KR101408718B1 - 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 임펠러들과 회전축이 일체로 형성되어 베어링을 끼워넣어 배치하기 불가능한 구조로 되는 임펠러-회전축 일체형 회전체에 대하여, 분할 구조로 되어 있음으로써 어느 한쪽으로부터 끼워넣을 필요 없이 어느 위치에나 구비 가능하도록 하는, 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링을 제공함에 있다.

Description

분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링 {Metal-mesh-foil bearing having divided structure}

본 발명은 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링에 관한 것이다.

최근, 세계적으로 중앙 집중 방식의 전기 송전이 킬로와트당 비용이 크게 소모되고 생산된 전기를 소비자에게 분배하기 위해 설치되는 고가의 기초 구조물을 가지고 있어야만 하여 초기 설비 투자비의 규모가 커진다는 문제 등으로 인하여, 분산형 발전기술의 상업화 경향이 강해지고 있다. 이러한 경향에 따라 현장에서 직접 전력을 발생시킬 수 있는 소형 가스 터빈인 마이크로 가스 터빈의 활용이 점점 늘어나는 추세에 있다. 마이크로 가스 터빈 또는 마이크로터빈(Microturbine)은 가스 터빈을 소형화한 것으로서, 일반적으로 1kW 미만에서 수백kW의 출력을 갖는다. 이러한 마이크로 가스 터빈은 상술한 바와 같이 분산형 전원과 소규모 열병합 발전용으로 기술적인 장점 및 친환경적인 특성으로 인해 기술 개발과 보급이 늘어나는 추세에 있다.

이러한 마이크로 가스 터빈을 설계함에 있어서, 연료 효율의 증대, 부피 및 중량의 저감, 열적 특성 개선, 소음 특성 개선, 유지비 등의 비용 절감 등 다양한 부분에 있어서, 현재까지도 많은 연구가 이루어져 왔으며 앞으로도 더욱 개선이 요구되고 있는 실정이다. 특히 가스 터빈에 있어서 고온의 가스로 인한 구성품의 열팽창 현상에 의해 초기 설계 형태로부터 각 부품이 변형됨으로써, 특히 회전축에 압축기 및 터빈 임펠러를 결합시켰을 때 조립 및 회전시 불균형이 발생하는 문제가 지적되어 왔다. 비단 마이크로 가스 터빈 뿐만 아니라, 최근 이와 같은 소형 및 고출력을 요하는 발전기, 압축기, 공력 부품, 터보 제너레이터 등 다양한 장치에서, 이와 같이 고속으로 회전하는 회전축 및 이와 결합된 부품 간의 불균형 및 굽힘 문제 등이 꾸준히 지적되고 있다. 이러한 고속 회전 시의 불균형이나 굽힘 등의 문제를 해결하는 방안으로서, 회전축, 압축기 임펠러, 터빈 임펠러 등을 각각 별도의 부품으로 제작한 후 결합하는 방식을 탈피하여, 최근 회전축과 임펠러들을 일체형으로 제작하고자 하는 기술에 대한 연구가 이루어져 왔다.

