(173)는 서로 체결되어 회전축(110)의 제2 지지부(114)를 회전축(110)의 반경 방향(R)으로 지지하는 비접촉식 가스 베어링으로 기능하는 가스 베어링 조립체(170)로 조립될 수 있다.
다음으로, 가스 베어링 조립체(170)를 가스 베어링 브라켓(161)에 삽입하는 단계(S505)는, 가스 베어링 브라켓(161)을 기준으로 로터(130)와 반대편에서 로터(130)를 향하는 방향, 즉 제1 방향으로 가스 베어링 조립체(170)를 가스 베어링 브라켓(161)으로 삽입함으로써 실시될 수 있다.
그리고, 가스 베어링 브라켓(161)과 고정부재(180)를 체결하는 단계(S507)는 역시 가스 베어링 브라켓(161)을 기준으로 로터(130)와 반대편에서 로터(130)를 향하는 방향, 즉 제1 방향으로 고정부재(180)를 가스 베어링 브라켓(161) 측으로 접근시켜, 가스 베어링 브라켓(161)에 고정부재(180)를 체결함으로써 실시될 수 있다.
그리고, 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하도록 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 삽입하는 단계(S509)는, 전술한 바와 같이 가스 베어링 브라켓(161)의 내부에 가스 베어링 조립체(170)가 안착되고, 가스 베어링 브라켓(161)에 고정부재(180)가 설치된 상태에서 제2 방향을 따라 구름 베어링(150)과 로터(130)가 설치된 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하도록 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170) 측으로 접근시킴으로써, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 방식으로 실시될 수 있다.
여기서, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 삽입한다는 것은 회전축(110)과 가스 베어링 조립체(170)를 결합한다는 의미가 아니라, 가스 베어링(171)의 내측에 마련된 공간에 회전축(110)의 일부, 즉 회전축(110)의 제2 지지부(114)를 위치시키는 것을 의미한다.
이를 다르게 표현하면, 회전축(110)이 가스 베어링 조립체(170)에 삽입될 경우, 가스 베어링(171)은 회전축(110)의 제2 지지부(114)의 둘레를 둘러싸되, 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에는 회전축(110)의 회전 시 고압의 가스가 유동하여 베어링의 기능을 할 수 있도록 소정의 간극이 형성될 수 있다.
한편, 도면에 별도로 도시하지는 않았으나, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 단계(S509) 이전에, 회전축(110)에 설치된 구름 베어링(150)을 구름 베어링 브라켓(190)에 안착시키는 단계와, 구름 베어링 브라켓(190)에 디퓨져(195)를 설치하는 단계와, 모터 하우징(160)의 내주면에 스테이터(140)를 설치하는 단계를 더 실시할 수 있다.
구체적으로, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 단계(S509) 이전, 즉 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하기 이전에 모터 하우징(160)의 내주면에 스테이터(140)가 설치될 수 있다. 이는, 회전축(110)이 스테이터(140)를 관통할 때 회전축(110)의 타측(110B)에는 베어링이 설치되지 않은 상태임을 의미한다.
이는, 회전축(110)의 타측(110B)을 지지하는 베어링 구조를 설계 함에 있어, 특히 베어링의 크기를 결정함에 있어 베어링의 크기를 스테이터(140)의 내경보다 작게 형성할 필요가 없음을 의미한다. 이에 따라, 회전축(110)의 타측(110B), 즉 제2 지지부(114)를 지지하는 가스 베어링 조립체(170)의 외경은 스테이터(140)의 내경보다 크게 형성될 수도 있다. 물론, 가스 베어링 조립체(170)의 외경을 결정함에 있어 스테이터(140)의 내경을 고려할 필요가 없으므로, 가스 베어링 조립체(170)의 외경은 스테이터(140)의 내경보다 작게 형성될 수도 있다.
가스 베어링 조립체(170)의 외경은 회전축(110)의 회전 하중을 안정적으로 지지하는 동시에 충분한 수명을 확보할 수 있도록 스테이터(140)의 내경보다 큰 외경을 갖도록 선택될 수 있음과 동시에, 모터 어셈블리(100)의 경량화와 소형화 트렌드를 고려하여 필요하다면 스테이터(140)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 선택될 수도 있으므로, 모터 어셈블리(100)의 요구 성능에 맞춰 보다 자유롭게 베어링의 크기를 선택할 수 있다.
