KR20010064333A - 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조 - Google Patents

전동기의 회전축의 베어링 지지 구조 Download PDF

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Abstract

스러스트 베어링의 윤활을 위한 윤활유가 소진되지 않도록 방지하여 스러스트 베어링의 회전을 더욱 원활히 하고 그에 따라 원활한 작동을 보장할 뿐 아니라 진동 및 소음등을 방지할 수 있는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조를 제공한다. 본 베어링 지지 구조는, 레이디얼 베어링과, 제 1 마찰면을 가지는 스러스트 베어링과, 제 2 마찰면을 가지는 베어링 하우징을 포함한다. 베어링 하우징의 내면에는 레이디얼 베어링이 고정되고, 제 1 마찰면과 제 2 마찰면이 서로 접하도록 스러스트 베어링이 베어링 하우징에 의해 지지된다. 제 1 마찰면과 제 2 마찰면 중의 적어도 하나에는 윤활유가 주입될 수 있도록 적어도 하나의 환형 홈이 형성된다.

Description

전동기의 회전축의 베어링 지지 구조{CONSTRUCTION FOR SUPPORTING BEARINGS FOR A ROTATION SHAFT OF AN ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환시키기 위한 전동기에 관한 것으로, 특히 스러스트 베어링의 윤활을 위한 윤활유가 소진되지 않도록 방지하여 스러스트 베어링의 회전을 더욱 원활히 하고 그에 따라 원활한 작동을 보장하고 진동 및 소음등을 방지할 수 있으며, 나아가 부재를 절감하여 제조 비용을 감축시킬 수 있는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조에 관한 것이다.
전동기(motor)는 플레밍의 오른손 법칙을 이용하여 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하기 위한 장치로서, 고정자와 회전자, 그리고 회전자에 일체로 결합되어 회전하는 회전축을 구비한다. 이러한 기능을 하는 전동기에서 회전축은 대단히 고속의 회전을 하도록 운전되기 때문에, 이를 지지하는 베어링 등의 구조체에 마모가 일어나기 쉬운 특징이 있다.
도 1 및 도 2 에는 각각, 베어링 지지 구조를 가지는 일반적인 전동기의 개략적인 측 단면도와 도 1 의 구조에서 종래의 베어링 지지 구조의 일부 확대 측단면도가 도시되었다.
도시된 바와 같이, 종래의 베어링 지지 구조(10)에서는, 회전축(16)의 반경 방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링(radial bearing; 12)이 베어링 하우징(11)의 반경 방향 내측에 고정되고, 스러스트 판(thrust plate; 13)이 베어링 하우징(11)의 상단에 고정된다. 베어링 하우징(11), 레이디얼 베어링(12) 및 스러스트 판(13)은, 회전축(16)이 회전하는 동안에도 회전하지 않는 고정자(20)를 구성한다. 스러스트 판(13)의 상면은 도 3 에 도시된 바와 같이 제 2 마찰면(18)을 형성한다.
한편, 회전축(16)의 외면의 소정의 위치에는 그 원주 방향을 따라 연장하는 환형(annular) 형상을 가지는 링 홈(ring groove; 51)이 형성되고, 링 홈(51)내에는 소위 E-링이라고 불리는 리테이너 링(retainer ring; 15)이 이탈되지 않도록 견고하게 끼워져 있다. 리테이너 링(15)은 일측에서 스러스트 베어링(thrust bearing; 14)과 결합되는 데, 리테이너 링(15)과 스러스트 베어링(14)이 상하로 서로 맞닿도록 서로 일체로 결합된다. 스러스트 베어링(14)의 하면은 도 3 에 도시된 바와 같이 제 1 마찰면(17)을 형성하며, 고정자(20)의 스러스트 판(13)의 제 2 마찰면(18)에 맞닿아 지지된다. 여기서, 리테이너 링(15)과 스러스트 베어링(14), 그리고 회전축(16)은 전동기의 회전자(30)를 구성한다.
이상과 같은 종래의 베어링 지지 구조(10)에서는, 전동기의 작동시에 회전축(16)이 회전하게 되면, 그와 함께 회전자(30)를 구성하는 리테이너 링(15)과스러스트 베어링(14)이 함께 회전하는 반면에, 고정자(20)를 구성하는 베어링 하우징(11), 레이디얼 베어링(12) 및 스러스트 판(13)은 회전하지 않게 된다. 따라서, 회전하는 스러스트 베어링(14)의 제 1 마찰면(17)은 회전하지 않는 스러스트 판(13)의 제 2 마찰면(18)에 맞닿은 상태로 고속으로 회전하기 때문에, 두 면 사이에서 대단히 큰 마찰이 발생한다.
스러스트 판(13)은 이와 같은 마찰에 대비한 부재라 할 수 있으며, 또한 제 1 마찰면(17)과 제 2 마찰면(18) 사이의 마찰을 윤활시키기 위하여 두면 사이에는 정기적으로 윤활유가 주입된다.
그러나, 제 1 마찰면(17)과 제 2 마찰면(18) 사이에 윤활유가 주입된다고 하더라도, 회전축(16)과 그에 고정된 스러스트 베어링(14)이 워낙 고속으로 회전하기 때문에, 일정 시간 이상 전동기를 구동한 경우 윤활유가 마찰열 등에 의해 소진되어 버리거나 또는 그 틈새로 누출되어 버리는 등의 문제점이 있어 왔다. 이처럼 윤활유가 소진되는 경우, 스러스트 베어링(14)이 마모되거나, 진동, 소음을 일으키거나, 전동기에 이상 부하가 걸리게 되는 등의 문제점을 보이게 된다.
