KR102624557B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터는, 하우징; 적어도 일부가 하우징 내부에 배치된 스테이터; 스테이터의 내측에 배치되고 스테이터에 대해 회전하는 로터; 로터에 연결되어 로터와 함께 회전하는 회전축; 회전축을 반경 방향으로 지지하고 로터의 일측에 위치한 제1자기 베어링; 및 회전축을 반경 방향으로 지지하고 로터의 타측에 위치한 제2자기 베어링을 포함하고, 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각의 적어도 일부는, 반경 방향으로 상기 스테이터와 회전축의 사이에 위치할 수 있다.

Description

모터{MOTER}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 좀 더 상세히는 자기 베어링을 포함하는 모터에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 모터는, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이다. 일례로, 모터는 원심 압축기에 포함되어 압축기의 임펠러를 회전시키고 유체를 압축할 수 있다.

이러한 모터는, 통상 고정자와, 상기 고정자에 대해 상대 운동하는 회전자를 구비한다. 상기 모터는, 상기 고정자를 내부에 수납하여 지지하는 프레임, 케이스 또는 하우징(이하, "하우징"으로 표기함)를 구비한다

모터의 회전축은 회전자와 함께 회전한다. 이 경우, 회전축은 베어링에 의해 지지된 상태에서 회전할 수 있다.

특히, 자기 베어링은 자기의 반발력에 의해 회전축을 지지하며, 기계적 베어링과 달리 회전축과의 물리적 접촉이 없다. 따라서, 자기 베어링은 소음이 적고 마모가 없으며 윤활이 불필요한 이점이 있다.

다만, 자기 베어링이 회전축을 안정적으로 지지하기 위해서는 일정 수 이상의 코일이 코어에 권선되어야 하므로 자기 베어링의 크기가 커야 하는 문제점이 있었다.

즉, 자기 베어링이 충분히 컴팩트하지 않아 회전축에 대한 설치 위치가 제한됨에 따라. 종래의 자기 베어링은 모터 고정자의 엔드 턴(end turn) 외측에서 회전축을 지지함이 일반적이었다. 이로써 회전축이 길이가 길어져 동작 안정성이 줄어드는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 컴팩트한 자기 베어링을 갖는 모터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 회전축이 안정적으로 회전하는 모터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또다른 과제는 축 방향에 대해 컴팩트한 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 모터는, 하우징; 적어도 일부가 상기 하우징 내부에 배치된 스테이터; 상기 스테이터의 내측에 배치되고 상기 스테이터에 대해 회전하는 로터; 상기 로터에 연결되어 상기 로터와 함께 회전하는 회전축; 상기 회전축을 반경 방향으로 지지하고 상기 로터의 일측에 위치한 제1자기 베어링; 및 상기 회전축을 반경 방향으로 지지하고 상기 로터의 타측에 위치한 제2자기 베어링을 포함하고, 상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각의 적어도 일부는, 반경 방향으로 상기 스테이터와 상기 회전축의 사이에 위치할 수 있다.

상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 사이의 거리는, 상기 스테이터의 축방향 길이보다 짧고 상기 로터의 축방향 길이보다 길 수 있다.

상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각은, 어느 일부는 축방향으로 상기 스테이터와 중첩되고 다른 일부는 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩되는 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내둘레에 장착된 베어링 스테이터; 및

상기 베어링 스테이터에 설치된 코일을 포함할 수 있다.

상기 코일은, 단면이 사각형이고 다수회 적층된 각동선을 포함할 수 있다.

상기 베어링 스테이터 및 코일 각각의 적어도 일부는 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩될 수 있다.

상기 베어링 하우징은, 적어도 일부가 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩되고, 내둘레에 상기 베어링 스테이터가 장착되는 베어링 스테이터 장착부; 및 상기 베어링 스테이터 장착부의 외둘레에서 돌출 연장되고, 적어도 일부가 축방향으로 상기 스테이터와 중첩되는 외측 고정부를 포함할 수 있다.

상기 제2자기 베어링의 상기 외측 고정부는, 상기 하우징의 내둘레에 돌출 형성된 체결부와 체결될 수 있다.

상기 제1자기 베어링은 상기 하우징의 외측에 위치하고, 제2자기 베어링은 상기 하우징의 내측에 위치할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각의 적어도 일부가 반경 방향으로 스테이터와 회전축의 사이에 위치할 수 있다. 또한, 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 사이의 거리가 스테이터의 축방향 길이보다 짧고 로터의 축방향 길이보다 길 수 있다. 따라서, 회전축의 길이가 짧아질 수 있으므로 회전축의 재료비 및 가공비가 절감되는 이점이 있다.

또한, 회전축의 길이가 짧아질 수 있으므로 위험모드 주파수의 값이 커져 실제 구동속도와의 마진을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 회전축이 보다 안정적으로 회전할 수 있다.

또한, 회전축의 길이가 짧아질 수 있으므로 모터가 축방향에 대해 컴팩트해질 수 있다.

또한, 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링의 베어링 하우징은, 어느 일부가 축방향으로 스테이터와 중첩될 수 있다. 또한, 제2자기 베어링의 외측 고정부는 하우징의 내둘레에 돌출된 체결부에 체결될 수 있다. 이로써, 모터가 반경 방향에 대해 컴팩트해질 수 있다.

