KR101303071B1 - 냉각효율이 향상되는 공기 포일 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공기 포일 베어링은, 회전축(110)을 둘러싸도록 설치되는 베어링 하우징(160); 회전축(110)과 하우징(160) 사이에 회전축(110)을 둘러싸도록 회전축(100)에 소정간격 이격되게 설치되는 탑포일(130); 및 탑포일(130)과 하우징 (160) 사이에 끼이도록 설치되며 탑포일(130)에 눌려 탄성압축 변형이 가능하도록 설치되는 범프포일(140); 을 포함하여 이루어지되, 탑포일(130)과 범프포일(140)의 끝단은 하우징(160)의 내면에 고정되어 고정단을 이루고 그 반대편의 선단은 하우징(160)의 내면을 따라 환형으로 연장되어 상기 끝단과 소정간격 이격되면서 자유단을 이루며, 하우징(160)에는 상기 고정단과 자유단 사이에 냉각용 공기(181)가 공급될 수 있도록 냉각공기 주입구(180)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 공기 포일 베어링의 냉각효율이 좋아지므로 초고속 회전체를 지지하는데 더욱 효과적이게 되며, 공기가 외부에서 지속적으로 공급되므로 공기 윤활막(120)이 더욱 진동 완충 및 윤활제 역할을 제대로 수행할 수 있게 된다. 범프포일(140) 대신에 탄성 압축변형될 수 있는 다른 형태의 포일이 설치되는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 당연하다.

Description

냉각효율이 향상되는 공기 포일 베어링{Air foil bearing of which the cooling efficiency is enhanced}

본 발명은 공기 포일 베어링(air foil bearing, AFB)에 관한 것으로서, 베어링 포일의 자유단과 고정단 사이의 윤활공기 혼합영역에서 높은 유동혼합이 이루어지도록 하는 직접냉각방식을 채용함으로써 냉각효율이 향상되는 공기 포일 베어링에 관한 것이다.

공기 포일 베어링은 고속 회전기기, 예컨대 항공기용 공조 시스템의 핵심부품인 ACM(air cycle machine) 등에 있어서 회전체를 지지하는데 매우 효과적인 것이다. 이러한 베어링에서는 베어링의 진동감쇠 성능이 베어링의 안정성과 직결되며, 안정성이 뛰어날수록 지지된 회전체의 최고 회전수를 더욱 높일 수 있다. 공기 포일 베어링의 진동감쇠 메커니즘은 주로 윤활제와 하우징의 내부에 설치된 포일의 탄성력에 의존한다.

도 1은 종래의 공기 포일 베어링을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 공기 포일 베어링의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 심포일(50)은 반드시 필요한 것은 아니므로 도 2에서는 도 1의 심포일(50)이 생략된 경우가 도시되었다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 공기 포일 베어링은 베어링 하우징(60)이 회전축(10)을 감싸도록 설치되며, 회전축(10)과 하우징(60) 사이에는 회전축(10)의 주위를 감싸도록 안쪽에서부터 탑포일(30), 범프포일(40), 심포일(50)이 설치된다. 각 포일(30, 40, 50)은 스테인레스 강 또는 고온특성이 좋은 인코넬 등의 재질로 이루어지며, 일단은 핀(70)에 의해 하우징(60)의 내측면에 고정되어 고정단을 이루고, 타단은 하우징 내면 형상을 따라 연장되어 자유단을 이룬다.

탑포일(30)은 회전축(10)에 약간 이격되게 설치되며 그 이격공간에는 공기가 존재하여 공기 윤활막(20)을 이룬다. 범프포일(40)은 자체의 강성이 높아 회전축(10)의 하중 지지능력을 향상시키기 위해 설치되는 것으로 회전축(10)의 회전에 의해 동압이 발생하면 원주방향으로 변형되어 하중을 지지한다. 심포일(50)은 하우징(60) 내면에 닿도록 설치되어 표면을 보호하면서 범프포일(40)과 마찰작용을 일으킨다. 이러한 다수의 포일(30, 40, 50)은 하우징(60)의 내부에서 회전축(10)이 회전할 때 발생하는 진동을 감쇠시키는 역할을 한다. 즉, 각 포일(30, 40, 50)이 가지고 있는 자체 탄성과, 회전축(10)의 고속 회전시 작용하는 동압에 의해 각 포일(30, 40, 50)이 서로 밀착되어 원주방향으로 상대 운동함에 따라 발생하는 쿨롱 마찰력이 회전축(10)의 회전시에 생기는 진동에너지를 소산시켜 진동을 감쇠시키게 된다.

