KR102030622B1 - 에어 포일 저널 베어링 - Google Patents

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KR102030622B1
KR102030622B1 KR1020180052375A KR20180052375A KR102030622B1 KR 102030622 B1 KR102030622 B1 KR 102030622B1 KR 1020180052375 A KR1020180052375 A KR 1020180052375A KR 20180052375 A KR20180052375 A KR 20180052375A KR 102030622 B1 KR102030622 B1 KR 102030622B1
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이현직
최영후
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주식회사 뉴로스
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Abstract

본 발명은 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성된 에어 포일 저널 베어링에 관한 것으로, 내주면에서 오목하게 키홈이 형성된 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비된 범프 포일; 상기 범프 포일의 내측에 구비되된 탑 포일; 및 상기 키홈에 삽입된 탑 포일 절곡부에 결합된 탑 포일 키; 를 포함하여 이루어지며, 상기 탑 포일은 탑 포일 절곡부에 근접한 지지부에 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성되어, 에어 포일 저널 베어링의 냉각 구조를 용이하게 형성할 수 있으며 냉각 구조에 의해 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 에어 포일 저널 베어링에 관한 것이다.

Description

에어 포일 저널 베어링 {Air foil journal bearing}
본 발명은 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성된 에어 포일 저널 베어링을 용이하게 냉각시킬 수 있는 에어 포일 저널 베어링의 냉각 구조에 관한 것이다.
베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키며 동시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축이 회전될 수 있도록 하는 기계요소이다.
그리고 베어링 중 에어 포일 베어링은 로터(또는 회전축)의 고속 회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 하중을 지지하는 베어링이다. 또한, 에어 포일 베어링 중 에어 포일 저널 베어링은 로터에 수직인 방향인 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성되는 베어링이다.
이때, 일반적인 에어 포일 저널 베어링은 도 1과 같이 베어링 하우징(10)의 중공(11)의 원주내면(12)을 따라 범프 포일(20)이 설치되며, 범프 포일(20)의 내측에 탑 포일(30)이 배치되도록 구성되며, 탑 포일(30)의 내측에 로터(40, 또는 회전축)가 배치되어 탑 포일(30)의 내주면과 로터(40)의 외주면이 이격된 상태로 로터가 회전될 수 있도록 구성된다. 그리고 범프 포일(20) 및 탑 포일(30)은 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 형태의 절곡부가 형성되며 절곡부(21,31)는 베어링 하우징(10)에 형성된 홈(13)에 삽입되도록 결합되어, 로터의 회전 시 범프 포일(20) 및 탑 포일(30)이 원주방향으로 회전되거나 밀려나지 않고 베어링 하우징(10)에 고정되도록 하고 있다.
여기에서 에어 포일 저널 베어링은 회전축이 고속으로 회전됨에 따라 열이 발생하므로 적절한 냉각이 필요하며, 일반적으로 축방향으로 냉각 공기를 유입시켜 냉각 공기가 베어링 하우징과 회전축 사이의 빈 공간을 통해 유동되도록 함으로써 에어 포일 저널 베어링을 냉각시키고 있다.
그러나 이와 같은 일반적인 구조의 에어 포일 저널 베어링은 고온의 환경에 사용 시 충분한 냉각 성능을 얻기 어렵기 때문에, 온도가 높은 환경의 공기 압축기나 공기 블로워 등에 적용하여 사용하기 위해서는 기존의 냉각 구조에 비해 보다 향상된 냉각 성능을 갖는 에어 포일 저널 베어링의 개발이 필요하다.
KR 10-1068542 B1 (2011.09.22.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성된 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 간단한 구조로 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 에어 포일 저널 베어링을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은, 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 상기 중공에 연결되도록 내주면에서 오목하게 키홈이 형성된 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부가 형성되어 상기 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 범프 포일; 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 로터의 외측을 둘러싸는 형태로 지지부가 형성되며, 상기 지지부의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부가 형성되어 상기 탑 포일 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 탑 포일; 및 상기 탑 포일 절곡부에 결합되며, 상기 베어링 하우징의 키홈에 삽입되어 배치된 탑 포일 키; 를 포함하며, 상기 탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 탑 포일의 지지부에는 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성될 수 있다.