또한, 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링의 코일은 단면이 사각형이고 다수회 적층된 각동선을 포함할 수 있다. 이로써, 원형 코일이 권선되는 경우와 비교하면 적층된 각동선 사이의 빈공간이 최소화 될 수 있으므로, 필요한 출력을 내는데 필요한 제1,2 자기 베어링의 반경방향 사이즈가 컴팩트해질 수 있다.

또한, 제1,2 자기 베어링이 반경방향으로 컴팩트 해지므로, 제1,2 자기 베어링의 적어도 일부를 반경 방향으로 스테이터와 회전축의 사이에 배치하는 것이 보다 용이해질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 포함하는 원심 압축기가 적용된 칠러의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 포함하는 원심 압축기가 적용된 칠러의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 포함하는 원심 압축기의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 A부분의 확대 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 B부분의 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 베어링 스테이터의 일 예가 도시된 도면이다.
도 7은 베어링 스테이터에 코일이 권선된 도면이다.
도 8은 베어링 스테이터에 권선된 코일의 단면 형상이 도시된 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터가 원심 압축기에 적용되는 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 포함하는 원심 압축기가 적용된 칠러의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 포함하는 원심 압축기가 적용된 칠러의 사시도이다.

본 실시예에 따른 모터(10)가 적용된 원심압축기(1)는 응축기(2)와 팽창기구(3) 및 증발기(4)와 함께 칠러(터보 냉동기)를 구성할 수 있고, 원심압축기(1)에서 압축된 후 원심압축기(1)에서 토출된 냉매는 응축기(2)와 팽창기구(3) 및 증발기(4)를 순차적으로 통과한 후 원심압축기(1)로 흡입될 수 있다.

원심압축기(1)는 증발기(4)와 흡입 바디(5)로 연결될 수 있고, 응축기(2)와 토출 바디(6)로 연결될 수 있다.

원심압축기(1)는 증발기(4)에서 유입된 가스냉매를 압축할 수 있다. 원심압축기(1)는 운전 용량이 가변되게 구성될 수 있으며, 냉매를 다단으로 압축하게 구성될 수 있다.

원심압축기(1)는 모터(10)와, 볼류트 케이스(20)을 포함할 수 있다. 원심압축기(1)는 모터(10)의 회전축(15, 도 3 참조)과 연결된 임펠러(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고, 원심압축기(1)는 인렛 가이드(20A)을 더 포함할 수 있다.

모터(10)은 내부에 공간이 형성된 하우징(12)을 포함할 수 있다. 하우징(12)은 볼류트 케이스(20)와 연결될 수 있다.

인렛 가이드(20A)는 볼류트 케이스(20)에 연결되어 냉매를 볼류트 케이스(20)로 안내할 수 있다. 인렛 가이드(20A)에는 흡입 바디(5)가 연결될 수 있고, 흡입 바디(5)에서 유동된 냉매를 볼튜트 케이스(20) 내부로 안내할 수 있다.

응축기(2)와 증발기(3) 각각은 쉘 앤 튜브(Shell and tube) 열교환기일 수 있고, 이러한 경우, 응축기(2)와 증발기(3) 각각은 실질적으로 원통 형상인 쉘과, 쉘 내부에 배치되고 냉각수나 냉수가 통과하는 이너 튜브를 포함할 수 있다.

응축기(2)로는 냉각수가 유입 및 토출되며, 응축기(2) 내부에서 냉매와 냉각수의 열교환이 이루어질 수 있다. 그리고 냉각수는 응축기(2)를 통과하는 과정에서 가열될 수 있다.

팽창기구(3)는 응축기(3)와 증발기(4) 사이에 배치된 전자팽창밸브일 수 있다.

증발기(4)로는 냉수가 유입 및 토출되며, 증발기(4) 내부에서 상기 냉매와 냉수의 열교환이 이루어질 수 있다. 냉수는 증발기(4)를 통과하는 과정에서 냉각되고, 냉각된 냉수는 냉수 수요처로 공급된다.

원심압축기(1)는 응축기(2)나 증발기(4)의 상측에 위치되게 설치될 수 있고, 응축기(2) 및 증발기(4)와 모듈화될 수 있다.

칠러는 컨트롤러(7, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있고, 컨트롤러(7)는 모터(10)의 회전을 제어할 수 있다. 컨트롤러(7)는 응축기(2) 또는 증발기(4)와 결합되어 응축기(2) 및 증발기(4)와 모듈화될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 포함하는 원심 압축기의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 A부분의 확대 단면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 B부분의 확대 단면도이다.

본 실시예에 따른 모터(10)는 하우징(12), 스테이터(13), 로터(14), 회전축(15)을 포함할 수 있다.

하우징(12)의 내부에는 스테이터(13), 로터(14) 및 회전축(15)이 수용되는 공간(S2)이 형성될 수 있다.

하우징(12)에는 하우징 커버(30)가 체결될 수 있다. 하우징 커버(30)는 하우징(12)의 일측에 체결되어 하우징(12) 내부의 공간(S2)을 커버할 수 있다.