또한, 도면에 별도로 도시하지는 않았으나, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 단계(S509) 이후에, 회전축(110)의 일측(110A)과, 임펠러(120), 구름 베어링(150), 구름 베어링 브라켓(190) 및 디퓨져(195)를 내부에 수용하는 인렛 바디(105)와, 회전축(110)의 타측(110B)과, 로터(130), 스테이터(140) 및 가스 베어링 조립체(170)를 내부에 수용하는 모터 하우징(160)을 서로 체결하여 모터 어셈블리(100)의 제조를 완성하는 단계를 더 실시할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 도 1에 도시된 모터 어셈블리(100)의 변형예에 대해 구체적으로 살펴보기로한다.
도 6은 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 변형예를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 모터 어셈블리의 일부를 확대하여 나타내는 확대 단면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 스냅링의 정상 상태와 압축 상태를 비교하여 나타내는 개념도이고, 도 9는 도 6에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이고, 도 10은 도 6에 도시된 모터 어셈블리 중 일부를 측면에서 바라본 모습을 나타내는 분해 단면도이며, 도 11은 도 7에 도시된 가스 베어링 브라켓과 스냅링의 변형예를 나타내는 확대 단면도이다.
이하에서 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하는 모터 어셈블리(100')의 각 구성요소들 중 후술할 가스 베어링 브라켓(161')의 설치홈(164)과 스냅링(165)을 제외한 나머지 구성요소들, 예컨대 인렛 바디(105), 회전축(110), 임펠러(120), 로터(130), 스테이터(140), 구름 베어링(150), 가스 베어링 조립체(170), 고정부재(180), 구름 베어링 브라켓(190) 및 디퓨져(195)의 구조는 도 1에 도시된 구성요소들과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 가스 베어링 브라켓(161')은 가스 베어링 브라켓(161')의 내주면으로부터 회전축(110)의 방사 방향을 따라 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈(164)과, 설치홈(164)에 설치되는 스냅링(165)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 8을 참조하면, 스냅링(165)은 외부에서 가해지는 힘에 의해 압축된 압축 상태(165C)와, 외부에서 가해지는 힘이 제거됨에 따라 압축 상태(165C)에서 팽창된 정상 상태(165S) 사이에서 탄성 변형 가능할 수 있다(D2<D1).
특히, 스냅링(165)은 압축 상태(165C)에서 가스 베어링 브라켓(161')의 내주면의 직경(161d)에 실질적으로 대응하거나, 보다 작은 직경을 가질 수 있다(D2161d).
즉, 스냅링(165)은 압축 상태(165C)에서 가스 베어링 브라켓(161')의 내부로 삽입될 수 있으며, 스냅링(165)이 설치홈(164)에 안착된 이후에는 다시 팽창하여 정상 상태(165S)로 복귀할 수 있다.
스냅링(165)은 도 1에 도시된 고정부재(180)의 제2 단턱(181)의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 스냅링(165)은 가스 베어링 조립체(170)가 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하되, 제2 방향을 따라 가스 베어링 조립체(170)가 가스 베어링 브라켓(161')으로부터 이탈하지 못하도록, 정상 상태(165S)에서 적어도 일부가 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 가스 베어링 조립체(170)와 중첩되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 도 11을 참조하면, 스냅링(165')은 도 1에 도시된 가스 베어링 브라켓(161)의 제1 단턱(162)의 기능을 수행할 수도 있다. 즉, 스냅링(165)은 가스 베어링 조립체(170)가 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하되, 제1 방향을 따라 가스 베어링 조립체(170)가 가스 베어링 브라켓(161')으로부터 이탈하지 못하도록, 정상 상태(165S)에서 적어도 일부가 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 가스 베어링 조립체(170)와 중첩되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 도 7과 11을 함께 참조하면, 가스 베어링 브라켓(161')은 가스 베어링 브라켓(161')의 내주면으로부터 회전축(110)의 방사 방향을 따라 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈(164)을 포함하되, 설치홈(164)은 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 더 제2 방향으로 치우친 위치, 즉 로터(130)로부터 상대적으로 멀리 떨어진 위치에 형성될 수 있고(도 7의 164 참조), 또는 회전축(110)의 축 방향(L)을 기준으로 더 제1 방향으로 치우친 위치, 즉 로터(130)에 인접하는 위치에 형성될 수도 있다(도 11의 164' 참조).