또한, 상기 탑 포일 키는 상기 베어링 하우징의 내주면보다 반경방향 바깥쪽으로 더 들어가 있는 위치에 배치되며, 상기 탑 포일 키는 탑 포일 절곡부에 근접한 지지부와 이격되게 배치되어, 상기 베어링 하우징의 키홈, 탑 포일 키 및 탑 포일 절곡부에 의해 둘러싸인 빈 공간이 냉각 슬롯에 의해 상기 탑 포일의 지지부에 의해 둘러싸인 내측 공간과 연통될 수 있다.
또한, 상기 냉각 슬롯은, 상기 탑 포일 키가 배치된 영역에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각 슬롯은 상기 범프 포일이 없는 각도 범위 내에서 형성될 수 있다.
또한, 상기 탑 포일은 지지부의 원주방향 양측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부들이 형성되어 상기 탑 포일 절곡부들이 키홈에 삽입되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 탑 포일은, 상기 탑 포일 절곡부가 지지부와 연결된 반대측의 탑 포일 절곡부의 단부에서 탑 포일 키를 감싸는 방향으로 절곡된 제1수평 절곡부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 탑 포일의 지지부는, 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성된 곡면부; 상기 곡면부의 원주방향 단부에서 연장 형성되되 상기 로터로부터 점점 멀어지도록 절곡 형성된 연결부; 및 상기 연결부의 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부; 를 포함하여 이루어지며, 상기 탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 탑 포일의 연결부에 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성될 수 있다.
또한, 상기 탑 포일의 지지부는, 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성된 곡면부; 상기 곡면부의 원주방향 단부에서 연장 형성되되 상기 로터로부터 점점 멀어지도록 절곡 형성된 연결부; 상기 연결부의 단부에서 연장 형성되되 상기 연결부가 지지부의 단부에서 절곡된 방향의 반대측으로 절곡 형성된 제2수평 절곡부; 및 상기 제2수평 절곡부의 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부; 를 포함하여 이루어지며, 상기 탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 탑 포일의 연결부 또는 제2수평 절곡부에 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성될 수 있다.
그리고 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은, 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 상기 중공에 연결되도록 내주면에서 오목하게 키홈이 형성된 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부가 형성되어 상기 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 범프 포일; 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 로터의 외측을 둘러싸는 형태로 제2지지부가 형성되며, 상기 제2지지부의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 제2탑 포일 절곡부가 형성되어 상기 제2탑 포일 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 제2탑 포일; 상기 제2탑 포일의 제2탑 포일 절곡부에 결합되며, 상기 베어링 하우징의 키홈에 삽입되어 배치된 제2탑 포일 키; 상기 제2탑 포일의 내측에 구비되어 로터의 외측을 둘러싸는 형태로 제1지지부가 형성되며, 상기 제1지지부의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 제1탑 포일 절곡부가 형성되어 상기 제1탑 포일 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 제1탑 포일; 및 상기 제1탑 포일 절곡부에 결합되며, 상기 베어링 하우징의 키홈에 삽입되어 배치된 제1탑 포일 키; 를 포함하며, 상기 제1탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 제1탑 포일의 제1지지부에는 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2탑 포일은 제2탑 포일 절곡부를 기준으로 제2지지부가 시계방향으로 연장 형성되며, 상기 제1탑 포일은 제1탑 포일 절곡부를 기준으로 제1지지부가 반시계방향으로 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1탑 포일 키는 상기 베어링 하우징의 내주면보다 반경방향 바깥쪽으로 더 들어가 있는 위치에 배치되며, 상기 제1탑 포일 키는 제1탑 포일 절곡부에 근접한 제1지지부와 이격되게 배치되어, 상기 베어링 하우징의 키홈, 제1탑 포일 키 및 제1탑 포일 절곡부에 의해 둘러싸인 빈 공간이 냉각 슬롯에 의해 상기 탑 포일의 지지부에 의해 둘러싸인 내측 공간과 연통될 수 있다.