하우징(12)은 볼류트 케이스(20)와 연결될 수 있다. 볼류트 케이스(20)는 하우징(12)의 타측에 연결될 수 있다.

볼류트 케이스(20)에는 임펠러 수용공간(S1), 중공(S3) 및 볼류트(V)가 형성될 수 있다.

임펠러 수용공간(S1)에는 회전축(15)에 연결된 임펠러(미도시)가 수용될 수 있다. 즉, 회전축(15) 중에서 상기 임펠러가 장착되는 임펠러 장착부(15A)는 임펠러 수용공간(S1)에 위치할 수 있다. 상기 임펠러는 냉매를 축 방향으로 흡입하여 원심 방향으로 토출할 수 있다.

중공(S3)은 하우징(12) 내부의 공간(S2)을 향해 개방되어 상기 공간(S2)과 연통될 수 있다. 중공(S3)에는 후술할 자기 베어링(100) 및 백업 베어링(120)이 수용될 수 있다. 백업 베어링(120)은 중공(S3)과 임펠러 수용공간(S1)을 구획할 수 있고, 임펠러 수용공간(S1)의 냉매가 모터(10)의 하우징(12) 내로 유입되는 것을 최소화할 수 있다. 자기 베어링(100) 및 백업 베어링(120)의 상세 구조에 대해서는 이후 자세히 설명한다.

볼류트(V)는 임펠러 수용공간(S1)과 연통될 수 있다. 임펠러 수용공간(S1)의 냉매는 디퓨저를 통과하며 운동 에너지가 압력 에너지로 변환될 수 있고, 볼류트(V)로 유입될 수 있다.

볼류트(V)는 원 형상 또는 호 형상으로 형성될 수 있고, 냉매의 유동방향(즉, 냉매의 선회 방향)으로 점차 확장되는 형상으로 형성될 수 있다.

스테이터(13)의 적어도 일부는 하우징(12)의 내부에 배치될 수 있다. 일례로, 스테이터(13)의 전방측 일부는 하우징(12)과 체결된 볼류트 케이스(20)의 내부, 즉 중공(S3)에 위치할 수 있고, 나머지는 하우징(12)의 내부 공간(S2)에 배치될 수 있다.

스테이터(13)는 코일을 포함할 수 있고, 하우징(12)의 내부에서 로터(13)를 둘러싸게 배치될 수 있다.

스테이터(13)는 양단에 위치한 엔드 턴(end turn)(13A)을 포함할 수 있다. 일례로, 스테이터(13)의 일 단부에 위치한 엔드 턴(13A)은 볼류트 케이스(20)의 내부에 위치할 수 있고, 스테이터(13)의 타 단부에 위치한 엔드 턴(13A)은 하우징(12)의 내부에 위치할 수 있다.

로터(14)는 스테이터(13)의 내측에 배치되고, 스테이터(13)에 대해 회전할 수 있다. 로터(14)는 마그넷을 포함할 수 있고, 회전축(15)에 연결될 수 있다.

회전축(15)은 로터(14)에 연결되어 로터(14)와 함께 회전할 수 있다. 회전축(15)은 하우징(12)의 내부에서 로터(14)와 연결될 수 있고, 볼류트 케이스(20) 내부에 형성된 임펠러 수용공간(S1)으로 연장될 수 있다. 즉, 회전축(15)은, 임펠러 수용공간(S1)에 위치하며 임펠러(미도시)가 장착되는 임펠러 장착부(15A)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 모터는, 회전축(15)을 반경 방향으로 지지하는 자기 베어링(100)(200)을 더 포함할 수 있다. 상기 자기 베어링(100)(200)은 레이디얼(radial) 자기 베어링일 수 있다.

자기 베어링(100)(200)의 적어도 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 자기 베어링(100)(200)의 적어도 일부는 스테이터(13)의 엔드 턴(13A) 보다 내측에 위치할 수 있다.

자기 베어링(100)(200)의 최대외경은, 스테이터(13)의 최대외경보다 작고 로터(14)의 최대외경보다 클 수 있다.

자기 베어링(100)(200)은 한 쌍이 구비될 수 있다. 한 쌍의 자기 베어링(100)(200)은 로터(14)에 대해 서로 반대편에 위치할 수 있다.

한 쌍의 자기 베어링(100)(200) 사이의 거리(L3)는, 스테이터(13)의 축방향 길이(L2)보다 짧고 로터(14)의 축방향 길이(L1)보다 길 수 있다.

이하에서는 도 3에서 로터(14)의 전방에 위치한 자기 베어링을 제1자기 베어링(100)으로 명명하고, 로터(14)의 후방에 위치한 자기 베어링을 제2자기 베어링(200)으로 명명한다.

제1자기 베어링(100)은 볼류트 케이스(20)의 중공(S3) 내부에서 회전축(15)을 지지할 수 있다. 즉, 제1자기 베어링(100)은 하우징(12)의 외측에 위치할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 제1자기 베어링(100)이 하우징(12)의 내측 공간(S2)에 위치하는 것도 가능함은 물론이다.

