KR20200136853A - 모터 어셈블리 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부를 구비하는 회전축과, 회전축의 일측에 설치되는 로터와, 회전축의 반경 방향을 따라 로터와 소정 간격 이격되도록 배치되어 로터의 외측을 둘러싸는 스테이터와, 회전축의 타측에 설치되는 임펠러와, 회전축이 관통하는 제1 홀을 구비하되, 로터와 임펠러 사이에 배치되도록 회전축의 타측에 설치되고, 회전축이 회전할 경우 회전축과 함께 회전하는 어퍼 러너와, 회전축이 관통하는 제2 홀을 구비하되, 회전축의 제1 돌출부와 어퍼 러너의 사이에 개재되는 베어링과, 베어링이 관통하는 제3 홀을 구비하되, 베어링이 회전축의 축 방향 및 반경 방향으로 이동하지 않도록 상기 베어링을 고정하며, 내주면에 스테이터가 설치되는 이너 하우징을 포함하고, 회전축의 회전 시 회전축의 외주면과 베어링의 내주면 사이에는 고압의 가스(gas)가 유동 가능한 소정의 저널 갭이 형성되고, 회전축은 저널 갭에서 유동하는 고압의 가스에 의해 회전축의 상기 반경 방향으로 지지되며, 회전축의 회전 시, 제1 돌출부와 베어링의 제1 스러스트부 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제1 스러스트 갭이 형성되고, 어퍼 러너와 베어링의 제2 스러스트부 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제2 스러스트 갭이 형성되며, 회전축은 제1 스러스트 갭과 제2 스러스트 갭에서 유동하는 고압의 가스에 의해 회전축의 축 방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리를 개시한다.

Description

모터 어셈블리 및 그 제조 방법{MOTOR ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명의 실시예들은 모터 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 회전축을 지지하는 베어링을 구비하는 모터 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

모터는 청소기나 헤어 드라이기 등의 가전기기에 설치되어 회전력을 발생시키는 구동원으로 기능할 수 있다. 모터는 팬(Fan)과 체결될 수 있으며, 이 경우 모터의 회전력은 팬에 전달되어 팬의 회전에 따라 기류가 생성될 수 있다.

앞서 예를 든 청소기나 헤어 드라이기는 사용자가 직접 손으로 들어 올린 상태에서 작동되므로, 필요한 기능을 향상시키거나 적어도 동일하게 유지한다는 전제 하에 가능한 무게는 더 가볍고 부피는 더 작게 제조하는 것이 최근 엔지니어링의 핵심 가치임은 부연할 필요가 없다.

청소기나 헤어 드라이기 뿐만 아니라, 일반적으로 가전기기를 설계하고 제조함에 있어 고유의 기능을 개선하거나 적어도 유지하는 동시에 경량화와 소형화가 요구된다. 이는 사용자의 편의성을 극대화하기 위함으로, 치열한 시장에서 경쟁 제품과의 차별화를 확보하기 위해서는 필수적으로 고려되어야 하는 사항이다.

일 예시로써, 청소기의 경우 모터의 출력을 향상시키는 동시에 모터를 소형 경량화하는 것이 요구된다. 이를 위해서는 모터의 고속 회전이 필수적이다. 하지만, 모터의 고속 회전은 필연적으로 소음과 진동 문제를 야기할 수 밖에 없다.

종래 모터들은 고속으로 회전하는 회전축을 지지하기 위해 2개의 베어링을 구비하되, 로터와 스테이터를 중심으로 양 방향에 각각 하나씩의 구름 베어링을 설치하거나(한국 등록특허번호 제10-1852111호, 2018.03.21 공개), 또는 로터와 스테이터를 중심으로 양 방향에 각각 하나씩의 가스 베어링을 설치하는 것이 일반적이었다(한국 등록특허번호 제10-1898348호, 2018.06.25 공개).

이와 같이 2개의 베어링이 회전축의 멀리 떨어진 부위를 각각 지지하도록 하는 구조에서는, 회전축의 회전 중심을 정확하게 정렬하지 않을 경우 소음과 진동이 심화될 뿐만 아니라 모터의 수명 또한 단축될 수 밖에 없는 문제점이 존재한다.

뿐만 아니라, 2개의 베어링을 각각 수용하는 베어링 하우징 또한 2개가 구비되어야 하므로 모터 어셈블리의 전체적인 무게가 증가하는 동시에 베어링과 베어링 하우징이 설치될 공간 또한 추가적으로 필요하게 되어 모터의 소형화 및 경량화가 요구되는 최신의 추세를 반영할 수 없는 한계가 존재한다.

따라서, 이러한 소음과 진동문제에 대응하여 모터의 신뢰성과 내구성을 확보하는 동시에, 모터의 소형 경량화를 이루기 위해서는 고속으로 회전하는 모터의 회전축을 가능한 오랜 시간 동안 변형이나 파손 없이 지지할 수 있는 베어링의 설계가 반드시 필요하다.

본 발명의 실시예들은 가전기기에 설치되는 모터 어셈블리의 소형화 및 경량화의 요건을 충족하면서도, 고속으로 회전하는 모터의 회전축을 지지함에 있어 신뢰성과 내구성이 높은 모터 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 하나의 베어링으로도 회전축의 축 방향과 반경 방향을 동시에 지지할 수 있는 모터 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 회전축을 안정적으로 지지하기 위해 필요한 베어링의 개수를 줄여 전체적인 모터 어셈블리의 구조를 단순화시킬 수 있는 모터 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명의 일 실시예는 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부를 구비하는 회전축과, 회전축의 일측에 설치되는 로터와, 회전축의 반경 방향을 따라 로터와 소정 간격 이격되도록 배치되어 로터의 외측을 둘러싸는 스테이터와, 회전축의 타측에 설치되는 임펠러와, 회전축이 관통하는 제1 홀을 구비하되, 로터와 임펠러 사이에 배치되도록 회전축의 타측에 설치되고, 회전축이 회전할 경우 회전축과 함께 회전하는 어퍼 러너와, 회전축이 관통하는 제2 홀을 구비하되, 회전축의 제1 돌출부와 어퍼 러너의 사이에 개재되는 베어링과, 베어링이 관통하는 제3 홀을 구비하되, 베어링이 회전축의 축 방향 및 반경 방향으로 이동하지 않도록 상기 베어링을 고정하며, 내주면에 스테이터가 설치되는 이너 하우징을 포함하고, 회전축의 회전 시 회전축의 외주면과 베어링의 내주면 사이에는 고압의 가스(gas)가 유동 가능한 소정의 저널 갭이 형성되고, 회전축은 저널 갭에서 유동하는 고압의 가스에 의해 회전축의 상기 반경 방향으로 지지되며, 회전축의 회전 시, 제1 돌출부와 베어링의 제1 스러스트부 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제1 스러스트 갭이 형성되고, 어퍼 러너와 베어링의 제2 스러스트부 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제2 스러스트 갭이 형성되며, 회전축은 제1 스러스트 갭과 제2 스러스트 갭에서 유동하는 고압의 가스에 의해 회전축의 축 방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리를 개시한다.

