KR20020093675A - 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축에 구름베어링을 다단으로 중첩하여 결합하고, 그 회전축이 고속으로 회전할 때 그 회전축의 회전속도를 각각의 구름베어링이 분배하여 상대운동을 하도록 함으로써 구름베어링을 고속으로 회전하는 축에 적용하여도 견딜 수 있도록 한 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링에 관한 것이다.

본 발명의 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링은 회전축의 저어널에 장착된 제1구름베어링과, 상기 제1구름베어링 외륜의 외측에 위치하고, 그 제1구름베어링보다는 축방향으로 연장되어 형성된 제1프레임과, 상기 제1프레임의 외측에 중첩되어 결합된 제2구름베어링과, 상기 제1구름베어링에 인접하여 회전축에 반경방향으로 결합된 자석수단과, 상기 제1프레임의 내외측으로 위치하고, 상기 자석수단에 대향하여 위치하며 철심의 양측으로 감겨진 제1권선과, 상기 제2구름베어링 외륜의 외측에 위치하고 그 제2구름베어링보다는 축방향으로 연장되어 형성된 제2프레임과, 상기 제2프레임의 내외측으로 위치하고, 상기 제1권선에 대향하여 위치하며 철심의 양측으로 감겨진 제2권선과, 상기 제2구름베어링의 외륜에 장착된 하우징을 포함하는 것이다.

Description

다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링{HIGH SPEED ROLLING BEARING USING CASCADE RELATIVE MOTION}

본 발명은 회전축에 구름베어링을 다단으로 중첩하여 결합하고, 그 회전축이 고속으로 회전할 때 그 회전축의 회전속도를 각각의 구름베어링이 분배하여 상대운동을 하도록 함으로써 구름베어링을 고속으로 회전하는 축에 적용하여도 견딜 수 있도록 한 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 접촉방식에 따라 구름베어링과 미끄럼베어링으로 구분되고, 구름베어링은 미끄럼베어링에 비하여 마찰계수가 작고, 과열의 염려가 적으며, 고속회전이 가능한 이점이 있다.

또한, 베어링의 일종으로서 고속회전에 적응할 수 있는 공기베어링이나 자기베어링이 제안된 바 있으나, 이 경우 회전축과 베어링 사이에 공간이 존재하여야 하고, 그 공간 사이에 회전축이 정확히 위치하게 만드는데 복잡하고도 많은 설비와 어려움이 따라야 하고, 고하중을 감당하기 어려운 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 기존의 회전속도의 몇 배수로 회전축이 회전하더라도 이를 감당할 수 있는 베어링을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전축을 지지하는 베어링이 기존의 베어링보다 몇 배수가 되는 속도를 감당하면서도 고하중을 견딜 수 있는 구름베어링을 이용함으로써 고속 고하중에 견디는 베어링을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 적용되는 상대운동의 개념을 설명하기 위한 벡터도.

도2는 본 발명에 의한 고속 구름베어링의 단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 회전축 12 : 저어널 14 : 원판 16 : 자석수단

20 : 제1구름베어링 22 : 내륜 24 : 외륜

30 : 제1프레임 32 : 철심 34 : 제1권선 36 : 제1엔코더

40 : 제2구름베어링 42 : 외륜 44 : 제2프레임 46 : 철심

48 : 제2권선

본 발명의 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링은 회전축의 저어널에 장착된제1구름베어링;

상기 제1구름베어링 외륜의 외측에 위치하고, 그 제1구름베어링보다는 축방향으로 연장되어 형성된 제1프레임;

상기 제1프레임의 외측에 중첩되어 결합된 제2구름베어링;

상기 제1구름베어링에 인접하여 회전축에 반경방향으로 결합된 자석수단;

상기 제1프레임의 내외측으로 위치하고, 상기 자석수단에 대향하여 위치하며 철심의 양측으로 감겨진 제1권선;

상기 제2구름베어링 외륜의 외측에 위치하고, 그 제2구름베어링보다는 축방향으로 연장되어 형성된 제2프레임;

상기 제2프레임의 내외측으로 위치하고, 상기 제1권선에 대향하여 위치하며 철심의 양측으로 감겨진 제2권선;

상기 제2구름베어링의 외륜에 장착된 하우징; 을 포함하는 것이다.

본 발명은 상기 제1,2구름베어링을 2이상으로 중첩하여 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기 자석수단을 영구자석 또는 전자석중 어느 하나로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 각각의 구름베어링 속도를 감지할 수 있는 센서수단을 각각의 프레임에 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 각각의 센서구단이 감지한 속도를 받아들여 그 각각의 베어링 속도를 제어해주는 제어수단을 그 각각의 프레임에 장착한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 예시한 도면을 참고로 설명을 하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 적용되는 상대운동의 개념을 설명하기 위한 벡터도이고, 도2는 본 발명에 의한 고속 구름베어링의 단면도이다.

도1에서 본 발명의 이론적인 근거를 설명하면 다음과 같다.

도1 있어서, 상기 베어링의 외측을 관성계라 하고, 상기 제1구름베어링을 제1회전계라 하고, 상기 제2구름베어링을 제2회전계라 한다.

이 경우 제1도에서이고,일 경우

=

만일이면이고,

그러므로 2배의를 감당할 때 상대 각속도는배로 감소한다.

도2에 나타나 있는 바와 같이, 동력장치에 연결된 회전축(10)이 있고, 그 회전축(10)의 저어널(12)에는 제1구름베어링(20)의 내륜(22)이 장착되어 있고, 그 제1구름베어링(20) 외륜(24)의 외측으로는 그 제1구름베어링(20)보다는 축방향으로 연장되어 제1프레임(30)이 형성되어 있으며, 그 제1프레임(30)의 외측에는 제2구름베어링(40)이 중첩되어 결합되어 있다.

