KR101254147B1 - 자기 베어링을 구비한 터보차져 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져는 블로어와 터빈 사이에 배치된 회전축과, 회전축을 감싸는 하우징과, 회전축에 배치되는 제1자성체와, 하우징 내부에 제1자성체에 대응되도록 배치되는 제2자성체를 포함하며, 제1자성체와 제2자성체는 상호 척력을 발생시키는 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 회전축의 외면에는 복수 개의 자성체삽입홈이 형성되고, 제1자성체는 자성체삽입홈에 삽입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져는 회전축과 회전축이 삽입되는 하우징에 상호 척력을 발생시키는 자성체를 삽입함으로써 하우징 내부에서 회전축이 접촉하지 않도록 하여 회전축의 회전시 마찰을 방지하여 회전축의 회전시 발생되는 회전축 및 하우징의 마모를 감소시키며, 회전축과 하우징의 마모시 발생되는 소음, 진동을 줄일 수 있는 효과가 있다. 아울러 터보차져의 구동시 마찰에 의한 손실을 감소시켜 효율을 증가시킬 수 있도록 하고자 한다.

Description

자기 베어링을 구비한 터보차져{TURBO-CHARGER HAVING MAGNETIC BEARING}

본 발명이 속하는 기술분야는 터보차져에 관한 분야이다. 구체적으로 자기 베어링이 설치된 터보차져에 관한 분야이다.

일반적으로 장치의 상대운동을 하는 구성품과 구성품 사이에는 상대운동에 의해 발생되는 마찰을 감소시키는 베어링이 설치된다. 이러한 베어링은 상대운동을 하는 구성과 구성의 접촉면적을 줄여 마찰을 감소시킨다.

그러나 이러한 베어링의 경우에도 구성품과 구성품이 베어링을 사이에 두고 상호 접촉되므로 마찰이 발생된다. 따라서 베어링 및 베어링과 접촉되는 구성품이 마모되는 문제점이 발생된다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫째, 상대운동을 하는 회전축과 회전축이 삽입되는 하우징의 접촉점을 제거하여 회전축의 회전시 마찰이 발생되지 않도록 하고자 한다.

둘째, 회전축의 회전시 발생되는 마찰손실을 저감시켜 효율을 증가시킬 수 있도록 하고자 한다.

셋째, 회전축의 회전시 마찰에 의해 발생되는 소음 및 진동을 최소화할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져는 블로어와 터빈 사이에 배치된 회전축과, 회전축을 감싸는 하우징과, 회전축에 배치되는 제1자성체와, 하우징 내부에 제1자성체에 대응되도록 배치되는 제2자성체를 포함하며, 제1자성체와 제2자성체는 상호 척력을 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 회전축의 외면에는 복수 개의 자성체삽입홈이 형성되고, 제1자성체는 자성체삽입홈에 삽입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 제1자성체는 회전축이 삽입될 수 있도록 중공형 원기둥 형상으로 형성되고, 제2자성체는 제1자성체를 감쌀 수 있도록 제1자성체에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 제1자성체는 하우징이 배치된 방향으로 N극 또는 S극 중 어느 한 극이 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 제1자성체는 회전축의 축 방향으로 N극과 S극이 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 제1자성체의 일단에는 배기가스의 유입을 방지하는 차단플레이트가 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 하우징의 일측에는 회전축이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널이 이격형성되고, 지지패널에 관통배치되고, 한 쌍의 지지패널 사이에 공간에 대응되는 회전축의 일측에는 제3자성체가 배치되며,