본 발명은 에어 포일 저널 베어링의 냉각 구조를 용이하게 형성할 수 있으며, 이 냉각 구조에 의해 에어 포일 저널 베어링의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 정면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 측면 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링에서 탑 포일의 실시예들을 나타낸 부분 단면도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 부분 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 에어 포일 저널 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 정면도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링(1000)은, 로터(500)가 배치되는 중공(110)이 형성되며, 상기 중공(110)에 연결되도록 내주면에서 오목하게 키홈(120)이 형성된 베어링 하우징(100); 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(210)가 형성되어 상기 절곡부(210)가 키홈(120)에 삽입되어 배치된 범프 포일(200); 상기 범프 포일(200)의 내측에 구비되어 로터(500)의 외측을 둘러싸는 형태로 지지부(320)가 형성되며, 상기 지지부(320)의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부(310)가 형성되어 상기 탑 포일 절곡부(310)가 키홈(120)에 삽입되어 배치된 탑 포일(300); 및 상기 탑 포일 절곡부(310)에 결합되며, 상기 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 배치된 탑 포일 키(400); 를 포함하며, 상기 탑 포일 절곡부(310)에 근접하여 상기 탑 포일(300)의 지지부(320)에는 양면을 관통하는 냉각 슬롯(330)이 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 에어 포일 저널 베어링(1000)은 크게 베어링 하우징(100), 범프 포일(200), 탑 포일(300) 및 탑 포일 키(400)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 베어링 하우징(100)의 중공(110) 내측에 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)이 말린 형태로 배치되며, 범프 포일(200)의 내측에 탑 포일(300)이 배치될 수 있다. 그리고 탑 포일(300)의 내측에는 로터(500)가 관통되도록 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 로터(500)는 회전축이 될 수 있으며, 로터(500)는 탑 포일(300)의 내측에 이격되게 배치될 수 있다.
베어링 하우징(100)은 내측에 로터의 축방향인 길이방향 양면을 관통하도록 중공(110)이 형성되며, 중공(110)과 연통되도록 내주면의 상측에서 오목하게 길이방향을 따라 키홈(120)이 형성될 수 있다.
범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)의 중공(110) 내측에 배치되며, 범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)의 내주면에 밀착되어 원주방향을 따라 배치될 수 있다. 이때, 범프 포일(200)은 두께가 얇은 판형으로 형성되되 말린 내측으로 볼록하게 돌출된 다수개의 탄성 범프(201)들이 원주방향을 따라 이격되어 형성될 수 있다. 그리고 원주방향 일단 또는 양단이 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(210)가 형성되어, 절곡부(210)가 키홈(120)에 삽입되도록 배치될 수 있다.
탑 포일(300)은 범프 포일(200)의 내측에 배치되며, 두께가 얇은 판형으로 형성되어 탄성 범프(201)들에 밀착되도록 배치될 수 있다. 그리고 탑 포일(300)은 로터(500)의 외주면 바깥쪽을 둘러싸는 형태로 지지부(320)가 형성되며, 원주방향의 일단 또는 양단이 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부(310)가 형성되어, 상기 탑 포일 절곡부(310)가 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다.
즉, 베어링 하우징(100)의 내측인 중공(110)에 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)이 말린 형태로 배치되며, 범프 포일(200)의 절곡부(210) 및 탑 포일(300)의 탑 포일 절곡부(310)는 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 길이방향으로 베어링 하우징(100)의 일측에서 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)이 겹쳐져 말린 상태에서 베어링 하우징(100) 내에 삽입되어 조립될 수 있으며, 범프 포일(200)을 먼저 베어링 하우징(100)내에 삽입하여 조립한 후 범프 포일(200)의 내측에 탑 포일(300)을 삽입하여 조립할 수도 있다.
탑 포일 키(400)는 탑 포일 절곡부(310)에 용접 등으로 결합되며, 탑 포일 키(400)가 탑 포일 절곡부(310)에 결합된 상태로 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 키홈(120)의 내측에 탑 포일 키(400)가 배치될 수 있다.
여기에서 탑 포일(300)에는 냉각 슬롯(330)이 형성될 수 있으며, 냉각 슬롯(330)은 탑 포일 절곡부(310)의 하단에 인접하여 연장 형성된 탑 포일의 지지부(320)에 형성될 수 있으며, 냉각 슬롯(330)은 탑 포일 절곡부(310)에 근접한 부분에 탑 포일 지지부(320)의 양면을 관통하도록 형성될 수 있다. 그리고 도시된 바와 같이 냉각 슬롯(330)은 길이방향을 따라 길게 폭이 좁은 형태로 형성될 수 있으며, 이외에도 복수개의 구멍이 길이방향을 따라 이격되어 형성된 형태 등 다양하게 형성될 수 있다.
