KR20210128956A - 모터 - Google Patents

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KR20210128956A
KR20210128956A KR1020210135055A KR20210135055A KR20210128956A KR 20210128956 A KR20210128956 A KR 20210128956A KR 1020210135055 A KR1020210135055 A KR 1020210135055A KR 20210135055 A KR20210135055 A KR 20210135055A KR 20210128956 A KR20210128956 A KR 20210128956A
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 모터는 회전축과; 회전축에 장착된 로터와; 로터의 외둘레를 둘러싸는 스테이터와; 회전축에 로터와 이격되게 장착된 임펠러와 임펠러와 로터 사이에 위치하고 회전축이 관통되는 통공이 형성된 베어링 하우징과; 베어링 하우징에 배치된 박막 베어링을 포함하고, 박막 베어링의 두께는 베어링 하우징의 내면과 회전축의 외둘레면 사이 간극의 50% 이상이고, 0.3mm 이하이다.

Description

모터{Motor}
본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베어링을 갖는 모터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
모터는 청소기 등의 가전기기에 설치될 수 있고, 이 경우 공기를 먼지 집진부로 흡인시키는 구동력을 발생할 수 있다.
이러한 모터의 일예는 모터 하우징과, 모터 하우징에 설치된 스테이터와, 스테이터에 의해 회전되는 로터와, 로터가 장착된 회전축을 포함할 수 있다. 모터의 회전축은 적어도 하나의 베어링에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있고, 회전축은 베어링에 지지된 상태에서 고속으로 회전될 수 있다.
모터는 회전축에 로터와 베어링 카트리지 및 임펠러가 연결된 로터 어셈블리를 포함할 수 있고, 이러한 로터 어셈블리의 일예는 미국 공개특허공보
US 2010/0215491 A1(2010년8월26일 공개)에 개시되어 있다.
상기한 선행문헌에 개시된 로터 어셈블리는 회전축을 2점 지지하기 위해, 한 쌍의 베어링이 슬리브에 의해 둘러싸이고, 한 쌍의 베어링 사이에 스프링이 배치된다.
미국 공개특허공보 US 2010/0215491 A1(2010년8월26일 공개)
본 발명은 베어링의 소형화 및 경량화가 가능하고, 베어링 간극의 산포가 최소화될 수 있는 모터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 모터는 베어링 하우징에 회전축을 지지하기 위한 박막 베어링이 설치되고, 박막 베어링의 두께가 베어링 하우징의 내면과 회전축의 외둘레면 사이 간극의 50% 이상이고, 0.3mm 이하일 수 있다.
상기 두께를 갖는 박막 베어링은 회전축이 수만rpm 이상 회전될 수 있는 고속 소형 모터에 적용될 경우, 고속 소형 모터의 수명을 연장시킬 수 있고, 이러한 모터를 소형화 및 경량화할 수 있다.
그리고, 박막 베어링의 두께가 0.3mm 이하이기 때문에, 베어링 간극의 산포를 최소화할 수 있어, 에어 등의 가스가 회전축을 신뢰성 높게 지지하게 할 수 있다.
또한, 박막 베어링의 두께가 0.3mm 초과일 경우, 박막 베어링을 베어링 하우징에 장착하기 위해 구부렸을 때, 박막 베어링의 일부가 소성 변형되어 그 형상이 변형될 수 있는데, 박막 베어링의 두께가 0.3mm 이하일 경우, 박막 베어링의 소성 변형이 최소화될 수 있고, 박막 베어링의 소성 변형시 발생될 수 있는 오작동을 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예는 박막 베어링의 두께가 베어링 하우징의 내면과 회전축의 외둘레면 사이 간극의 50% 이상이므로, 박막 베어링을 베어링 하우징에 장착했을때, 박막 베어링의 일부가 반경 방향으로 오버랩되지 않는다. 즉, 본 실시예는 박막 베어링이 반경 방향으로 오버랩될 때 발생될 수 있는 오작동을 방지할 수 있다.
이러한, 박막 베어링의 두께는 0.1mm 이상일 수 있다.
상기 박막 베어링은 단면 형상이 우호 형상으로 말린 금속 박막과; 금속 박막의 내면에 코팅된 코팅층을 포함할 수 있다. 그리고, 회전축은 코팅층을 반경 방향으로 향하는 박막 베어링 대향부를 포함할 수 있다. 그리고, 에어 등의 가스가 회전축을 부양시킬 수 있는 베어링 간극은 박막 베어일 대향부와 코팅층 사이에 형성될 수 있다.
박막 베어링 대향부의 외경이 4mm 내지 5mm일 경우, 박막 베어링이 가스 베어링으로 원활하게 기능할 수 있는 베어링 간극은 0.02~0.05mm일 수 있다. 본 실시예의 베어링 두께는 베어링 간극의 산포를 크지 않게 할 수 있는 두께이다.
즉, 본 실시예의 모터는 베어링 간극의 산포가 크지 않기 때문에, 회전축이 고속 회전되더라도 에어 등의 가스가 회전축을 신뢰성 높게 지지할 수 있다.
금속 박막은 내마모성이 좋은 금속 재질인 것이 바람직하고, 이를 위한 바람직한 일예는 니켈 함량이 크롬 함량 보다 많은 니켈 크롬 합금일 수 있다.
한편, 베어링 하우징에는 박막 베어링의 축방향 일단이 걸리는 제1걸림턱이 돌출될 수 있고, 박막 베어링의 축방향 타단이 걸리는 제2걸림턱이 돌출될 수 있다.
박막 베어링은 제1걸림턱 및 제2걸림턱에 의해 축방향으로 구속되어 베어링 하우징에서 임의 탈거되지 못하고, 베어링 하우징 내부에 신뢰성 높게 유지될 수 있다.