도 2에서와 같이 회전축(10)이 회전을 시작하면 회전축(10)이 부상하고 공기 윤활막(20)에 회전축(10)의 반경방향 외측으로 동압이 작용한다. 이 때, 회전축(10)에 의한 진동이 적고 동압이 일정한 경우에는 도 2a에 도시된 바와 같이 범프포일(40)의 탄성 변형량이 적고 각 포일면 사이의 마찰력 또한 크게 작용하지 않는다.

회전축(10)에 의한 진동이 큰 경우에는 큰 압력이 탑포일(30)에 작용하게 되며 그러면 범프포일(40)이 원주방향으로 밀려나면서 그 높이가 낮아져 탄성 변형량이 많아지게 된다. 이 때 각 포일(30, 40, 50) 사이의 접촉면에는 진동에 의한 압력이 작용한 상태에서 마찰력이 발생한다. 이때, 범프포일(40)의 존재로 인하여 큰 에너지 소산이 일어난다. 이러한 탄성 변형 및 마찰력에 의한 에너지 소산은 진동에 의한 압력 변화를 보다 짧은 시간 안에 다른 형태의 에너지로 변환시킴으로써 진동을 크게 감쇠시킨다.

회전축(10)이 회전할 때에 마찰에 의한 열이 발생하여 공기 포일 베어링의 온도가 상승하게 되는데, 이는 일반적으로 탑포일(30)과 범프포일(40) 사이 및 범프포일(40)과 하우징(60) 사이에 회전축(10) 방향으로 길게 존재하는 완충공간(41, 42)에 축방향으로 냉각유동을 가하여 탑포일(30), 범프포일(40), 그리고 하우징(60)을 냉각한다. 그러나 상술한 종래의 공기 포일 베어링은 온도 상승 방지를 위한 냉각에 완충공간(41, 42)에 존재하는 공기만 기여하기 때문에 회전축(10)이 고속회전 하는 경우에는 그 냉각 능력이 한계에 부딪히게 되고, 고온윤활공기에 대하여 탑포일(30)을 통한 간접적인 냉각으로 인하여 상대적으로 많은 냉각유량을 필요로 한다.

한편, 대한민국 공개특허 제2006-54524호(2006.05.22 공개)는 공기포일베어링의 펌프포일에 관통구멍을 뚫어서 포일의 냉각유로로 활용하는 것에 관하여 개시되어 있는데, 이는 탑포일과 하우징 사이의 공간에 축방향으로 냉각공기를 흘려주는 종래의 간접냉각 방식을 벗어나지 못한 것이다. 따라서 이 역시 냉각유동이 많이 소요되는 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 포일의 고정단과 자유단 사이의 혼합유동 현상을 이용한 직접냉각방식으로 종래의 비하여 훨씬 적은 냉각유동을 사용하면서도 냉각효율을 향상시킴으로서 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 공기 포일 베어링을 제공하는데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기 포일 베어링은,

회전축을 둘러싸도록 설치되는 베어링 하우징;

상기 회전축과 상기 하우징 사이에 상기 회전축을 둘러싸도록 상기 회전축에 소정간격 이격되게 설치되는 탑포일; 및

상기 탑포일과 상기 하우징 사이에 끼이도록 설치되며 상기 탑포일에 눌려 탄성압축 변형이 가능하도록 설치되는 탄성포일; 을 포함하여 이루어지되,

상기 탑포일과 탄성포일의 끝단은 상기 하우징의 내면에 고정되어 고정단을 이루고 그 반대편의 선단은 상기 하우징의 내면을 따라 환형으로 연장되어 상기 끝단과 소정간격 이격되면서 자유단을 이루며,

상기 하우징에는 상기 고정단과 자유단 사이에 냉각용 공기가 공급될 수 있도록 냉각공기 주입구가 형성됨으로써, 상기 탑포일과 상기 회전축 사이의 공간에서 고온 윤활공기가 상기 냉각용 공기에 의해 상기 베어링 하우징 외부로 밀려 나가 제거되거나 상기 냉각공기 주입부 부근에서 혼합작용을 통하여 상기 고온 윤활공기가 냉각되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성포일로는 반복적인 굴곡부를 가지는 범프포일이 사용될 수 있다. 상기 범프포일의 굴곡부에 의해 형성되는 상기 탑포일과 상기 범프포일 사이 및 상기 범프포일과 상기 하우징 사이의 완충공간에는 공기가 차 있는 것이 바람직하다.