그리하여 도 6과 같이 길이방향의 일측에서 베어링 하우징(100)과 로터(500)의 사이로 유입되는 냉각 공기 중 일부가 베어링 하우징(100)의 키홈(120) 내부 공간을 따라 유동되며, 키홈(120) 내부 공간을 따라 유동되는 냉각 공기가 탑 포일(300)에 형성된 냉각 슬롯(330)을 통과해 탑 포일(300)의 내측으로 유동되어 탑 포일(300)과 로터(500) 사이의 공간으로 유동된 후 에어 포일 저널 베어링(1000)의 외부로 배출될 수 있다. 또는 탑 포일(300)과 로터(500) 사이의 공간을 따라 유동되는 냉각 공기가 냉각 슬롯(330)을 통해 탑 포일(300)의 외측으로 유동되어 베어링 하우징(100)의 키홈(120) 내부 공간을 따라 유동되는 냉각 공기와 합류된 후 에어 포일 저널 베어링(1000)의 외부로 배출될 수도 있다.
이에 따라 에어 포일 저널 베어링(1000)을 냉각시키는 냉각 공기의 유동이 원활해져 에어 포일 저널 베어링의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 탑 포일 키(400)는 상기 베어링 하우징(100)의 내주면보다 반경방향 바깥쪽으로 더 들어가 있는 위치에 배치되며, 상기 탑 포일 키(400)는 탑 포일 절곡부(310)에 근접한 지지부(320)와 이격되게 배치되어, 상기 베어링 하우징(100)의 키홈(120), 탑 포일 키(400) 및 탑 포일 절곡부(310)에 의해 둘러싸인 빈 공간이 냉각 슬롯(330)에 의해 상기 탑 포일(300)의 지지부(320)에 의해 둘러싸인 내측 공간과 연통될 수 있다. 그리고 상기 냉각 슬롯(330)은 탑 포일 키(400)가 배치된 영역에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
즉, 도 5와 같이 탑 포일 키(400)의 높이가 키홈(120)의 깊이보다 작게 형성되어, 탑 포일 키(400)의 바로 아래쪽인 키홈(120)의 내부에 빈 공간이 형성될 수 있으며, 이 빈 공간을 통해 에어 포일 베어링의 외부에서 유입된 냉각 공기의 일부가 키홈(120)의 빈 공간을 따라 길이방향으로 유동될 수 있다. 그리고 키홈(120)의 빈 공간 바로 아래쪽 위치하는 탑 포일(300)의 지지부(320)에 냉각 슬롯(330)이 형성되어, 냉각 슬롯(330)에 의해 탑 포일 키(400) 바로 아래쪽인 키홈(120)의 빈 공간과 탑 포일(300)의 지지부에 의해 둘러싸인 내측 공간이 최단거리로 직접 연통될 수 있다.
또한, 상기 냉각 슬롯(330)은 범프 포일(200)이 없는 각도 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 범프 포일(200)은 반경방향 내측으로 볼록하게 돌출된 탄성 범프(201)들이 형성되어 있으므로, 범프 포일(200)이 존재하는 않는 각도 범위 내의 위치에 냉각 슬롯(330)이 형성되어 냉각 슬롯(330)이 범프 포일(200)의 탄성 범프(201)에 의해 막히거나 탄성 범프(201)들 사이에 냉각 슬롯(330)이 배치되어 키홈(120)의 빈 공간과 냉각 슬롯(330)을 연결하는 냉각 공기의 유동 통로가 차단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 탑 포일(300)은 지지부(320)의 원주방향 양측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부(310)들이 형성되어, 상기 탑 포일 절곡부(310)들이 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 즉, 탑 포일(300)은 지지부(320)의 원주방향 단부에서 반경방향 바깥쪽으로 절곡된 형태의 탑 포일 절곡부(310)가 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 지지부(320)의 원주방향 양단에서 탑 포일 절곡부(310)가 형성되어, 탑 포일 절곡부(310)들이 모두 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 탑 포일 키(400)는 둘 중 하나의 탑 포일 절곡부(310)에만 결합될 수 있다.