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이 설치홈(164)과 스냅링(165)이 가스 베어링 브라켓(161')에서 제2 방향으로 치우친 위치에 위치할 경우, 스냅링(165)은 제1 방향(즉, 도면에 따르면 아래에서 위로)을 따라 가스 베어링 브라켓(161')으로 진입할 수 있다. 반대로, 도 11에 도시된 바와 같이 설치홈(164')과 스냅링(165)이 가스 베어링 브라켓(161')에서 제1 방향으로 치우친 위치에 위치할 경우, 스냅링(165)은 제2 방향(즉, 위에서 아래로)을 따라 가스 베어링 브라켓(161')으로 진입할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 고정부재(180)를 활용하여 가스 베어링 조립체(170)의 축 방향(L) 이동을 방지할 경우, 가스 베어링 조립체(170)의 축 방향(L) 이동 방지를 위해서는 가스 베어링 브라켓(161)과 고정부재(180)가 필요하며, 가스 베어링 브라켓(161)과 고정부재(180)는 별도의 체결부재(미도시)를 통해 서로 체결될 수 있다.
한편, 도 7과 도 11에 도시된 바와 같이 스냅링(165)을 활용하여 가스 베어링 조립체(170)의 축 방향(L) 이동을 방지하려 할 경우, 별도의 체결부재를 이용하여 고정부재(180)를 가스 베어링 브라켓(161)에 체결할 필요 없이, 스냅링(165)을 간단히 압축한 상태(165C)로 가스 베어링 브라켓(161')에 삽입한 뒤 설치홈(164, 164')에 정상 상태(165S)로 팽창시킨 상태로 안착시킴으로써 의도하는 목적을 달성할 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여 도 6 내지 11에 도시된 모터 어셈블리(100)를 제조하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 12는 도 6에 도시된 모터 어셈블리를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 모터 어셈블리(100)의 제조 방법은 구름 베어링(150)과 로터(130)를 회전축(110)에 설치하는 단계(S1201)와, 부시(173)의 내주면에 가스 베어링(171)을 설치하고, 가스 베어링(171)의 외주면에 탄성부재(172)를 설치하는 단계(S1203)와, 가스 베어링 조립체(170)를 가스 베어링 브라켓(161')에 삽입하는 단계(S1205)와, 가스 베어링 브라켓(161')에 스냅링(165)을 설치하는 단계(S1207)와, 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하도록 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 삽입하는 단계(S1209)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 구름 베어링(150)과 로터(130)를 회전축(110)에 설치하는 단계(S1201)는, 회전축(110)의 일측(110A)에 구름 베어링(150)을 설치하고, 회전축(110)의 타측(110B)에 로터(130)를 설치함으로써 실시될 수 있다. 이때, 구름 베어링(150)은 회전축(110)의 제1 지지부(112)의 외주면을 감싸도록 회전축(110)의 일부에 설치될 수 있고, 로터(130)는 회전축(110)의 로터 결합부(113)의 외주면을 감싸도록 회전축(110)의 다른 일부에 설치될 수 있다.
한편, 부시(173)의 내주면에 가스 베어링(171)을 설치하고, 부시(173)의 외주면에 탄성부재(172)를 설치하는 단계(S1203)는, 부시(173)의 중앙에 천공된 통공에 가스 베어링(171)을 삽입하여 가스 베어링(171)을 부시(173)의 내주면에 압입 고정하고, 부시(173)의 외주면에 형성된 제1 서브 고정홈(1741)과 제2 서브 고정홈(1742)에 각각 제1 서브 탄성부재(1721)와 제2 서브 탄성부재(1722)를 안착함으로써 실시될 수 있다.
이와 같이, 가스 베어링 브라켓(161)과 가스 베어링 조립체(170)의 사이에 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 두 개의 탄성부재(1721, 1722)들이 개재될 경우, 가스 베어링 브라켓(161) 내에서 가스 베어링 조립체(170)가 일측으로 편심되거나 비틀리지 않고 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라서만 소정 거리를 이동할 수 있도록 함으로써 보다 안정적으로 가스 베어링 조립체(170)를 정렬할 수 있다.