상기 탑포일과 탄성포일은 서로 닿도록 설치되며, 상기 냉각공기 주입구는 상기 탑포일과 상기 회전축 사이의 공간에 연통되도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 탄성포일과 상기 하우징 사이에 심포일이 끼이도록 더 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 심포일은 상기 탑포일과 탄성포일과 마찬가지로 끝단이 상기 하우징의 내면에 고정되어 고정단을 이루고 그 반대편의 선단은 상기 하우징의 내면을 따라 환형으로 연장되어 상기 끝단과 소정간격 이격되면서 자유단을 이루며, 상기 심포일의 고정단과 자유단 사이에 상기 냉각공기 주입구가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 냉각공기 주입구는 상기 회전축의 길이방향으로 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

상기 하우징의 표면이나 내부의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서가 설치되고, 상기 냉각공기 주입구에는 상기 냉각용 공기를 공급하도록 컴프레서가 연결되며, 상기 컴프레서는 컨트롤러에서 의해서 제어되며, 상기 컨트롤러는 상기 온도감지센서에서 측정되는 온도를 피드백 받아 상기 컴프레서를 통한 냉각용 공기의 공급을 제어하는 것이 바람직하다.

상기 고온 윤활공기가 상기 냉각공기 주입구 쪽으로 많이 유입되지 못하게 차단하도록 상기 탑포일과 상기 회전축 사이의 공간에 윤활공기 순환 브레이크가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 윤활공기 순환 브레이크는 상기 고정단 이나 자유단 중 어느 한 곳에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 윤활공기 순환 브레이크는 부드러운 세라믹 재질로 이루어지거나 인코넬 계열의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 윤활공기 순환 브레이크에 스프링이 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 공기 포일 베어링의 냉각효율이 좋아지게 하고, 터보기계의 경우 냉각유동을 위한 이차유동의 소모를 감소하게 하므로 시스템의 효율저하를 최소화할 수 있으므로 초고속 회전체를 지지하는데 더욱 효과적이게 되며, 공기가 외부에서 지속적으로 공급되므로 지속적인 운전 및 마찰로 인한 공기 윤활막 내의 불순물을 제거할 수 있어 진동 완충 및 윤활제로서의 역할을 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 공기 포일 베어링을 설명하기 위한 도면;
도 2는 도 1의 공기 포일 베어링의 동작원리를 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링을 설명하기 위한 도면;
도 4는 냉각공기 주입구(180)를 설명하기 위한 도면;
도 5는 냉각용 기체(181)의 흐름을 설명하기 위한 도면;
도 6은 공기 윤활막(120)의 온도를 설명하기 위한 도면;
도 7 및 도 8은 윤활공기 순환 브레이크(190)를 설명하기 위한 도면;
도 9는 윤활공기 순환 브레이크(190)가 공기윤활막(120)의 온도저하에 기여함을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 3은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 베어링 하우징(160)이 회전축(110)을 감싸도록 설치되며, 회전축(110)과 하우징(160) 사이에는 회전축(110)의 주위를 감싸도록 안쪽에서부터 탑포일(130), 범프포일(140), 심포일(150)이 설치된다. 각 포일(130, 140, 150)의 끝단(trailing edge)은 핀(170)에 의해 하우징(160)의 내측면에 고정되어 고정단을 이루고, 선단(leading edge)은 하우징(160)의 내면을 따라 환형으로 연장되어 상기 끝단과 소정간격 이격되면서 자유단을 이룬다.

탑포일(130)은 회전축(110)에 소정간격 이격되도록 설치되며 그 이격공간에는 공기가 존재하여 공기 윤활막(120)을 이룬다. 범프포일(140)은 반복적인 굴곡부를 가지며 자체의 강성이 높아 회전축(110)의 하중 지지능력을 향상시키기 위해 설치되는 것으로 회전축(110)의 회전에 의해 동압이 발생하면 원주방향으로 변형되어 하중을 지지한다. 심포일(150)은 하우징(160) 내면에 닿도록 설치되어 표면을 보호하면서 범프포일(140)과 마찰작용을 일으킨다. 이러한 다수의 포일(130, 140, 150)은 하우징(160)의 내부에서 회전축(110)이 회전할 때 발생하는 진동을 감쇠시키는 역할을 한다. 즉, 각 포일(130, 140, 150)이 가지고 있는 자체 탄성과, 회전축(110)의 고속 회전시 작용하는 동압에 의해 각 포일(130, 140, 150)이 서로 밀착되어 원주방향으로 상대 운동함에 따라 발생하는 쿨롱 마찰력이 회전축(110)의 회전시에 생기는 진동에너지를 소산시켜 진동을 감쇠시키게 된다. 심포일(150)은 생략될 수 있다.