뿐만 아니라, 스러스트 판(13)은 전술한 마찰에 대비한 부재로서, 전동기 전체의 소요되는 재료를 증가시키고 그에 따른 제조 비용을 증가시키게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것이며, 따라서 본 발명의 목적은, 스러스트 베어링의 윤활을 위한 윤활유가 소진되지않도록 방지하여 스러스트 베어링의 회전을 더욱 원활히 하고 그에 따라 원활한 작동을 보장할 뿐 아니라 진동 및 소음등을 방지할 수 있는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스러스트 베어링의 회전을 더욱 원활히 함과 동시에, 부재를 절감하여 제조 비용을 감축시킬 수 있는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조를 제공하는 것이다.
도 1 은 베어링 지지 구조를 가지는 일반적인 전동기의 개략적인 측 단면도이고,
도 2 는 종래의 베어링 지지 구조의 일부 확대 측단면도이며,
도 3 은 도 2 의 베어링 지지 구조에서 마찰 부분을 확대 도시한 사시도이며,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 지지 구조의 일부 확대 측단면도이며, 그리고
도 5 는 도 4 의 베어링 지지 구조에서 마찰 부분을 확대 도시한 평면도 및 측 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 100 : 베어링 지지 구조 11 : 베어링 하우징
12 : 레이디얼 베어링 13 : 스러스트 판
14 : 스러스트 베어링 15 : 리테이너 링
16 : 회전축 17 : 제 1 마찰면
18 : 제 2 마찰면 20, 120 : 고정자
30 : 회전자 111 : 환형 상면
112 : 제 1 원통면 113 : 제 1 어깨면(제 1 마찰면)
114 : 제 2 원통면 115 : 제 2 어깨면
116 : 제 1 환형 홈 141 : 상면
142 : 외측면 143 : 제 2 마찰면
144 : 고정부 147 : 제 2 환형 홈
이상과 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명이 제공하는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조는,
상기 회전축의 반경 방향 하중을 지지하기 위한 레이디얼 베어링과,
상기 회전축의 축 방향 하중을 지지할 수 있도록 상기 회전축에 고정되며 제 1 마찰면을 가지는 스러스트 베어링과,
상기 레이디얼 베어링이 내면에 고정되고 상기 스러스트 베어링을 지지하며 상기 스러스트 베어링의 상기 제 1 마찰면과 접하는 제 2 마찰면을 가지는 베어링 하우징을 포함하며,
상기 제 1 마찰면과 상기 제 2 마찰면 중의 적어도 하나에는 윤활유가 주입될 수 있도록 적어도 하나의 환형 홈이 형성된다.
바람직하게는, 상기 제 1 마찰면은 상기 스러스트 베어링의 하면에 형성되고, 상기 베어링 하우징은 환형 상면, 상기 환형 상면의 내측단으로부터 하방으로 연장하는 제 1 원통면, 상기 제 1 원통면의 하단으로부터 반경 방향 내측으로 수평으로 연장하는 제 1 어깨면, 상기 제 1 어깨면의 내측단으로부터 하방으로 연장하는 제 2 원통면, 그리고 상기 제 2 원통면의 하단으로부터 반경 방향 내측으로 수평으로 연장하는 제 2 어깨면을 구비하며, 상기 제 1 어깨면은 제 2 마찰면을 형성하며, 상기 제 2 원통면에는 상기 레이디얼 베어링이 고정되며, 상기 제 1 마찰면과 상기 제 2 마찰면은 서로 접하도록 설치된다.
더욱 바람직하게는, 상기 제 1 마찰면에는 적어도 하나의 제 1 환형홈이 형성되고, 상기 제 2 마찰면에는 적어도 하나의 제 2 환형홈이 형성되고, 상기 제 1 환형홈과 상기 제 2 환형홈은 서로 다른 직경을 가진다.
또한, 상기 회전축의 외면의 소정의 위치에는 그 원주 방향을 따라 연장하는 환형의 링 홈이 형성되고, 상기 링 홈내에는 리테이너 링이 견고하게 끼워지며, 상기 리테이너 링은 상기 스러스트 베어링의 상면에 접하면서 상기 스러스트 베어링과 일체로 결합되어, 상기 스러스트 베어링을 상측에서 지지한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조(100)에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 지지 구조(100)의 일부 확대 측단면도이며, 도 5 는 도 4 의 베어링 지지 구조(100)에서 마찰 부분을 확대 도시한 평면도 및 측단면도이다. 이하의 설명에서는 유사한 부재에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조(100)는, 회전축(16), 회전축(16)의 반경 방향 하중을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(12), 회전축(16)의 축 방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(14), 그리고 레이디얼 베어링(12)과 스러스트 베어링(14)을 지지하기 위한 베어링 하우징(11)을 포함한다.
회전축(16)의 외면의 소정의 위치에는 그 원주 방향을 따라 연장하는 환형의 링 홈(51)이 형성되고, 링 홈(51)내에는 소위 E-링이라고 불리는 리테이너 링(15)이 이탈되지 않도록 견고하게 끼워져 있다. 리테이너 링(15)은 일측에서 스러스트 베어링(14)과 결합되는 데, 리테이너 링(15)과 스러스트 베어링(14)이 상하로 맞닿도록 서로 일체로 결합된다. 즉, 스러스트 베어링(14)은 상면(141), 원통형 외측면(142) 및 하면(143)을 가지는 데, 상면(141)의 일측으로부터 상방으로 고정부(144)가 돌출하고, 리테이너 링(15)은 고정부(144)에 끼움 결합등에 의해 조립되어, 리테이너 링(15)과 스러스트 베어링(14)이 상하로 서로 맞닿도록 서로 일체로 결합된다. 스러스트 베어링(14)의 하면(143)은 도 5 에 도시된 바와 같이 제 1 마찰면(143)을 형성한다. 여기서, 리테이너 링(15)과 스러스트 베어링(14), 그리고 회전축(16)은 전동기의 회전자(30)를 구성한다.
