KR20190018366A - 오일레스 정류베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 꼬임의 위험이 있는 전선을 대신해서 회전형 전기용품의 구동을 위한 전류를 인가하며, 전류 인가시에 발생됐던 마찰 또는 마모로 인한 소음을 줄이고 구동 수명을 연장한 회전식 전기 커넥팅 기능의 오일레스 정류베어링에 관한 것으로, 링 형상의 도전성 내륜레이스; 상기 내륜레이스의 둘레를 따라 배치되는 다수의 도전성 볼; 다수의 상기 볼을 각각 회전가능하게 연결해서 상기 내륜레이스와 전기적으로 연결하는 도전성 리테이너; 상기 내륜레이스의 둘레를 따라 배치되어서 상기 볼과 접하고, 상기 볼의 이동방향을 안내하도록 상기 볼이 접하는 내면을 따라 가이드 그루브가 형성된 링 형상의 도전성 외륜레이스;를 포함하는 것이다.

Description

오일레스 정류베어링{OILLESS RECTIFYING BEARING}

본 발명은 꼬임의 위험이 있는 전선을 대신해서 회전형 전기용품의 구동을 위한 전류를 인가하며, 전류 인가시에 발생됐던 마찰 또는 마모로 인한 소음을 줄이고 구동 수명을 연장한 회전식 전기 커넥팅 기능의 오일레스 정류베어링에 관한 것이다.

슬립링과 전기브러시 등은 고정전기자와 회전전기자 간의 통전을 매개하는 전기 커넥터의 일종이다.

여기서 상기 슬립링은 직.교류 모터 등의 회전형 전기용품에 배선된 전선이 꼬이지 않도록 하며, 고정전기자와 회전전기자 간에 전류를 흐르게 하거나 전류의 방향을 전환하는 로터리스위치 기능을 수행한다. 한편, 상기 전기브러시는 전기자의 단말을 이루는 전기접촉부로서, 회전하는 전도성 세그먼트와 직접 접촉해서 전기적인 연결을 이룬다.

이상 설명한 회전형 전기용품에 전선을 배선하는 종래기술(대한민국 특허등록번호 제10-1315107호)을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

회전전기자 커넥터에 일종인 슬립링은 회전하면서 전기적 신호 또는 전원등을 연결한다. 이를 위해서 슬립링은 전도성 세그먼트에 해당하는 다수의 회전전극(70)이 전기접촉부에 해당하는 고정전극(130)과 접촉해서 전기적인 연결을 이루는 구조를 갖는다.

좀 더 설명하면, 전동장치의 회전축과 연동하는 회전체(60)에는 둘레에 다수의 회전전극(70)이 배치되고, 회전전극(70)의 둘레에는 다수의 고정전극(130)이 일정간격으로 회전전극(70)과 접하도록 배치된다. 결국, 회전체(60)의 회전과 함께 회전하는 회전전극(70)은 일정 간격으로 고정전극(130)과 접하면서 전기적인 연결을 이루고, 이를 통해서 슬립링이 수행하는 전력 또는 전기 신호의 전달이나 정류를 수행한다.

그런데, 종래의 슬립링은 회전전극(70)과 고정전극(130)이 브러시에 의한 슬라이딩 방식으로 면접촉을 이루므로, 회전체(60)의 회전에 의한 슬립과정에서 회전전극(70)과 고정전극(130) 간에 마찰에 의한 마찰열이 발생하는 문제점이 있었다.

물론, 상기 마찰열은 종래 슬립링을 구비한 전동장치의 구동온도를 높이는 원인이 되고, 고온의 환경에서는 전동장치 자체를 사용할 수 없게 하므로, 종래 슬립링이 적용가능한 전동장치는 극히 제한될 수 밖에 없었다.

또한, 회전전극(70)과 고정전극(130)의 브러시에 의한 면접촉은 회전전극(70)과 고정전극(130)의 마모를 일으키는데, 마모된 회전전극(70)과 고정전극(130)을 교체없이 지속적으로 사용할 경우에는 슬립링 자체가 모두 훼손될 수 있으므로 상기 슬립링에 대한 브러시부분의 주기적인 관리가 요구되는 번거로움이 있었다.