회전축(110)이 회전을 시작하면 회전축(110)이 부상하고 공기 윤활막(120)에 회전축(110)의 반경방향 외측으로 동압이 작용한다. 이 때, 회전축(110)에 의한 진동이 적고 동압이 일정한 경우에는 범프포일(140)의 탄성 변형량이 적고 각 포일면 사이의 마찰력 또한 크게 작용하지 않는다.

회전축(110)에 의한 진동이 큰 경우에는 큰 압력이 탑포일(130)에 작용하게 되며 그러면 범프포일(140)이 원주방향으로 밀려나면서 그 높이가 낮아져 탄성변형량이 많아지게 된다. 이 때 각 포일(130, 140, 150) 사이의 접촉면에는 진동에 의한 압력이 작용한 상태에서 마찰력이 발생한다. 이때, 범프포일(140)의 존재로 인하여 큰 에너지 소산이 일어난다. 이러한 탄성 변형 및 마찰력에 의한 에너지 소산은 진동에 의한 압력 변화를 보다 짧은 시간 안에 다른 형태의 에너지로 변환시킴으로써 진동을 크게 감쇠시킨다.

회전축(110)이 회전할 때에 윤활공기의 전단 마찰손실로 인한 열이 발생하여 공기 포일 베어링의 온도가 상승하게 되는데, 이러한 온도 상승은 탑포일(130)과 범프포일(140) 사이 및 범프포일(140)과 하우징(60) 사이에 회전축(10) 방향으로 길게 존재하는 완충공간(141, 142)에 축방향으로 냉각유동을 가하여 탑포일(130), 범프포일(40), 그리고 하우징(60)을 냉각함으로써 감소시킬 수 있기는 하지만, 이것만으로는 온도상승을 방지하는 데 한계가 있으며, 이는 회전축(110)이 고속으로 회전할수록 더욱 문제가 된다.

따라서 냉각효율을 향상시키기 위하여 본 발명의 특징부로서, 하우징(160)에 냉각공기 주입구(180)를 형성한다. 냉각공기 주입구(180)는 포일(130, 140, 150)의 자유단과 고정단 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 각 포일(130, 140, 150)은 서로 닿도록 설치되기 때문에 냉각공기 주입구(180)를 통해서 유입되는 냉각용 공기(181)는 탑포일(120)과 회전축(110) 사이의 공간으로 흘러 들어가 공기 윤활막(120)의 역할을 겸한다.

도 4는 냉각공기 주입구(180)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 냉각공기 주입구(180)를 회전축(110)의 길이방향으로 하우징(110)에 복수개 형성함으로써 냉각용 기체(181)가 하우징(160) 내에서 골고루 퍼지는 속도를 배가시킬 수 있다.

하우징(160)에는 하우징(160)의 표면이나 내부의 온도를 측정하기 위한 온도감시센서(190)가 설치되며, 냉각공기 주입구(180)에는 냉각용 공기(181)를 주입하기 위한 컴프레서(196)가 연결 설치된다. 컨트롤러(193)는 온도감지센서(190)에서 측정되는 온도를 피드백 받아 컨트롤러(193)를 제어함으로써 컴프레서(196)를 통한 냉각용 공기의 공급을 제어한다.

도 5는 냉각용 기체(181)의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4와 함께 도 5를 결부하여 참조하면, 탑포일(120)과 회전축(110) 사이의 공간 즉 공기 윤활막(120)을 이루는 공간으로 흘러 들어간 냉각용 기체(181)는 회전축(110)의 원주방향으로 흐르면서 퍼져 나가는 성분(x축 성분, 182)과 회전축(110)의 길이방향으로 퍼져 나가는 성분(z축 성분, 184)의 것으로 구분될 수 있다.

회전축(110)이 회전하기 때문에 회전축(110)의 원주방향으로 흐르면서 퍼져 나가는 성분(182)의 경우 냉각용 공기(181)는 회전체(110)의 흐름에 편승하여 회전축(110)의 회전방향을 따라 일방향으로 흐르게 된다. 반면에 회전체(110)의 길이방향으로 퍼져나가는 성분(184)은 냉각기체 주입구(180)를 중심으로 양쪽 방향으로 흐른다.