제1걸림턱과 제2걸림턱 각각의 돌출 폭은 박막 베어링의 두께 보다 얇을 수 있다. 이 경우, 회전축에 의한 제1걸림턱과 제2걸림턱의 손상은 최소화될 수 있다.
제1걸림턱과 제2걸림턱 각각의 적정 돌출 폭은 박막 베어링의 두께의 50% 내지 90%일 수 있다.
박막 베어링의 축 방향 길이는 제1걸림턱과 제2걸림턱의 이격 거리 보다 짧을 수 있다. 이 경우, 박막 베어링의 일부가 반경 방향으로 밀리는 것이 최소화될 수 있고, 박막 베어링과 회전축 사이의 베어링 간격은 최대한 균일하게 관리될 수 있다.
박막 베어링은 반경 방향으로 개방되고 축 방향으로 긴 슬릿이 형성될 수 있다. 박막 베어링은 그 장착시 슬릿에 의해 쉽게 오므라들었다가 펼쳐질 수 있고, 박막 베어링의 장착 작업이 손쉬운 이점이 있다.
또한, 베어링 하우징에 박막 베어링과 이격되게 배치되어 회전축을 지지하는 구름 베어링을 더 포함할 수 있다. 구름 베어링이 박막 베어링과 함께 회전축을 지지하여, 박막 베어링 단독으로 회전축을 지지하는 경우 보다 안정적으로 회전축을 지지할 수 있다. 그리고, 박막 베어링과 구름 베어링이 하나의 베어링 하우징에 함께 지지되어, 모터의 구조가 단순화될 수 있다.
박막 베어링의 두께는 구름 베어링의 내륜 두께 보다 얇아, 한 쌍의 구름 베어링이 회전축을 지지하는 경우 보다 경량화가 가능하다.
박막 베어링의 축 방향 길이는 구름 베어링의 축 방향 길이 보다 길어, 에어 등의 가스가 박막 베어링과 회전축 사이에 회전축을 신뢰성 높게 부양할 수 시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 모터의 제조방법은 판체 형상인 금속 박막의 일면에 코팅층을 도포하는 단계와; 코팅층이 도포된 일면이 내측에 위치되게 금속 박막을 호 형상으로 말아 박막 베어링을 제조하는 단계와; 박막 베어링을 베어링 하우징에 형성된 박막 베어링 하우징부에 삽입하는 단계와; 박막 베어링의 내측으로 축을 관통시키는 단계를 포함하고, 박막 베어링의 두께는 베어링 하우징의 내면과 회전축의 외둘레면 사이 간극의 50% 이상이고, 0.3mm 이하이다.
박막 베어링의 두께는 0.1mm 이상일 수 있다.
금속 박막은 니켈 함량이 크롬 함량 보다 많은 니켈 크롬 합금일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 박막 베어링의 두께가 0.3mm 이하이기 때문에, 박막 베어링의 두께 산포가 최소화되게 박막 베어링을 제조할 수 있고, 박막 베어링의 두께는 베어링 하우징의 내면과 회전축의 외둘레면 사이 간극의 50% 이상이므로, 박막 베어링의 일부가 베어링 하우징과 회전축의 사이에서 반경 방향으로 겹쳐지는 것을 최소화할 수 있고, 박막 베어링의 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 박막 베어링의 경량화가 가능하고, 박막 베어링의 재료비를 절감할 수 있다.
또한, 박막 베어링이 제1걸림턱 및 제2걸림턱에 축방향으로 걸려 박막 베어링이 베어링 하우징에서 임의 탈거되지 않고 안정적으로 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터 어셈블리의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구름 베어링과, 박막 베어링과, 베어링 하우징이 확대 도시된 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박막 베어링이 확대 도시된 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 제조방법이 도시된 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 박막 베어링이 회전축과 베어링 하우징 사이에 위치할 때의 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 박막 베어링의 비교예가 도시된 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 단면도이며, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 분해 사시도이고, 도 4은 본 발명의 실시예에 따른 로터 어셈블리의 단면도이며, 도 5은 본 발명의 실시예에 따른 구름 베어링과, 박막 베어링과, 베어링 하우징이 확대 도시된 단면도이고, 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 박막 베어링이 확대 도시된 사시도이다. 그리고, 도 7는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 제조방법이 도시된 순서도이다.
모터는 회전축(1)과, 로터(2)와, 스테이터(3), 임펠러(4)와, 베어링 하우징(5)와, 박막 베어링(7)을 포함한다. 모터는 박막 베어링(7)과 이격된 구름 베어링(6)을 더 포함할 수 있다. 모터는 그 외관을 형성하는 모터 바디(8)(9)를 더 포함할 수 있다.
모터 바디(8)(9)의 내부에는 임펠러(4)가 수용되는 임펠러 공간(V1)이 형성될 수 있다. 그리고, 모터 바디(8)(9)의 내부에는 로터(2) 및 스테이터(3)가 수용되는 모터 공간(V2)이 형성될 수 있다.
모터 바디(8)(9)에는 공기가 임펠러 공간(V1)으로 흡입되는 흡입구(81)가 형성될 수 있다. 그리고, 모터 바디(8)(9)에는 모터 공간(V2)의 공기가 모터의 외부로 배출되는 배출구(91)가 형성될 수 있다.
모터 바디(8)(9)는 단일의 부재로 형성되는 것이 가능하고, 복수개 부재의 결합체로 구성되는 것도 가능하다.
모터 바디(8)(9)가 복수개 부재의 결합체일 경우, 모터 바디(8)(9)는 인렛 바디(8)와, 모터 하우징(9)를 포함할 수 있다.
인렛 바디(8)에는 공기가 흡입되는 흡입구(81)가 형성될 수 있다. 인렛 바디(8)는 임펠러(4)의 외둘레를 둘러싸게 배치될 수 있다. 인렛 바디(8)의 내부에는 임펠러(4)가 회전 가능하게 수용되는 임펠러 공간(V1)이 형성될 수 있다.