이렇게 부시(173)의 내측에 가스 베어링(171)이, 그리고 부시(173)의 외측에 탄성부재(172)가 설치됨으로써, 가스 베어링(171)과 탄성부재(172) 및 부시(173)는 서로 체결되어 회전축(110)의 제2 지지부(114)를 회전축(110)의 반경 방향(R)으로 지지하는 비접촉식 가스 베어링으로 기능하는 가스 베어링 조립체(170)로 조립될 수 있다.
다음으로, 가스 베어링 조립체(170)를 가스 베어링 브라켓(161')에 삽입하는 단계(S1205)는, 가스 베어링 브라켓(161') 내에 설치홈(164)이 어느 위치에 형성되느냐에 따라 가스 베어링 조립체(170)가 가스 베어링 브라켓(161')으로 삽입되는 방향이 달라질 수 있다.
예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 설치홈(164)이 가스 베어링 브라켓(161') 내에서 제2 방향으로 치우쳐서 위치할 경우, 가스 베어링 조립체(170)는 제1 방향을 따라 가스 베어링 브라켓(161')으로 삽입될 수 있다.
반대로, 도 11에 도시된 바와 같이, 설치홈(164')이 가스 베어링 브라켓(161') 내에서 제1 방향으로 치우쳐서 위치할 경우, 가스 베어링 조립체(170)는 제2 방향을 따라 가스 베어링 브라켓(161')으로 삽입될 수 있다.
가스 베어링 브라켓(161')에 스냅링(165)을 설치하는 단계(S1207) 또한, 가스 베어링 브라켓(161') 내에 설치홈(164, 164')이 어느 위치에 형성되느냐에 따라 스냅링(165)이 가스 베어링 브라켓(161')으로 삽입되는 방향이 달라질 수 있다.
예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 설치홈(164)이 가스 베어링 브라켓(161') 내에서 제2 방향으로 치우쳐서 위치할 경우, 스냅링(165)은 압축된 상태(165C)로 제1 방향을 따라 가스 베어링 브라켓(161')으로 삽입되어 설치홈(164)에서 팽창되어 정상 상태(165S)로 설치홈(164)에 안착될 수 있다.
반대로, 도 11에 도시된 바와 같이, 설치홈(164')이 가스 베어링 브라켓(161') 내에서 제1 방향으로 치우쳐서 위치할 경우, 스냅링(165)은 압축된 상태(165C)로 제2 방향을 따라 가스 베어링 브라켓(161')으로 삽입되어 설치홈(164')에서 팽창되어 정상 상태(165S)로 설치홈(164')에 안착될 수 있다.
그리고, 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하도록 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 삽입하는 단계(S1209)는, 전술한 바와 같이 가스 베어링 브라켓(161')의 내부에 가스 베어링 조립체(170)가 안착되고, 가스 베어링 브라켓(161')에 스냅링(165)이 설치된 상태에서 제2 방향을 따라 구름 베어링(150)과 로터(130)가 설치된 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하도록 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170) 측으로 접근시킴으로써, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 방식으로 실시될 수 있다.
여기서, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 삽입한다는 것은 회전축(110)과 가스 베어링 조립체(170)를 결합한다는 의미가 아니라, 가스 베어링(171)의 내측에 마련된 공간에 회전축(110)의 일부, 즉 회전축(110)의 제2 지지부(114)를 위치시키는 것을 의미한다.
이를 다르게 표현하면, 회전축(110)이 가스 베어링 조립체(170)에 삽입될 경우, 가스 베어링(171)은 회전축(110)의 제2 지지부(114)의 둘레를 둘러싸되, 제2 지지부(114)의 외주면과 가스 베어링(171)의 내주면 사이에는 회전축(110)의 회전 시 고압의 가스가 유동하여 베어링의 기능을 할 수 있도록 소정의 간극이 형성될 수 있다.
한편, 도면에 별도로 도시하지는 않았으나, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 단계(S1209) 이전에, 회전축(110)에 설치된 구름 베어링(150)을 구름 베어링 브라켓(190)에 안착시키는 단계와, 구름 베어링 브라켓(190)에 디퓨져(195)를 설치하는 단계와, 모터 하우징(160)의 내주면에 스테이터(140)를 설치하는 단계를 더 실시할 수 있다.