이 경우 고정단의 고온 윤활공기(182)는 냉각공기(181)의 압력 및 유동으로 인하여 베어링 바깥으로 나가는 혼합유동(184)에 의해 제거되고, 자유단 부위(M)의 공기는 냉각용 공기(181)로 대체되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 6은 회전축(110)의 원주방향으로 흐르는 기체성분(182)의 온도를 설명하기 위한 도면이다. 우선, 도 3 내지 도 5에서 알 수 있듯이, 냉각공기 주입구(180)를 통하여 유입되는 냉각용 기체(181)는 회전축(110)의 회전 때문에 -x 방향으로 흐르면서 회전축(110)의 둘레를 따라 돌게 되고 이 과정에서 열을 받아 온도가 상승하게 된다. 따라서 한바퀴 돌아 냉각공기 주입부(180)의 위치에 다시 돌아오면 온도가 상승한 상태가 되며, 이렇게 온도가 상승된 공기는 다시 냉각공기 주입부(180)를 통해 주입되는 냉각용 공기(181)의 압력으로 인해 혼합 및 베어링 외부로 제거됨으로써 자유단 부위(M)의 윤활공기가 냉각용 공기(181)로 대체되게 된다.

따라서 냉각공기 주입부(180)를 시발점으로 하여 기체가 회전축(110) 주위를 한바퀴 돌아온다고 할 때 시발점을 0도 도착점을 360도라 하면 공기 윤활막(120)의 온도는 도 6에서와 같은 프로파일을 가져서 전체적으로 낮은 온도를 유지하게 된다.

도 7 및 도 8은 윤활공기 순환 브레이크(190)를 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 냉각공기 주입구(180) 쪽으로 고온 윤활공기(182)가 많이 유입되지 못하도록 냉각공기 주입구(180) 후단 즉, 고정단 부위에 윤활공기 순환 브레이크(190)가 설치된다. 윤활공기 순환 브레이크(190)는 고온 윤활공기(182)의 재순환을 기계적으로 막음으로써 냉각공기 주입구(180)에서 주입되는 냉각용 공기의 유량 대비 냉각효율을 증가시킨다. 윤활공기 순환 브레이크(190)는 일방향으로만 공기흐름을 유도하도록 예컨대 도 7과 같이 공기흐름방향으로 비스듬히 기울이게 설치되거나 도 8과 같이 아예 절곡되게 설치될 수도 있다.

윤활공기 순환 브레이크(190)는 고온환경에서 작동가능토록 하고 또한 축진동의 수직 및 수평방향 운동을 저해하지 않도록 부드러운 재질의 세라믹 등으로 제작하는 것이 바람직하다. 브레이크(190)의 축진동 전달을 더욱 차단하기 위하여 브레이크(90)에 스프링 등이 연결 설치될 수도 있다. 더욱 바람직하게는 고온 탄성체인 인코넬 등으로 제작하는 것이 좋다. 이 경우에는 스프링이 별도로 필요없을 것이다.

도 9는 윤활공기 순환 브레이크(190)가 공기윤활막(120)의 온도저하에 기여함을 설명하기 위한 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이 윤활공기 순환 브레이크(190)가 설치되는 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 더 작은 양의 냉각용 공기(181)를 사용하더라도 공기윤활막(120)의 온도가 낮아진다.

구체적으로, 냉각용 공기(181)를 증가시키면 자유단은 냉각공기 주입구(180)가 냉각온도로 낮춰질 뿐만 아니라 냉각용 공기(181)가 윤활막(120)으로 강하게 유입되므로 전체적인 윤활막(120) 온도가 감소한다. 이 때 윤활공기 순환 브레이크(190)를 설치하면 고정단으로부터의 고온 윤활공기가 브레이크(190)에 의해 외부로 제거됨으로써 동일한 냉각용 공기(181)를 적용할 경우 냉각효과가 증가한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 탑포일(130)의 고정단과 자유단 사이의 공간에 냉각용 공기(181)를 주입하여 고정단으로부터의 고온 윤활공기(회전축(130)의 회전방향이 도 3과 같을 경우)를 냉각용 공기(181)를 이용하여 베어링 외부로 제거하거나, 혼합작용을 통하여 자유단 부위(M)의 윤활공기의 온도를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