지지패널 각각에는 제4자성체가 배치되어 제3자성체와 제4자성체는 상호 척력을 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 하우징의 일측과 타측에는 회전축이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널이 이격형성되고, 제1자성체는 지지패널 사이에 배치되며, 지지패널 각각에는 회전축고정자성체가 결합되어 제1자성체와 상호 척력을 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져는 회전축과 회전축이 삽입되는 하우징에 상호 척력을 발생시키는 자성체를 삽입함으로써 하우징 내부에서 회전축이 접촉하지 않도록 하여 회전축의 회전시 마찰을 방지하여 회전축의 회전시 발생되는 회전축 및 하우징의 마모를 감소시키며, 회전축과 하우징의 마모시 발생되는 소음, 진동을 줄일 수 있는 효과가 있다. 아울러 터보차져의 구동시 마찰에 의한 손실을 감소시켜 효율을 증가시킬 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 도 1에 도시된 회전축, 하우징, 제1자성체 및 제2자성체의 일 실시예에 따른 일부분해사시도 및 단면도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 도 1에 도시된 회전축, 하우징, 제1자성체 및 제2자성체의 다른 일 실시예에 따른 일부분해사시도 및 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 회전축, 하우징, 제1자성체 및 제2자성체의 또 다른 일 실시예에 따른 일부분해사시도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 구성도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따른 구성도인 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차져는 블로어(110)와 터빈(120) 사이에 배치된 회전축(100)과, 회전축(100)을 감싸는 하우징(200)과, 회전축(100)에 배치되는 제1자성체(300)와, 하우징(200) 내부에 제1자성체(300)에 대응되도록 배치되는 제2자성체(400)를 포함하며, 제1자성체(300)와 제2자성체(400)는 상호 척력을 발생시킬 수 있도록 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이 회전축(100) 양단에 설치된 블로어(110)와 터빈(120)은 엔진(E)의 배기가스를 이용하여 터빈(120)을 회전시킨다. 이때, 블로어(110)는 터빈(120)의 회전시 발생되는 회전력을 이용하여 흡기된 공기를 압축하여 엔진(E)으로 공급한다.

이때, 회전축(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(200) 내부에 삽입되므로 터빈(120)의 회전시 회전축(100)과 하우징(200)은 상호 마찰을 발생시킨다. 따라서 종래에는 회전축(100)과 하우징(200) 사이에 베어링을 설치하여 터빈(120)의 회전시 회전축(100)과 하우징(200) 사이에서 발생되는 마찰을 감소시켰다.

그러나 이러한 베어링이 설치된 경우에도 회전축(100)과 하우징(200)은 베어링과 상대운동을 하므로 마찰이 발생되는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링을 구비한 터보차져의 회전축과 하우징에는 상호 척력을 발생시키는 자성체를 배치하여 하우징(200) 내부에서 회전축(100)을 부상시켜 회전축(100)과 하우징(200)이 상호 접촉되는 것을 방지한다.

이러한 자성체는 회전축(100)에 배치되는 제1자성체(300)와, 하우징(200) 내부에 제1자성체(300)에 대응되도록 배치되는 제2자성체(400)로 구성되며, 제1자성체(300)와 제2자성체(400)은 상호 척력을 발생시킬 수 있도록 자성체의 극성을 배치한다.

도 1에 도시된 회전축, 하우징, 제1자성체 및 제2자성체의 일 실시예에 따른 일부분해사시도 및 단면도인 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 회전축(100)의 외면에는 복수 개의 자성체삽입홈(101)이 형성되고, 제1자성체(300)는 자성체삽입홈(101)에 삽입되도록 구성할 수 있다.

즉, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이 회전축(100)의 외면에 회전축(100)의 중심으로 자성체삽입홈(101)을 복수 개 형성하고, 자성체삽입홈(101)에 제1자성체(300)을 삽입하며, 하우징(200)의 내면에 자성체삽입홈(101)에 대응되는 홈(201)을 형성하여 제2자성체(400)를 삽입한다.

이때, 자성체삽입홈(101)은 회전축(100)이 하우징(200) 내부에서 기울어지지 않도록 회전축(100)의 중심축을 기준으로 대칭되게 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 제1자성체(300)는 도 2(a)에 도시된 바와 같이 하우징(200) 쪽의 면이 S극을 갖도록 배치되며, 제2자성체(400)는 제1자성체(300)와 마주보는 면이 S극을 갖도록 하여 상호 척력을 발생시켜 회전축(100)을 하우징(200) 내부에서 부상시킬 수 있도록 한다.

실시예에 따라 제1자성체(300)의 하우징(200) 쪽의 면이 N극을 갖도록 배치될 수 있다. 이 경우 제1자성체(300)의 N극을 갖는 면과 마주보는 제2자성체(400)의 면은 N극이 되도록 한다. 따라서 회전축(100)은 도 2(a)의 단면도에 도시된 바와 같이 하우징(200) 내부에서 부상하여 회전 또는 정지상태를 유지할 수 있게 된다.