구체적으로, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 단계(S1209) 이전, 즉 회전축(110)의 타단(110D)이 가스 베어링(171)을 관통하기 이전에 모터 하우징(160)의 내주면에 스테이터(140)가 설치될 수 있다. 이는, 회전축(110)이 스테이터(140)를 관통할 때 회전축(110)의 타측(110B)에는 베어링이 설치되지 않은 상태임을 의미한다.
이는, 회전축(110)의 타측(110B)을 지지하는 베어링 구조를 설계 함에 있어, 특히 베어링의 크기를 결정함에 있어 베어링의 크기를 스테이터(140)의 내경보다 작게 형성할 필요가 없음을 의미한다. 이에 따라, 회전축(110)의 타측(110B), 즉 제2 지지부(114)를 지지하는 가스 베어링 조립체(170)의 외경은 스테이터(140)의 내경보다 크게 형성될 수도 있다. 물론, 가스 베어링 조립체(170)의 외경을 결정함에 있어 스테이터(140)의 내경을 고려할 필요가 없으므로, 가스 베어링 조립체(170)의 외경은 스테이터(140)의 내경보다 작게 형성될 수도 있다.
가스 베어링 조립체(170)의 외경은 회전축(110)의 회전 하중을 안정적으로 지지하는 동시에 충분한 수명을 확보할 수 있도록 스테이터(140)의 내경보다 큰 외경을 갖도록 선택될 수 있음과 동시에, 모터 어셈블리(100)의 경량화와 소형화 트렌드를 고려하여 필요하다면 스테이터(140)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 선택될 수도 있으므로, 모터 어셈블리(100)의 요구 성능에 맞춰 보다 자유롭게 베어링의 크기를 선택할 수 있다.
또한, 도면에 별도로 도시하지는 않았으나, 회전축(110)을 가스 베어링 조립체(170)에 설치하는 단계(S1209) 이후에, 회전축(110)의 일측(110A)과, 임펠러(120), 구름 베어링(150), 구름 베어링 브라켓(190) 및 디퓨져(195)를 내부에 수용하는 인렛 바디(105)와, 회전축(110)의 타측(110B)과, 로터(130), 스테이터(140) 및 가스 베어링 조립체(170)를 내부에 수용하는 모터 하우징(160)을 서로 체결하여 모터 어셈블리(100)의 제조를 완성하는 단계를 더 실시할 수 있다.
이와 같이, 로터(130)를 기준으로 임펠러(120)와 반대편에 해당하는 회전축(110)의 일부, 구체적으로는 제2 지지부(114)를 이론적으로 수명이 무한대이면서 동시에 일반적인 구름 베어링보다 부피가 작은 가스 베어링(171)으로 지지함으로써 베어링의 수명을 충분하게 확보하는 동시에 모터 어셈블리(100)의 소형화 및 경량화의 트렌드를 반영할 수 있다.
또한, 회전축(110)의 축 방향(L)을 따라 회전축(110)의 양측을 각각 구름 베어링(150)과 가스 베어링 조립체(170)로 지지하게 함으로써 고속으로 회전하는 회전축(110)을 안정적으로 지지할 수 있어 베어링 구조의 신뢰성과 내구성을 확보할 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 실시예들의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 실시예들에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100': 모터 어셈블리 162: 제1 단턱
105: 인렛 바디 162d: 제1 단턱의 내경
1051: 흡입구 163: 배출구
110: 회전축 164, 164': 설치홈
111: 임펠러 결합부 165: 스냅링
112: 제1 지지부 165C: 압축 상태
112d: 제1 지지부의 외경 165S: 정상 상태
113: 로터 결합부 170: 가스 베어링 조립체
113d: 로터 결합부의 외경 171: 가스 베어링
1131: 접촉면 172: 탄성부재
114: 제2 지지부 1721: 제1 서브 탄성부재
114d: 제2 지지부의 외경 173: 부시
115: 단차부 173d: 부시의 내경
120: 임펠러 173e: 부시의 외경
121: 허브 174: 고정홈
122: 블레이드 1741: 제1 서브 고정홈
130: 로터 1742: 제2 서브 고정홈
131: 마그네트 180: 고정부재
132: 제1 엔드 플레이트 180d: 고정부재의 내경
133: 제2 엔드 플레이트 181: 제2 단턱
140: 스테이터 181d: 제2 단턱의 내경
141: 스테이터 코어 190: 구름 베어링 브라켓
142: 코일 191: 측지지부
143: 인슐레이터 192: 종지지부
150: 구름 베어링 195: 디퓨져
160: 모터 하우징 1951: 디퓨져 베인
161, 161': 가스 베어링 브라켓 S1: 임펠러 공간
161d: 가스 베어링 브라켓의 내경 S2: 모터 공간

Claims (20)

  1. 회전축;
    상기 회전축에 설치되는 임펠러;
    상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 임펠러와 소정 간격 이격되도록 상기 회전축에 설치되는 로터;