본 실시예에 있어서, 베어링은 베어링의 내주면으로부터 회전축의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되는 스페이서를 포함하고, 베어링의 내주면은 스페이서를 기준으로 제1 돌출부 측에 위치하는 제1 저널부와, 어퍼 러너 측에 위치하는 제2 저널부로 구분되며, 저널 갭은 회전축과 제1 저널부의 사이에 형성되는 제1 서브 저널 갭과, 회전축과 제2 저널부의 사이에 형성되는 제2 서브 저널 갭을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 스페이서의 폭은 회전축의 반경 방향을 기준으로 저널 갭의 폭보다 10배 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 회전축의 회전 시 회전축과 로터, 임펠러 및 어퍼 러너는 일체로 함께 회전하는 로터 어셈블리를 구성하고, 스페이서의 위치는 회전축의 반경 방향을 기준으로 로터 어셈블리의 무게중심과 서로 중첩되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 회전축은, 임펠러와 체결되는 임펠러 결합부와, 어퍼 러너와 체결되는 어퍼 러너 결합부와, 베어링에 의해 둘러싸이는 베어링 결합부와, 로터와 체결되는 로터 결합부로 구분되고, 회전축의 반경 방향을 따른 베어링 결합부의 외경은 어퍼 러너 결합부의 외경보다 크며, 베어링 결합부와 어퍼 러너가 서로 접촉하는 접촉면은 회전축의 반경 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 어퍼 러너는 상대적으로 임펠러 측과 인접하는 위치에서 회전축과 체결되는 회전축 체결부와, 상대적으로 베어링 측과 인접하는 위치에서 회전축의 반경 방향을 기준으로 회전축 체결부보다 더 큰 외경을 갖는 제2 돌출부를 포함하고, 베어링 결합부의 접촉면은 제2 돌출부의 일부와 접촉하며, 제2 돌출부의 다른 일부는 베어링의 제2 스러스트부와 제2 스러스트 갭을 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 베어링은 베어링의 외주면으로부터 이너 하우징의 내주면을 향해 돌출되는 제3 돌출부를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 이너 하우징은, 베어링의 외주면과 접촉하는 제1 고정면과, 제3 돌출부와 접촉하는 제2 고정면을 포함하는 베어링 고정부와, 회전축과 소정 간격 이격되어 내주면에 스테이터가 설치되는 스테이터 고정부를 포함하고, 제1 고정면은 제3 홀의 둘레를 따라 형성되며, 베어링은 제1 고정면과의 접촉에 의해 회전축의 방사 방향으로의 이동이 제한되고, 제2 고정면과의 접촉에 의해 회전축의 축 방향을 따른 임펠러 측으로의 이동이 제한되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제3 돌출부는 회전축의 축 방향을 기준으로 적어도 일부가 제1 돌출부와 서로 중첩되는 제1 스러스트부를 포함하고, 제1 스러스트부는 제1 돌출부와 제1 스러스트 갭을 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 스러스트부 중 일부는 회전축의 축 방향을 따라 제1 돌출부를 향해 돌출되고, 제1 스러스트부 중 제1 돌출부를 향해 돌출되지 않는 다른 일부는 제1 돌출부와 접촉하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 일측이 상기 이너 하우징에 안착되고, 타측이 어퍼 러너를 둘러싸는 디퓨저 하우징과, 디퓨저 하우징의 외측에 배치되되 디퓨저 하우징과 소정 간격 이격되도록 디퓨저 하우징에 설치되는 케이스를 더 포함하고, 디퓨저 하우징은 디퓨저 하우징과 케이스의 사이에 형성되는 공간으로 유입되는 가스의 유동을 가이드하는 복수개의 가이드 베인을 구비할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 어퍼 러너는, 상대적으로 임펠러 측과 인접하는 위치에서 회전축과 체결되는 회전축 체결부와, 상대적으로 베어링 측과 인접하는 위치에서 회전축의 반경 방향을 기준으로 회전축 체결부보다 더 큰 외경을 갖는 제2 돌출부를 포함하고, 디퓨저 하우징의 타측은 회전축 체결부의 외주면 및 제2 돌출부와 소정 간격 이격되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 이너 하우징은 디퓨저 하우징의 일측을 수용하는 단차부를 더 구비하고, 디퓨저 하우징의 일측은 단차부에 의해 지지되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 이너 하우징은, 단차부의 외주면에서 케이스를 향하는 방향으로 돌출되는 복수개의 브릿지와, 복수개의 브릿지를 통해 단차부와 연결되는 아우터링을 더 구비하고, 복수개의 브릿지를 제외한 나머지 단차부와 아우터링 사이의 공간을 통해 이너 하우징과 케이스 사이의 공간을 통해 유동하는 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 케이스는 케이스의 내주면으로부터 회전축의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되어 아우터링을 수용하는 설치홈을 구비하고, 케이스는 설치홈에 수용된 아우터링에 의해 지지되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 회전축의 축 방향을 기준으로, 임펠러와 어퍼 러너, 베어링 및 로터는 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부를 구비하는 회전축을 베어링에 삽입하여, 베어링을 제1 돌출부에 안착시키는 단계와, 회전축의 축 방향을 따라, 제1 돌출부를 기준으로 베어링에 대해 반대편에 위치하는 회전축의 일측에 로터를 설치하는 단계와, 회전축의 축 방향을 따라, 베어링을 기준으로 제1 돌출부에 대해 반대편에 위치하는 회전축의 타측에 어퍼 러너를 설치하는 단계와, 회전축과 베어링, 로터 및 어퍼 러너의 결합체를 이너 하우징에 삽입하고, 이너 하우징의 내주면에 스테이터를 설치하는 단계를 포함하는 모터 어셈블리의 제조 방법을 개시한다.

본 실시예에 있어서, 디퓨저 하우징의 일측을 이너 하우징에 안착시키고, 디퓨저 하우징의 타측을 어퍼 러너에 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 회전축의 축 방향을 따라, 어퍼 러너를 기준으로 베어링에 대해 반대편에 위치하는 회전축의 타측에 임펠러를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 디퓨저 하우징과 소정 간격 이격되어 배치되도록 케이스를 디퓨저 하우징에 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 모터 어셈블리 및 그 제조 방법에 의하면, 하나의 베어링으로도 회전축을 축 방향 및 반경 방향으로 동시에 안정적으로 지지할 수 있다.

또한, 하나의 베어링을 사용함으로써 회전축을 안정적으로 지지하기 위해 필요한 베어링의 개수를 줄일 수 있다.

또한, 베어링이 설치되는 내부 공간을 최소화함으로써 모터 어셈블리의 소형화 및 경량화를 구현할 수 있다.

또한, 복수개의 베어링을 사용할 경우 베어링들 사이의 회전 중심 오차를 줄이기 위해 요구되는 추가적인 구성품이나 구조를 설계에 반영하지 않아도 되므로 모터 어셈블리의 구조를 단순화시킬 수 있다.

또한, 마모로 인해 교체가 필요한 오링(O-ring)과 같은 소모품을 사용하지 않고도 회전축을 안정적으로 지지할 있어 모터 어셈블리의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수명 또한 연장시킬 수 있다.

또한, 회전축을 고속으로 회전시킬 경우 발생하는 진동과 소음을 완화시킴으로써 신뢰성과 내구성이 높은 모터 어셈블리를 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 각 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 어셈블리를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 일부를 확대하여 구체적으로 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 다른 일부를 확대하여 구체적으로 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 또 다른 일부를 확대하여 구체적으로 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 모터 어셈블리를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 7은 회전축에 베어링을 안착시키는 모습을 묘사하는 사시도이다.
도 8은 베어링이 안착된 회전축에 어퍼 러너와 로터를 설치하는 모습을 묘사하는 사시도이다.
도 9는 로터 어셈블리를 이너 하우징에 설치하는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이다.
도 10은 로터 어셈블리가 설치된 이너 하우징의 내주면에 스테이터를 설치하는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이다.
도 11은 로터 어셈블리와 스테이터가 설치된 이너 하우징에 디퓨저 하우징을 안착시키는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이다.
도 12는 디퓨저 하우징이 안착되고, 로터 어셈블리와 스테이터가 설치된 이너 하우징의 회전축에 임펠러를 설치하는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이다.
도 13은 이너 하우징에 케이스를 설치하여 모터 어셈블리의 제조를 완성하는 모습을 나타내는 사시도와 절개도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명의 실시예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 각 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 모터 어셈블리를 분해하여 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 일부를 확대하여 구체적으로 나타내는 확대 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 다른 일부를 확대하여 구체적으로 나타내는 확대 단면도이며, 도 5는 도 1에 도시된 모터 어셈블리의 또 다른 일부를 확대하여 구체적으로 나타내는 확대 단면도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 모터 어셈블리(100)는 회전축(110)과 로터(120), 스테이터(130), 임펠러(140), 어퍼 러너(150), 베어링(160), 이너 하우징(170), 디퓨저 하우징(180) 및 케이스(190)를 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(190)는 모터 어셈블리(100)의 외관을 형성하는 구성으로, 다른 모든 구성요소들을 내부에 구비된 빈 공간에 수용할 수 있다(S1, S2 및 S3).