인렛 바디(8)는 흡입구(81)의 반대편이 모터 하우징(9)과 결합될 수 있다. 인렛 바디(8)는 모터 하우징(9)의 외둘레 전부 또는 일부를 둘러쌀 수 있다.
모터 하우징(9)는 스테이터(3)의 외둘레를 둘러쌀 수 있다. 모터 하우징(9)의 내부에는 회전축(1)과 로터(2) 및 스테이터(3)가 수용되는 모터 공간(V2)이 형성될 수 있다. 모터 하우징(9)에는 토출구(91)가 형성될 수 있다. 임펠러(4)에서 유동된 후 모터 공간(V2)으로 유동된 공기는 토출구(91)를 통해 모터 바디(8)(9)의 외부로 배출될 수 있다. 토출구(91)는 흡입구(51)의 반대편에 형성될 수 있다.
모터 하우징(9)은 중공 형상일 수 있다. 모터는 회전축(1)이 모터 하우징(9)에 지지되지 않고, 모터 하우징(9)은 회전축(1)을 지지하기 위한 회전축 서포터를 포함하지 않을 수 있다.
회전축(1)은 모터 공간(V2)에서 임펠러 공간(V1)으로 길게 연장될 수 있다. 회전축(1)의 일단(1A)은 모터 공간(V2)에 위치할 수 있고, 회전축(1)의 타단(1B)는 임펠러 공간(V2)에 위치할 수 있다.
회전축(1)은 일단(1A)과 타단(1B) 사이가 복수개 베어링(6)(7)에 의해 지지될 수 있고, 일단(1A)과 타단(1B) 각각은 모터 바디(8)(9)에 지지되지 않는 자유단일 수 있다.
회전축(1)의 일단(1A)는 로터(2)와 임펠러(4) 중 로터(2)에 근접할 수 있고, 로터측 자유단일 수 있다.
회전축(1)의 타단(1B)는 로터(2)와 임펠러(4) 중 임펠러(4)에 더 근접할 수 있고, 임펠러측 자유단일 수 있다.
회전축(1)은 대경부(11)와, 소경부(12)를 포함할 수 있다. 대경부(11)와, 소경부(12)는 축 방향(L)으로 연속될 수 있다.
대경부(11)는 로터(2)가 장착되는 부분으로서, 그 외경이 소경부(12)의 외경 보다 클 수 있다. 대경부(11)는 회전축(1)의 일단(1A)을 포함할 수 있다. 대경부(11)는 모터 공간(V2)에 위치할 수 잇다.
대경부(11)의 축 방향 일단(11A) 외경은 구름 베어링(6)의 내륜(61) 내경 보다 클 수 있다. 이 경우, 구름 베어링(6)의 내륜(61)은 축 방향(L)으로 대경부(11)의 일단(11A)에 걸릴 수 잇다. 대경부(11)의 축 방향 일단(11A)은 구름 베어링(6)의 내륜(61)과 접촉될 수 있고, 구름 베어링(6)은 대경부(11)의 축 방향 일단(11A)에 걸려 로터(2)를 향해 미끄러지지 않는다.
소경부(12)는 대경부(11)의 길이방향 일단(11A)에서 축 방향으로 연장될 수 있다. 소경부(12)는 베어링 하우징(5)의 통공(H)을 관통할 수 있다.
소경부(12)는 임펠러(4) 및 구름 베어링(6)이 장착되는 부분일 수 있다. 소경부(12)는 회전축(1)의 타단(1B)을 포함할 수 있다. 소경부(12)는 그 전부 또는 일부가 임펠러 공간(V1)에 위치될 수 있다.
소경부(12)는 반경 방향(R)으로 구름 베어링(6) 및 박막 베어링(7) 각각을 향할 수 있다.
소경부(12)는 구름 베어링(6)의 내륜(61)이 접촉되는 내륜 접촉부(13)와, 박막 베어링(7)을 반경 방향으로 향하는 박막 베어링 대향부(14)를 포함할 수 있다. 여기서, 박막 베어링 대향부(14)는 박막 베어링(7)의 코팅층(75)을 향하는 부분일 수 있다.
이 경우, 내륜 접촉부(13)의 외경과 박막 베어링 대향부(14)의 외경은 동일할 수 있다.
내륜 접촉부(13)과 박막 베어링 대향부(14)가 단차를 갖을 경우, 회전축(1)의 제조공정이 복잡할 수 있는데, 내륜 접촉부(13)의 외경과 박막 베어링 대향부(14)의 외경이 동일할 경우, 회전축(1)의 제조공정이 단순할 수 있다.
소경부(12)는 연결부(53)를 반경 방향(L)으로 향하는 연결부 대향부(15)를 더 포함할 수 있다. 연결부 대향부(15)의 외둘레면과 연결부(53)의 내둘레면 사이에는 빈 공간(V3)이 형성될 수 있다. 이러한 빈 공간(V3)는 박막 베어링(7)의 내둘레면과 회전축(1)의 외둘레면 사이의 베어링 간극(G2)으로 유출입되는 공기의 통로로 기능할 수 있다.
한편, 소경부(12)는 임펠러(4)가 결합되는 임펠러 결합부(16)을 더 포함할 수 있다.
소경부(12)는 내륜 접촉부(13)부터 임펠러 결합부(16)까지 그 외경이 일정할 수 있고, 이 경우, 회전축(1)의 제조 공정은 단순할 수 있다.
로터(2)는 회전축(1)에 장착될 수 있다. 로터(2)는 회전축(1)의 외둘레를 둘러싸게 배치될 수 있다. 로터(2)는 박막 베어링(7)과 축 방향으로 이격될 수 있다. 로터(2)는 구름 베어링(6)과 축 방향으로 이격될 수 있다. 로터(2)는 회전축(1) 중 모터 공간(V2)에 수용되는 부분에 장착될 수 있다.