또한, 상기 탑 포일(300)은, 상기 탑 포일 절곡부(310)가 지지부(320)와 연결된 반대측의 탑 포일 절곡부(310)의 단부에서 탑 포일 키(400)를 감싸는 방향으로 절곡된 제1수평 절곡부(311)가 형성될 수 있다. 즉, 탑 포일 키(400)의 두면이 탑 포일(300)에 접촉되어 지지될 수 있도록, 탑 포일 절곡부(310)의 상단에서 절곡된 형태로 제1수평 절곡부(311)가 연장 형성될 수 있다. 그리하여 탑 포일 절곡부(310)와 제1수평 절곡부(311)의 안쪽으로 탑 포일 키(400)를 배치하여 밀착되도록 한 상태에서 용접 등으로 탑 포일 키(400)를 탑 포일 절곡부(310) 및 제1수평 절곡부(311) 중 어느 하나 이상과 결합할 수 있으며, 이에 따라 탑 포일 키(400)의 위치를 정확하게 배치할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링에서 탑 포일의 실시예들을 나타낸 부분 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 탑 포일(300)의 지지부(320)는, 상기 범프 포일(200)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성된 곡면부(321); 상기 곡면부(321)의 원주방향 단부에서 연장 형성되되 상기 로터(500)로부터 점점 멀어지도록 절곡 형성된 연결부(322); 및 상기 연결부(322)의 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부(310); 를 포함하여 이루어지며, 상기 탑 포일 절곡부(310)에 근접하여 상기 탑 포일(300)의 연결부(322)에 양면을 관통하는 냉각 슬롯(330)이 형성될 수 있다.
즉, 탑 포일(300)은 원주방향을 따라 호 형태의 곡면으로 형성된 곡면부(321)의 단부에서 탑 포일 절곡부(310)쪽으로 갈수록 로터(500)로부터 거리가 점점 멀어지도록 반경방향 외측으로 예각으로 절곡된 평면 형태의 연결부(322)가 형성될 수 있으며, 연결부(322)에 냉각 슬롯(330)이 형성되되 탑 포일 절곡부(310)에 근접하여 형성될 수 있다. 또한, 연결부(322)는 곡면부(321)의 양단에서 절곡된 형태로 연장 형성될 수 있으며, 연결부(322)들의 단부에서 각각 탑 포일 절곡부(310)가 형성될 수 있다.
그리하여 평면 형태의 연결부(322)에 냉각 슬롯(330)이 형성되므로 곡면부(321)의 변형 없이 냉각 슬롯(330)을 용이하게 형성할 수 있으며, 냉각 슬롯(330)이 형성된 영역에서 탑 포일(300)과 로터(500) 사이의 공간을 충분히 확보할 수 있어 냉각 공기의 유동이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 도 8과 같이 곡면부(321)의 단부에서 연결부(322)가 절곡된 형태로 연장 형성되고 연결부(322)의 단부에서 제2수평 절곡부(323)가 절곡된 형태로 연장 형성되되, 제2수평 절곡부(323)는 곡면부(321)에서 연결부(322)가 절곡된 방향의 반대측으로 절곡되어 형성될 수 있다. 그리고 탑 포일 절곡부(310)에 근접하여 연결부(322) 및 제2수평 절곡부(323) 중 어느 하나 이상에 양면을 관통하는 냉각 슬롯(330)이 형성될 수도 있다. 그리하여 제2수평 절곡부(323)가 키홈(120)과 베어링 하우징(100)의 내주면이 만나는 모서리부와 거의 닿아있는 형태로 형성될 수 있어, 탑 포일 키(400) 바로 아래쪽의 키홈(120)의 빈 공간이 거의 냉각 슬롯(330)을 통해서만 탑 포일(300)과 로터(500) 사이의 공간과 연통될 수 있으며, 이에 따라 에어 포일 저널 베어링의 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링(1000)은, 로터(500)가 배치되는 중공(110)이 형성되며, 상기 중공(110)에 연결되도록 내주면에서 오목하게 키홈(120)이 형성된 베어링 하우징(100); 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(210)가 형성되어 상기 절곡부(210)가 키홈(120)에 삽입되어 배치된 범프 포일(200); 상기 범프 포일(200)의 내측에 구비되어 로터(500)의 외측을 둘러싸는 형태로 제2지지부(320-2)가 형성되며, 상기 제2지지부(320-2)의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 제2탑 포일 절곡부(310-2)가 형성되어 상기 제2탑 포일 절곡부(310-2)가 키홈(120)에 삽입되어 