회전축(110)은 모터 어셈블리(100)의 길이 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 회전축(110)은 이너 하우징(170)과 디퓨저 하우징(180) 및 케이스(190)의 내부에 수용되되, 길이 방향을 따라 일부가 이너 하우징(170)에, 다른 일부가 디퓨저 하우징(180)에, 또 다른 일부가 케이스(190)의 내부에 수용될 수 있다. 즉, 회전축(110)의 일단(110A)은 이너 하우징(170)에 수용되고, 회전축(110)의 타단(110B)은 디퓨저 하우징(180)과 케이스(190)의 사이에 형성되는 공간(S1)에 배치될 수 있다.

회전축(110)의 일단(110A)은 이너 하우징(170)에 의해 지지되지 않는 자유단일 수 있고, 타단(110B) 또한 어퍼 러너(150)나 디퓨저 하우징(180)에 의해 지지되지 않는 자유단일 수 있다. 여기서, "자유단"이라 함은 그 어떤 구성요소에 의해서도 지지되거나 구속되지 않는 회전축(110)의 양측 끝단을 의미할 수 있다.

즉, 회전축(110)의 일단(110A)은 로터(120)와 임펠러(140) 중 로터(120)에 근접할 수 있고, 로터(120) 측의 자유단일 수 있다. 그리고, 회전축(110)의 타단(110B)은 로터(120)와 임펠러(140) 중 임펠러(140)에 근접할 수 있고, 임펠러(140) 측의 자유단일 수 있다.

구체적으로, 회전축(110)은 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부(111)를 구비하며, 임펠러(140)와 체결되는 임펠러 결합부(112)와, 어퍼 러너(150)와 체결되는 어퍼 러너 결합부(113)와, 베어링(160)에 의해 둘러싸이는 베어링 결합부(114)와, 로터(120)와 체결되는 로터 결합부(115)로 구분될 수 있다.

제1 돌출부(111)는 회전축(110)의 반경 방향을 기준으로 이너 하우징(170)과 중첩되는 회전축(110)의 일부에 형성되되, 회전축(110)의 외주면으로부터 이너 하우징(170)의 내주면을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 제1 돌출부(111)와 베어링(160)과의 관계와 그 작용 및 효과에 대해서는 이하에서 베어링(160)에 대한 설명과 함께 자세하게 후술하기로 한다.

임펠러 결합부(112)는 임펠러(140)가 설치되는 회전축(110)의 일부로서, 회전축(110)의 타단(110B)에 인접하는 부분이며, 디퓨저 하우징(180)과 케이스(190)의 사이에 형성되는 공간(S1), 그 중에서도 외부로부터 가스가 유입되는 케이스(190)의 흡입구(1901)에 인접하도록 배치될 수 있다.

어퍼 러너 결합부(113)는 어퍼 러너(150)가 설치되는 회전축(110)의 다른 일부로서, 임펠러 결합부(112)로부터 제1 돌출부(111) 측으로 연장되는 회전축(110)의 일부이며, 도면에 나타난 바와 같이 어퍼 러너(150)와의 용이한 체결을 위해 외주면에 나사산이 형성될 수 있다.

구체적으로, 어퍼 러너 결합부(113)가 어퍼 러너(150)와 나사 결합될 경우, 어퍼 러너(150)는 회전축(110)의 축 방향을 따라 소정 거리를 이동할 수 있게 된다. 이에 따라, 어퍼 러너(150)의 회전에 따라 어퍼 러너(150)와 베어링(160)의 사이에 형성되는 공간(즉, 제2 스러스트 갭(TG2), 도 5 참조)과, 베어링(160)과 제1 돌출부(111)의 사이에 형성되는 공간(즉, 제1 스러스트 갭(TG1), 도 4 참조)의 크기를 조절할 수 있게 된다. 이에 대해서는 이하에서 베어링(160)에 대한 설명과 함께 더 자세하게 살펴보기로 한다.

베어링 결합부(114)는 회전축(110)의 반경 방향을 따라 베어링(160)과 중첩되는 회전축(110)의 일부로서, 하나의 베어링(160)을 통해 지지될 수 있다. 여기서, 베어링(160)은 회전축(110)의 고속 회전 시 회전축(110)의 외주면과 접촉하지 않는 비접촉식 가스 베어링일 수 있다. 즉, 베어링 결합부(114)는 회전축(110)의 고속 회전 시 베어링(160)의 내주면과 소정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있다. 이러한 회전축(110)과 베어링(160)의 관계에 대해서는 이하에서 더 자세하게 설명하기로 한다.

한편, 회전축(110)의 반경 방향을 따른 베어링 결합부(114)의 외경(D1)은 어퍼 러너 결합부(113)의 외경(D2)보다 크며, 베어링 결합부(114)와 어퍼 러너(150)가 서로 접촉하는 접촉면(1141)은 회전축(110)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있다. 이를 다르게 표현하면, 어퍼 러너(150)는 베어링 결합부(114)의 접촉면(1141)에 의해 축 방향으로의 이동이 방지될 수 있다.

로터 결합부(115)는 로터(120)가 설치되는 회전축(110)의 일부로서, 회전축(110)의 일단(110A)에 근접하는 부분이며, 이너 하우징(170)의 내부 공간(S3)에 배치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 로터(120)는 회전축(110)의 일측(110C)에 설치될 수 있다. 이하에서는, 회전축(110)의 제1 돌출부(111)를 기준으로 회전축(110)의 일단(110A) 측으로 연장되는 부위를 일측(110C)으로 정의하고, 제1 돌출부(111)를 기준으로 회전축(110)의 타단(110B) 측으로 연장되는 부위를 타측(110D)으로 정의하기로 한다.

다시 말해, 로터(120)는 회전축(110)의 일측(110C)에 위치하는 로터 결합부(115)에 설치될 수 있다. 로터(120)는 회전축(110)의 외주면을 둘러싸도록 회전축(110)에 결합될 수 있으며, 로터 결합부(115)가 위치하는 이너 하우징(170)의 내부 공간(S3)에 배치될 수 있다.

구체적으로, 로터(120)는 마그네트(121)와, 마그네트(121)가 장착되는 마그네트 코어(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 로터(120)는 회전축(110)의 축 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제1 엔드 플레이트(122)와 제2 엔드 플레이트(123)를 더 포함할 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 스테이터(130)는 이너 하우징(170)의 내주면에 설치되되, 회전축(110)의 반경 방향을 따라 로터(120)와 소정 간격 이격되도록 로터(120)의 외측을 둘러쌀 수 있다.

