KR20060064062A - 편심부를 갖는 모터 및 상기 모터를 이용한 펌프 장치 - Google Patents

편심부를 갖는 모터 및 상기 모터를 이용한 펌프 장치 Download PDF

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KR20060064062A
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봇슈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에서는, 회전축(30) 자체는 편심 시키지 않고, 볼 베어링(50)을 포함하는 전체로 편심 구조를 갖도록 한다. 그 때문에, 회전축(30)의 측면을 절삭 가공 하는 대신에, 일직선인 회전축(30)의 축 부분에 편심된 볼 베어링(50)을 결합하여 편심부를 얻게 된다. 즉, 편심부는 회전축(30)의 축선과 동일한 축선을 갖는 축 부분과, 상기 축 부분에 결합하는 편심 볼 베어링(50)으로 이루어진다. 편심 볼 베어링으로서는, 보다 직경이 작은 내부측이 편심된 형태가 가장 바람직하다. 상기 편심 볼 베어링(50)은 회전축(30)의 축선에 대하여 편심된 내륜(52)과, 상기 내륜(52)의 외측을 둘러싸는 외륜(54)과, 이들 외륜(54)과 내륜(52) 사이에 지지되는 볼(55)로 구성된다.

Description

편심부를 갖는 모터 및 상기 모터를 이용한 펌프 장치{MOTOR WITH ECCENTRIC PART AND PUMP DEVICE USING THE SAME}
본 발명은, 축선을 가지며 전기자 및 정류자를 지지하는 회전축과, 상기 회전축상에, 축선에 대하여 편심된 형태로 된 편심부를 구비하고, 상기 편심부가 외부 기기, 예를 들면 자동차의 액압 브레이크 시스템에 있어서의 펌프를 구동하기 위한 출력부가 되는 편심부를 갖는 모터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 모터를 사용한 펌프 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 모터 또는 펌프 장치에 있어서는, 자동차에 탑재하는 것이기 때문에 소형화와 진동 및 작동음을 작게 하는 것이 요구된다.
모터의 편심부에 주목하면, 지금까지는 회전축을 가공함으로써, 그 일부에 편심된 축 부분을 구성하고, 그 편심된 축 부분의 외주에 니들 베어링이나 볼 베어링을 결합하였다. 니들 베어링은 볼 베어링에 비해서 고하중에 견디지만, 모터의 소형화 및 경량화의 도모 또는 진동이나 작동음의 저감에 관하여서는 불리하다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는 니들 베어링을 사용한 모터가 또한, 특허 문헌 2에는 볼 베어링을 사용한 모터가 각각 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제 1999-252854 호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제 2000-278904 호 공보
발명의 요약
본 발명은, 편심부를 통해 구동해야 할 펌프 등이 소형화하고, 그 하중이 작아지고 있는 것에 착안하고 있으며, 비교적 저하중에 알맞은 볼 베어링의 유효한 사용에 대해서 여러가지로 검토를 반복하였다.
그 결과, 지금까지는, 편심부를 얻기 위해서 회전축의 일부를 절삭 가공하고, 거기에 편심된 축 부분을 구성한다는 설계 사상만이 채용되어 있다는 것을 알 수 있었다. 그러한 축의 절삭 가공에서는 고비용을 초래하는 것이 불가피하다. 그 때문, 회전축 자체는 편심시키지 않고, 볼 베어링을 포함하는 전체로 편심 구조를 갖게 하는 참신한 사고방식에 도전했다.
본 발명에서는, 회전축상에 있는 편심부를 다음과 같이 구성한다. 즉, 회전축의 측면을 절삭 가공하는 대신에, 일직선인 회전축의 일부인 축 부분에 편심된 볼 베어링을 직접 결합함으로써 편심부를 얻는다. 바꿔 말하면, 편심부는 회전축의 축선과 동일한 축선을 갖는 축 부분(회전축의 일부)과, 그 축 부분에 결합하는 편심 볼 베어링으로 이루어진다. 편심 볼 베어링으로서는, 보다 직경이 작은 내부측이 편심된 형태가 가장 바람직하다고 할 수 있는데, 이는 외부측을 편심 시키는 경우에 비해, 부품의 가공 및 강도의 측면에서 유리하기 때문이다. 상기 편심 볼 베어링은, 회전축의 축선에 대하여 편심된 내륜과, 그 내륜의 외측에 위치하고 상기 축선과 동일한 축선을 갖는 외륜과, 상기 외륜과 내륜 사이에 지지되는 볼(ball)로 구성된다.