한편, 베어링 하우징(11)은 이중으로 단이 형성된(stepped) 형상의 내면을 가진다. 즉, 베어링 하우징(11)은, 그것의 원통형 외면 상단으로부터 반경 방향 내측으로 수평으로 연장하는 환형 상면(111), 환형 상면(111)의 내측단으로부터 하방으로 연장하는 제 1 원통면(112), 제 1 원통면(112)의 하단으로부터 반경 방향 내측으로 수평으로 연장하는 제 1 어깨면(113), 제 1 어깨면(113)의 내측단으로부터 하방으로 연장하는 제 2 원통면(114), 그리고 제 2 원통면(114)의 하단으로부터 반경 방향 내측으로 수평으로 연장하는 제 2 어깨면(115)을 가진다.
이와 같은 형상의 베어링 하우징(11)에서, 제 2 원통면(114)에는 레이디얼 베어링(12)이 고정되며, 따라서 레이디얼 베어링(12)은 베어링 하우징(11)의 내부에 수납됨과 동시에 베어링 하우징(11)과 일체로 된다. 레이디얼 베어링(12)과 베어링 하우징(11)은 회전축(16)이 회전하는 동안에도 회전하지 않는 고정자(120)를 구성한다. 또한, 제 1 어깨면(113)은 제 2 마찰면(113)을 형성하며, 제 1 원통면(112)은 스러스트 베어링(14)와, 스러스트 베어링(14)이 고정된 회전축(16)의 반경 방향의 운동 또는 이동을 제한한다.
또한, 본 발명에 따른 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조(100)의 조립이 완료되었을 때, 스러스트 베어링(14)은 베어링 하우징(11)의 제 1 마찰면(143) 위에 배치되어, 제 1 마찰면(143)과 제 2 마찰면(113)은 서로 접하게 된다.
한편, 도 5 에는, 제 1 마찰면(143)과 제 2 마찰면(113)을 자세히 보여주기 위한 베어링 하우징(11)과 스러스트 베어링(14)의 사시도가 도시되었다. 도시된 바와 같이, 제 1 마찰면(143)과 제 2 마찰면(113) 상에는 각각 두개의 제 1 환형홈(147) 및 두개의 제 2 환형홈(116)이 동심으로(concentrically) 형성되어 있다. 제 1 환형홈(147) 및 제 2 환형홈(116)의 직경은 서로 일치하지 않는 것이 더욱 바람직하다. 실시예에 따라서는, 제 1 환형홈(147)과 제 2 환형홈(116)은 서로 이심으로(eccentrically) 형성될 수 있다.
이상과 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조(100)가 도 4 에 도시된 바와 같이 완전히 조립된 상태에서는, 전동기의 작동시에 회전축(16)이 회전하게 되면, 그와 함께 회전자(30)를 구성하는 리테이너 링(15)과 스러스트 베어링(14)이 함께 회전하는 반면에, 고정자(120)를 구성하는 베어링 하우징(11)과 레이디얼 베어링(12)은 회전하지 않게 된다. 따라서, 회전하는 스러스트 베어링(14)의 제 1 마찰면(143)은 회전하지 않는 베어링 하우징(11)의 제 2 마찰면(113)에 맞닿은 상태로 고속으로 회전하기 때문에, 두 면 사이에서 대단히 큰 마찰이 발생한다.
이 때, 제 1 마찰면(143)과 제 2 마찰면(113) 사이에는 마찰을 윤활시키기 위하여 윤활유가 주입되는 데, 이 윤활유는 제 1 마찰면(143)과 제 2 마찰면(113) 각각에 형성된 제 1 환형홈(147) 및 제 2 환형홈(116) 내에 보존될 수 있어서, 마찰열에 의한 고갈이나 틈새에서의 누설등을 방지 또는 지연시키게 된다. 한편, 전술한 바와 같이 제 1 환형홈(147) 및 제 2 환형홈(116)이 서로 다른 직경을 가지도록 형성된 경우, 각각에 맞닿은 반대편의 마찰면(113, 143)에 대해 더욱 큰 윤활 효과를 제공할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조(100)는, 종래의 베어링 지지 구조(10)와는 달리, 도 2 의 스러스트 판(13)을 필요로 하지 않아 부재를 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조(100)에서는, 윤활유가 제 1 환형홈(147) 및 제 2 환형홈(116) 내에 보존될 수 있어서, 마찰열에 의한 고갈이나 틈새에서의 누설등을 방지 또는 지연시키게 되며, 나아가 부재를 절감할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 스러스트 베어링의 윤활을 위한 윤활유가 소진되지 않도록 방지하여 스러스트 베어링의 회전을 더욱 원활히 하고 그에 따라 원활한 작동을 보장할 뿐 아니라 진동 및 소음등을 방지할 수 있는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조를 제공한다.
본 발명은 또한, 스러스트 베어링의 회전을 더욱 원활히 함과 동시에, 부재를 절감하여 제조 비용을 감축시킬 수 있는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조를 제공한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에 의해 한정되는 사상의 범위안에서 다양한 변형, 수정 및 부가가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 자명하다.