구체적으로, 스테이터(130)는 스테이터 코어(131)와, 스테이터 코어(131)에 권선되는 코일(132)과, 스테이터 코어(131)와 코일(132) 사이를 전기적으로 절연하는 인슐레이터(133)를 포함할 수 있다.

한편, 도 2와 도 5를 함께 참조하면, 임펠러(140)는 회전축(110)의 타측(110D)에 설치될 수 있다. 즉, 임펠러(140)는 회전축(110) 상에서 회전축(110)의 축 방향을 따라 제1 돌출부(111)를 기준으로 로터(120)가 설치되는 회전축(110)의 일측(110C)과는 반대편에 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 임펠러(140)는 회전축(110)의 임펠러 결합부(112)에 설치되어 회전축(110)의 회전에 따라 함께 회전할 수 있으며, 디퓨저 하우징(180)과 케이스(190)의 사이에 형성되는 공간(S1)에 배치될 수 있다.

구체적으로, 임펠러(140)는 허브(141)와, 허브(141)의 외측 둘레로부터 외측으로 돌출하도록 형성되는 복수개의 블레이드(142)를 포함할 수 있다. 한편, 임펠러(140)는 그 소재로써 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK) 등의 고강도 합성수지 재질로 성형될 수 있다.

한편, 임펠러(140)는 회전축(110)의 축 방향으로 공기 등의 가스를 흡입한 후 원심 방향으로 토출하는 사류형 임펠러일 수 있다. 즉, 흡입구(1901)를 통해 케이스(190)의 내부로 유입되는 가스는 블레이드(142)의 회전에 따라 허브(141)의 외측 표면을 따라 디퓨저 하우징(180)과 케이스(190)의 사이에 형성되는 공간(S1)을 따라 유동할 수 있다.

도 2와 도 5를 함께 참조하면, 어퍼 러너(150)는 회전축(110)이 관통하는 제1 홀(151)을 구비하되, 로터(120)와 임펠러(140)의 사이에 배치되도록 회전축(110)의 타측(110D)에 설치되고, 회전축(110)이 회전할 경우 회전축(110)과 함께 회전할 수 있다.

구체적으로, 어퍼 러너(150)는 상대적으로 임펠러(140) 측에 인접하는 위치에서 회전축(110)과 체결되는 회전축 체결부(152)와, 상대적으로 베어링(160) 측과 인접하는 위치에서 회전축(110)의 반경 방향을 기준으로 회전축 체결부(152)보다 더 큰 외경을 갖는 제2 돌출부(153)를 포함할 수 있다. 여기서, 베어링 결합부(114)의 접촉면(1141)은 제2 돌출부(153)의 일부와 접촉할 수 있으며, 제2 돌출부(153)의 다른 일부는 회전축(110)의 고속 회전 시 베어링(160)과 소정 간격 이격(즉, 제2 스러스트 갭(TG2), 도 5 참조)된 상태를 유지할 수 있다.

도 2와 도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 베어링(160)은 회전축(110)이 관통하는 제2 홀(161)을 구비하되, 회전축(110)의 제1 돌출부(111)와 어퍼 러너(150)의 사이에 개재될 수 있다.

구체적으로, 회전축(110)의 회전 시 회전축(110)의 외주면과 베어링(160)의 내주면 사이에는 고압의 가스(gas)가 유동 가능한 소정의 저널 갭(JG)이 형성되고, 회전축(110)은 저널 갭(JG)에서 유동하는 고압의 가스에 의해 회전축(110)의 반경 방향으로 지지될 수 있다.

또한, 회전축(110)의 회전 시, 제1 돌출부(111)와 베어링(160)의 제1 스러스트부(162) 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제1 스러스트 갭(TG1)이 형성되고(도 4 참조), 어퍼 러너(150)와 베어링(160)의 제2 스러스트부(163)의 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제2 스러스트 갭(TG2)이 형성될 수 있다(도 5 참조). 회전축(110)은 제1 스러스트 갭(TG1)과 제2 스러스트 갭(TG2)에서 유동하는 고압의 가스에 의해 회전축(110)의 축 방향으로 지지될 수 있다.

더 구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 베어링(160)은 베어링(160)의 내주면으로부터 회전축(110)의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되는 스페이서(164)를 포함하고, 베어링(160)의 내주면은 스페이서(164)를 기준으로 제1 돌출부(111) 측에 위치하는 제1 저널부(165)와, 어퍼 러너(150) 측에 위치하는 제2 저널부(166)로 구분되며, 저널 갭(JG)은 회전축(110)과 제1 저널부(165)의 사이에 형성되는 제1 서브 저널 갭(JG1)과, 회전축(110)과 제2 저널부(166)의 사이에 형성되는 제2 서브 저널 갭(JG2)을 포함할 수 있다.

여기서, 스페이서(164)의 폭(SD)은 회전축(110)의 반경 방향을 기준으로 저널 갭(JG)의 폭 보다 10배 이상의 길이를 가질 수 있다.

구체적으로, 스페이서(164)는 회전축(110)의 축 방향을 따라 양 끝단에 경사면(1641)을 구비할 수 있다. 경사면(1641)은 제2 서브 저널 갭(JG2)과 스페이서(164) 및 제1 서브 저널 갭(JG1)을 가스가 순차적으로 유동함에 있어서 급격한 유동 변화를 미연에 방지하기 위한 구조일 수 있으며, 경사면(1641)의 구조로 인해 와류(vortex)의 발생을 방지할 수 있다.

한편, 회전축(110)의 회전 시 회전축(110)과 로터(120), 임펠러(140) 및 어퍼 러너(150)는 일체로 함께 회전하는 로터 어셈블리(50)를 구성할 수 있으며, 이때 스페이서(164)의 위치는 회전축(110)의 반경 방향을 기준으로 로터 어셈블리(50)의 무게중심(G)과 서로 중첩될 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 제1 저널부(165)와 제2 저널부(166)는 로터 어셈블리(50)의 무게중심(G)을 기준으로 회전축(110)의 각기 다른 부분을 지지할 수 있으므로, 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우 회전축(110)이 특정한 일 방향으로 편심되지 않도록 안정적으로 지지할 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 베어링(160)은 베어링(160)의 외주면으로부터 이너 하우징(170)의 내주면을 향해 돌출되는 제3 돌출부(167)를 더 포함할 수 있다. 제3 돌출부(167)는 후술할 이너 하우징(170)과의 체결을 통해 베어링(160)을 축 방향으로 고정하기 위한 구성으로, 이하 이너 하우징(170)과 함께 더 자세하게 설명하기로 한다.

이너 하우징(170)은 베어링(160)이 관통하는 제3 홀(171)을 구비하고, 베어링(160)이 회전축(110)의 축 방향 및 반경 방향으로 이동하지 않도록 베어링(160)을 고정하며, 내주면에는 스테이터(130)가 설치될 수 있다.

구체적으로, 이너 하우징(170)은 베어링(160)의 외주면과 접촉하는 제1 고정면(1721)과, 제3 돌출부(167)와 접촉하는 제2 고정면(1722)을 포함하는 베어링 고정부(172)와, 회전축(110) 및 베어링(160)과 소정 간격 이격되어 내주면에 스테이터(130)가 설치되는 스테이터 고정부(173)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 고정면(1721)은 회전축(110)의 축 방향을 따라 연장되는 베어링 고정부(172)의 일부이고, 제2 고정면(1722)은 회전축(110)의 반경 방향을 따라 연장되는 베어링 고정부(172)의 다른 일부를 의미한다.

제1 고정면(1721)은 제3 홀(171)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 베어링(160)은 제1 고정면(1721)과의 접촉에 의해 회전축(110)의 방사 방향으로의 이동이 제한되고, 제2 고정면(1722)과의 접촉에 의해 회전축(110)의 축 방향을 따른 임펠러(140) 측으로의 이동이 제한될 수 있다.