한편 회전 또는 왕복 운동과 같은 움직임이 있는 부품(회전축, 이동축 등)에 있어서, 부품의 운동 과정에서 일어나는 마찰 때문에 발생될 수 있는 부품 마모나 손상 문제, 소음 문제, 에너지 낭비 문제 등과 같은 문제들을 해소하기 위하여 다양한 종류의 베어링이 구비되고 있다. 일반적으로 널리 사용되는 베어링에는 미끄럼 베어링(sliding bearing)과 구름 베어링(rolling bearing)이 있는데, 이러한 베어링들은 접촉식으로서, 최근 기술적 요구에 의하여 초고속 회전이 필요한 장치들에 사용되기에 부적당한 경우들이 있다. 고속으로 회전하는 회전체의 경우, 진동을 저감하는 효과와 함께 (마찰에 의하여 고온을 유발하는 열 발생이 필연적이므로) 고온에서 사용 가능해야 하고, 또한 하중에 의한 베어링 파손이 없도록 높은 내구성이 필요하다. 기존에 개발된 비접촉 무급유 베어링 기술을 살펴보면, 한국특허공개 제2012-0009724호("하이브리드 공기포일베어링", 2012.02.02)에 개시된 바와 같은 에어포일 베어링 또는 국제특허공개 제2010-122450호("A MAGNETIC BEARING, A ROTARY STAGE, AND A REFLECTIVE ELECTRON BEAM LITHOGRAPHY APPARATUS", 2010.10.28)에 개시된 바와 같은 전자석 베어링 등이 있는데, 이 중 에어포일 베어링의 경우 내구성이 높지 않다는 단점이 있으며, 전자석 베어링의 경우 부피가 크고 가격이 비싸다는 단점이 있다.

그런데 한편, 상술한 바와 같은 마이크로 가스 터빈 등과 같은 소형 장치의 경우, 원하는 출력을 얻기 위해서는 회전축의 회전은 일반적으로 10만~40만rpm 정도의 고속으로 이루어진다는 점이 잘 알려져 있다. 이처럼 소형 장치에 있어서도 베어링의 구비는 필수적인데, 문제는 이러한 소형 장치의 경우 부피 문제 등으로 인하여 윤활제를 급유하는 장치를 연결하기에 부적당하다는 것이다. 즉, 특히 현재 그 필요 또는 실제 사용이 늘어나고 있는 마이크로 가스 터빈과 같은 소형 고속 회전체의 경우에 있어서, 앞서 설명한 베어링의 요구 조건(진동 저감, 고온 환경에서 사용 가능, 높은 내구성)에 더하여, 비접촉식 및 무급유 조건을 더 만족시키는 형태의 베어링에 대한 요구가 날로 커지고 있다.

도 1은 종래의 임펠러 결합 회전축에서의 베어링 배치 구성을 도시한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 종래에는 회전축에 압축기 임펠러, 터빈 임펠러 등을 별도로 구성하여 결합하였다. 즉, 회전축의 일측에 임펠러들을 슬라이딩하여 결합한 후 볼트와 너트 등을 이용하여 결합을 하였던 것이다. 도 2는 종래의 에어포일 베어링 구조를 도시한 것이다. 회전축(1) 둘레에 구비되는 에어포일 베어링(10)은, 일반적으로 도시된 바와 같이 상기 회전축(1) 주위를 둘러싸는 하우징(15)와, 상기 하우징(15) 및 상기 회전축(1) 사이에 구비되어 상기 회전축(1) 주위를 둘러싸도록 구비되는 탑 포일(11)과, 상기 탑 포일(11) 및 상기 하우징(2) 사이에 구비되어 탄성체 역할을 하는 범프 포일(12)을 포함하여 이루어진다. 이 때 도 2의 S로 표시되어 있는 부분에 보이는 바와 같이, 상기 탑 포일(11)은 상기 하우징(15) 상에 고정되어야 한다는 제작 상의 불가피한 이유로 인하여 그 단면이 완벽한 폐곡선을 이루지 못하고, 일부가 개방되며 일측 끝단이 상기 하우징(15)까지 연장되어 연결되는 형태로 이루어지게 된다. 도 1에 도시된 회전축 및 임펠러 결합체와, 여기에 구비되는 도 2에 도시된 바와 같은 베어링을 결합하기 위해서는, 베어링 역시 임펠러들을 회전축에 끼워넣는 과정에서 함께 끼워넣도록 하면 되었다.

그런데, 앞서 설명한 바와 같이 회전축 및 임펠러의 결합 시 발생되는 불균형 문제 때문에 임펠러와 회전축이 일체화된 회전체의 설계 및 개발이 이루어지고 있는 상황에서, 종래와 같은 형태의 베어링을 이러한 임펠러-회전축 일체형 회전축에 결합하는 것이 매우 난해한 문제가 있다.