배치된 제2탑 포일(300-2); 상기 제2탑 포일(300-2)의 제2탑 포일 절곡부(310-2)에 결합되며, 상기 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 배치된 제2탑 포일 키(400-2); 상기 제2탑 포일(300-2)의 내측에 구비되어 로터(500)의 외측을 둘러싸는 형태로 제1지지부(320-1)가 형성되며, 상기 제1지지부(320-1)의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 제1탑 포일 절곡부(310-1)가 형성되어 상기 제1탑 포일 절곡부(310-1)가 키홈(120)에 삽입되어 배치된 제1탑 포일(300-1); 및 상기 제1탑 포일 절곡부(310-1)에 결합되며, 상기 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 배치된 제1탑 포일 키(400-1); 를 포함하며, 상기 제1탑 포일 절곡부(310-1)에 근접하여 상기 제1탑 포일(300-1)의 제1지지부(320-1)에는 양면을 관통하는 냉각 슬롯(330)이 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 에어 포일 저널 베어링(1000)은 크게 베어링 하우징(100), 범프 포일(200), 제1탑 포일(300-1), 제2탑 포일(300-2), 제1탑 포일 키(400-1) 및 제2탑 포일 키(400-2)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 베어링 하우징(100)의 중공(110) 내측에 범프 포일(200), 제1탑 포일(300-1) 및 제2탑 포일(300-2)이 말린 형태로 배치되며, 범프 포일(200)의 내측에 제2탑 포일(300-2)이 배치되고 제2탑 포일(300-2)의 내측에 제1탑 포일(300-1)이 배치될 수 있다. 그리고 제1탑 포일(300-1)의 내측에는 로터(500)가 관통되도록 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 로터(500)는 회전축이 될 수 있으며, 로터(500)는 제1탑 포일(300-1)의 내측에 이격되게 배치될 수 있다.
베어링 하우징(100) 및 범프 포일(200)은 본 발명의 제1실시예와 동일하게 형성될 수 있다. 이때, 범프 포일(200)은 도시된 바와 같이 두 장으로 구성되어 두 장의 범프 포일이 포개져 서로 밀착된 형태로 형성될 수 있다.
제2탑 포일(300-2)은 범프 포일(200)의 내측에 배치되며, 두께가 얇은 판형으로 형성되어 탄성 범프(201)들에 밀착되도록 배치될 수 있다. 그리고 제2탑 포일(300-2)은 로터(500)의 외주면 바깥쪽을 둘러싸는 형태로 제2지지부(320-2)가 형성되며, 원주방향의 일단 또는 양단이 반경방향 외측으로 절곡된 제2탑 포일 절곡부(310-2)가 형성되어, 상기 제2탑 포일 절곡부(310-2)가 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 제2탑 포일 키(400-2)는 제2탑 포일 절곡부(310-2)에 용접 등으로 결합된 상태에서 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 그리고 제2탑 포일(300-2)은 제2탑 포일 키(400-2)가 결합된 제2탑 포일 절곡부(310-2)를 기준으로 제2지지부(320-2)가 시계방향을 따라 연장 형성되어 제2지지부(320-2)의 일단은 자유단으로 형성될 수 있다.
제1탑 포일(300-1)은 제2탑 포일(300-2)의 내측에 배치되며, 두께 얇은 판형으로 형성되어 제2탑 포일(300-2)에 밀착되도록 배치될 수 있다. 그리고 제1탑 포일(300-1)은 로터(500)의 외주면 바깥쪽을 둘러싸는 형태로 제1지지부(320-1)가 형성되며, 원주방향의 일단 또는 양단이 반경방향 외측으로 절곡된 제1탑 포일 절곡부(310-1)가 형성되어, 상기 제1탑 포일 절곡부(310-1)가 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 제1탑 포일 키(400-1)는 제1탑 포일 절곡부(310-1)에 용접 등으로 결합된 상태에서 키홈(120)에 삽입되어 배치될 수 있다. 그리고 제1탑 포일(300-1)은 제1탑 포일 키(400-1)가 결합된 제1탑 포일 절곡부(310-1)를 기준으로 제1지지부(320-1)가 반시계방향을 따라 연장 형성되어 제1지지부(320-1)의 일단이 자유단으로 형성되거나 반경방향 외측으로 절곡된 제1탑 포일 절곡부(310-1)가 형성되어 키홈(120)에 삽입될 수 있다.