로터(2)는 마그네트(21)를 포함할 수 있다. 로터(2)는 마그네트(21)가 장착되는 마그네트 코어(22)를 더 포함할 수 있다. 로터(2)는 축 방향(L)으로 이격된 한 쌍의 엔드 플레이트(23)(24)를 더 포함할 수 있다.
로터(2)는 회전축(1)과 임펠러(4) 및 구름 베어링(6)과 함께 로터 어셈블리(R)를 구성할 수 있다. 로터(2)는 임펠러(4) 보다 더 무거울 수 있다. 이러한 로터 어셈블리(R)의 무게 중심은 임펠러(4)와 로터(2) 중 로터(2)에 더 근접할 수 있다.
스테이터(3)는 로터(2)의 외둘레를 둘러싸게 배치될 수 있다. 스테이터(3)는 모터 바디(8)(9)의 내둘레에 배치될 수 있다. 스테이터(3)는 모터 하우징(9)의 내둘레에 배치될 수 있다. 스테이터(3)는 스테이터 코어(31)와, 스테이터 코어에 권선된 코일(32)을 포함할 수 있다.
임펠러(4)는 회전축(1)에 로터(2)와 이격되게 장착될 수 있다. 임펠러(4)는 박막 베어링(7)과 이격되게 회전축(1)에 장착될 수 있다. 임펠러(4)는 박막 베어링(7)과 축 방향(L)으로 이격될 수 있다.
임펠러(4)는 로터(2) 보다 경량의 재질일 수 있고, PEEK 등의 고강도 합성수지 재질로 성형될 수 있다.
임펠러(4)는 축 방향(L)으로 에어 등의 가스를 흡입한 후 원심 방향으로 토출하는 원심형 임펠러일 수 있다. 임펠러(4)는 허브(42)와, 허브(42)의 외둘레에 형성된 복수개의 블레이드(44)를 포함할 수 있다.
모터는 임펠러(4)에서 유동된 공기를 안내하는 디퓨져(46)을 더 포함할 수 있다. 디퓨져(46)는 인렛 바디(8)의 내부에 위치될 수 있고, 그 외둘레가 인렛 바디(8)의 내둘레면을 향할 수 있다.
디퓨져(46)와 인렛 바디(8)의 사이에는 임펠러(4)에 의해 유동된 공기 등의 가스를 모터 공간(V2)으로 안내하는 통로가 형성될 수 있다.
베어링 하우징(5)은 임펠러(4)와 로터(1) 사이에 위치할 수 있다. 베어링 하우징(5)에는 회전축(1)이 관통되는 통공(H)이 형성될 수 있다. 베어링 하우징(5)은 회전축(1)의 일부 외둘레를 둘러쌀 수 있다. 베이링 하우징(5)은 회전축(1) 중 소경부(12)의 일부 외둘레를 둘러쌀 수 있다.
베어링 하우징(5)은 모터 바디(1)와 일체로 형성되어 모터 바디(1)의 일부로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 베어링 하우징(5)은 모터 바디(1)와 별도로 제조된 후, 모터 바디(1)에 결합되는 것도 가능하다. 베어링 하우징(5)은 모터 바디(1)와 별도로 제조될 경우, 스크류 등의 체결부재로 인렛 바디(8)나 모터 하우징(9)에 체결될 수 있다.
베어링 하우징(5)은 박막 베어링(7)이 지지되는 하우징부(54)를 포함할 수 있다. 베어링 하우징(5)은 모터 바디(1)에 체결되는 체결부(55)를 더 포함할 수 있다. 베어링 하우징(5)은 하우징부(54)와 체결부(55)를 잇는 복수개의 브릿지부(56)을 더 포함할 수 있다.
회전축(1)이 관통되는 통공(H)은 하우징부(54)에 형성될 수 있다. 하우징부(54)의 내부에는 박막 베어링(7)이 수용되는 박막 베어링 공간이 형성될 수 있다.
모터는 회전축(1)에 상시 접촉된 접촉식 베어링과, 회전축(1)과 상시 접촉되지 않는 비접촉식 베어링을 포함할 수 있고, 이러한 접촉식 베어링과, 비접촉식 베어링의 조합으로 회전축(1)을 지지할 수 있다.
모터는 비접촉 베어링의 일예인 박막 베어링(7)과 접축식 베어링의 일예인 구름 베어링(6)이 회전축(1) 중 로터(2)와 임펠러(4)의 사이에 위치하는 부분을 지지할 수 있다. 이 경우, 구름 베어링(6)은 박막 베어링(7)이 수용되는 베어링 하우징(5)에 박막 베어링(7)과 함께 장착될 수 있다. 구름 베어링(6)은 베어링 하우징(5)에 박막 베어링(7)과 이격되게 배치되어 회전축(1)을 지지할 수 있다.
베어링 하우징(5)은 박막 베어링(7)이 지지되는 박막 베어링 하우징부(52)를 포함할 수 있다.
박막 베어링 하우징부(52)는 박막 베어링(7)의 외둘레면을 둘러쌀 수 있고, 박막 베어링(7)을 지지 및 보호할 수 있다. 박막 베어링 하우징부(52)은 축 방향(L)으로 임펠러(4)를 향할 수 있다. 박막 베어링 하우징부(52)은 임펠러(4)와 축 방향으로 이격될 수 있고, 박막 베어링 하우징부(52)와 임펠러(4)의 사이에는 공기 등의 가스가 박막 베어링 하우징부(52)의 내측으로 유출입되기 위한 틈이 형성될 수 있다. 이러한 틈은 박막 베어링(7)과 회전축(1) 사이의 베어링 간극(G2)과 축 방향(L)은 연통될 수 있다.
베어링 하우징(5)에는 박막 베어링(7)의 축방향 일단이 걸리는 제1걸림턱(58)이 돌출될 수 있고, 박막 베어링(7)의 축방향 타단이 걸리는 제2걸림턱(59)이 돌출될 수 있다.