1. 한국특허공개 제2012-0009724호("하이브리드 공기포일베어링", 2012.02.02) 2. 국제특허공개 제2010-122450호("A MAGNETIC BEARING, A ROTARY STAGE, AND A REFLECTIVE ELECTRON BEAM LITHOGRAPHY APPARATUS", 2010.10.28)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 임펠러들과 회전축이 일체로 형성되어 베어링을 끼워넣어 배치하기 불가능한 구조로 되는 임펠러-회전축 일체형 회전체에 대하여, 분할 구조로 되어 있음으로써 어느 한쪽으로부터 끼워넣을 필요 없이 어느 위치에나 구비 가능하도록 하는, 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링은, 회전축(200)을 둘러싸도록 구비되는 래디얼 베어링(100)에 있어서, 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 반경 방향으로 분할되어 서로 분리되는 적어도 둘 이상의 분할체(111)(112)로 이루어지며, 메탈 메쉬 재질로 이루어지는 댐퍼 바디(110); 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 상기 회전축(200)의 외측면 및 상기 댐퍼 바디(110)의 내측면 사이에 개재 구비되며, 일측 끝단이 상기 댐퍼 바디(110)의 상기 분할체(111)(112)들 사이의 틈 중 하나에 끼워져 고정되는 고정부(121)를 형성하도록 이루어지며, 일체의 박판이 절곡되어 이루어지는 탑 포일(120); 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 그 내측에 상기 댐퍼 바디(110) 및 상기 탑 포일(120)을 수용하도록 이루어지는 하우징(150); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때 상기 베어링(100)은, 상기 분할체(111)(112)들 사이의 틈 중 상기 고정부(121)가 끼워지지 않은 틈에 끼워지며, 박판 형태로 이루어지는 갭 필러(130); 를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 이 때 상기 갭 필러(130)는, 상기 탑 포일(120)과 동일 두께 또는 동일 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서, 상기 회전축(200)은 상기 회전축(200) 및 적어도 하나 이상의 임펠러(300)가 일체형으로 형성되어 이루어지는 임펠러-회전축 일체형 회전체(500)의 회전축이며, 상기 댐퍼 바디(110)의 외경 및 상기 하우징(150)의 내경은 상기 임펠러(300)의 외경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 임펠러들과 회전축이 일체로 형성되는 임펠러-회전축 일체형 회전체에 대하여, 종래의 베어링의 경우 어느 한쪽으로부터 베어링을 끼워넣어 배치하기 불가능한 구조이기 때문에 베어링 배치 방법이 난해했던 문제를 해결하는 큰 효과가 있다. 즉 본 발명은 분할 구조로 되어 있음으로써, 임펠러-회전축 일체형 회전체 뿐만 아니라 아무리 복잡한 형상의 회전체라 할지라도 그 어떤 원하는 위치에든 쉽게 결합이 가능한 효과가 있는 것이다.

뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 일정한 밀도의 금속 압착 성형물을 이용하여 베어링의 탑 포일을 지지하도록 함으로써, 종래 에어포일 베어링에서 박판을 이용하여 감쇠 역할을 함으로써 하중에 취약했던 문제를 개선하여 종래에 비해 훨씬 내구성을 강화할 수 있는 큰 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 종래의 에어포일 베어링과는 달리 범프 포일을 제작할 필요가 없기 때문에, 그 구조가 단순화되고 제작이 용이해지는 효과가 있으며, 물론 이에 따라 소형 회전체에도 용이하게 적용이 가능하여, 종래에 비해 적용 범위를 훨씬 확장할 수 있다는 큰 효과가 있다. 즉 본 발명에 의하면, 메탈 메쉬 댐퍼를 사용함으로써 종래의 문제를 해결하고 단순한 구조로서 제작이 용이하고 소형화 및 경량화가 가능하면서도, 제작 및 유지 보수비도 절감되고, 높은 내구성 및 고온 환경 사용 가능 등의 장점이 있는 것이다.