여기에서 제1탑 포일(300-1)에는 냉각 슬롯(330)이 형성될 수 있으며, 냉각 슬롯(330)은 제1탑 포일 절곡부(310-1)의 하단에 인접하여 연장 형성된 제1지지부(320-1)에 형성될 수 있으며, 냉각 슬롯(330)은 제1탑 포일 절곡부(310-1)에 근접한 부분에 제1탑 포일 지지부(320-1)의 양면을 관통하도록 형성될 수 있다. 그리고 도시된 바와 같이 냉각 슬롯(330)은 길이방향을 따라 길게 폭이 좁은 형태로 형성될 수 있으며, 이외에도 복수개의 구멍이 길이방향을 따라 이격되어 형성된 형태 등 다양하게 형성될 수 있다.
이에 따라 두 장의 탑 포일 및 두 개의 탑 포일 키를 포함하여 이루어지는 에어 포일 저널 베어링에서 냉각을 위한 냉각 공기의 유동이 원활해져 에어 포일 저널 베어링의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1탑 포일 키(400-1)는 상기 베어링 하우징(100)의 내주면보다 반경방향 바깥쪽으로 더 들어가 있는 위치에 배치되며, 상기 제1탑 포일 키(400-1)는 제1탑 포일 절곡부(310-1)에 근접한 제1지지부(320-1)와 이격되게 배치되어, 상기 베어링 하우징(100)의 키홈(120), 제1탑 포일 키(400-1) 및 제1탑 포일 절곡부(310-1)에 의해 둘러싸인 빈 공간이 냉각 슬롯(330)에 의해 상기 제1탑 포일(300-1)의 제1지지부(320-1)에 의해 둘러싸인 내측 공간과 연통될 수 있다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링(1000)은 키홈(120)에 삽입된 탑 포일 절곡부들에 근접한 부분에서 제1탑 포일(300-1) 및 제2탑 포일(300-2)의 형태나 냉각 슬롯(330)의 위치가 제1실시예와 동일하거나 유사한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)은 한 장이 구비될 수도 있으며, 두 장의 범프 포일(200)이 적층되어 포개진 형태로 구비될 수도 있다. 또한, 제1탑 포일 키(400-1)는 제2탑 포일 키(400-2)보다 높이가 작게 형성될 수 있으며, 제2실시예에서도 제1실시예와 마찬가지로 냉각 공기가 유동되어 냉각 성능이 향상되는 원리는 동일하게 적용될 수 있다.
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.
1000 : 에어 포일 저널 베어링
100 : 베어링 하우징
110 : 중공 120 : 키홈
200 : 범프 포일
201 : 탄성 범프 210 : 절곡부
300 : 탑 포일
310 : 탑 포일 절곡부 311 : 제1수평 절곡부
320 : 지지부 321 : 곡면부
322 : 연결부 323 : 제2수평 절곡부
330 : 냉각 슬롯
300-1 : 제1탑 포일 300-2 : 제2탑 포일
310-1 : 제1탑 포일 절곡부 310-2 : 제2탑 포일 절곡부
320-1 : 제1지지부 320-2 : 제2지지부
400 : 탑 포일 키
400-1 : 제1탑 포일 키 400-2 : 제2탑 포일 키
500 : 로터

Claims (11)

  1. 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 상기 중공에 연결되도록 내주면의 상측에서 오목하게 키홈이 형성된 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부가 형성되어 상기 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 범프 포일;
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 로터의 외측을 둘러싸는 형태로 지지부가 형성되며, 상기 지지부의 원주방향 양측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부들이 형성되어 상기 탑 포일 절곡부들이 키홈에 삽입되어 배치된 탑 포일; 및
    상기 탑 포일 절곡부에 결합되되 탑 포일 절곡부들이 서로 마주보는 면의 반대쪽면에 접하여 결합되며, 상기 베어링 하우징의 키홈에 삽입되어 배치된 탑 포일 키; 를 포함하고,
    상기 탑 포일 키는 상기 베어링 하우징의 내주면보다 반경방향 바깥쪽으로 더 들어가 있는 위치에 배치되며, 상기 탑 포일 키는 탑 포일 절곡부에 근접한 지지부와 이격되게 배치되어, 상기 키홈의 폭방향 면, 탑 포일 키의 하면 및 상기 탑 포일 키가 접하는쪽의 탑 포일 절곡부의 폭방향 면에 의해 둘러싸인 빈 공간이 상기 탑 포일 키의 아래쪽에 형성되며,