제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59)은 회전축(1)에 의해 마모되지 않는 폭으로 돌출될 수 있고, 회전축(1)과 비접촉되는 폭으로 돌출될 수 있다. 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 각각의 돌출 폭(P)은 박막 베어링(7)의 두께(T1) 보다 얇을 수 있다. 이 경우, 회전축(1)의 외둘레면은 박막 베어링(7)의 코팅층(75)에 접촉될 수 있고, 회전축(1)이 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59)과 접촉되는 것은 최소화될 수 있다.
제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 각각의 돌출 폭(P)은 박막 베어링(7)의 두께(T1)의 50% 내지 90%일 수 있다. 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59)의 돌출 폭(P)이 너무 작을 경우, 박막 베어링(7)이 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 중 어느 하나를 타고 넘으면서 베어링 하우징(5)의 외부로 쉽게 빠져나올 수 있다.
반면에, 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 각각의 돌출 폭(P)이 박막 베어링의 두께(T1)의 50% 내지 90% 일 경우, 박막 베어링(7)은 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 사이에 축 방향(L)으로 안정되게 지지 및 유지될 수 있다.
베어링 하우징(5)은 구름 베어링(6)이 지지되는 구름 베어링 하우징부(51)을 더 포함할 수 있다.
구름 베어링 하우징부(51)는 구름 베어링(6)의 외둘레면을 둘러쌀 수 있고, 구름 베어링(6)을 지지 및 보호할 수 있다. 구름 베어링 하우징부(51)는 축 방향(L)으로 로터(2)를 향할 수 있다.
구름 베어링(6)의 외륜(62)은 구름 베어링 하우징부(51)의 내둘레면에 압입되어 밀착될 수 있고, 구름 베어링 하우징부(51)의 내둘레면에 고정될 수 있다. 구름 베어링 하우징부(51)은 박막 베어링 하우징부(52) 보다 내경이 클 수 있다.
베어링 하우징(5)이 구름 베어링 하우징부(51)와 박막 베어링 하우징부(52)를 모두 포함할 경우, 베어링 하우징(5)은 구름 베어링 하우징부(51)와 박막 베어링 하우징부(52)를 잇는 연결부(53)을 더 포함할 수 있다.
연결부(53)는 구름 베어링(6)의 외륜(62)이 축 방향(L)으로 걸리게 형성될 수 있다. 연결부(53)의 내경은 구름 베어링(6)의 외륜(62) 외경 보다 작을 수 있다. 연결부(53)의 내경은 구름 베어링 하우징부(51) 내경 보다 작고, 박막 베어링 하우징부(52)의 내경 보다 클 수 있다.
연결부(53)의 내둘레와 회전축(1)의 외둘레면 사이에는 빈 공간(V3)이 형성될 수 있다. 이러한 빈 공간(V3)는 박막 베어링(7)과 회전축(1) 사이의 베어링 간극(G2)과 축 방향(L)으로 연통될 수 있다.
구름 베어링 하우징부(51)와, 박막 베어링 하우징부(52) 및 연결부(53)은 종류가 상이한 구름 베어링(6)과 박막 베어링(7)을 이격되게 지지하는 하우징부(54)를 구성할 수 있다.
하우징부(54)에는 임펠러(4)에 의해 유동된 공기 중 일부를 베어링 간극(G2)으로 안내하기 위한 별도의 에어통로가 형성될 수 있고, 이러한 에어통로의 일예는 하우징부(54)의 외부와 연결부(53)의 공간(V3)을 연통시키게 형성되거나, 하우징부(54)의 외부와 박막 베어링 하우징부(52)의 내부를 연통시키게 형성될 수 있다.
구름 베어링(6)과 박막 베어링(7)은 베어링 하우징(5)에 배치될 수 있다. 구름 베어링(6)과 박막 베어링(7)에 베어링 하우징(5)에 축 방향(L)으로 이격되게 배치될 수 있다.
구름 베어링(6)은 축 방향(L)으로 박막 베어링(7) 및 로터(2)의 사이에 위치될 수 있다. 그리고, 박막 베어링(7)은 축 방향(L)으로 구름 베어링(6)과 임펠러(4)의 사이에 위치될 수 있다.
로터(2)와, 임펠러(4)와 구름 베어링(6) 및 박막 베어링(7)은 축 방향(L)으로 로터(2)와 구름 베어링(6)과 박막 베어링(7)과 임펠러(4) 순서로 배치될 수 있다.
구름 베어링(6)은 회전축(1)에 고정된 내륜(61)과, 외륜(62) 및 구름 부재(63)을 포함할 수 있다.
구름 베어링(6)은 회전축(1)과 상시 접촉된 상태에서 회전축(1)을 지지하는 접촉식 베어링일 수 있고, 박막 베어링(7) 보다 하중 지지 능력이 높다.
회전축(1)과 로터(2) 및 구름 베어링(6)은 일체로 회전되는 로터 어셈블리(R)일 수 있고, 구름 베어링(6)와 박막 베어링(7) 중 하중 지지 능력이 높고 회전축(1)에 상시 접촉되어 있는 구름 베어링(6)이 로터(2)에 더 근접하는 것이 바람직하다.
구름 베어링(6)은 로터(2)와 임펠러(4) 중 로터(2)에 더 가까울 수 있다. 로터(3)와 임펠러(4)가 회전축(1)에 장착되었을 때, 회전축(1)와 로터(3)와 임펠러(4)의 조립체(A)의 무게중심은 임펠러(4) 보다 로터(3)에 더 근접할 수 있다.
박막 베어링(7) 보다 하중 지지 능력이 높은 구름 베어링(6)은 이러한 로터 어셈블리(R)의 무게중심에 위치하는 부분을 지지하거나 최대한 무게중심에 근접한 부분을 지지하는 것이 바람직하다.