그리고, 종래의 슬립링은 회전전극(70)과 고정전극(130) 간의 마찰로 감소되는 회전속도를 만회하기 위해서 회전전극(70)이 고정되는 회전체(60)와 고정전극(130)이 고정되는 고정체(110)를 별도의 스러스트베어링(10)으로 연결했지만 스러스트베어링(10)의 별도구성은 고정체(110)에 연결된 회전체(60)의 추가적인 감속만을 최소화할 뿐이고, 상기 브러시에 의한 감속은 만회할 수 없었다.

한편, 고정전기자와 회전전기자의 전기 커넥터인 브러시는 전극간에 마찰로 인한 효율 감소를 최소화하기 위해서 접촉면적을 줄였지만, 오히려 상기 전기접촉부의 마모가 해당 접촉지점에 집중되어 마모율이 증가했고, 이로 인해서 상기 전기접촉부가 단락되는 문제가 있었다. 물론 이러한 문제는 해당 전기접촉부의 빈번한 교체와 관리의 부담을 증가시켜서 운용효율을 저하시키는 문제가 있었다.

선행기술문헌 1. 특허등록번호 제10-1315107호(2013.10.07 공고)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 꼬임의 위험이 있는 전선을 대신해서 회전형 전기용품의 구동을 위한 전류를 인가하며, 전류 인가시에 발생됐던 마찰 또는 마모로 인한 소음을 줄이고 구동 수명을 연장한 회전식 전기 커넥팅 기능의 오일레스 정류베어링의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

링 형상의 도전성 내륜레이스;

상기 내륜레이스의 둘레를 따라 배치되는 다수의 도전성 볼;

다수의 상기 볼을 각각 회전가능하게 연결해서 상기 내륜레이스와 전기적으로 연결하는 도전성 리테이너; 및

상기 내륜레이스의 둘레를 따라 배치되어서 상기 볼과 접하고, 상기 볼의 이동방향을 안내하도록 상기 볼이 접하는 내면을 따라 가이드 그루브가 형성된 링 형상의 도전성 외륜레이스;

를 포함하는 오일레스 정류베어링이다.

상기의 본 발명은, 꼬임의 위험이 있는 전선을 대신해서 회전형 전기용품의 구동을 위한 전류를 효율적으로 인가함은 물론, 전기 커넥터 부분이 전기용품의 회전과 함께 회전하는 과정에서 발생했던 마찰 또는 마모로 인한 발생 소음을 줄일 수 있고, 마모 발생을 최소화해서 구동 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

또한, 볼과 접하는 외륜레이스의 내면에는 볼의 형상에 상응하는 곡면 형태의 가이드 그루브가 형성되므로, 외륜레이스와 볼이 선접촉 상태를 유지하면서 전기저항을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 볼을 고정하는 리테이너는 볼의 둘레를 감싸며 접합하므로, 볼과 리테이너 간의 통전 효율을 높이는 효과가 있다.

또한, 볼을 매개로 외륜레이스와 내륜레이스가 통전하므로 슬라이딩 마찰에 의한 마모 및 발열 그리고 소음을 획기적으로 줄일 수 있고, 이를 통해서 고정전기자와 회전전기자 간의 커넥팅 효율이 증가하는 효과가 있으며, 통전 기능 수명을 기존의 슬립링 이나 브러시보다 상대적으로 높이는 효과가 있다.

또한, 슬라이딩 마찰에 의한 발열을 줄일 수 있으므로, 고온 및 고속회전 환경에서 제한없이 활용 가능하며, 이를 통해 심해용 조력발전기, 풍력발전기, 헬리콥터, 전차, 자동차, 반도체 잉곳장비, 유전용 굴삭기, 원전 조작기계, 감시카메라, 모터 등 다양한 산업장비에서 활용 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정류베어링의 일실시 모습을 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시한 정류베어링의 분해 사시도이고,
도 3은 도 2에 표시한 A 부분을 분해 도시한 일부 사시도이고,
도 4는 도 1에 도시한 정류베어링의 펑단면도이고,
도 5는 본 발명에 도 4에 표시한 B-B' 단면 및 C-C' 단면도이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명을 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 정류베어링의 일실시 모습을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 정류베어링의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 표시한 A 부분을 분해 도시한 일부 사시도이다.