한편, 베어링(160)의 제3 돌출부(167)는 회전축(110)의 축 방향을 기준으로 적어도 일부가 제1 돌출부(111)와 서로 중첩되는 제1 스러스트부(162)를 포함하고, 제1 스러스트부(162)는 제1 돌출부(111)와 제1 스러스트 갭(TG1)을 두고 서로 이격될 수 있다. 즉, 제1 스러스트부(162)는 이너 하우징(170)의 제2 고정면(1722)과 접촉하는 베어링(160)의 일면의 반대면(제1 돌출부(111)를 향하는 면)을 의미할 수 있다.

또한, 제1 스러스트부(162) 중 일부는 회전축(110)의 축 방향을 따라 제1 돌출부(111)를 향해 돌출될 수 있고, 제1 스러스트부(162) 중 제1 돌출부(111)를 향해 돌출되지 않는 다른 일부는 제1 돌출부(111)와 접촉하지 않을 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 제1 돌출부(111)와 마주보는 제1 스러스트부(162)의 일면과, 제2 돌출부(153)와 마주보는 제2 스러스트부(163)의 일면, 회전축(110)의 외주면과 마주보는 제1 저널부(165)와 제2 저널부(166)의 일면에는 코팅층(미도시)이 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 스러스트부(162)와 제2 스러스트부(163), 제1 저널부(165) 및 제2 저널부(166)의 일면에 코팅층이 형성되는 경우에도, 제1 스러스트 갭(TG1)과 제2 스러스트 갭(TG2), 제1 서브 저널 갭(JG1) 및 제2 서브 저널 갭(JG2)은 코팅층이 형성되지 않는 경우와 마찬가지로 제1 돌출부(111)와 제1 스러스트부(162)의 사이, 제2 돌출부(153)와 제2 스러스트부(163) 사이, 제1 저널부(165)와 회전축(110)의 외주면 사이, 그리고 제2 저널부(166)와 회전축(110)의 외주면 사이에 형성될 수 있음은 물론이다.

즉, 제1 스러스트부(162)와 제2 스러스트부(163), 제1 저널부(165) 및 제2 저널부(166)의 일면에 코팅층이 형성된 상태에서도, 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우 제1 스러스트 갭(TG1)과 제2 스러스트 갭(TG2), 제1 서브 저널 갭(JG1) 및 제2 서브 저널 갭(JG2)을 통해 가스가 유동할 수 있으며, 회전축(110)은 제1 스러스트 갭(TG1)과 제2 스러스트 갭(TG2), 제1 서브 저널 갭(JG1) 및 제2 서브 저널 갭(JG2)을 통해 유동하는 가스에 의해 축 방향 및 반경 방향으로 지지될 수 있다.

상기와 같은 구조에 의하면, 하나의 베어링(160)으로도 회전축(110)의 축 방향과 반경 방향을 동시에 안정적으로 지지할 수 있다. 이와 같이, 회전축(110)의 지지를 위해 하나의 베어링(160)만을 사용함으로써, 회전축(110)을 안정적으로 지지하기 위해 필요한 베어링의 개수를 줄일 수 있다. 또한, 회전축(110)의 지지를 위해 복수개의 베어링들이 필요하지 않고, 단 하나의 베어링(160)만으로 회전축(110)을 지지할 수 있음에 따라, 베어링(160)이 설치되는 내부 공간을 최소화함으로써 모터 어셈블리(100)의 소형화 및 경량화를 꾀할 수 있다.

또한, 회전축(110) 지지를 위해 복수개의 베어링들을 사용할 경우 베어링들 사이의 회전 중심 오차를 줄이기 위해 오링(o-ring)과 같은 소모품이나, 오링이 설치되기 위한 추가적인 구조가 필요하나, 본 발명의 실시예에 따르면 하나의 베어링(160)만으로도 회전축(110)을 지지할 수 있으므로 추가적인 소모품이나 이를 설치하기 위한 구조를 별도로 마련할 필요가 없으므로, 모터 어셈블리(100)의 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모터 어셈블리의 내구성을 향상시켜 수명 또한 연장시킬 수 있다. 또한, 복수개의 베어링으로 회전축(110)을 지지할 경우 회전축(110)의 고속 회전 시 회전 중심 오차가 불가피하게 발생하고, 이에 따라 소음과 진동이 발생할 수 밖에 없으나, 본 발명의 실시예들의 경우 하나의 베어링(160)만을 사용하므로 진동과 소음을 완화시켜 신뢰성과 내구성이 높은 모터 어셈블리(100)를 구현할 수 있다.

도 3과 도 5를 함께 참조하면, 디퓨저 하우징(180)은 일측(180A)이 이너 하우징(170)에 안착되고(도 3 참조), 타측(180B)이 어퍼 러너(150)를 둘러쌀 수 있다(도 5 참조). 즉, 디퓨저 하우징(180)은 내부 공간(S2)에 로터(120)와 스테이터(130), 베어링(160), 어퍼 러너(150)의 일부와 이너 하우징(170)의 일부를 수용할 수 있다.

구체적으로, 이너 하우징(170)은 디퓨저 하우징(180)의 일측(180A)을 수용하는 단차부(174)를 더 구비할 수 있고, 디퓨저 하우징(180)의 일측(180A)은 단차부(174)에 의해 지지될 수 있다.

또한, 디퓨저 하우징(180)은 디퓨저 하우징(180)이 케이스(190)의 사이에 형성되는 공간으로 유입되는 가스의 유동을 가이드하는 복수개의 가이드 베인(181)을 구비할 수 있다.

구체적으로, 복수개의 가이드 베인(181)은 디퓨저 하우징(180)의 외측 표면 상에서 상대적으로 임펠러(140) 측에 인접하도록 배치되는 제1 서브 가이드 베인(1811)과, 상대적으로 제1 서브 가이드 베인(1811)보다 임펠러(140)로부터 멀리 떨어지도록 배치되는 제2 서브 가이드 베인(1812)을 포함할 수 있다.

한편, 어퍼 러너(150)와 디퓨저 하우징(180)의 관계에 대해 부연하면, 전술한 바와 같이 어퍼 러너(150)는 상대적으로 임펠러(140) 측과 인접하는 위치에서 회전축(110)과 체결되는 회전축 체결부(152)와, 상대적으로 베어링(160) 측과 인접하는 위치에서 회전축(110)의 반경 방향을 기준으로 회전축 체결부(152)보다 더 큰 외경을 갖는 제2 돌출부(153)를 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 디퓨저 하우징(180)의 타측(180B)과, 어퍼 러너(150)의 회전축 체결부(152) 및 제2 돌출부(153)는 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우 서로 접촉하지 않은 상태를 유지할 수 있다.

만약, 회전축(110)이 고속으로 회전하는 동안 어퍼 러너(150)와 디퓨저 하우징(180)이 서로 접촉할 경우, 어퍼 러너(150)의 회전에 의해 디퓨저 하우징(180)의 타측(180B)이나, 어퍼 러너(150) 자체가 마모되거나 파손될 위험이 존재한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 디퓨저 하우징(180)의 타측(180B)과 회전축 체결부(152)는 그 사이에 소정의 공간(미표시)이 형성된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 디퓨저 하우징(180)의 타측(180B)과 제2 돌출부(153)는 그 사이에 소정의 공간이 형성된 상태를 유지할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 회전축(110)이 고속으로 회전할 경우 어퍼 러너(150)와 디퓨저 하우징(180)은 서로 접촉하지 않으므로, 어퍼 러너(150)와 디퓨저 하우징(180)의 마모나 파손을 미연에 방지할 수 있다.