    상기 탑 포일 키가 결합된쪽의 상기 탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 탑 포일의 지지부에는 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성되어, 상기 냉각 슬롯에 의해 상기 탑 포일 키 아래쪽의 빈 공간과 상기 탑 포일의 지지부에 의해 둘러싸인 내측 공간이 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 슬롯은,
    상기 탑 포일 키가 배치된 영역에 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 슬롯은 상기 범프 포일이 없는 각도 범위 내에서 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탑 포일은,
    상기 탑 포일 절곡부가 지지부와 연결된 반대측의 탑 포일 절곡부의 단부에서 탑 포일 키를 감싸는 방향으로 절곡된 제1수평 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탑 포일의 지지부는,
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성된 곡면부;
    상기 곡면부의 원주방향 단부에서 연장 형성되되 상기 로터로부터 점점 멀어지도록 절곡 형성된 연결부; 및
    상기 연결부의 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 탑 포일의 연결부에 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탑 포일의 지지부는,
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성된 곡면부;
    상기 곡면부의 원주방향 단부에서 연장 형성되되 상기 로터로부터 점점 멀어지도록 절곡 형성된 연결부;
    상기 연결부의 단부에서 연장 형성되되 상기 연결부가 지지부의 단부에서 절곡된 방향의 반대측으로 절곡 형성된 제2수평 절곡부; 및
    상기 제2수평 절곡부의 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 탑 포일 절곡부;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 탑 포일의 연결부 또는 제2수평 절곡부에 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  9. 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 상기 중공에 연결되도록 내주면의 상측에서 오목하게 키홈이 형성된 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부가 형성되어 상기 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 범프 포일;
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 로터의 외측을 둘러싸는 형태로 제2지지부가 형성되며, 상기 제2지지부의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 제2탑 포일 절곡부가 형성되어 상기 제2탑 포일 절곡부가 키홈에 삽입되어 배치된 제2탑 포일;
    상기 제2탑 포일의 제2탑 포일 절곡부에 결합되며, 상기 베어링 하우징의 키홈에 삽입되어 배치된 제2탑 포일 키;
    상기 제2탑 포일의 내측에 구비되어 로터의 외측을 둘러싸는 형태로 제1지지부가 형성되며, 상기 제1지지부의 원주방향 양측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 제1탑 포일 절곡부들이 형성되어 상기 제1탑 포일 절곡부들이 키홈에 삽입되어 배치된 제1탑 포일; 및
    상기 제1탑 포일 절곡부에 결합되되 제1탑 포일 절곡부들이 서로 마주보는 면의 반대쪽면에 접하여 결합되며, 상기 베어링 하우징의 키홈에 삽입되어 배치된 제1탑 포일 키; 를 포함하고,
    상기 제1탑 포일 키는 상기 베어링 하우징의 내주면보다 반경방향 바깥쪽으로 더 들어가 있는 위치에 배치되며, 상기 제1탑 포일 키는 제1탑 포일 절곡부에 근접한 제1지지부와 이격되게 배치되어, 상기 키홈의 폭방향 면, 제1탑 포일 키의 하면 및 상기 제1탑 포일 키가 접하는쪽의 제1탑 포일 절곡부에 의해 둘러싸인 빈 공간이 상기 제1탑 포일 키의 아래쪽에 형성되며,
    상기 제1탑 포일 키가 결합된쪽의 상기 제1탑 포일 절곡부에 근접하여 상기 제1탑 포일의 제1지지부에는 양면을 관통하는 냉각 슬롯이 형성되어, 상기 냉각 슬롯에 의해 상기 제1탑 포일 키 아래쪽의 빈 공간과 상기 제1탑 포일의 제1지지부에 의해 둘러싸인 내측 공간이 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
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