본 실시의 정류베어링(BR)은, 링 형상의 도전성 내륜레이스(100); 내륜레이스(100)의 둘레를 따라 배치되는 다수의 도전성 볼(200); 다수의 볼(200)을 각각 회전가능하게 연결해서 내륜레이스(100)와 전기적으로 연결시키는 도전성 리테이너(300); 및 내륜레이스(100)의 둘레를 따라 배치되어서 볼(200)과 접하고, 볼(200)의 이동방향을 안내하도록 볼(200)이 접하는 내면을 따라 가이드 그루브(410)가 형성된 링 형상의 도전성 외륜레이스(400);를 포함한다.

따라서 전술한 구성 및 구조를 이루는 본 실시의 내륜레이스(100) 또는 외륜레이스(400)가 고정전기자를 이루고, 남은 하나는 회전전기자를 이룬다. 결국, 외륜레이스(400)에 인가된 전기는 볼(200)을 통해 내륜레이스(100)로 통전되므로, 브러시 등과 같은 별도의 통전자를 구성하지 않아도 정류베어링(BR) 자체가 안정된 통전 기능을 수행할 수 있다.

이를 위한 본 실시의 정류베어링(BR)의 구성을 좀 더 구체적으로 설명하면, 외륜레이스(400)에 인가된 전기는 다수의 볼(200)을 매개로 내륜레이스(100)에 통전하며, 이를 위해서 볼(200)과 내륜레이스(100)를 물리적 및 전기적으로 연결하는 리테이너(300)를 구성한다. 리테이너(300)는 다수의 볼(200)이 내륜레이스(100)의 둘레를 따라 배치되게 연결하면서 내륜레이스(100)와 물리적 및 전기적으로 연결한다. 또한 리테이너(300)는 도전성 재질로 되어서, 외륜레이스(400)로부터 볼(200)에 인가된 전기를 수전한 후에 내륜레이스(100)에 인가한다.

이를 위한 본 실시의 리테이너(300)는, 볼(200)의 상면을 각각 덮어 접면하는 상부 보울(311)과, 서로 이웃하는 상부 보울(311)을 서로 연결하며 내륜레이스(100)의 둘레를 따라 위치하는 상부 패널(312)로 이루어진 상부 리테이너(310); 볼(200)의 하면을 각각 덮어 접면하는 하부 보울(311')과, 서로 이웃하는 하부 보울(311')을 서로 연결하며 내륜레이스(100)의 둘레를 따라 위치하고 상부 패널(312)과 접합하는 하부 패널(312')로 이루어진 하부 리테이너(310');를 포함한다.

전술한 바와 같이, 외륜레이스(400)에서 인가된 전기를 볼(200)로부터 수전하기 위해서는 볼(200)과의 접면 유지가 안정적이면서 지속적인 것이 유리하며, 이를 위해서 리테이너(300)의 상부 보울(311)과 하부 보울(311')은 볼(200)의 외면 곡률에 상응하는 곡률을 갖는 내면을 이루는 것이 바람직하다. 결국 상부 보울(311)과 하부 보울(311')은 볼(200)의 상,하면부와 밀착해서, 볼(200)의 회전 중에도 안정된 접면 상태를 유지할 수 있다. 참고로, 볼(200)의 원활한 회전 상태 유지를 위해서 볼(200)과 상,하부 보울(311, 311')의 접면 넓이는 실험 등을 통해 최적화하는 것이 바람직하다.

계속해서, 리테이너(300)는 볼(200)과의 조립 및 분해가 용이하도록, 본 실시의 정류베어링(BR)은 상부 리테이너(310')와 하부 리테이너(320')로 분리된다.

따라서 도 3에서 보인 대로, 볼(200)을 중심으로 상부 리테이너(310)의 상부 보울(311)과, 하부 리테이너(310')의 하부 보울(311')을 각각 볼(200)의 상,하면부에 덮고, 상,하부 보울(311, 311')을 각각 링 형태로 연결하는 상,하부 패널(312, 312')을 서로 접합해서, 상,하부 보울(311, 311')이 볼(200)을 항시 덮은 상태로 유지할 수 있게 한다.

한편, 본 실시의 내륜레이스(100)는, 상부 패널(312)과 접합하도록 돌출된 상부 플랜지(111)를 구비한 상부 내륜레이스(110)와, 하부 패널(312')과 접합하도록 돌출된 하부 플랜지(111')를 구비한 하부 내륜레이스(110')를 포함하고; 상부 플랜지(111')와 상부 패널(312)과 하부 패널(312')과 하부 플랜지(111')가 순차로 적층되어서 고정핀(120)을 매개로 상호 고정된다.