이러한 편심부를 갖는 회전축에는, 코일 권선부를 포함하는 전기자, 전기자로 통전하기 위한 정류자, 그리고 출력부가 되는 편심부가 순서대로 배치되어 있다. 편심부는 예를 들면, 자동차의 액압 브레이크 시스템[통상의 미끄럼 방지 제어(antiskid control)뿐만 아니라, 견인 제어(traction control) 및 안전 주행이나 추돌 방지 등을 위한 자동 브레이크]용 펌프의 구동을 실행한다. 따라서, 통례적으로, 전기자 및 정류자를 모터 하우징 내에 수용하고, 액압 브레이크 시스템의 제어 유닛의 일측에 상기 모터 하우징을 부착하도록 한다.
볼 베어링은, 니들 베어링에 비해서 구성이 간단하고(예를 들면, 니들 베어링에서는, 측부를 지지하는 스톱 부쉬가 필요한 것에 대해 볼 베어링은 그것이 불필요함), 마찰이 보다 작기 때문에, 모터 전류도 낮고, 구조상 회전축 방향의 길이가 줄어들며 또한, 경량화되기(특히, 편심부의 질량이 경량화됨) 때문에, 진동 및 소음을 낮게 할 수 있다.
본 발명과 같이, 일직선인 회전축의 일부인 축 부분에 편심되는 볼 베어링을 결합하는 경우, 내구성 등의 관점에서 제품으로서의 실효를 고려한다면, 모터의 출력을 저감화 하는 것이 필요하다. 실험에 의하면, 모터의 출력은 150W 이하로 억지하거나 또는 그러한 출력에 대하여 본 발명을 적용하는 것이 바람직하다. 이런 점에서, 편심부를 통하여 구동하는 펌프 등의 외부 기기로서 소경 펌프 등의 저하 중의 것을 선택하거나 또는 모터 자체의 소형화를 도모하는 것이 필요하다.
또한, 본 발명을 펌프 장치로서 파악할 경우, 그 펌프 장치는, 전술한 특정 모터를 구동원으로 하여 편심 볼 베어링의 외주(결국은, 편심 볼 베어링의 외륜)에 플런저를 접촉시킨 구성이다. 펌프 장치는, 플런저가 직선 왕복 운동하는 것에 따라, 작동 액을 흡인 및 토출하는 동작을 반복한다. 플런저는, 통상 한 쌍이 제공되며, 편심 볼 베어링의 원주 방향으로 서로 180°이격되어 배치된다.
도 1은 본 발명의 모터에 대한 하나의 실시예를 도시하는 것으로, 그 외형을 도시하는 정면도.
도 2는 도 1의 모터의 단면 구조도.
도 3은 편심 볼 베어링의 하나의 예를 도시하는 측면도.
도 4는 도 3의 4-4선에 따른 단면도.
부호의 설명
10 : 모터 12 : 모터 하우징
30 : 회전축 50 : 편심 볼 베어링
52 : 내륜 54 : 외륜
55 : 볼 70 : 전기자
80 : 정류자 100 : 플런저 펌프
본 발명은, 기본적으로 특정 편심부를 갖는 모터이지만, 이른바 당업자는 그 모터를 구동원으로 한 펌프 장치로서 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, DC모터(10)는 원주형상의 내부공간을 구획하는 모터 하우징(12)을 구비한다. 이 모터 하우징(12)은 그 직경에 비해서 높이가 반 정도인 크기를 갖는다. 모터 하우징(12)은 단면이 コ자형인 하우징 본체(121)와, 하우징 본체(121)의 일단을 폐쇄하는 단부판(122)으로 이루어진다. 단부판(122)의 중앙부에는, 외부로 확장된 플랜지 부분(122f)이 있다. 또한, 하우징 본체(121)의 중앙 부분에는, 프레스가공에 의한 평판부(121r)가 있다. 모터(10)를 소형화하기 위해서, 평판부(121r)는, 하우징 본체(121)의 다른 부분과 동일한 높이(즉, 면일)이다. 이들 평판부(121r) 및 플랜지 부분(122f)의 내부가 제 1 및 제 2 베어링(21, 22)을 지지하는 부분으로 되어 있다. 이들 2개의 베어링(21, 22)은 모터 하우징(12)과 일체가 되고, 이에 따라 모터(10)의 회전축(30)을 회전 가능하게 지지한다. 회전축(30)은 모터 하우징(12)의 중심부에 위치하고, 일단은 하우징 본체(121)의 평판부(121r)내의 제 1 베어링(21)에 지지되고, 또한 그 반대측은 중도의 부분이 제 2 베어링(22)에 지지되며, 이보다 선행하는 부분이 단부판(122)을 관통하여 모터 하우징(12)의 외측으로 돌출된다.