도 1은 종래의 임펠러 결합 회전축에서의 베어링 배치 구성.
도 2는 종래의 에어포일 베어링 구조.
도 3은 임펠러-회전축 일체형 회전체에서의 베어링 배치 구성.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 분할 구조의 메탈 메쉬 베어링의 구조.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 임펠러-회전축 일체형 회전체 및 베어링 배치 구성을 도시하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 임펠러-회전축 일체형 회전체(500)는 회전축(200)과 적어도 하나 이상의 임펠러(300)들이 일체형으로 이루어져 있는 구조로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 3은 발전용 마이크로 가스 터빈에 사용되는 임펠러-회전축 일체형 회전체의 예시로서, 도 3을 기준으로 좌측 임펠러(300)가 압축기 임펠러이고, 우측 임펠러(300)가 터빈 임펠러이며, 회전축(200)과 임펠러(300)들이 일체의 부품으로 되어 있되, 회전축(200)의 길게 연장된 일부 부분에는 발전에 이용될 수 있도록 자성체(210)가 구비되고 외면에 슬리브(220)가 씌워져 있는 형태로 이루어진다. 여기에서 도 3은 이해를 돕기 위한 구체적인 하나의 예시일 뿐으로, 본 발명의 메탈 메쉬 베어링의 적용 가능 대상이 반드시 도 3과 같은 형태의 회전체로 한정되는 것은 전혀 아님은 물론이다.

이러한 상기 임펠러-회전축 일체형 회전체(500)의 경우, 상기 회전축(200)과 상기 임펠러(300)들이 일체의 부품으로 되어 있어 별도의 조립이 필요하지 않다. 그런데, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 임펠러(300)들의 사이 부분에 베어링(100)이 구비되어야만 하는데, 이처럼 상기 회전축(200)과 상기 임펠러(300)들이 일체로 되어 있을 경우 상기 베어링(100)을 원하는 위치에 배치시키는 것이 불가능하다. 잘 알려져 있는 바와 같이 래디얼 베어링은 일반적으로 당연히 중공이 있는 원반에 가까운 실린더 형태로 되며, 일반적으로 회전축은 동일 직경으로 된 봉 형태로 되는 바, 통상적으로 이러한 래디얼 베어링을 회전축에 조립할 때에는 회전축 일측 끝단에 베어링을 끼운 후 쭉 밀어줌으로써 원하는 위치로 배치시키는 방식을 사용하였다. 그러나 도 3에 보이는 바와 같이 상기 임펠러-회전축 일체형 회전체(500)의 경우에는, 상기 임펠러(300)들 사이의 위치에 상기 베어링(100)을 배치시키고자 할 때, 어느 방향에서 상기 베어링(100)을 끼워 밀어주든 간에 반드시 상기 임펠러(300)에 걸리게 되어 상기 베어링(100)을 원하는 위치에 배치시키는 것이 불가능하게 되는 문제가 있는 것이다.

본 발명에서는 바로 이와 같이 복잡한 형태로 되어 있어 기존의 방식으로는 베어링 배치가 불가능한 위치에도 쉽게 배치시킬 수 있는, 분할 구조의 베어링을 제시하고자 한다. 물론 본 발명에서 제시하는 베어링은, 이처럼 배치가 간편할 뿐만 아니라, 그 구조가 기존의 베어링보다 단순하게 되도록 개선됨으로써 제작성 및 조립성도 뛰어나며, 베어링을 구비시키는 가장 중요한 목적인 진동 및 소음 저감 성능도 뛰어나도록 하고 있다.