제1자기 베어링(100)은 축 방향으로 로터(14)와 후술할 백업 베어링(120)의 사이에 위치할 수 있다.

제1자기 베어링(100)은 제1베어링 하우징(101)과, 제1베어링 스테이터(102)와, 제1코일(103)를 포함할 수 있다.

제1베어링 하우징(101)은 하우징(12) 및 볼류트 케이스(20) 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 이하에서는 제1베어링 하우징(101)이 볼류트 케이스(20)에 체결되는 경우를 예로 들어 설명한다.

제1베어링 하우징(101)의 어느 일부는 축 방향으로 스테이터(13)와 중첩되고, 다른 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다.

좀 더 상세히, 제1베어링 하우징(101)은 베어링 스테이터 장착부(101A)와 외측 고정부(101B)를 포함할 수 있다.

베어링 스테이터 장착부(101A)에는 제1베어링 스테이터(102)가 장착될 수 있다. 좀 더 상세히, 베어링 스테이터 장착부(101A)는 대략 중공통 형상으로 형성될 수 있고, 제1베어링 스테이터(102)는 베어링 스테이터 장착부(101A)의 내둘레에 배치될 수 있다.

베어링 스테이터 장착부(101A)의 적어도 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 베어링 스테이터 장착부(101A)의 적어도 일부는 반경 방향으로 회전축(15)과 스테이터(13)의 사이에 위치할 수 있다.

외측 고정부(101B)는 베어링 스테이터 장착부(101A)의 외둘레에서 반경 외측 방향으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 외측 고정부(101B)는 베어링 스테이터 장착부(101A)의 외둘레 중, 스테이터(13)와 비중첩되는 부분에서 돌출 형성될 수 있다.

외측 고정부(101B)의 적어도 일부는 축방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 외측 고정부(101B)의 적어도 일부는 회전축(15)과 나란한 방향으로 스테이터(13)의 엔드 턴(13A)을 마주볼 수 있다.

외측 고정부(101B)는 볼류트 케이스(20)에 장착될 수 있다. 좀 더 상세히, 외측 고정부(101B)는 스크류 등과 같은 별개의 체결부재에 의해 볼류트 케이스(20)의 자기 베어링 체결부(21)에 체결될 수 있다. 자기 베어링 체결부(21)는 볼류트 케이스(20)의 중공(S3)을 형성하는 부분일 수 있다. 자기 베어링 체결부(21)는 반경 방향으로 볼류트(V)와 중공(S3) 사이에 위치할 수 있다.

제1베어링 스테이터(102)는 제1베어링 하우징(101), 좀 더 상세히는 베어링 스테이터 장착부(101A)의 내둘레에 장착될 수 있다.

제1베어링 스테이터(102)에는 제1코일(103)이 설치될 수 있다.

회전축(15)에는 제1레이디얼 칼라(104)가 구비될 수 있다.

제1레이디얼 칼라(104)는 회전축(15)과 제1베어링 스테이터(102) 사이에 위치할 수 있다. 제1레이디얼 칼라(104)는 회전축(15)에 고정되어 회전축(15)과 함께 회전할 수 있다. 제1레이디얼 칼라(104)는 자성체를 포함할 수 있다.

제1코일(103)에 전류가 인가되면 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 제1베어링 스테이터(102) 내에서 반경 방향에 대해 제1레이디얼 칼라(104)가 지지될 수 있다. 이로써 제1레이디얼 칼라(104) 및 회전축(15)은 제1베어링 스테이터(102)에 비접촉된 상태로 회전할 수 있다.

제1베어링 스테이터(102), 제1코일(103) 및 제1레이디얼 칼라(104) 각각의 적어도 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 제1베어링 스테이터(102), 제1코일(103) 및 제1레이디얼 칼라(104) 각각의 적어도 일부는 반경 방향으로 회전축(15)과 스테이터(13)의 사이에 위치할 수 있다.

한편, 제2자기 베어링(200)은 하우징(12)의 내부에서 회전축(15)을 지지할 수 있다.

제2자기 베어링(200)은 축 방향으로 로터(14)와 후술할 트러스트 베어링(220)의 사이에 위치할 수 있다.

제2자기 베어링(200)은 제2베어링 하우징(201)과, 제2베어링 스테이터(202)와, 제2코일(203)을 포함할 수 있다.

제2베어링 하우징(201)은 하우징(12)에 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 제2베어링 하우징(201)은 하우징(12)의 내둘레에 돌출 형성된 제1체결부(12A)와 체결될 수 있다.

제2베어링 하우징(201)의 어느 일부는 축 방향으로 스테이터(13)와 중첩되고, 다른 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다.

좀 더 상세히, 제2베어링 하우징(201)은 베어링 스테이터 장착부(201A)와 외측 고정부(201B)를 포함할 수 있다.

베어링 스테이터 장착부(201A)에는 제2베어링 스테이터(202)가 장착될 수 있다. 좀 더 상세히, 베어링 스테이터 장착부(201A)는 대략 중공통 형상으로 형성될 수 있고, 제2베어링 스테이터(202)는 베어링 스테이터 장착부(201A)의 내둘레에 배치될 수 있다.