    상기 회전축의 반경 방향을 따라 상기 로터와 소정 간격 이격되도록 상기 로터의 외측을 둘러싸는 스테이터;
    상기 회전축에 설치되되 상기 임펠러와 상기 로터의 사이에 설치되어 상기 회전축의 제1 지지부를 지지하는 구름 베어링;
    내주면에 상기 스테이터가 설치되고, 상기 회전축 및 로터가 수용되는 공간을 형성하고, 상기 임펠러의 회전에 의해 안내되는 가스가 배출되는 배출구가 구비되는 모터 하우징;
    상기 모터 하우징에 구비되어 상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 로터를 기준으로 상기 제1 지지부의 반대편에 위치하는 상기 회전축의 제2 지지부를 수용하는 가스 베어링 브라켓; 및
    상기 가스 베어링 브라켓에 수용되어 상기 회전축의 상기 제2 지지부의 회전을 지지하는 가스 베어링 조립체;를 포함하고,
    상기 가스 베어링 조립체는,
    상기 제2 지지부의 외주면을 감싸되, 상기 회전축이 회전할 경우 상기 회전축의 상기 제2 지지부와 소정의 간극을 두고 서로 이격되는 가스 베어링;
    상기 가스 베어링의 외주면과 가스 베어링 브라켓의 내주면 사이에 구비되는 부시; 및
    상기 부시의 외주면과 상기 가스 베어링 브라켓의 내주면 사이에 구비되어 상기 가스 베어링을 탄성적으로 지지하는 탄성부재;를 포함하는 모터 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구름 베어링은 상기 제1 지지부의 회전을 상기 회전축의 상기 축 방향 및 상기 반경 방향으로 지지하고,
    상기 가스 베어링 조립체는 상기 제2 지지부의 회전을 상기 회전축의 상기 반경 방향으로 지지하는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 브라켓은 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 상기 로터에서 상기 임펠러를 향하는 제1 방향을 따라 상기 가스 베어링 조립체가 상기 가스 베어링 브라켓으로부터 이탈하지 못하도록, 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 상기 가스 베어링 조립체와 중첩되는 제1 단턱을 포함하는, 모터 어셈블리.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 부시는, 상기 가스 베어링의 외주면을 감싸되, 내주면에는 상기 가스 베어링의 외주면이 압입 고정되고, 외주면에는 상기 탄성부재가 안착되는 고정홈이 형성되고,
    상기 부시의 적어도 일부는 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 상기 제1 단턱과 중첩되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 고정홈은 상기 회전축의 상기 축 방향을 따라 소정 간격 이격되도록 형성되는 제1 서브 고정홈과 제2 서브 고정홈을 포함하고,
    상기 탄성부재는 상기 제1 서브 고정홈에 안착되는 제1 서브 탄성부재와, 상기 제2 서브 고정홈에 안착되는 제2 서브 탄성부재를 포함하는, 모터 어셈블리.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 단턱의 내경은 상기 부시의 외경보다 작고, 상기 부시의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 가스 베어링은 알루미늄과 황동, 청동 및 니켈-크롬 합금 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 부시는 합성수지를 포함하는, 모터 어셈블리.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 브라켓과 결합하여 상기 가스 베어링 조립체가 상기 회전축의 상기 축 방향을 따라 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하되, 상기 임펠러에서 상기 로터를 향하는 제2 방향을 따라 상기 가스 베어링 조립체가 상기 가스 베어링 브라켓으로부터 이탈하지 못하도록, 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 상기 가스 베어링 조립체와 중첩되는 제2 단턱을 구비하는 고정부재를 더 포함하는, 모터 어셈블리.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 고정부재의 내경은 상기 가스 베어링 브라켓의 내경에 대응하고,
    상기 제2 단턱의 내경은 상기 부시의 외경보다 작고, 상기 부시의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 브라켓은,
    상기 가스 베어링 브라켓의 상기 내주면으로부터 상기 회전축의 방사 방향을 따라 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈과,