구름 베어링(6)은 대경부(11)의 일단(11A)에 축 방향(L)으로 걸릴 수 있다. 구름 베어링(6)의 내륜(61)은 대경부(11)의 일단(11A)에 접촉되어 걸릴 수 있다.
박막 베어링(7)은 베어링 하우징(1)에 배치될 수 있다.
박막 베어링(7)은 오일레스 베어링일 수 있다. 박막 베어링(7)은 내둘레에 윤활성과 내마모성이 뛰어난 저마찰 코팅층이 형성된 가스 베어링일 수 있다. 에어 등의 가스는 박막 베어링(7)의 저마찰 코팅층과 회전축(1)의 외둘레면 사이에서 회전축(1)을 지지할 수 있다. 박막 베어링(7)은 동압 가스 베어링일 수 있고, 그 주변에서 박막 베어링(7)의 내둘레면과 회전축(1)의 사이로 유입된 공기 등의 가스에 의해 회전축(1)을 지지할 수 있다.
회전축(1)이 회전될 때, 회전축(1)의 외둘레에는 기류의 속도 성분이 발생되고, 회전축(1)은 박막 베어링(7)의 일측을 향해 편심되게 위치될 수 있다. 회전축(1)이 편심될 때, 회전축(1)과 박막 베어링(7) 사이에는 회전축(1)이 편심되지 않을 때의 베어링 간극보다 좁은 틈이 형성되게 되고, 박막 베어링(7) 내부에 위치하는 공기 등의 가스는 이러한 좁은 틈을 향해 흡인되며, 박막 베어링(7) 외부의 공기는 가스 베어링(7)과 회전축(1)의 사이로 흡인될 수 있다.
박막 베어링(7)은 베어링 하우징(5)에 장착되었을 때, 회전축(1)의 외둘레면과 베어링 간극(G2)을 갖을 수 있다. 베어링 간극(G2)은 박막 베어링(7)의 내면과 소경부(12)의 외면 사이로 정의될 수 있다. 박막 베어링(7)은 회전축(1)과 이격된 상태에서 공기 등의 가스가 베어링 간극(G2)에서 회전축(1)을 지지하는 가스베어링(또는 에어 베어링)일 수 있고, 그 예로 DU 부시 또는 DU DRY BEARING일 수 있다.
박막 베어링(7)은 단면 형상이 우호 형상으로 말린 금속 박막(74)과; 금속 박막(74)의 내면에 코팅된 코팅층(75)을 포함할 수 있다.
코팅층(75)은 PTFE(Polytetrafluoroethylene), DLC(Diamond like carbon), lubrite, Mos2, D10, Boron nitride, Ceramic powder, Soap이나 구리나 납 등의 Soft metal 등일 수 있다.
모터의 제조방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 판체 형상인 금속 박막(74)의 일면에 코팅층(75)을 도포하는 단계(S1)와; 코팅층(75)이 도포된 일면이 내측에 위치되게 금속 박막(74)을 호 형상으로 말아 박막 베어링(7)을 제조하는 단계(S2)와; 박막 베어링(7)을 베어링 하우징(1)에 삽입하는 단계(S3)와; 박막 베어링(7)의 내측으로 회전축(1)을 관통시키는 단계(S4)를 포함할 수 있다.
금속 박막(74)은 니켈 함량이 크롬 함량 보다 많은 니켈 크롬 합금일 수 있다. 금속 박막(74)은 일측에 슬릿(73)이 형성된 부시일 수 있고, 박막 베어링(7)은 가스 부시 베어링일 수 있다.
코팅층(75)는 금속 박막(74)이 우호 형상이나 고리 형상으로 말리기 이전인 판체 형상인 상태일 때, 금속 박막(74)의 일면에 도포될 수 있고, 이 경우 코팅층(75)의 두께 균일도는 높고, 박막 베어링(7)은 전체적으로 두께 산포 관리가 용이할 수 있다.
박막 베어링(7)은 베어링 간극(G2)에 위치하는 가스 특히 공기에 의해 윤활작용을 하는 베어링일 수 있고, 회전축(1)과 비접촉된 상태에서 회전축(1)을 지지하는 비접촉식 오일레스 베어링일 수 있다.
박막 베어링(7)은 회전축(1)의 중심에서 임펠러(4)측으로 편심된 위치를 향할 수 있다. 박막 베어링(7)은 로터(2)와 임펠러(4) 중 임펠러(4)에 더 가까울 수 있다. 박막 베어링(7)은 구름 베어링(6)과 임펠러(4) 중 임펠러(4)에 더 가까울 수 있다. 박막 베어링(7)과 임펠러(4) 사이의 축 방향 거리(L1)는 구름 베어링(6)과 로터(2) 사이의 축 방향 거리(L2) 보다 짧을 수 있다. 박막 베어링(7)은 회전축(1)의 무게중심과 회전축(1)의 타단(1B) 사이를 향할 수 있다. 박막 베어링(7)은 회전축(1)의 무게중심과 임펠러 연결부(16) 사이를 향할 수 있다.
임펠러(4)의 고속 회전시, 임펠러(4)에 의해 유동된 공기 중 일부는 베어링 하우징(5)의 주변에서, 베어링 간극(G2)으로 유입될 수 있다.
임펠러(4)의 고속 회전시, 베어링 하우징(5) 주변의 공기는 베어링 하우징(5)의 내부 특히, 박막 베어링(7)의 내면과 회전축(1)의 외둘레면 사이의 베어링 간극(G2)으로 유입될 수 있고, 베어링 간극(G2) 내 공기는 회전축(1)을 부양시킬 수 있다.
박막 베어링(7)은 회전축(1)의 외둘레면과 이격되는 내면(71)과, 베어링 하우징(5)에 형성된 박막 베어링 하우징부(52)에 접촉되는 외면(72)을 갖을 수 있다.