Claims (4)

  1. 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환시키기 위한 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조에 있어서,
    상기 회전축의 반경 방향 하중을 지지하기 위한 레이디얼 베어링과,
    상기 회전축의 축 방향 하중을 지지할 수 있도록 상기 회전축에 고정되며 제 1 마찰면을 가지는 스러스트 베어링과,
    상기 레이디얼 베어링이 내면에 고정되고 상기 스러스트 베어링을 지지하며 상기 스러스트 베어링의 상기 제 1 마찰면과 접하는 제 2 마찰면을 가지는 베어링 하우징을 포함하며,
    상기 제 1 마찰면과 상기 제 2 마찰면 중의 적어도 하나에는 윤활유가 주입될 수 있도록 적어도 하나의 환형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마찰면은 상기 스러스트 베어링의 하면에 형성되고,
    상기 베어링 하우징은 환형 상면, 상기 환형 상면의 내측단으로부터 하방으로 연장하는 제 1 원통면, 상기 제 1 원통면의 하단으로부터 반경 방향 내측으로 수평으로 연장하는 제 1 어깨면, 상기 제 1 어깨면의 내측단으로부터 하방으로 연장하는 제 2 원통면, 그리고 상기 제 2 원통면의 하단으로부터 반경 방향 내측으로수평으로 연장하는 제 2 어깨면을 구비하며,
    상기 제 1 어깨면은 제 2 마찰면을 형성하며,
    상기 제 2 원통면에는 상기 레이디얼 베어링이 고정되며,
    상기 제 1 마찰면과 상기 제 2 마찰면은 서로 접하는 것을 특징으로 하는 베어링 지지 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 마찰면에는 적어도 하나의 제 1 환형홈이 형성되고,
    상기 제 2 마찰면에는 적어도 하나의 제 2 환형홈이 형성되고,
    상기 제 1 환형홈과 상기 제 2 환형홈은 서로 다른 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전축의 외면의 소정의 위치에는 그 원주 방향을 따라 연장하는 환형의 링 홈이 형성되고,
    상기 링 홈내에는 리테이너 링이 견고하게 끼워지며,
    상기 리테이너 링은 상기 스러스트 베어링의 상면에 접하면서 상기 스러스트 베어링과 일체로 결합되어, 상기 스러스트 베어링을 상측에서 지지하는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전축의 베어링 지지 구조.
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