또한, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 제1자성체(300)는 회전축(100)의 축 방향으로 N극 또는 S극이 배치될 수도 있다. 이때, 제2자성체(400)는 제1자성체(300)와의 관계에서 척력을 발생시킬 수 있도록 제1자성체(300)와 동일한 극성이 배치된다. 따라서 회전축(100)은 도 2(b)의 단면도에 도시된 바와 같이 하우징(200) 내부에서 부상하여 회전 또는 정지상태를 유지할 수 있게 된다.

도 1에 도시된 회전축, 하우징, 제1자성체 및 제2자성체의 다른 일 실시예에 따른 일부분해사시도 및 단면도인 도 3(a) 및 도 3(b)을 참조하면 제1자성체(300)는 회전축(100)이 삽입될 수 있도록 중공형 원기둥 형상으로 형성되고, 제2자성체(400)는 제1자성체(300)를 감쌀 수 있도록 제1자성체(300)에 대응되는 호 형상으로 형성될 수도 있다.

앞에서 살펴본 도 2에 도시된 실시예의 경우, 회전축(100)이 회전하면, 회전축(100)에 배치된 제1자성체(300)가 제2자성체(400)가 배치된 구간과 배치되지 않은 구간을 연속하여 지나가게 된다. 따라서 제2자성체(400)가 배치된 구간과 배치되지 않은 구간 사이에서 미세한 소음 및 진동이 발생하게 된다.

따라서 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이 회전축(100)이 삽입되는 중공형 원통형상의 제1자성체(300)와 제1자성체(300)의 외면 형상에 대응되는 호 형상의 제2자성체(400)를 이용할 수도 있다.

이때, 제1자성체(300)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 상부 제1자성체(310)와 하부 제1자성체(320)로 구성될 수 있으나, 이러한 경우 제1자성체(310)와 제2자성체(320)는 상호 척력을 발생시키기 때문에 상부 제1자성체(310)와 하부 제1자성체(320)의 결합이 용이하지 않게 된다. 따라서 제1자성체(300)는 도 3(b)에 도시된 바와 같이 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 제1자성체(300)는 앞에서 설명한 바와 같이 하우징을 향하는 면이 N극을 갖도록 배치될 수 있으며, 제2자성체(400)는 제1자성체(300)을 향하는 면이 N극을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 극성은 실시예에 따라 S극으로 변경될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 회전축(100)의 축 방향으로 제1자성체(300)와 제2자성체(400)의 S극과 N극이 배치되도록 할 수도 있다.

본 발명에 따른 자기 베어링이 구비된 터보차져에 사용되는 제1자성체(300) 및 제2자성체(400)는 영구자석이므로, 퀴리온도 이상의 온도에서는 자성을 상실하게 된다. 따라서 터빈(120)을 회전시키는 고온의 배기가스가 제1자성체(300) 및 제2자성체(400) 방향으로 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 제1자성체(300)의 일단에는 배기가스의 유입을 방지하는 차단플레이트(도면 미도시)를 배치하여 배기가스가 제1자성체(300)와 제2자성체(400)로 유입되는 것을 방지한는 것이 바람직하다.

또한, 앞에서 설명한 도 1의 확대도를 참조하면 하우징(200)의 일측에는 회전축(100)이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널(210)이 이격형성되고, 지지패널(210)에 관통배치되고, 한 쌍의 지지패널(210) 사이에 공간에 대응되는 회전축(100)의 일측에는 제3자성체(500)가 배치되며, 지지패널(210) 각각에는 제4자성체(600)가 배치되어 제3자성체(500)와 상기 제4자성체(600)는 상호 척력을 발생시키도록 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 도 1의 확대도에 도시된 부분에는 회전축(100)을 지지하고, 회전축(100)의 이탈을 방지하는 저널베어링(journal-bearing)이 삽입된다. 그러나 이러한 저널베어링은 회전축(100)의 회전시 회전축(100)과 하우징(200)에 맞닿아 소음 및 마모를 발생시키는 문제가 있다.

따라서 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이 하우징(200)의 내부 일측에는 회전축(100)이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널(210)을 형성하고, 한 쌍의 지지패널(210) 사이의 공간에 대응되는 회전축(100)에는 제3자성체(500)를 배치하고, 지지패널(210) 각각에는 제3자성체(500)에 척력을 발생시키는 제4자성체(600)을 배치하는 것이 바람직하다.