박막 베어링(7)은 베어링 간극(G2)을 일정하게 유지할 수 있는 형상 및 두께(T1)로 제조되는 것이 바람직하고, 베어링 하우징(5)에 장착되었을 때, 그 형상을 유지할 수 있는 탄성력을 갖는 것이 바람직하다.
박막 베어링(7)의 두께(T1)는 베어링 하우징(5)의 내면과 회전축(1)의 외면 사이 간극(G1)의 50% 이상이고, 0.3mm 이하이다.
박막 베어링(7)은 그 두께(T1)가 너무 두꺼울 경우, 박막 베어링(7)의 두께 산포가 클 수 있고, 베어링 간극(G2)이 일정하지 못하고 편차가 클 수 있다.
박막 베어링(7)의 베어링 간극(G2)은 박막 베어링 대향부(14)의 외경에 따라 상이할 수 있고, 박막 베어링(7)이 가스 베어링 기능을 충분하게 수행하기 위한 박막 베어링(7)의 두께는 박막 베어링 대향부(14) 외경의 0.004배 내지 0.0125배일 수 있다. 회전축(1) 중 박막 베어링 대향부(14)의 외경이 4mm 내지 5mm일 경우, 베어링 간극(S2)은 0.02mm 내지 0.05mm 일 수 있다.
박막 베어링(7)은 이러한 베어링 간극(S2)을 확보할 수 있는 두께로 제조되는 것이 바람직하다.
통상적으로 두께가 1mm 미만인 박막 베어링(7)의 두께 산포는 약 3% 이내인데, 박막 베어링(7)의 두께(T1)가 0.3mm 초과하여 너무 두꺼우면, 박막 베어링(7)의 두께 산포는 0.01mm 정도 될 수 있고, 이러한 두께 산포인 0.01mm는 베어링 간극(G2)의 20%~50%에 해당될 수 있고, 박막 베어링(7) 성능 편차가 심할 수 있다.
또한, 박막 베어링(7)의 그 두께(T1)가 0.3mm 초과일 경우, 박막 베어링(7)을 베어링 하우징(5) 내부에 삽입하기 위해 구부렸을 때, 소성 변형이 발생되어 베어링 하우징(5) 내면에 밀착되지 못하고 회전축(1)의 외둘레면에 접촉될 수 있고, 박막 베어링(7) 중 소성 변형이 발생된 부분은 가스 베어링으로 기능할 수 없게 된다.
한편, 박막 베어링(7)의 두께가 0.1mm 이하로 너무 얇을 경우, 제조가 용이하지 못할 수 있다.
이를 위한 박막 베어링(7)의 적정 두께(T)는 0.3mm 일 수 있고, 그 바람직한 적정 범위는 0.1mm 이상 0.3mm 이하일 수 있다.
즉, 가스 베이링(7)은 두께(T)가 0.3mm 이하인 판체 형상인 금속 박막(74)이 우호 형상이나 고리 형상으로 말려서 제작될 수 있고, 이렇게 우호 형상이나 고리 형상으로 말린 상태에서 베어링 하우징(5)에 삽입되어 수용될 수 있다.
박막 베어링(7)은 일측에 축 방향(L)으로 긴 슬릿(73, 도 6 참조)이 형성될 수 있다. 슬릿(73)은 박막 베어링(7)에 반경 방향으로 개방될 수 있다.
상기와 같이, 판체 형상이고 두께(T)가 0.3mm 이하인 금속 박막(74)를 말아서 박막 베어링(7)을 제작하면, 박막 베어링(7)의 두께 산포 관리가 쉬울 수 있고, 회전축(1)의 외둘레면과 베어링 하우징(5)의 내둘레면을 정밀하게 가공하면, 회전축(1)과 박막 베어링(7) 사이의 베어링 간극(G2)은 제조자가 원하는 수준으로 관리될 수 있다.
박막 베어링(7)의 축 방향 길이(L3)는 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59)의 이격 거리(L4) 보다 짧을 수 있다.
박막 베어링(7)의 축 방향 길이(L3)가 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59)의 이격 거리(L4)와 같거나 클 경우, 박막 베어링(7)이 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 사이에 너무 끼일 수 있고, 이 경우 박막 베어링(7)의 일부가 회전축(1)의 방향으로 볼록하게 변형될 수 있고, 이 경우 베어링 간극(G2)이 일정하지 않을 수 있다.
반면에, 박막 베어링(7)의 축 방향 길이(L3)는 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59)의 이격 거리(L4) 보다 짧으면, 박막 베어링(7)의 일부가 회전축(1)의 방향으로 볼록하게 변형되지 않고, 박막 베어링(7)은 제1걸림턱(58)과 제2걸림턱(59) 사이에 유지될 수 있다.
박막 베어링(7)의 외경(D1)은 구름 베어링(7)의 외경(D2) 보다 작을 수 있다. 박막 베어링(7)의 내경(D3)은 구름 베어링(7)의 내경(D4) 보다 클 수 있다. 여기서, 구름 베어링(7)의 외경(D2)은 외륜(62)의 외경일 수 있고, 구름 베어링(7)의 내경(D)는 내륜(61)의 내경일 수 있다.
박막 베어링(7)은 회전축(1)과 비접촉되는 비접촉식 베어링일 수 있고, 구름 베어링(6)은 내륜(61)의 내둘레면이 회전축(1)과 접촉되는 접촉식 베어링일 수 있으며, 박막 베어링(7)의 내경(D3)은 구름 베어링(7)의 내경(D4) 보다 클 수 있다.
박막 베어링(7)의 두께(T1)는 구름 베어링(6)의 내륜(61) 두께(T2) 보다 얇을 수 있다. 박막 베어링(7)의 축 방향 길이(L3)는 구름 베어링(6)의 축 방향 길이(L5) 보다 길 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 박막 베어링이 회전축과 베어링 하우징 사이에 위치할 때의 단면도이고, 도 9은 본 발명의 실시예에 따른 박막 베어링의 비교예가 도시된 단면도이다.