    상기 설치홈에 설치되는 스냅링을 포함하는, 모터 어셈블리.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 스냅링은 외부에서 가해지는 힘에 의해 압축된 압축 상태와 외부에서 가해지는 힘이 제거됨에 따라 상기 압축 상태에서 팽창된 정상 상태 사이에서 탄성 변형 가능한 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 스냅링은 상기 압축 상태에서 상기 가스 베어링 브라켓의 내주면의 직경에 대응하거나 보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 스냅링은 상기 가스 베어링 조립체가 상기 회전축의 상기 축 방향을 따라 이동할 수 있는 소정의 여유 공간을 제공하되, 상기 회전축의 상기 축 방향을 따라 상기 가스 베어링 조립체가 상기 가스 베어링 브라켓으로부터 이탈하지 못하도록, 상기 정상 상태에서 적어도 일부가 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 상기 가스 베어링의 조립체와 중첩되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
  14. 회전축의 일측에 구름 베어링을, 상기 회전축의 타측에 로터를 설치하는 단계;
    부시의 내주면에 가스 베어링을 설치하고, 상기 부시의 외주면에 탄성부재를 설치하여 가스 베어링 조립체를 조립하는 단계;
    상기 가스 베어링 조립체를 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계;
    상기 가스 베어링 조립체가 상기 가스 베어링 브라켓에 삽입된 후, 상기 회전축의 상기 타측에서 상기 일측을 향하는 방향으로 고정부재를 상기 가스 베어링 브라켓 측으로 접근시켜, 상기 가스 베어링 브라켓에 상기 고정부재를 체결하는 단계 및
    상기 구름 베어링 및 상기 로터가 상기 회전축에 설치된 상태에서, 상기 회전축의 상기 일측에서 상기 타측을 향하는 방향을 따라 상기 회전축의 타단이 상기 가스 베어링을 관통하도록 상기 회전축을 상기 가스 베어링 조립체에 설치하는 단계;를 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 조립체를 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계는,
    상기 회전축의 상기 타측에서 상기 일측을 향하는 방향으로 상기 가스 베어링 조립체를 상기 가스 베어링 브라켓으로 삽입하는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 조립체를 상기 가스 베어링 브라켓에 삽입하는 단계 이후에,
    스냅링을 상기 가스 베어링 브라켓 측으로 접근시켜, 상기 가스 베어링 브라켓의 내주면으로부터 상기 회전축의 방사 방향을 따라 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈에 상기 스냅링을 설치하는 단계를 더 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 브라켓의 상기 설치홈에 상기 스냅링을 설치하는 단계는,
    상기 스냅링의 직경이 상기 가스 베어링 브라켓의 상기 내주면의 내경에 대응하거나 보다 작아지도록 상기 스냅링을 가압하여 상기 스냅링을 압축시키는 단계와,
    압축된 상태에서 상기 스냅링을 상기 가스 베어링 브라켓의 상기 내주면을 따라 상기 설치홈 측으로 안내하는 단계와,
    상기 설치홈에 상기 스냅링이 삽입됨에 따라 상기 스냅링이 다시 팽창하여 상기 설치홈에 고정되는 단계를 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 회전축을 상기 가스 베어링 조립체에 설치하는 단계 이전에,
    상기 회전축에 설치된 상기 구름 베어링을 구름 베어링 브라켓에 안착시키는 단계와,
    상기 구름 베어링 브라켓에 디퓨져를 설치하는 단계와,
    상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 구름 베어링을 기준으로 상기 로터의 반대편에 위치하는 상기 회전축의 상기 일측에 임펠러를 설치하는 단계와,
    모터 하우징의 내주면에 스테이터를 설치하는 단계를 더 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 회전축을 상기 가스 베어링 조립체에 설치하는 단계 이후에,
    상기 회전축의 상기 일측과, 상기 임펠러, 상기 구름 베어링, 상기 구름 베어링 브라켓 및 상기 디퓨져를 내부에 수용하는 인렛 바디와, 상기 회전축의 상기 타측과, 상기 로터와, 상기 스테이터 및 상기 가스 베어링 조립체를 내부에 수용하는 상기 모터 하우징을 체결하는 단계를 더 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
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