본 발명의 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링(100)은 기본적으로 상술한 바와 같은 회전축(200)을 둘러싸도록 구비되는 래디얼 베어링으로서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 기본적으로 댐퍼 바디(110), 탑 포일(120) 및 하우징(150)을 포함하여 이루어지며, 여기에 갭 필러(130)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 이하에서 본 발명의 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링(100)의 각부 구체적인 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.

상기 댐퍼 바디(110)는 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되는데, 이 때 상기 댐퍼 바디(110)는 반경 방향으로 분할되어 서로 분리되는 적어도 둘 이상의 분할체(111)(112)로 이루어진다는 것이 본 발명의 가장 주요한 특징이다. 본 발명에서 상기 댐퍼 바디(110)는 메탈 메쉬 재질로 이루어지기 때문에, 이와 같은 형상을 만들고 유지하는 것에 어려움이 없다. 예를 들어 종래의 래디얼 베어링 중에서도 볼 베어링이라든가 전자석 베어링 등과 같은 베어링들의 경우, 이와 같이 분할 구조를 도입할 경우 각부를 이루는 구성 부품들이 안정적으로 고정될 수 없어 빠져 버리거나, 동력 공급이나 제어 동작 등을 구현하기 난해해지는 등의 문제가 있어, 분할 구조를 도입하는 것 자체가 불가능하다. 그러나 본 발명의 베어링(100)은, 상기 댐퍼 바디(110)의 각 분할체(111)(112)가 단순히 메탈 메쉬 덩어리로 되어 있기 때문에, 그 형상을 자유로이 만들 수 있을 뿐만 아니라 별도의 다른 부품이 전혀 필요하지 않은 바, 본 발명의 베어링(100)에서는 자유롭게 분할 구조를 도입할 수 있게 되는 것이다.

종래의 베어링의 경우 회전축 일측 끝단에 끼워 밀어서 원하는 위치에 배치시키는 방법을 사용하였으나, 본 발명에서는 상기 댐퍼 바디(110)가 이와 같이 분할체(111)(112)들로 이루어져 있기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 분할체(111)(112)들을 상기 회전축(200)의 반경 방향 바깥쪽으로부터 직접 원하는 위치에 바로 배치하여 결합하는 것이 가능하다(참고로, 도 6에서는 도면을 간략화하기 위해 상기 회전축(200)에 임펠러 등을 도시하지 않았다). 따라서 아무리 회전축(200) 주변에 복잡한 형상이 형성되어 있다 해도, 원하는 위치 어디에든지 본 발명의 베어링(100)을 회전축(200)에 결합하는 데에 아무런 어려움이 없게 된다.

상기 분할체(111)(112)는 도시된 바와 같이 상기 댐퍼 바디(110)가 두 부분으로 분할되어 이루어지도록 할 수 있는데, 필요한 경우라면 둘 이상의 개수라도 무방하다. 베어링 구조 및 조립 작업 등을 단순화하기 위해서는 물론 상기 댐퍼 바디(110)가 두 부분만으로 분할되도록 하는 것이 가장 바람직하겠으나, 예를 들어 매우 복잡한 형상으로 된 회전체에 조립을 해야 해서 작업 공간의 확보가 어렵다거나 하는 등과 같은 특수한 상황일 경우, 상황 개선을 위해 상기 댐퍼 바디(110)가 둘 이상의 개수로 분할되도록 하여도 되는 것이다.

상기 탑 포일(120)은, 일체의 박판이 절곡되어, 역시 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되어 상기 회전축(200)의 외측면 및 상기 댐퍼 바디(110)의 내측면 사이에 개재 구비된다. 보다 구체적으로는, 상기 탑 포일(120)은 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸도록 단면이 거의 원형을 이루되 완전히 폐곡선을 이루는 것이 아니라, 일측 끝단이 상기 댐퍼 바디(110)의 상기 분할체(111)(112)들 사이의 틈 중 하나에 끼워져 고정되는 고정부(121)를 형성하도록 이루어지게 된다. 물론 상기 탑 포일(120) 역시 그 단면이 거의 원형을 이루되 일부가 개방된 형태로 이루어지기 때문에, 상기 회전축(200) 주변에 임펠러 등과 같은 복잡한 돌출 형상이 형성되어 있다 하더라도 상기 회전축(200)의 원하는 위치 어디에든 쉽게 배치 구비시킬 수 있다.