베어링 스테이터 장착부(201A)의 적어도 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 베어링 스테이터 장착부(201A)의 적어도 일부는 반경방향으로 회전축(15)과 스테이터(13)의 사이에 위치할 수 있다.

외측 고정부(201B)는 베어링 스테이터 장착부(201A)의 외둘레에서 반경 외측 방향으로 돌출되고 스테이터(13)에서 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 좀 더 상세히, 외측 고정부(201B)는 베어링 스테이터 장착부(201A)의 외둘레 중, 스테이터(13)와 비중첩되는 부분에서 돌출 형성되고 스테이터(13)에서 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.

외측 고정부(201B)의 적어도 일부는 축방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 외측 고정부(201B)의 적어도 일부는 회전축(15)과 나란한 방향으로 스테이터(13)의 엔드 턴(13A)을 마주볼 수 있다.

외측 고정부(201B)는 하우징(12)에 장착될 수 있다. 좀 더 상세히, 외측 고정부(201B)는 스크류 등과 같은 별개의 체결부재에 의해 하우징(12)의 제1체결부(12A)에 체결될 수 있다. 제1체결부(12A)는 하우징(12)의 내둘레에서 내측으로 돌출 형성될 수 있다.

제2베어링 스테이터(202)는 제2베어링 하우징(201), 좀 더 상세히는 베어링 스테이터 장착부(201A)의 내둘레에 장착될 수 있다.

제2베어링 스테이터(202)에는 제2코일(203)이 설치될 수 있다.

회전축(15)에는 제2레이디얼 칼라(204)가 구비될 수 있다.

제2레이디얼 칼라(204)는 회전축(15)과 제2베어링 스테이터(202) 사이에 위치할 수 있다. 제2레이디얼 칼라(204)는 회전축(15)에 고정되어 회전축(15)과 함께 회전할 수 있다. 제2레이디얼 칼라(204)는 자성체를 포함할 수 있다.

제2코일(203)에 전류가 인가되면 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 제2베어링 스테이터(202) 내에서 반경 방향에 대해 제2레이디얼 칼라(204)가 지지될 수 있다. 이로써 제2레이디얼 칼라(204) 및 회전축(15)은 제2베어링 스테이터(202)에 비접촉된 상태로 회전할 수 있다.

제2베어링 스테이터(202), 제2코일(203) 및 제2레이디얼 칼라(204) 각각의 적어도 일부는 반경 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 즉, 제2베어링 스테이터(202), 제2코일(203) 및 제2레이디얼 칼라(204) 각각의 적어도 일부는 반경 방향으로 회전축(15)과 스테이터(13)의 사이에 위치할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 모터(10)는 백업 베어링(120)을 더 포함할 수 있다. 백업 베어링(120)은 모터(10)와 볼류트 케이스(20)의 사이에서 냉매가 하우징(12) 내부로 유동되지 않게 차단하는 것으로서, 백업 베어링(120)는 최대한 슬림하게 구성되는 것이 바람직하다.

백업 베어링(120)은 회전축(15)을 반경 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링일 수 있다. 또한, 백업 베어링(120)는 자기 베어링(100)(200)을 보조하는 기계식 베어링일 수 있다. 즉, 백업 베어링(120)은 구름 베어링 등의 기계식 베어링일 수 있고, 일예로 볼 베어링 등의 구름베어링일 수 있다.

백업 베어링(120)은 자기 베어링(100)보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

백업 베어링(120)은 제1자기 베어링(100)을 기준으로 로터(14)의 반대편에 위치할 수 있다. 백업 베어링(120)은 볼류트 케이스(20)의 중공에 배치될 수 있다.

백업 베어링(120)은 백업 베어링 하우징(121)과, 백업 베어링 본체(122)를 포함할 수 있다.

백업 베어링 하우징(121)은 볼류트 케이스(20)에 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 백업 베어링 하우징(121)은 스크류 등과 같은 별개의 체결부재에 의해 볼류트 케이스(20)의 백업 베어링 체결부(22)에 체결될 수 있다. 백업 베어링 체결부(22)는 자기 베어링 체결부(21)의 내둘레에서 반경 내측으로 돌출되어 형성될 수 있다.

백업 베어링 본체(122)는 백업 베어링 하우징(121)의 내둘레에 장착될 수 있다.

백업 베어링 본체(122)는 회전축(15)의 외둘레에 고정되어 회전축(15)와 함께 회전하는 내륜과, 백업 베어링 하우징(122)의 내둘레에 고정된는 외륜과, 상기 외륜과 내륜의 사이에 구비된 구름부재를 포함할 수 있다. 상기 구름부재는 볼이나 롤러 등을 포함할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 모터(10)는 회전축(15)를 축 방향으로 지지하는 트러스트(thrust) 베어링(220)을 더 포함할 수 있다. 트러스트 베어링(220)은 자기 트러스트 베어링일 수 있다.

트러스트 베어링(220)의 적어도 일부는 축 방향으로 스테이터(13)와 중첩될 수 있다. 트러스트 베어링(220)은 하우징(12)의 내부에서 회전축(15)을 축방향에 대해 지지할 수 있다. 트러스트 베어링(220)은 제2자기 베어링(200)에 대해 로터(14)의 반대편에 위치할 수 있다.