따라서 본 실시의 내륜레이스(100)의 플랜지(111, 111')는 리테이너(300)를 따라 방사형으로 돌출되어서, 리테이너(300)가 내륜레이스(100)의 둘레를 따라 제 위치를 유지할 수 있게 한다.

이상 설명한 본 실시의 정류베어링(BR)의 조립 과정을 순차 설명한다.

우선, 하부 리테이너(310)의 하부 보울(311')에 볼(200)을 안착한다. 전술한 바와 같이 본 실시의 상,하부 보울(311, 311')의 내면 곡률은 볼(200)의 외면 곡률에 상응하게 형성되므로, 하부 보울(311')에 볼(200)을 안착하면 볼(200)은 하부 보울(311')로부터 이탈 없이 제 위치를 유지할 수 있다.

볼(200)이 하부 보울(311')에 모두 안착하면, 상부 보울(311)이 볼(200)을 덮도록 상부 리테이너(310')를 하부 리테이너(310) 상에 안착한다. 이때, 하부 리테이너(310')의 하부 패널(312')과, 상부 리테이너(310)의 상부 패널(312)은 서로 접합한다.

리테이너(300)와 볼(200)의 결합이 완료되면, 하부 내륜레이스(110')의 하부 플랜지(111') 상에 하부 리테이너(310')의 하부 패널(312')이 얹혀지도록 리테이너(300)를 안착한다. 이때, 하부 플랜지(111')에 형성된 관통공(111a')이 상,하부 패널(312')의 관통공(312a, 312a')과 서로 연통하게 배치한다.

계속해서, 상부 내륜레이스(110)의 상부 플랜지(111)가 상부 리테이너(310)의 상부 패널(312)에 얹혀지도록, 상부 내륜레이스(110)를 리테이너(300)에 안착한다. 이때도 물론 상부 플랜지(111)에 형성된 관통공(111a)이 상부 패널(312)의 관통공(312a)과 서로 연통하게 배치한다.

하부 플랜지(111')와 하부 패널(312')와 상부 패널(312)과 상부 플랜지(111)가 순차로 적층하면, 각각의 고정핀(120)이 관통공(111a, 111a', 312a, 312a')을 관통해서 하부 플랜지(111')와 하부 패널(312')와 상부 패널(312)과 상부 플랜지(111)를 일체로 고정한다. 결국, 상,하부 내륜레이스(110, 110')와 상,하부 리테이너(310, 310')는 다수의 고정핀(120)에 의해 견고히 체결한다.

참고로, 내륜레이스(100)와 볼(200)과 리테이너(300)와 외륜레이스(400)는 서로 통전을 위한 도전성 재질이며, 본 실시의 내륜 및 외륜레이스(100, 400)는 청동, 인동, 알루미늄청동, 황동, 고력황동, 무산소동, 순동 중 선택된 하나의 재질일 수 있고, 리테이너(300)는 볼(200)을 지지하기 위해 충분한 강성을 갖도록 스테인레스, 크롬강, 구리, 철, 주석, 탄소, 납, 몰리브덴, 아연 중 선택된 하나 이상을 혼합한 재질일 수 있다.

도 4는 도 1에 도시한 정류베어링의 펑단면도이다.

본 실시의 정류베어링(BR)은 내륜레이스(100)와 외륜레이스(400) 중 하나 이상에 고체 윤활제(130, 420)를 구성한다. 고체 윤활제(130, 420)는 천연흑연, 인조흑연, 이황화몰리브덴, 테프론, 납 중 선택된 하나 이상의 재질로 구성되며, 볼(200)의 회전과 이동이 원활하게 이루어지도록 한다.

본 실시에서 내륜레이스(100)의 고체 윤활제(130)는 볼(200)과 마주하는 둘레 외면에 배치되고, 외륜레이스(400)의 고체 윤활제(420)는 볼(200)과 직접 접하는 가이드 그루브(410)에 배치된다.