상기 탑 포일(120)의 내측면이 상기 베어링(100)이 받치고자 하는 상기 회전축(200) 쪽으로 노출되는 면이 되는데, 상기 탑 포일(120)의 내측면 표면에는 코팅이 이루어짐으로써 마찰계수를 낮추고, 공기압이 형성되도록 하여 비접촉 회전을 구현할 수 있다. (탑 포일에서의 공기압 형성으로 인한 비접촉 회전 구현의 원리는 에어포일 베어링의 원리와 유사하므로 여기에서는 설명을 생략한다.)

상기 하우징(150)은 역시 상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 그 내측에 상기 댐퍼 바디(110) 및 상기 탑 포일(120)을 수용하도록 이루어진다. 상기 하우징(150)에 분할 구조로 된 상기 댐퍼 바디(110)가 수용됨으로써, 상기 댐퍼 바디(110)를 이루는 상기 분할체(111)(112)들이 서로 분리되어 흩어지지 않고 안정적으로 상기 회전축(200) 둘레에 고정되어 있을 수 있게 된다.

이 때 상기 하우징(150) 역시 분할 구조로 되게 할 수도 있다. 즉 상기 하우징(150)도 둘 이상의 부품으로 이루어져 서로 볼트 결합 등을 통해 결합되도록 할 수 있는 것이다. 그러나 진동 저감 효율 문제, 불균형 문제 등을 고려할 때, 상기 하우징(150)은 도시된 바와 같이 일체로 되는 것이 더 바람직하다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 상기 회전축(200)은 상기 회전축(200) 및 적어도 하나 이상의 임펠러(300)가 일체형으로 형성되어 이루어지는 임펠러-회전축 일체형 회전체(500)의 회전축일 수 있다. 이 경우 상기 하우징(150)의 내경이 상기 임펠러(300)보다 작다면, (종래의 베어링 조립 불가 문제와 똑같은 문제로 인해) 상기 하우징(150)의 조립이 불가능하다. 따라서 이러한 경우 상기 댐퍼 바디(110)의 외경 및 상기 하우징(150)의 내경은 상기 임펠러(300)의 외경보다 크게 형성되도록 하면 된다. 상기 댐퍼 바디(110) 및 상기 탑 포일(120)은 상기 회전축(200)에 거의 밀접하게 배치되어야 하지만, 상기 하우징(150)은 그래야만 할 필요가 전혀 없기 때문에, 이처럼 상기 하우징(150)의 내경이 상기 임펠러(300)의 외경보다 크게 형성하는 것에 있어서 전혀 아무런 제한이나 문제가 없음은 물론이다.

상기 하우징(150)은 단지 상기 댐퍼 바디(110) 등을 수용하여 고정할 수 있도록 링 형태로 이루어져도 무방하고, 상기 베어링(100) 자체를 다른 부품에 고정할 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이 반경 방향으로 더 돌출되어 구비되는 플랜지와 같은 구조물이 더 형성되어 있어도 무방하다. (도 4 내지 도 6의 예시에서 상기 하우징(150)에 구비되는 플랜지는 다른 부품과 볼트 결합이 가능하도록 다수 개의 통공이 형성되어 있다.) 즉 도 4 내지 도 6은 하나의 예시일 뿐으로, 상기 하우징(150)은 상기 댐퍼 바디(110) 등을 수용하여 안정적으로 고정할 수만 있다면 어떤 형태로 이루어져도 무방하다.