`트러스트 베어링(220)은 트러스트 베어링 하우징(221)과, 트러스트 베어링 스테이터(222)와, 코일(223)을 포함할 수 있다.

트러스트 베어링 하우징(221)은 하우징(12)에 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 트러스트 베어링 하우징(221)은 스크류 등과 같은 별개의 체결부재에 의해 하우징(12)의 내둘레에 돌출 형성된 제2체결부(12B)에 체결될 수 있다. 제2체결부(12B)는 회전축(15)과 나란한 방향, 즉 축방향에 대해 제1체결부(12A)와 이격될 수 있다.

트러스트 베어링 하우징(221)은 제1하우징(221A)와 제2하우징(221B)을 포함할 수 있다.

제1하우징(221A)은 트러스트 베어링 스테이터(222)를 축방향 및 반경방향에 대해 지지할 수 있다. 제1하우징(221A)은 하우징(12)의 제2체결부(12B)에 체결될 수 있다.

제2하우징(221B)은 트러스트 베어링 스테이터(222)를 반경 방향에 대해 지지할 수 있다. 제2하우징(221B)은 제1하우징(221A)에 체결될 수 있다. 또한, 제2하우징(221B)은 제2베어링 하우징(201)에 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 제2하우징(221B)은 제2베어링 하우징(201)의 외측 고정부(201B)에 체결될 수 있다.

제2하우징(221B)은 축 방향으로 제1하우징(221A)과 제2베어링 하우징(201)의 사이에 위치할 수 있다.

트러스트 베어링 스테이터(222)는 트러스트 베어링 하우징(221)에 장착될 수 있다.

트러스트 베어링 스테이터(222)에는 코일(223)이 설치될 수 있다.

회전축(15)에는 트러스트 칼라(224)가 구비될 수 있다. 트러스트 칼라(224)는 회전축(15)의 외둘레에서 반경 방향으로 연장되게 배치될 수 있다.

트러스트 칼라(224)는 회전축(15)에 고정되어 회전축(15)과 함께 회전할 수 있다. 제2레이디얼 칼라(204)는 자성체를 포함할 수 있다.

트러스트 베어링 스테이터(222)에 설치된 코일(223)에 전류가 인가되면 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 트러스트 베어링 스테이터(222) 내에서 축 방향에 대해 트러스트 칼라(224)가 지지될 수 있다. 이로써 트러스트 칼라(224) 및 회전축(15)은 트러스트 베어링 스테이터(202)에 비접촉된 상태로 회전할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 모터(10)는 트러스트 백업 베어링(240)을 더 포함할 수 있다.

트러스트 백업 베어링(240)은 회전축(15)을 축 방향으로 지지할 수 있다. 또한, 트러스트 백업 베어링(240)는 트러스트 베어링(220)을 보조하는 기계식 베어링일 수 있다. 즉, 트러스트 백업 베어링(240)은 구름 베어링 등의 기계식 베어링일 수 있고, 일예로 볼 베어링 등의 구름베어링일 수 있다.

트러스트 백업 베어링(240)은 트러스트 베어링(220)보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

트러스트 백업 베어링(240)은 트러스트 베어링(220)을 기준으로 제2자기 베어링(200)의 반대편에 위치할 수 있다. 트러스트 백업 베어링(240)은 하우징(12)의 내부 공간(S2)에 수 있다.

트러스트 백업 베어링(240)은 트러스트 베어링 하우징(221)에 형성된 백업 베어링 하우징부(221C)에 장착될 수 있다. 즉, 트러스트 베어링 하우징(221)의 제1하우징(221A)에는 트러스트 백업 베어링(240)이 수용되는 백업 베어링 하우징부(221C)가 형성될 수 있다.

트러스트 백업 베어링(240)은 백업 베어링 하우징부(221C)에 장착되는 외륜과, 회전축(15)과 함께 회전하는 내륜과, 상기 외륜과 내륜 사이에서 회전하는 구름부재를 포함할 수 있다.

트러스트 백업 베어링(240)은 베어링 캡(241) 및 백업 트러스트 칼라(242)에 의해 지지될 수 있다.

트러스트 베어링 하우징(221)의 제1하우징(221A)에는 베어링 캡(241)이 안착되는 베어링 캡 안착홈(221D)가 형성될 수 있다. 베어링 캡 안착홈(221D)은 트러스트 베어링 하우징(22)의 외면 중 하우징 커버(30)를 향하는 면에 단턱지게 함몰될 수 있다.

베어링 캡(241)은 베어링 캡 안착홈(221D)에 안착되는 안착 바디와, 상기 안착 바디에서 돌출되어 트러스트 백업 베어링(240)의 외륜을 가압하는 가압 바디를 포함할 수 있다.

트러스트 백업 칼라(242)는 회전축(15)에 구비될 수 있다. 트러스트 백업 칼라(242)는 회전축(15)의 단부에 구비될 수 있다. 트러스트 백업 칼라(242)는 베어링 캡(241)의 내측에 배치될 수 있다.