도2에서는 상기 구름베어링이 3개 중첩되어 있는 것을 나타내었으나, 이에 한정되지 아니하고, 더 많은 수의 구름베어링을 중첩할 수 있으며, 그렇게 할 경우 회전축(10)의 속도가 여러 개의 구름베어링으로 분배가 되므로 각각의 구름베어링에는 보다 적은 회전수가 걸리게 되고, 최외측에 위치하는 구름베어링의 외륜은 동력장치의 하우징(60)에 결합된다.

또한, 상기 제1구름베어링(20)에 인접하여 회전축(10)의 반경방향으로는 자석수단(16)이 결합되어 있으며, 그 자석수단(16)은 영구자석이나 전자석 어느 것을 사용하여도 무방하다.

상기 제1프레임(30)의 내외측으로는 철심(32)을 사이에 두고 제1권선(34)이 상기 자석수단에 대향하여 위치하고 있고, 상기 자석수단과 제1권선(34)의 상호작용으로 상기 제1구름베어링(20)의 외륜(24), 제1프레임(30)및 제1권선(34)이 일체로 회전되면서 상기 회전축(10)과 상대운동을 하게 된다.

마찬가지로 상기 제2구름베어링(40)의 외륜(42) 외측으로 구비된 제2프레임(44)의 내외측으로는 철심(46)을 사이에 두고 제2권선(48)이 상기 제1권선(34)에 대향하여 위치하고 있고, 이하 계속적으로 베어링, 프레임 및 권선이 중첩하여 결합될 수가 있으며, 상기 제1권선(34)과 제2권선(48)의 상호작용으로 상기 제2구름베어링(40)의 외륜(42), 제2프레임(44)및 제2권선(48)이 일체로 회전되면서 상기 회전축(10)과 상대운동을 하게 된다.

한펀, 상기 회전축(10)의 자석수단에 인접하여 원판(14) 이 설치되어 있고, 상기제1프레임(30)에는 제1권선(34)에 인접하여 제1엔코더(36)가 위치하고 있어 상기 회전축(10)과 제2프레임(44)과의 상대속도를 감지하게 된다.

또한, 상기 각각의 프레임(30)(44)에는 상기 원판(14) 및 제1엔코더(36)가 감지한 속도를 받아들여 그 각각의 베어링 속도를 제어해주는 제어수단(50)이 설치되어 있으며, 상기 제어수단(50)은 예를들면 마이크로 프로세서를 들 수 있고, 상기 회전계의 속도를 관성계에서 감지할 수 있도록 각각의 프레임의 일측에는 속도센서(52)가 설치되어 있다.

본 발명은 고속회전을 하는 동력장치의 회전축에 사용할 수 있으므로 전동기, 발전기, 펌프, 압축기 , 송풍기 등에 광범위하게 사용될 수 있다.

나아가 본 발명의 구름베어링은 볼베어링에 한정되지 아니하고, 롤러베어링이 될 수도 있으며, 구름베어링 대신에 부싱을 사용할 수도 있으며, 레이디얼 베어링에 한정되지 아니하며 드러스트 베어링에 적용할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

본 발명에 의하면, 기존 회전축의 회전속도보다 몇 배수로 회전축이 회전하더라도 이를 감당할 수 있는 베어링을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 회전축을 지지하는 베어링이 기존의 베어링보다 몇 배수가되는 속도를 감당하면서도 고하중을 견딜 수 있는 구름베어링을 제공함으로써 고속이면서도 고하중에 견디는 베어링을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 회전축의 저어널에 장착된 제1구름베어링;

   상기 제1구름베어링 외륜의 외측에 위치하고, 그 제1구름베어링보다는 축방향으로 연장되어 형성된 제1프레임;

   상기 제1프레임의 외측에 중첩되어 결합된 제2구름베어링;

   상기 제1구름베어링에 인접하여 회전축에 반경방향으로 결합된 자석수단;

   상기 제1프레임의 내외측으로 위치하고, 상기 자석수단에 대향하여 위치하며 철심의 양측으로 감겨진 제1권선;

   상기 제2구름베어링 외륜의 외측에 위치하고, 그 제2구름베어링보다는 축방향으로 연장되어 형성된 제2프레임;

   상기 제2프레임의 내외측으로 위치하고, 상기 제1권선에 대향하여 위치하며 철심의 양측으로 감겨진 제2권선;을 포함하는 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1,2구름베어링의 외측으로 하나 이상의 구름베어링을 연속하여 중첩하는 것을 특징으로 하는 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.
3. 제2항에 있어서,

   상기 구름베어링은 레이디얼 베어링 및 드러스트 베어링 중 어느 하나인 것을 특징으로 한 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.
4. 제1항에 있어서,

   상기 자석수단은 영구자석 또는 전자석중 어느 하나로 하는 것을 특징으로 하는 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 구름베어링 속도를 감지할 수 있는 센서수단을 각각의 프레임에 설치한 것을 특징으로 하는 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.
6. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 센서구단이 감지한 속도를 받아들여 그 각각의 베어링 속도를 제어해주는 제어수단을 그 각각의 프레임에 장착한 것을 특징으로 하는 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.
7. 제1항에 있어서,

   상기 구름베어링은 부싱인 것을 특징으로 하는 다단 상대운동을 이용한 고속 구름베어링.