여기까지에서 볼 때, 본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링(100)은 기본적으로 도 2에 도시된 바와 같은 에어포일 베어링과 근본적인 진동 저감 원리는 유사하다는 것을 알 수 있다. 도 2에 도시된 종래의 에어포일 베어링과 본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링(100)을 대비하여 설명하자면 다음과 같다.

본 발명에서 중요한 것은, 상기 댐퍼 바디(110)가 메탈 메쉬(metal mesh) 재질로 이루어진다는 점이다. 종래의 에어포일 베어링의 경우, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 탑 포일 아래에 범프 포일이 구비되어 이루어졌다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이, 범프 포일은 박판에 요철 형상을 형성하는 등의 구조물로 이루어짐으로써 탄성체 역할을 하도록 되는 것이기 때문에, 내구성이 상당히 취약하여 하중이 큰 고속 회전체의 축받침에 부적당했다. 뿐만 아니라 좁은 면적에 범프 형상을 형성하는 것이 난해한 등의 문제 또한 있어, 베어링의 소형화 및 경량화에도 상당한 제한이 있었다.

그러나 본 발명에서는, 종래의 에어포일 베어링의 범프 포일을 삭제하고, 메탈 메쉬로 이루어지는 댐퍼 바디(110)가 이 범프 포일의 탄성체 역할을 대신하도록 하고 있다. 메탈 메쉬는 말 그대로 금속선이 그물 형태로 얽혀 있는 구조물로서, 탄성을 가지고 있고 내구성이 높다. 메탈 메쉬로 된 상기 댐퍼 바디(110)는 회전축(200)의 하중을 지지함과 동시에 진동을 흡수해 주게 된다. 즉 본 발명과 같은 래디얼 베어링 형태인 경우 상기 댐퍼 바디(110) 내측에 배치된 상기 탑 포일(120)의 내측면이 부분이 바로 축받침 부분이 되는데, 종래에 탑 포일 아래에 내구성이 취약한 범프 포일이 구비되었던 것과는 달리, 본 발명에서는 이처럼 상기 탑 포일(120) 아래에 메탈 메쉬 재질로 된 상기 댐퍼 바디(110)가 구비되어 있음으로써, 종래에 비해 훨씬 높은 내구성을 가지는 베어링을 실현할 수 있게 된다.

뿐만 아니라 메탈 메쉬는 프레스로 찍는 공정 등을 통해 형상 가공도 상당히 용이하다는 장점이 있다. 즉 상기 댐퍼 바디(110)의 형상이 다소 복잡해진다 해도, 여러 부품들을 조립해서 그 형상을 만들어야 할 필요가 전혀 없이, 일체의 메탈 메쉬 덩어리를 조형함으로써 상기 댐퍼 바디(110)를 제작할 수 있어, 제작 공정이 훨씬 간편해지고 부품 수도 훨씬 줄어들게 된다. 특히 무엇보다도, 상기 댐퍼 바디(110)가 메탈 메쉬 덩어리로 이루어질 뿐으로 다른 부품들을 조립해서 만들어지는 것이 아니기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이 분할 구조로 이루어진다 해도 별도의 고정용 부품이나 조립용 구조 등을 전혀 필요로 하지 않는다. 더불어 이처럼 제작 용이성 및 부품 수, 조립 공정 수 저감 등의 요인에 의하여, 종래에 비해 베어링을 훨씬 소형화 및 경량화할 수 있게 된다. 이에 따라 기존에 종래의 베어링 사용이 어려웠던 마이크로 가스 터빈 등과 같은 소형 장치에도 활용이 가능하다는 큰 장점이 있다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 베어링(100)은, 기본적으로 단 세 종류의 부품, 즉 상기 댐퍼 바디(110), 상기 탑 포일(120), 상기 하우징(150)만으로 이루어질 수 있다. 여기에 더하여, 본 발명의 베어링(100)은 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 갭 필러(130)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 갭 필러(130)는 박판 형태로 이루어져, 상기 분할체(111)(112)들 사이의 틈 중 상기 고정부(121)가 끼워지지 않은 틈에 끼워져 구비된다. 상기 댐퍼 바디(110)를 제작할 때, 최초에는 가운데 통공이 형성된 원반 형태로 메탈 메쉬를 성형한 후, 상기 탑 포일(120)의 두께와 동일한 굵기의 와이어 등으로 절단함으로써 분할체(111)(112)로 구성할 수 있다. 그런데 이 때, 상기 갭 필러(130)가 없이 상기 분할체(111)(112)들을 합쳐 상기 댐퍼 바디(110)를 구성할 경우, 상기 하우징(150) 내부에서 상기 고정부(121)가 끼워진 틈 외의 다른 틈 부분은 빈 공간으로 남게 된다. 이는 상기 분할체(111)(112)들이 상기 하우징(150) 내에서 위치가 고정되지 못하고 움직일 수 있게 될 여지가 있게 되거나, 또는 해당 빈 공간 때문에 상기 분할체(111)(112)가 찌그러지는 등의 변형을 일으켜 진원도가 유지되지 못하는 문제가 발생할 수도 있다.