따라서 공기 포일 베어링의 냉각효율이 좋아지게 하고, 터보기계의 경우 냉각유동을 위한 이차유동의 소모를 감소하게 하므로 시스템의 효율저하를 최소화할 수 있으므로 초고속 회전체를 지지하는데 더욱 효과적이게 되며, 공기가 외부에서 지속적으로 공급되므로 지속적인 운전 및 마찰로 인한 공기 윤활막 내의 불순물을 제거할 수 있어 진동 완충 및 윤활제로서의 역할을 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 된다. 범프포일(140) 대신에 탄성 압축변형될 수 있는 다른 형태의 포일, 예컨대 점탄성포일이 설치되는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 당연하다.

10, 110: 회전축
20, 120: 공기 윤활막
30, 130: 탑포일
40, 140: 범프포일
41, 42, 141, 142: 완충공간
50, 150: 심포일
60, 160: 하우징
70, 170: 핀
180: 냉각공기 주입구
190: 윤활공기 순환 브레이크

Claims (11)

1. 회전축을 둘러싸도록 설치되는 베어링 하우징;
   상기 회전축과 상기 하우징 사이에 상기 회전축을 둘러싸도록 상기 회전축에 소정간격 이격되게 설치되는 탑포일; 및
   상기 탑포일과 상기 하우징 사이에 끼이도록 설치되며 상기 탑포일에 눌려 탄성압축 변형이 가능하도록 설치되는 탄성포일; 을 포함하여 이루어지되,
   상기 탑포일과 탄성포일의 끝단은 상기 하우징의 내면에 고정되어 고정단을 이루고 그 반대편의 선단은 상기 하우징의 내면을 따라 환형으로 연장되어 상기 끝단과 소정간격 이격되면서 자유단을 이루며,
   상기 하우징에는 상기 고정단과 자유단 사이에 냉각용 공기가 공급될 수 있도록 냉각공기 주입구가 형성됨으로써, 상기 탑포일과 상기 회전축 사이의 공간에서 고온 윤활공기가 상기 냉각용 공기에 의해 상기 베어링 하우징 외부로 밀려 나가 제거되거나 상기 냉각공기 주입구 부근에서 혼합작용을 통하여 상기 고온 윤활공기가 냉각되도록 하되,
   상기 고온 윤활공기가 상기 냉각공기 주입구 쪽으로 많이 유입되지 못하게 차단하도록 상기 탑포일과 상기 회전축 사이의 공간에 윤활공기 순환 브레이크가 설치되고,
   상기 윤활공기 순환 브레이크가 상기 고정단이나 자유단 중 어느 한 곳에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성포일이 반복적인 굴곡부를 가지는 범프포일인 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
3. 제2항에 있어서, 상기 범프포일의 굴곡부에 의해 형성되는 상기 탑포일과 상기 범프포일 사이 및 상기 범프포일과 상기 하우징 사이의 완충공간에 공기가 차 있는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
4. 제1항에 있어서, 상기 탑포일과 탄성포일이 서로 닿도록 설치되며, 상기 냉각공기 주입구는 상기 탑포일과 상기 회전축 사이의 공간에 연통되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
5. 제1항에 있어서, 상기 탄성포일과 상기 하우징 사이에 심포일이 끼이도록 설치되며, 상기 심포일은 상기 탑포일과 탄성포일과 마찬가지로 끝단이 상기 하우징의 내면에 고정되어 고정단을 이루고 그 반대편의 선단은 상기 하우징의 내면을 따라 환형으로 연장되어 상기 끝단과 소정간격 이격되면서 자유단을 이루며, 상기 심포일의 고정단과 자유단 사이에 상기 냉각공기 주입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
6. 제1항에 있어서, 상기 냉각공기 주입구가 상기 회전축의 길이방향으로 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
7. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 표면이나 내부의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서가 설치되고, 상기 냉각공기 주입구에는 상기 냉각용 공기를 공급하도록 컴프레서가 연결되며, 상기 컴프레서는 컨트롤러에서 의해서 제어되며, 상기 컨트롤러는 상기 온도감지센서에서 측정되는 온도를 피드백 받아 상기 컴프레서를 통한 냉각용 공기의 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
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10. 제1항에 있어서, 상기 윤활공기 순환 브레이크는 부드러운 세라믹 재질로 이루어지거나 인코넬 계열의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.
11. 제1항에 있어서, 상기 윤활공기 순환 브레이크에 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 포일 베어링.

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