트러스트 백업 칼라(242)는 트러스트 백업 베어링(240)의 내륜을 가압할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 모터(10)는 적어도 하나의 센싱모듈을 포함할 수 있다. 일례로, 모터(10)는 제1센싱 모듈(110)(111)과, 제2센싱 모듈(210)(211)과, 제3센싱 모듈(260)(261)을 포함할 수 있다.

제1센싱 모듈(110)(111)은 축 방향으로 제1자기 베어링(100)과 백업 베어링(120)의 사이에 배치될 수 있다. 제1센싱 모듈(110)(111)은 볼류트 케이스(20)의 중공(S3)에 배치될 수 있다.

제1센싱 모듈(110)(111)은 제1센서 홀더(110)와, 제1센서 홀더(110)에 장착된 제1센서(111)를 포함할 수 있다.

제1센서 홀더(110)는 제1베어링 하우징(101)과 백업 베어링 하우징(121)에 각각 접하여 고정될 수 있다. 제1센서 홀더(110)의 일면은 제1베어링 하우징(101)을 향할 수 있고, 제1센서 홀더(110)의 타면은 백업 베어링 하우징(121)을 향할 수 있다.

제1센서 홀더(110)의 외둘레는 자기 베어링 체결부(21)의 내둘레를 마주볼 수 있다.

제1센서 홀더(110)에는 제1센서(111)가 배치되는 센서홀이 형성될 수 있다. 상기 센서 홀은 반경 방향으로 제1센서 홀더(110)에 관통 형성될 수 있다.

제1센서(111)는 회전축(15)과의 거리를 감지하는 갭 센서일 수 있다. 제1센서(111)는 반경 방향 중에서 서로 직교하는 방향의 움직임을 각각 감지하는 한 쌍이 구비될 수 있다. 즉, 어느 하나의 제1센서(111)는 회전축(15)의 제1반경방향 움직임을 측정할 수 있고, 다른 하나의 제1센서(111)는 회전축(15)의 제2반경방향 움직임을 측정할 수 있다. 이 경우 상기 제1반경방향과 상기 제2반경방향은 직교할 수 있다.

제2센싱 모듈(210)(211)은 축 방향으로 제2자기 베어링 스테이터(202)과 트러스트 베어링(220)의 사이에 배치될 수 있다.

제2베어링 하우징(201)의 외측 고정부(201B)에는 제2센싱 모듈(210)(211)이 수용되는 센싱 모듈 수용홈(201C)이 형성될 수 있다.

제2센싱 모듈(210)(211)은 제2센서 홀더(210)와, 제2센서 홀더(210)에 장착된 제2센서(211)를 포함할 수 있다.

제2센서 홀더(210)는 제2베어링 하우징(201)과 트러스트 베어링 스테이터(222)에 각각 접할 수 있다.

제2센서 홀더(210)의 일면은 제2베어링 하우징(201)을 향할 수 있고, 제2센서 홀더(210)의 타면은 트러스트 베어링 스테이터(222)를 향할 수 있다.

제2센서 홀더(210)의 외둘레는 센싱 모듈 수용홈(201C)의 내둘레를 마주볼 수 있다.

제2센서 홀더(210)에는 제2센서(211)가 배치되는 센서홀이 형성될 수 있다. 상기 센서 홀은 반경 방향으로 제2센서 홀더(210)에 관통 형성될 수 있다.

제2센서(211)는 제1센서(111)와 마찬가지로 회전축(15)과의 거리를 감지하는 갭 센서일 수 있고, 제1센서(111)의 설명을 원용할 수 있다.

제3센싱 모듈(260)(261)은 축 방향으로 트러스트 백업 베어링(240)과 하우징 커버(30) 사이에 배치될 수 있다.

제3센싱 모듈(260)(261)은 제3센서 홀더(260)와, 제3센서 홀더(260)에 장착된 제3센서(261)를 포함할 수 있다.

제3센서 홀더(260)의 일면은 트러스트 베어링 하우징(221)을 향할 수 있고, 제3센서 홀더(260)의 타면은 하우징 커버(30)를 향할 수 있다.

제3센서 홀더(260)는 트러스트 베어링 하우징(221)의 제1하우징(221A)에 장착될 수 있다. 제3센서 홀더(260)는 베어링 캡(241)의 외면 중 하우징 커버(30)를 향하는 면을 커버할 수 있다.

제3센서 홀더(260)에는 제3센서(261)가 배치되는 센서홀이 형성될 수 있다. 상기 센서 홀은 축 방향으로 제3센서 홀더(260)에 관통 형성될 수 있다. 상기 센서 홀은 제3센서 홀더(260)의 중앙에서 편심된 위치에 형성될 수 있다.

제3센서(261)는 회전축(15)의 회전 속도를 감지하는 회전 센서일 수 있다. 제3센서(261)는 회전축(15)의 중심에서 편심된 지점을 마주볼 수 있다.

도 6은 본 발명의 베어링 스테이터의 일 예가 도시된 도면이고, 도 7은 베어링 스테이터에 코일이 권선된 도면이고, 도 8은 베어링 스테이터에 권선된 코일의 단면 형상이 도시된 도면이다.