본 실시예의 비교예는 박막 베어링(7')의 두께(T1)는 베어링 하우징(5)의 내면과 회전축(1)의 외면 사이 간극(G1)의 50% 미만인 경우일 수 있다.
도 9에 도시된 박막 베어링(7')은 그 두께(T1)가 베어링 하우징(5)의 내면과 회전축(1)의 외둘레면 사이 간극(G1) 대비 너무 얇은 경우일 수 있다.
박막 베어링(7')의 두께(T1)가 상기 간극(G1) 대비 너무 얇으면, 박막 베어링(7')의 일부는 베어링 하우징(5)의 내둘레면에 밀착되지 못하고, 도 9에 도시된 바와 같이, 들뜰 수 있고, 박막 베어링(7')은 반경 방향(R)으로 오버랩 되는 부분(7")을 갖을 수 있다.
도 9에 도시된 비교예의 경우, 반경 방향(R)으로 오버랩되는 부분(7")에 의해 회전축(1)의 외둘레면과 박막 베어링(7')의 내둘레면 사이의 베어링 간극(G2)이 일정하지 않고, 이와 같이, 반경 방향(R)으로 오버랩되는 부분은 모터를 오작동시킬 수 있다.
반면에, 본 실시예는 박막 베어링(7)의 두께(T1)가 베어링 하우징(5)의 내면과 회전축(1)의 외둘레면 사이 간극(G1)의 50% 이상이므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 박막 베어링(7)의 일부가 다른 부분과 오버랩되지 못하고, 박막 베어링(7)은 그 전체가 최대한 베어링 하우징(5)에 밀착된 상태를 유지하면서, 베어링 간극(G2) 오차가 최소화될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 회전축 2: 로터
3: 스테이터 4: 임펠러
5: 베어링 하우징 7: 박막 베어링

Claims (10)

  1. 회전축;
    상기 회전축에 장착된 로터;
    상기 로터의 외둘레를 둘러싸는 스테이터;
    상기 회전축에 상기 로터와 이격되게 장착된 임펠러;
    상기 임펠러와 로터 사이에 위치하고 상기 회전축이 관통되는 통공이 형성된 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징에 배치된 박막 베어링; 및
    상기 박막 베어링과 이격되게 배치되어 상기 회전축을 지지하는 구름 베어링을 포함하며,
    상기 회전축은
    상기 박막 베어링의 내면을 반경 방향으로 향하는 박막 베어링 대향부를 포함하고,
    상기 박막 베어링 대향부와 상기 박막 베어링의 내면 사이에 베어링 간극이 형성되며,
    상기 박막 베어링의 두께는 상기 구름 베어링의 내륜 두께 보다 얇은 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은
    상기 박막 베어링이 지지되는 박막 베어링 하우징부와,
    상기 구름 베어링이 지지되는 구름 베어링 하우징부와,
    상기 박막 베어링 하우징부와 구름 베어링 하우징부를 잇는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부의 내경은 상기 구름 베어링의 외륜 외경 보다 작고, 상기 박막 베어링 하우징부의 내경 보다 큰 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막 베어링 하우징부에는
    상기 박막 베어링의 축방향 일단이 걸리는 제1걸림턱이 돌출되고,
    상기 박막 베어링의 축방향 타단이 걸리는 제2걸림턱이 돌출되고,
    상기 제1걸림턱과 제2걸림턱 각각의 돌출 폭은 상기 박막 베어링의 두께 보다 얇은 모터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부의 내둘레와 회전축의 외둘레면 사이에는 상기 베어링 간극과 축 방향으로 연통되는 빈 공간이 형성된 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 베어링 대향부의 외경이 4mm 내지 5mm이고,
    상기 베어링 간극은 0.02mm 내지 0.05mm인 모터.
  6. 회전축;
    상기 회전축에 장착된 로터;
    상기 로터의 외둘레를 둘러싸는 스테이터;
    상기 회전축에 상기 로터와 이격되게 장착된 임펠러;
    상기 임펠러와 로터 사이에 위치하고 상기 회전축이 관통되는 통공이 형성된 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징에 배치된 박막 베어링; 및
    상기 박막 베어링과 이격되게 배치되어 상기 회전축을 지지하는 구름 베어링을 포함하며,
    상기 회전축은
    상기 박막 베어링의 내면을 반경 방향으로 향하는 박막 베어링 대향부를 포함하고,
    상기 박막 베어링 대향부와 박막 베어링의 내면 사이에 베어링 간극이 형성되며,
    상기 박막 베어링의 축 방향 길이는 상기 구름 베어링의 축 방향 길이 보다 긴 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은
    상기 박막 베어링이 지지되는 박막 베어링 하우징부와,
    상기 구름 베어링이 지지되는 구름 베어링 하우징부와,
    상기 박막 베어링 하우징부와 구름 베어링 하우징부를 잇는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부의 내경은 상기 구름 베어링의 외륜 외경 보다 작고, 상기 박막 베어링 하우징부의 내경 보다 큰 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 박막 베어링 하우징부에는
    상기 박막 베어링의 축방향 일단이 걸리는 제1걸림턱이 돌출되고,
    상기 박막 베어링의 축방향 타단이 걸리는 제2걸림턱이 돌출되고,
    상기 제1걸림턱과 제2걸림턱 각각의 돌출 폭은 상기 박막 베어링의 두께 보다 얇은 모터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 연결부의 내둘레와 회전축의 외둘레면 사이에는 상기 베어링 간극과 축 방향으로 연통되는 빈 공간이 형성된 모터.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 박막 베어링 대향부의 외경이 4mm 내지 5mm이고, 상기 베어링 간극은 0.02mm 내지 0.05mm인 모터.
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