다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 이너 하우징(170)은 단차부(174)의 외주면에서 케이스(190)를 향하는 방향으로 돌출되는 복수개의 브릿지(175)들과, 복수개의 브릿지(175)들을 통해 단차부(174)와 연결되는 아우터링(176)을 더 구비할 수 있다. 여기서, 디퓨저 하우징(180)과 케이스(190) 사이의 공간(S1)을 통해 유입되는 가스는 케이스(190)의 내주면과 디퓨저 하우징(180)의 외주면 사이에 형성되는 공간을 따라 유동하여, 복수개의 브릿지(175)들을 제외한 나머지 단차부(174)와 아우터링(176) 사이에 형성되는 배출구(177)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 케이스(190)는 케이스(190)의 내주면으로부터 회전축(110)의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되어 이너 하우징(170)의 아우터링(176)을 수용하는 설치홈(192)을 구비할 수 있고, 케이스(190)는 설치홈(192)에 수용된 아우터링(176)에 의해 지지되는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 케이스(190)의 내부에 형성되는 공간은 크게 세 개의 구역으로 구분될 수 있다. 즉, 케이스(190)의 내부는 디퓨저 하우징(180)과 케이스(190) 사이에 형성되는 제1 공간(S1)과, 이너 하우징(170)와 디퓨저 하우징(180) 사이에 형성되는 제2 공간(S2)과, 이너 하우징(170)의 내부에 형성되는 제3 공간(S3)으로 구획될 수 있다.

먼저, 제1 공간(S1)을 통해서는 임펠러(140)의 회전에 따라 흡입구(1901)로 유입되는 가스가 유동할 수 있다. 제1 공간(S1)을 통해 유동하는 가스는 배출구(177)를 통해 케이스(190)의 외부로 배출될 수 있다.

다음으로, 제2 공간(S2)에는 어퍼 러너(150)와 디퓨저 하우징(180) 사이를 통과하는 가스와, 디퓨저 하우징(180)에 형성된 하나 이상의 통공(182)을 통과하는 가스가 유입될 수 있다. 제2 공간(S2)에 유입된 가스 중 일부는 어퍼 러너(150)와 베어링(160) 사이에 형성되는 제1 서브 저널 갭(JG1)과 제2 서브 저널 갭(JG2), 제1 스러스트 갭(TG1), 제2 스러스트 갭(TG2) 및 스페이서(164)를 통과할 수 있다. 또한, 제2 공간(S2)으로 유입된 가스 중 다른 일부는 이너 하우징(170)에 형성된 개구부(178)를 통해 제3 공간(S3)으로 유입될 수 있다.

제3 공간(S3)으로 유입된 가스는 스테이터 코어(131)들 사이에 형성되는 빈 공간과, 로터(120)와 스테이터 코어(131) 사이에 형성되는 빈 공간을 통과할 수 있으며, 토출구(179)를 통해 역시 케이스(190)의 외부로 배출될 수 있다.

전술한 제1 공간(S1), 제2 공간(S2) 및 제3 공간(S3)을 통해 유동하는 가스는 케이스(190)의 내부에 구비되는 각 구성요소들을 냉각시킬 수 있으며, 이에 따라 모터 어셈블리(100)의 발열을 저감시킬 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)를 제조하는 방법에 대해 자세하게 설명하기로 한다.

도 6은 도 1에 도시된 모터 어셈블리를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 7은 회전축에 베어링을 안착시키는 모습을 묘사하는 사시도이며, 도 8은 베어링이 안착된 회전축에 어퍼 러너와 로터를 설치하는 모습을 묘사하는 사시도이고, 도 9는 로터 어셈블리를 이너 하우징에 설치하는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이며, 도 10은 로터 어셈블리가 설치된 이너 하우징의 내주면에 스테이터를 설치하는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이고, 도 11은 로터 어셈블리와 스테이터가 설치된 이너 하우징에 디퓨저 하우징을 안착시키는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이며, 도 12는 디퓨저 하우징이 안착되고, 로터 어셈블리와 스테이터가 설치된 이너 하우징의 회전축에 임펠러를 설치하는 모습을 묘사하는 사시도와 절개도이고, 도 13은 이너 하우징에 케이스를 설치하여 모터 어셈블리의 제조를 완성하는 모습을 나타내는 사시도와 절개도이다.

이하, 도 6 내지 도 13은 모터 어셈블리(100)를 제조하는 순서를 구체적으로 설명하기 위한 목적으로 도시된 것으로, 모터 어셈블리(100)의 각 구성요소들에 대한 자세한 설명은 상기 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용을 원용하기로 한다.

먼저, 도 6과 도 7을 참조하면, 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부(111)를 구비하는 회전축(110)을 베어링(160)에 삽입하여, 베어링(160)을 제1 돌출부(111)에 안착시킬 수 있다(S601).

다음으로, 도 6과 도 8을 참조하면, 회전축(110)의 축 방향을 따라, 제1 돌출부(111)를 기준으로 베어링(160)에 대해 반대편에 위치하는 회전축(110)의 일측(110C)에 로터(120)를 설치할 수 있다(S603). 또한, 회전축(110)의 축 방향을 따라, 베어링(160)을 기준으로 제1 돌출부(111)에 대해 반대편에 위치하는 회전축(110)의 타측(110D)에 어퍼 러너(150)를 설치할 수 있다(S605).

여기서, 회전축(110)의 일측(110C)에 로터(120)를 설치하는 단계(S603)와 회전축(110)의 타측(110D)에 어퍼 러너(150)를 설치하는 단계(S605)의 순서는 뒤바뀔 수도 있다. 즉, 회전축(110)의 일측(110C)에 로터(120)를 설치하기 이전에, 회전축(110)의 타측(110D)에 어퍼 러너(150)를 먼저 설치할 수 도 있다. 중요한 것은 회전축(110)의 일측(110C)에는 로터(120)가, 타측(110D)에는 어퍼 러너(150)가 설치되는 것이며, 회전축(110)에 로터(120)와 어퍼 러너(150)가 설치되는 순서는 어느 하나에 한정되지 않는다.

다음으로, 도 6과 도 9를 참조하면, 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체를 이너 하우징(170)에 삽입할 수 있다(S607). 이때, 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체는 어퍼 러너(150)가 먼저 이너 하우징(170)의 제3 홀(171)을 통과하는 방향으로 이너 하우징(170)에 삽입될 수 있다. 한편, 베어링(160)과 이너 하우징(170)은 서로 접촉하여 압입 등의 방법으로 서로 결합될 수 있다. 즉, 베어링(160)은 회전축(110)의 회전 시 이너 하우징(170)에 고정된 상태를 유지할 수 있다.

다음으로, 도 6과 도 10을 참조하면, 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체가 이너 하우징(170)에 설치된 상태에서, 이너 하우징(170)의 내주면에 스테이터(130)를 설치할 수 있다(S609). 이때, 스테이터(130)는 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체가 이너 하우징(170)에 삽입되는 방향과 동일한 방향으로 이너 하우징(170)의 내부로 진입될 수 있고, 로터(120)의 외주면을 둘러싸도록 이너 하우징(170)의 내주면에 설치될 수 있다.

다음으로, 도 6과 도 11을 참조하면, 이너 하우징(170)에 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체와 스테이터(130)가 설치된 상태에서, 디퓨저 하우징(180)의 일측(180A)을 이너 하우징(170)에 안착시키고, 동시에 디퓨저 하우징(180)의 타측(180B)을 어퍼 러너(150)에 안착시킬 수 있다(S611). 구체적으로, 디퓨저 하우징(180)의 일측(180A)은 이너 하우징(170)에 형성된 단차부(174)에 안착될 수 있으며, 디퓨저 하우징(180)의 타측(180B)은 회전축 체결부(152)의 외주면과 제2 돌출부(153)의 일면과 소정의 간격을 두고 이격되도록 배치될 수 있다.