이하, 제1베어링 스테이터(102)를 기준으로 설명한다. 이로써, 당업자는 제2베어링 스테이터(202)의 구성 또한 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

베어링 스테이터(102)는 환형의 스테이터 바디(102A)와, 스테이터 바디(102A)의 내둘레에서 반경 내측 방향으로 돌출된 다수의 코일 권선부(102B)를 포함할 수 있다.

다수의 코일 권선부(102B)는 원주 방향을 따라 일정 간격으로 서로 이격될 수 있다. 각 코일 권선부(102B)는 회전축(15)에 구비된 레이디얼 칼라(104)와 이격될 수 있다.

코일(103)은 코일 권선부(102B)에 권선될 수 있다.

코일(103)은 단면이 사각형이고 다수회 적층된 각동선을 포함할 수 있다. 코일(103)의 단면은 원형이 아닌 사각형일 수 있다. 따라서, 코일 권선부(102B)에 다수회 권선되며 적층된 코일 사이에 불필요한 공간이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 적층된 코일이 차지하는 공간이 줄어들 수 있고, 베어링 스테이터(102)의 크기가 컴팩트해질 수 있다. 그 결과, 앞서 설명한 바와 같이 베어링 스테이터(102)를 포함하는 자기 베어링(100)의 적어도 일부가 회전축(15)과 스테이터(13) 사이에 배치될 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.

10: 모터 12: 하우징
13: 스테이터 14: 로터
15: 회전축 100: 제1자기 베어링
101: 제1베어링 하우징 102: 제1베어링 스테이터
103: 제1코일 104: 제1레이디얼 칼라
120: 백업 베어링 121: 백업 베어링 하우징
122: 백업 베어링 본체 200: 제2자기 베어링
201: 제2베어링 하우징 202: 제2베어링 스테이터
203: 제2코일 204: 제2레이디얼 칼라
220: 트러스트 베어링 221: 트러스트 베어링 하우징
222: 트러스트 베어링 스테이터 223: 코일
224: 트러스트 칼라 240: 트러스트 백업 베어링
241: 베어링 캡 242: 백업 트러스트 칼라

Claims (8)

1. 하우징;
   적어도 일부가 상기 하우징 내부에 배치된 스테이터;
   상기 스테이터의 내측에 배치되고 상기 스테이터에 대해 회전하는 로터;
   상기 로터에 연결되어 상기 로터와 함께 회전하는 회전축;
   상기 회전축을 반경 방향으로 지지하고 상기 로터의 일측에 위치한 제1자기 베어링; 및
   상기 회전축을 반경 방향으로 지지하고 상기 로터의 타측에 위치한 제2자기 베어링을 포함하고,
   상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각의 적어도 일부는, 반경 방향으로 상기 스테이터와 상기 회전축의 사이에 위치하고,
   상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각은,
   어느 일부는 축방향으로 상기 스테이터와 중첩되고 다른 일부는 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩되는 베어링 하우징;
   상기 베어링 하우징의 내둘레에 장착된 베어링 스테이터; 및
   상기 베어링 스테이터에 설치된 코일을 포함하고,
   상기 베어링 하우징은,
   적어도 일부가 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩되고, 내둘레에 상기 베어링 스테이터가 장착되는 베어링 스테이터 장착부; 및
   상기 베어링 스테이터 장착부의 외둘레에서 돌출 연장되고, 적어도 일부가 축방향으로 상기 스테이터와 중첩되는 외측 고정부를 포함하는 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 사이의 거리는, 상기 스테이터의 축방향 길이보다 짧고 상기 로터의 축방향 길이보다 긴 모터.
3. 삭제
4. 하우징;
   적어도 일부가 상기 하우징 내부에 배치된 스테이터;
   상기 스테이터의 내측에 배치되고 상기 스테이터에 대해 회전하는 로터;
   상기 로터에 연결되어 상기 로터와 함께 회전하는 회전축;
   상기 회전축을 반경 방향으로 지지하고 상기 로터의 일측에 위치한 제1자기 베어링; 및
   상기 회전축을 반경 방향으로 지지하고 상기 로터의 타측에 위치한 제2자기 베어링을 포함하고,
   상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각의 적어도 일부는, 반경 방향으로 상기 스테이터와 상기 회전축의 사이에 위치하고,
   상기 제1자기 베어링 및 제2자기 베어링 각각은,
   어느 일부는 축방향으로 상기 스테이터와 중첩되고 다른 일부는 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩되는 베어링 하우징;
   상기 베어링 하우징의 내둘레에 장착된 베어링 스테이터; 및
   상기 베어링 스테이터에 설치된 코일을 포함하고,
   상기 코일은 단면이 사각형이고 다수회 적층된 각동선을 포함하는 모터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 베어링 스테이터 및 코일 각각의 적어도 일부는 반경 방향으로 상기 스테이터와 중첩되는 모터.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2자기 베어링의 상기 외측 고정부는, 상기 하우징의 내둘레에 돌출 형성된 체결부와 체결되는 모터.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1자기 베어링은 상기 하우징의 외측에 위치하고, 제2자기 베어링은 상기 하우징의 내측에 위치한 모터.

Images