그러나 상기 갭 필러(130)를 나머지의 빈 틈 부분에 끼워 줌으로써, 상술한 바와 같은 문제들을 모두 해소할 수 있다. 즉 상기 갭 필러(130)에 의하여, 상기 분할체(111)(112)들이 안정적으로 고정된 위치에 배치되어 있을 수 있게 되며, 또한 절단된 부분 때문에 일부 손상된 진원도 역시 보상할 수 있게 되는 것이다. 상기 갭 필러(130)가 이와 같은 역할을 잘 수행할 수 있도록 하기 위해, 상기 갭 필러(130)는 상기 탑 포일(120)과 동일 두께 또는 동일 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: (본 발명의) 메탈 메쉬 포일 베어링
110: 댐퍼 바디
111: (댐퍼 바디) 제1분할체 112: (댐퍼 바디) 제2분할체
120: 탑 포일 121: (탑 포일) 고정부
130: 갭 필러 150: 하우징
200: 회전축 300: 임펠러
210: 자성체 220: 슬리브
500: 임펠러-회전축 일체형 회전체

Claims (4)

1. 회전축(200)을 둘러싸도록 구비되는 래디얼 베어링(100)에 있어서,
   상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 반경 방향으로 분할되어 서로 분리되는 적어도 둘 이상의 분할체(111)(112)로 이루어지며, 메탈 메쉬 재질로 이루어지는 댐퍼 바디(110);
   상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 상기 회전축(200)의 외측면 및 상기 댐퍼 바디(110)의 내측면 사이에 개재 구비되며, 일측 끝단이 상기 댐퍼 바디(110)의 상기 분할체(111)(112)들 사이의 틈 중 하나에 끼워져 고정되는 고정부(121)를 형성하도록 이루어지며, 일체의 박판이 절곡되어 이루어지는 탑 포일(120);
   상기 분할체(111)(112)들 사이의 틈 중 상기 고정부(121)가 끼워지지 않은 틈에 끼워지며, 박판 형태로 이루어지는 갭 필러(130);
   상기 회전축(200) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 그 내측에 상기 댐퍼 바디(110) 및 상기 탑 포일(120)을 수용하도록 이루어지는 하우징(150);
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 갭 필러(130)는 상기 탑 포일(120)과 동일 두께 또는 동일 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 회전축(200)은 상기 회전축(200) 및 적어도 하나 이상의 임펠러(300)가 일체형으로 형성되어 이루어지는 임펠러-회전축 일체형 회전체(500)의 회전축이며,
   상기 댐퍼 바디(110)의 외경 및 상기 하우징(150)의 내경은 상기 임펠러(300)의 외경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 분할 구조의 메탈 메쉬 포일 베어링.

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