다음으로, 도 6과 도 12를 참조하면, 이너 하우징(170)에 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체와 스테이터(130)가 설치되고, 디퓨저 하우징(180)이 이너 하우징(170)에 안착된 상태에서, 회전축(110)의 축 방향을 따라, 어퍼 러너(150)를 기준으로 베어링(160)에 대해 반대편에 위치하는 회전축(110)의 타측(110D)에 임펠러(140)를 설치할 수 있다(S613). 임펠러(140)는 회전축(110)의 타측(110D)에 체결될 수 있으며, 회전축(110)이 고속으로 회전하는 경우 회전축(110)과 함께 고속으로 회전할 수 있다.

다음으로, 도 6과 도 13을 참조하면, 이너 하우징(170)에 회전축(110)과 로터(120) 및 어퍼 러너(150)의 결합체와 스테이터(130)가 설치되고, 디퓨저 하우징(180)이 이너 하우징(170)에 안착되며, 회전축(110)의 타측에 임펠러(140)가 설치된 상태에서, 디퓨저 하우징(180)과 소정 간격 이격되어 배치되도록 케이스(190)를 디퓨저 하우징(180)에 안착시킬 수 있다(S615). 구체적으로, 케이스(190)의 내주면에는 회전축(110)의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되는 설치홈(191)이 구비되고, 설치홈(191)에는 이너 하우징(170)의 아우터링(176)이 삽입될 수 있다. 다시 말해, 케이스(190)는 이너 하우징(170)의 아우터링(176)에 안착되어 회전축(110)의 축 방향으로 지지될 수 있다.

전술한 모터 어셈블리(100)의 제조 방법에 따르면, 하나의 베어링(160)으로 회전축(110)의 축 방향과 반경 방향을 동시에 지지할 수 있는 모터 어셈블리(100)를 제조할 수 있다. 이에 따라, 모터 어셈블리(100)의 회전축(110)을 지지하는 베어링(160)의 부품 수를 줄여 전체적인 모터 어셈블리(100)의 구조를 단순화시킴으로써 소형화를 구현할 수 있다.

구체적으로, 전술한 모터 어셈블리(100)의 제조 방법에 따르면, 하나의 베어링(160)으로도 회전축(110)의 축 방향과 반경 방향을 동시에 안정적으로 지지할 수 있는 모터 어셈블리(100)를 제조할 수 있다. 즉, 회전축(110)의 지지를 위해 하나의 베어링(160)만을 사용함으로써, 회전축(110)을 안정적으로 지지하기 위해 필요한 베어링의 개수를 줄일 수 있는 모터 어셈블리(100)를 제조할 수 있다. 또한, 회전축(110)의 지지를 위해 복수개의 베어링들이 필요하지 않고, 단 하나의 베어링(160)만으로 회전축(110)을 지지할 수 있음에 따라, 베어링(160)이 설치되는 내부 공간을 최소화함으로써 소형화 및 경량화를 꾀할 수 있는 모터 어셈블리(100)를 제조할 수 있다.

또한, 회전축(110) 지지를 위해 복수개의 베어링들을 사용할 경우 베어링들 사이의 회전 중심 오차를 줄이기 위해 오링(o-ring)과 같은 소모품이나, 오링이 설치되기 위한 추가적인 구조가 필요하나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 하나의 베어링(160)만으로도 회전축(110)을 지지할 수 있으므로 추가적인 소모품이나 이를 설치하기 위한 구조를 별도로 마련할 필요가 없으므로, 모터 어셈블리(100)의 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모터 어셈블리(100)의 내구성을 향상시켜 수명 또한 연장시킬 수 있다.

또한, 복수개의 베어링으로 회전축(110)을 지지할 경우 회전축(110)의 고속 회전 시 회전 중심 오차가 불가피하게 발생하고, 이에 따라 소음과 진동이 발생할 수 밖에 없으나, 본 발명의 일 실시예의 경우 하나의 베어링(160)만을 사용하므로 진동과 소음을 완화시켜 신뢰성과 내구성이 높은 모터 어셈블리(100)를 제조할 수 있다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 실시예들의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 실시예들에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

50: 로터 어셈블리 164: 스페이서
100: 모터 어셈블리 165: 제1 저널부
110: 회전축 166: 제2 저널부
111: 제1 돌출부 167: 제3 돌출부
112: 임펠러 결합부 170: 이너 하우징
113: 어퍼 러너 결합부 171: 제3 홀
114: 베어링 결합부 172: 베어링 고정부
1141: 접촉면 1721: 제1 고정면
115: 로터 결합부 1722: 제2 고정면
120: 로터 173: 스테이터 고정부
121: 마그네트 174: 단차부
122: 제1 엔드 플레이트 175: 브릿지
123: 제2 엔드 플레이트 176: 아우터링
130: 스테이터 177: 배출구
131: 스테이터 코어 178: 개구부
132: 코일 179: 토출구
133: 인슐레이터 180: 디퓨저 하우징
140: 임펠러 181: 가이드 베인
141: 허브 1811: 제1 서브 가이드 베인
142: 블레이드 1812: 제2 서브 가이드 베인
150: 어퍼 러너 182: 통공
151: 제1 홀 190: 케이스
152: 회전축 체결부 191: 설치홈
153: 제2 돌출부 JG: 저널 갭
160: 베어링 JG1: 제1 서브 저널 갭
161: 제2 홀 JG2: 제2 서브 저널 갭
162: 제1 스러스트부 TG1: 제1 스러스트 갭
163: 제2 스러스트부 TG2: 제2 스러스트 갭

Claims (19)