여기에서, 회전축(30)은 제 1 베어링(21)에 지지되는 측인 제 1 단부(31)로부터 외측으로 돌출한 측인 제 2 단부(32)에 이르기까지 일직선인 이른바 환봉이다. 즉, 회전축(30)은 그 제 1 단부(31)로부터 제 2 단부(32)의 전장에 걸쳐 동일한 축선을 가지고 있다. 본 발명에서는, 전체에 걸쳐 일직선인 회전축(30)상에, 모터 하우징(12)의 외측 부분에 위치하는 축 부분에, 편심 볼 베어링(50)을 결합하여 지지시킨다.
도 3 및 도 4에 편심 볼 베어링(50)이 명료하게 도시되어 있다. 편심 볼 베어링(50)은 편심된 내륜(52)과, 내륜(52)의 외측을 둘러싸는 외륜(54)과, 이들 내륜(52)과 외륜(54) 사이에 위치하는 복수의 볼(55)로 구성된다. 각 볼(55)은 내륜(52)과 외륜(54) 사이에 둘레 방향으로 배열되어 있으며, 양측의 리테이너(56)가 볼(55)을 유지한다. 따라서, 편심 볼 베어링(50)의 기본적인 구성요소 자체는 통상의 볼 베어링과 동일하다. 그러나, 외륜(54)이 내주측의 원(54i)과 외주측의 원(54o)의 중심을 동일하게 하고 있는 것에 대해, 내륜(52)은 그 내주측의 원(52i)과 외주측의 원(52o)의 중심이 거리(d)만큼 편심되어 있다. 그 편심된 거리(즉, 편심량)는 예를 들면 1mm 미만이다. 따라서, 이 내륜(52)을 포함하는 편심 볼 베어링(50)을 회전축의 축 부분에 억지 끼워 맞춤(close fit) 상태로 결합하면, 회전축(30)의 회전에 따라, 편심 볼 베어링(50)을 포함하는 편심부는 회전축(30)의 축선에 대하여 직교하는 방향으로 2d 크기의 스트로크로 왕복 직선운동 한다. 그 운동에 의해, 플런저 펌프(100)를 구동할 수 있다. 플런저 펌프(100) 자체는, 예를 들면 일본 특허 공개 제 1995-224755 호가 개시하는 바와 같이, 플런저가 편심 볼 베어링(50)의 외주에 접촉하여, 편심 볼 베어링(50)의 왕복 직선운동에 따라, 플런저 자체가 같은 왕복 직선운동을 함에 의해 펌프 작용을 발생시킨다.
그런데, 모터 하우징(12)의 내부에 눈을 돌리면(도 2 참조), 우선, 단면이 コ자형인 하우징 본체(121)의 내주 벽면에 복수의 자석(60)이 있다. 이들 자석(60)은 요크(yoke)로서 기능하는 하우징 본체(121)와 함께 자계를 발생시킨다. 그리고, 자석(60)이 둘러싸는 내측 공간에 전기자(70)가 위치한다. 전기자(70)는 적층된 코어와 이를 권취하는 코일 권선부를 구비하고, 그것 자체는 회전축(30)에 일체로 지지되어 회전축(30)과 함께 회전한다. 전기자(70)의 코일 권선부에 흐르는 전류와 자석(60)에 의한 자계의 작용에 의해, 전기자(70)에 소정의 힘이 작용하고, 그것이 모터(10)의 회전력을 발생시킨다.