이때 제3자성체(500)는 도 2(b) 또는 도 4의 제1자성체(300)와 같이 N극과 S극이 배치되며, 지지패널(210)에 배치되는 제4자성체(600)는 제3자성체(500)에 척력을 발생시킬 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 구성도인 도 5에 도시된 바와 같이 하우징(200)의 일측과 타측에는 회전축(100)이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널(210)을 이격형성시키고, 지지패널(210) 사이에 제1자성체(300)가 배치되도록 회전축(100)을 지지패널(210) 사이에 배치하며, 지지패널(210) 각각에는 제1자성체(300)와 척력을 발생시킬 수 있도록 회전축고정자성체(700)를 결합시킬 수 있다.

이때, 제1자성체(300)는 도 2(b) 또는 도 4의 제1자성체(300)와 같이 N극과 S극이 배치되며, 회전축고정자성체(700)은 제1자성체(300)에 척력을 발생시킬 수 있도록 배치된다.

따라서 회전축(100)은 지지패널(210) 사이에서 회전축의 중심축 방향의 이동을 발생시키지 않게 된다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 회전축 101 : 자성체삽입홈
110 : 블로어 120 : 터빈
200 : 하우징 210 : 지지패널
300 : 제1자성체 310 : 상부 제1자성체
320 : 하부 제1자성체 400 : 제2자성체
500 : 제3자성체 600 : 제4자성체
700 : 회전축고정자성체

Claims (8)

1. 블로어(110)와 터빈(120) 사이에 배치된 회전축(100);
   상기 회전축(100)을 감싸는 하우징(200);
   상기 회전축(100)에 배치되는 제1자성체(300); 및
   상기 하우징(200) 내부에 상기 제1자성체(300)에 대응되도록 배치되는 제2자성체(400)를 포함하며,
   상기 제1자성체(300)와 제2자성체(400)는 상호 척력을 발생시키는 것을 특징으로 하며,
   상기 제1자성체(300)의 일단에는 배기가스의 유입을 방지하는 차단플레이트가 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전축(100)의 외면에는 복수 개의 자성체삽입홈(101)이 형성되고, 상기 제1자성체(300)는 상기 자성체삽입홈(101)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1자성체(300)는 상기 회전축(100)이 삽입될 수 있도록 중공형 원기둥 형상으로 형성되고,
   상기 제2자성체(400)는 상기 제1자성체(300)를 감쌀 수 있도록 제1자성체(300)에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1자성체(300)는 상기 하우징(200)이 배치된 방향으로 N극 또는 S극 중 어느 한 극이 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.
   
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1자성체(300)는 상기 회전축(100)의 축 방향으로 N극과 S극이 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.
   
6. 삭제
7. 블로어(110)와 터빈(120) 사이에 배치된 회전축(100);
   상기 회전축(100)을 감싸는 하우징(200);
   상기 회전축(100)에 배치되는 제1자성체(300); 및
   상기 하우징(200) 내부에 상기 제1자성체(300)에 대응되도록 배치되는 제2자성체(400)를 포함하며,
   상기 제1자성체(300)와 제2자성체(400)는 상호 척력을 발생시키고,
   상기 하우징(200)의 일측에는 상기 회전축(100)이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널(210)이 이격형성되고,
   상기 지지패널(210)에 관통배치되고, 상기 한 쌍의 지지패널(210) 사이에 공간에 대응되는 회전축(100)의 일측에는 제3자성체(500)가 배치되며,
   상기 지지패널(210) 각각에는 제4자성체(600)가 배치되어 상기 제3자성체(500)와 상기 제4자성체(600)는 상호 척력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.
   
8. 블로어(110)와 터빈(120) 사이에 배치된 회전축(100);
   상기 회전축(100)을 감싸는 하우징(200);
   상기 회전축(100)에 배치되는 제1자성체(300); 및
   상기 하우징(200) 내부에 상기 제1자성체(300)에 대응되도록 배치되는 제2자성체(400)를 포함하며,
   상기 제1자성체(300)와 제2자성체(400)는 상호 척력을 발생시키고,
   상기 하우징(200)의 일측과 타측에는 상기 회전축(100)이 관통배치되는 한 쌍의 지지패널(210)이 이격형성되고,
   상기 제1자성체(300)는 상기 지지패널(210) 사이에 배치되며,
   상기 지지패널(210) 각각에는 회전축고정자성체(700)가 결합되어 상기 제1자성체(300)와 상호 척력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 구비한 터보차져.

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