여기서 가이드 그루브(410)는 외륜레이스(400)의 내면을 따라 형성된 홈으로, 볼(200)과 접면하는 곡면 형상으로 되어서 볼(200)이 내륜레이스(100)와 함께 이동할 때에도 이탈 없이 제 위치를 유지하며 이동하게 한다. 더 나아가, 가이드 그루브(400)는 볼(200)에 상응하는 곡률의 곡면을 이루므로, 가이드 그루브(400)와 볼(200)은 서로 선 접촉해서 항시 안정된 접면 상태를 유지한다. 물론, 이러한 접면은 외륜레이스(400)과 볼(200) 간의 통전 효율을 높이므로, 안정된 전류 인가를 가능하게 한다.

이상 설명한 본 실시의 정류베어링(BR)의 동작과 통전 과정을 설명한다.

도 5는 본 발명에 도 4에 표시한 B-B' 단면 및 C-C' 단면도이다.

도 5의 (a)도면에서 보인 대로, 인라인(L)으로 유입된 전류는 외륜레이스(400)의 가이드 그루브(400)를 통해 볼(200)에 인가되고, 볼(200)에 인가된 전류는 볼(200)의 상,하부를 감싸는 상부 보울(311)과 하부 보울(311')에 각각 통전된다.

계속해서, 도 5의 (b)도면에서 보인 대로, 볼(200)로부터 상,하부 보울(311, 311')에 각각 통전된 전류는 상,하부 패널(312, 312')을 거쳐 상,하부 플랜지(111, 111')에 유입되고, 상,하부 플랜지(111, 111')에 유입된 전류는 내륜레이스(100)에 통전된다. 물론 내륜레이스(100)에는 아웃라인(L')이 인출되므로, 내륜레이스(100)에 통전된 전류는 아웃라인(L')을 통해 송전된다.

결국, 서로 분리해 동작하는 내륜레이스(100)와 외륜레이스(400)는 다수의 볼(200)이 송전 중계 기능을 수행해서 원활한 통전 환경을 유지한다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100; 내륜레이스 110; 상부 내륜레이스 110'; 하부 내륜레이스
111; 상부 플랜지 111' 하부 플랜지 120; 고정핀
130; 고체 윤활제 200; 볼 300; 리테이너
310; 상부 리테이너 310'; 하부 리테이너 311; 상부 보울
311'; 하부 보울 312; 상부 패널 312'; 하부 패널
400; 외륜레이스 410; 가이드 그루브 420; 고체 윤활제

Claims (5)

1. 링 형상의 도전성 내륜레이스;
   상기 내륜레이스의 둘레를 따라 배치되는 다수의 도전성 볼;
   다수의 상기 볼을 각각 회전가능하게 연결해서 상기 내륜레이스와 전기적으로 연결하는 도전성 리테이너; 및
   상기 내륜레이스의 둘레를 따라 배치되어서 상기 볼과 접하고, 상기 볼의 이동방향을 안내하도록 상기 볼이 접하는 내면을 따라 가이드 그루브가 형성된 링 형상의 도전성 외륜레이스;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일레스 정류베어링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 리테이너는
   상기 볼의 상면을 각각 덮어 접면하는 상부 보울과, 서로 이웃하는 상기 상부 보울을 서로 연결하며 상기 내륜레이스의 둘레를 따라 위치하는 상부 패널로 이루어진 상부 리테이너; 및
   상기 볼의 하면을 각각 덮어 접면하는 하부 보울과, 서로 이웃하는 상기 하부 보울을 서로 연결하며 상기 내륜레이스의 둘레를 따라 위치하고 상기 상부 패널과 접합하는 하부 패널로 이루어진 하부 리테이너;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일레스 정류베어링.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 내륜레이스는, 상기 상부 패널과 접합하도록 돌출된 상부 플랜지를 구비한 상부 내륜레이스와, 상기 하부 패널과 접합하도록 돌출된 하부 플랜지를 구비한 하부 내륜레이스를 포함하고; 상기 상부 플랜지와 상부 패널과 하부 패널과 하부 플랜지가 순차로 적층되어서 고정핀을 매개로 상호 고정되는 것;을 특징으로 하는 오일레스 정류베어링.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 그루브는 상기 볼과 접면하는 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 오일레스 정류베어링.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 그루브와 내륜레이스 중 선택된 한 곳 이상에 고체윤활제가 매입된 것을 특징으로 하는 오일레스 정류베어링.
   

Images