회전하는 전기자(70)에 외부로부터 전류가 제공되기 때문에, 전기자(70)에 이웃하는 부분에 정류자(commutator; 80)가 있다. 정류자(80)는 회전축(30)상에, 전기자(70)와 제 2 베어링(22) 사이에 회전축(30)에 일체로 지지되어 있다. 정류자(80)는 수지 성형품으로 이루어진 원통형의 절연링(82)과 그 절연링(82)의 외주에 조립된 복수의 정류자편(84)을 포함한다. 절연링(82)은 전기 절연성 수지 재료로 이루어지고, 또한, 복수의 정류자편(84)은 동 등의 도전성 금속 재료로 이루어진다. 정류자편(84)의 일단에 절곡된 솟음부(84r)는 각 정류자편(84)과 전기자(70)의 각 코일 권선부의 코일의 단부를 후킹(hooking)하는 부분이다. 정류자(80)는 통전용 브러쉬와 함께 외부의 회로와 접속된다. 모터 하우징(12)의 하부로부터 연기되는 케이블(90)은 통전을 위해 브러쉬와 외부 회로를 접속시키기 위한 것이다.
편심 볼 베어링(50)을 이용하는 이 모터(10)에 있어서는, 모터(10)의 소형화, 특히 회전축(30) 방향의 길이의 저감을 도모하기 위해서, 전기자(70)를 중심 부가 함몰된 구성으로 하고, 상기 함몰된 부분에 이웃하는 제 1 베어링(21) 및 정류자(80) 각각의 일부를 인입되도록 한다.

Claims (8)

  1. 축선을 가지고, 전기자 및 정류자를 지지하는 회전축과,
    상기 회전축 상에, 상기 축선에 대하여 편심된 형태로 이루어진 편심부를 구비하며,
    상기 편심부가 외부 기기를 구동하기 위한 출력부가 되는, 편심부를 갖는 모터에 있어서,
    상기 편심부가 상기 축선과 동일한 축선을 갖는 상기 회전축의 축 부분과,
    상기 회전축의 축 부분에 결합하고, 상기 회전축 및 상기 축 부분의 축선으로부터 편심된 별도의 축선을 갖는 편심 볼 베어링으로 이루어지는
    편심부를 갖는 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심 볼 베어링은, 상기 회전축 및 상기 축 부분의 축선에 대하여 편심된 내륜과,
    상기 내륜의 외측에 위치하고, 상기 회전축 및 상기 축 부분의 축선과 동일한 축선을 갖는 외륜과,
    상기 외륜과 내륜 사이에 지지되는 볼로 구성되는
    편심부를 갖는 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편심 볼 베어링이 상기 회전축의 일부에 억지 끼워 맞춤 상태로 결합되어 있는
    편심부를 갖는 모터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축선상에 상기 전기자, 상기 정류자 및 상기 편심부가 순서대로 배치되어 있는
    편심부를 갖는 모터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모터는 150W 이하의 출력을 갖는
    편심부를 갖는 모터.
  6. 축선을 가지고, 전기자 및 정류자를 지지하는 회전축과,
    상기 회전축 상에, 상기 축선에 대하여 편심된 형태로 이루어진 편심부와,
    상기 편심부에 플런저가 접촉하고, 상기 편심부의 편심 운동에 의해 구동되는 플런저 펌프를 구비하는 펌프 장치에 있어서,
    상기 편심부가 상기 축선과 동일한 축선을 갖는 상기 회전축의 축 부분과,
    상기 회전축의 축 부분에 결합하고, 상기 회전축 및 상기 축 부분의 축선으 로부터 편심된 별도의 축선을 갖는 편심 볼 베어링으로 이루어지는
    펌프 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 편심 볼 베어링은 상기 회전축 및 상기 축 부분의 축선에 대하여 편심된 내륜과,
    상기 내륜의 외측에 위치하고, 상기 회전축 및 상기 축 부분의 축선과 동일한 축선을 가지는 외륜과,
    상기 외륜과 내륜 사이에 지지되는 볼로 구성되는
    펌프 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 편심 볼 베어링은 상기 회전축의 일부에 억지 끼워 맞춤 상태로 결합되어 있는
    펌프 장치.
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