1. 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부를 구비하는 회전축;
   상기 회전축의 일측에 설치되는 로터;
   상기 회전축의 상기 반경 방향을 따라 상기 로터와 소정 간격 이격되도록 배치되어 상기 로터의 외측을 둘러싸는 스테이터;
   상기 회전축의 타측에 설치되는 임펠러;
   상기 회전축이 관통하는 제1 홀을 포함하고, 상기 로터와 상기 임펠러 사이에 배치되도록 상기 회전축의 상기 타측에 설치되고, 상기 회전축과 함께 회전하는 어퍼 러너;
   상기 회전축이 관통하는 제2 홀을 포함하고, 상기 회전축의 상기 제1 돌출부와 상기 어퍼 러너의 사이에 개재되는 베어링; 및
   상기 베어링이 관통하는 제3 홀을 포함하고, 상기 베어링이 상기 회전축의 축 방향 및 상기 반경 방향으로 이동하지 않도록 상기 베어링을 고정하며, 내주면에 상기 스테이터가 설치되는 이너 하우징;을 포함하고,
   상기 베어링은 상기 베어링의 외주면으로부터 상기 이너 하우징의 상기 내주면을 향해 돌출되는 제3 돌출부를 포함하고,
   상기 회전축의 상기 외주면과 상기 베어링의 내주면 사이에는 고압의 가스(gas)가 유동 가능한 소정의 저널 갭이 형성되고,
   상기 회전축은 상기 저널 갭에서 유동하는 상기 고압의 가스에 의해 상기 회전축의 상기 반경 방향으로 지지되며,
   상기 제1 돌출부와 상기 베어링의 제1 스러스트부 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제1 스러스트 갭이 형성되고, 상기 어퍼 러너와 상기 베어링의 제2 스러스트부 사이에는 고압의 가스가 유동 가능한 제2 스러스트 갭이 형성되고,
   상기 회전축은 상기 제1 스러스트 갭과 상기 제2 스러스트 갭에서 유동하는 상기 고압의 가스에 의해 상기 회전축의 상기 축 방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 베어링은,
   상기 베어링의 내주면으로부터 상기 회전축의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되는 스페이서를 포함하고,
   상기 베어링의 상기 내주면은 상기 스페이서를 기준으로 상기 제1 돌출부 측에 위치하는 제1 저널부와, 상기 어퍼 러너 측에 위치하는 제2 저널부로 구분되며,
   상기 저널 갭은 상기 회전축과 상기 제1 저널부의 사이에 형성되는 제1 서브 저널 갭과, 상기 회전축과 상기 제2 저널부의 사이에 형성되는 제2 서브 저널 갭을 포함하는, 모터 어셈블리.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 스페이서의 폭은 상기 회전축의 상기 반경 방향을 기준으로 상기 저널 갭의 폭보다 10배 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 회전축의 회전 시 상기 회전축과 상기 로터, 상기 임펠러 및 상기 어퍼 러너는 일체로 함께 회전하는 로터 어셈블리를 구성하고,
   상기 스페이서의 위치는 상기 회전축의 상기 반경 방향을 기준으로 상기 로터 어셈블리의 무게중심과 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 회전축은,
   상기 임펠러와 체결되는 임펠러 결합부와,
   상기 어퍼 러너와 체결되는 어퍼 러너 결합부와,
   상기 베어링에 의해 둘러싸이는 베어링 결합부와,
   상기 로터와 체결되는 로터 결합부로 구분되고,
   상기 회전축의 상기 반경 방향을 따른 상기 베어링 결합부의 외경은 상기 어퍼 러너 결합부의 외경보다 크며,
   상기 베어링 결합부와 상기 어퍼 러너가 서로 접촉하는 접촉면은 상기 회전축의 상기 반경 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 어퍼 러너는,
   상대적으로 상기 임펠러 측과 인접하는 위치에서 상기 회전축과 체결되는 회전축 체결부와,
   상대적으로 상기 베어링 측과 인접하는 위치에서 상기 회전축의 상기 반경 방향을 기준으로 상기 회전축 체결부보다 더 큰 외경을 갖는 제2 돌출부를 포함하고,
   상기 베어링 결합부의 상기 접촉면은 상기 제2 돌출부의 일부와 접촉하며,
   상기 제2 돌출부의 다른 일부는 상기 베어링의 제2 스러스트부와 상기 제2 스러스트 갭을 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 이너 하우징은,
   상기 베어링의 외주면과 접촉하는 제1 고정면과, 상기 제3 돌출부와 접촉하는 제2 고정면을 포함하는 베어링 고정부와,
   상기 회전축과 소정 간격 이격되어 상기 내주면에 상기 스테이터가 설치되는 스테이터 고정부를 포함하고,
   상기 제1 고정면은 상기 제3 홀의 둘레를 따라 형성되며,
   상기 베어링은 상기 제1 고정면과의 접촉에 의해 상기 회전축의 방사 방향으로의 이동이 제한되고, 상기 제2 고정면과의 접촉에 의해 상기 회전축의 상기 축 방향을 따른 상기 임펠러 측으로의 이동이 제한되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 제3 돌출부는 상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로 적어도 일부가 상기 제1 돌출부와 서로 중첩되는 상기 제1 스러스트부를 포함하고,
   상기 제1 스러스트부는 상기 제1 돌출부와 상기 제1 스러스트 갭을 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 스러스트부 중 일부는 상기 회전축의 상기 축 방향을 따라 상기 제1 돌출부를 향해 돌출되고,
   상기 제1 스러스트부 중 상기 제1 돌출부를 향해 돌출되지 않는 다른 일부는 상기 제1 돌출부와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
10. 제1 항에 있어서,
    일측이 상기 이너 하우징에 안착되고, 타측이 상기 어퍼 러너를 둘러싸는 디퓨저 하우징과,
    상기 디퓨저 하우징의 외측에 배치되되 상기 디퓨저 하우징과 소정 간격 이격되도록 상기 디퓨저 하우징에 설치되는 케이스를 더 포함하고,
    상기 디퓨저 하우징은 상기 디퓨저 하우징과 상기 케이스의 사이에 형성되는 공간으로 유입되는 가스의 유동을 가이드하는 복수개의 가이드 베인을 구비하는, 모터 어셈블리.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 어퍼 러너는,
    상대적으로 상기 임펠러 측과 인접하는 위치에서 상기 회전축과 체결되는 회전축 체결부와,
    상대적으로 상기 베어링 측과 인접하는 위치에서 상기 회전축의 상기 반경 방향을 기준으로 상기 회전축 체결부보다 더 큰 외경을 갖는 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 디퓨저 하우징의 상기 타측은 상기 회전축 체결부의 외주면 및 상기 제2 돌출부와 소정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 이너 하우징은 상기 디퓨저 하우징의 상기 일측을 수용하는 단차부를 더 구비하고,
    상기 디퓨저 하우징의 상기 일측은 상기 단차부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 이너 하우징은,
    상기 단차부의 외주면에서 상기 케이스를 향하는 방향으로 돌출되는 복수개의 브릿지와,
    상기 복수개의 브릿지를 통해 상기 단차부와 연결되는 아우터링을 더 구비하고,
    상기 복수개의 브릿지를 제외한 나머지 상기 단차부와 상기 아우터링 사이의 공간을 통해 상기 이너 하우징과 상기 케이스 사이의 공간을 통해 유동하는 상기 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 케이스의 내주면으로부터 상기 회전축의 방사 방향으로 소정 간격 함몰 형성되어 상기 아우터링을 수용하는 설치홈을 구비하고,
    상기 케이스는 상기 설치홈에 수용된 상기 아우터링에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 회전축의 상기 축 방향을 기준으로, 상기 임펠러와 상기 어퍼 러너, 상기 베어링 및 상기 로터는 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 모터 어셈블리.
16. 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌출부를 구비하는 회전축을 베어링에 삽입하여, 상기 베어링을 상기 제1 돌출부에 안착시키는 단계;
    상기 회전축의 축 방향을 따라, 상기 제1 돌출부를 기준으로 상기 베어링에 대해 반대편에 위치하는 상기 회전축의 일측에 로터를 설치하는 단계;
    상기 회전축의 축 방향을 따라, 상기 베어링을 기준으로 상기 제1 돌출부에 대해 반대편에 위치하는 상기 회전축의 타측에 어퍼 러너를 설치하는 단계; 및
    상기 회전축과 상기 베어링, 상기 로터 및 상기 어퍼 러너의 결합체를 이너 하우징에 삽입하고, 상기 베어링은 상기 베어링의 외주면으로부터 상기 이너 하우징의 상기 내주면을 향해 돌출되는 제3 돌출부를 상기 이너 하우징에 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 이너 하우징의 내주면에 스테이터를 설치하는 단계;를 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
17. 제16 항에 있어서,
    디퓨저 하우징의 일측을 상기 이너 하우징에 안착시키고, 상기 디퓨저 하우징의 타측을 어퍼 러너에 안착시키는 단계를 더 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 회전축의 축 방향을 따라, 상기 어퍼 러너를 기준으로 상기 베어링에 대해 반대편에 위치하는 상기 회전축의 상기 타측에 임펠러를 설치하는 단계를 더 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.
19. 제18 항에 있어서,
    상기 디퓨저 하우징과 소정 간격 이격되어 배치되도록 케이스를 상기 디퓨저 하우징에 안착시키는 단계를 더 포함하는, 모터 어셈블리의 제조 방법.

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