KR102050294B1 - 메탈 메쉬 포일 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내주에서 원주 방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 수용부를 구비하는 하우징; 회전체에 접촉하도록 회전체의 외주에 배치되고, 상기 하우징의 내주에 설치되는 탑 포일; 상기 복수의 수용부 각각에 설치되어 상기 탑 포일을 통해 전달되는 하중을 지지하도록 감쇠부; 및 상기 탑 포일 및 상기 감쇠부 사이에 배치되도록 상기 수용부에 설치되고 일부가 상기 탑 포일에 접촉되는 제1스페이서를 포함하고, 상기 감쇠부는 상기 복수의 수용부 각각에 설치됨으로써 원주 방향을 따라 이격되도록 배치되어 상기 수용부에 의해 반경 방향으로의 간극이 유지되면서 반경 방향으로 가이드되는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 포일 베어링을 제공한다.

Description

메탈 메쉬 포일 베어링{METAL MESH FOIL BEARING}

본 발명은 메탈 메쉬 포일 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탈 메쉬 및 베어링의 중심 방향으로 스페이서를 배치함으로써 베어링 내부의 간극을 유지시켜 회전 안정성 및 내구성을 향상시키는 메탈 메쉬 포일 베어링에 관한 것이다.

일반적으로, 포일 베어링은 압축기(compressor), 송풍기(blower), 모터 및 발전기 등에 구비된 회전체의 축을 지지하기 위해서 적용된다. 상기 포일 베어링은 기존의 볼 베어링이나 저널 베어링과 같이 유막을 이용하여 축을 지지하는 방식이 아니고, 탑 포일과 축 사이에 축의 회전으로부터 생성된 고압의 공기층을 형성하여 축을 지지하는 방식이다. 이러한 포일 베어링은 10,000 ~ 200,000 RPM 수준의 고속으로 회전하는 소형, 경량의 터보 기기류 등 회전체의 축을 지지하는데 효과적이다.

최근, 첨단 터보 기계의 필요성이 대두되면서 회전체의 효율적인 작동을 위한 비용 효과가 높고 신뢰할 수 있는 회전체 지지 베어링 시스템이 필요하다. 이에 대하여 가스 베어링은 베어링 요소를 단순화시키면서 시스템의 중량 및 유지비용을 감소시키고 동력 손실을 최소화한다. 또한 오일 윤활 베어링과 다르게 윤활제 공급을 제거하고, 윤활제로 공기를 사용하면서 친환경 특수 목적 베어링 시스템으로 각광받고 있다.

범프 베어링은 베어링 하우징과 저널을 지지하는 탑 사이에 배치된 물결 모양의 범프로 이루어져 있으며, 범프는 저널의 회전에 의해 탄성 압축되면서 충격을 감쇠시키도록 구성된다.

또한, 메탈메쉬 베어링은 베어링 하우징과 탑 사이의 그물 형태의 메탈메쉬로 이루어져 있으며, 메탈메쉬가 저널의 회전에 의해 탄성 압축되면서 충격을 감쇠시키도록 구성된다.

보통 메탈메쉬 베어링은 범프 베어링보다 더 큰 기계적 히스테리시스 루프(hysteresis loop)를 보여 약 2~3배 큰 구조적 손실 계수를 보인다. 이는 메탈메쉬 베어링의 효율적인 에너지 소산, 즉 쿨롱 댐핑을 나타낸다.

하지만 상기와 같은 범프 베어링은 저널에 반경 방향의 충격이 가해질 때 소성 변형이 쉽게 일어나 공기 간극이 작아지고, 형상이 변형되어 베어링 강성 및 유체력에 변화가 생기는 동시에 간극의 변화에 따라 유체 윤활막의 특성이 바뀌게 된다. 메탈메쉬 베어링은 가동 시간이 경과되고 회전에 의해 발생하는 열에 의해 메탈메쉬가 팽창하는 현상으로 인해 간극이 커지고, 형상이 변형되어 강성에 변화가 발생한다. 이로 인해 운전 시에 안정성이 현저히 저하되어 쓰임이 제한적이고, 아직 개발 초기 단계에 머물러 있다.

이러한 문제의 해결을 위해 추가적인 감쇠기를 설치하는 방법이 소개되었으나, 이는 회전체의 휘돌림에 대한 안정성을 보장할 수 없고, 간극 유지가 어려우며, 형상이 복잡하여 제작이 어렵고 쓰임에 한계가 있다.

한국 등록 특허 공보 제10-0413060호

본 발명의 일 목적은 휘돌림에 대한 안정성을 보장하고 베어링 내부의 간극을 유지시킴으로써 회전체의 회전안정성을 향상시키는 장치를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링은 내주에서 원주 방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 수용부를 구비하는 하우징; 회전체에 접촉하도록 회전체의 외주에 배치되고, 상기 하우징의 내주에 설치되는 탑 포일; 상기 복수의 수용부 각각에 설치되어 상기 탑 포일을 통해 전달되는 하중을 지지하도록 감쇠부; 및 상기 탑 포일 및 상기 감쇠부 사이에 배치되도록 상기 수용부에 설치되고 일부가 상기 탑 포일에 접촉되는 제1스페이서를 포함하고, 상기 감쇠부는 상기 복수의 수용부 각각에 설치됨으로써 원주 방향을 따라 이격되도록 배치되어 상기 수용부에 의해 반경 방향으로의 간극이 유지되면서 반경 방향으로 가이드된다.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링은 상기 감쇠부를 사이에 두고, 상기 제1스페이서의 반대편의 일 측에 배치되어 상기 감쇠부를 지지하도록 상기 수용부에 설치되는 제2스페이서; 및 상기 제2스페이서를 지지하도록 상기 하우징에 설치되는 강성조절부를 더 포함한다.

상기 하우징은 내주에 원주 방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 측면 지지부를 구비하고, 상기 수용부는 상기 복수의 측면 지지부들 사이에 각각 형성될 수 있다.

상기 복수의 측면 지지부의 단부에는 상기 복수의 측면 지지부의 돌출 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 턱부가 구비될 수 있다.

상기 제1스페이서는, 서로 이격된 상기 턱부에 양 단이 걸림 결합 가능하도록 이루어지는 결합부; 및 상기 탑 포일을 상기 하우징의 내주로부터 이격시키도록 일부가 상기 탑 포일에 접촉 지지 가능하게 상기 탑 포일을 향하여 돌출되는 이격 지지부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 측면 지지부는, 내측이 곡면 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 제1스페이서는 상기 복수의 측면 지지부에 수용 가능하도록 원형 단면을 구비할 수 있다.

공기 피막을 형성 가능하게 하도록 상기 감쇠부는 금속 재질의 메쉬 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 반경방향으로 가이드를 부여하고 메탈 메쉬의 간극을 유지시키면서 강성을 조절하여 단점을 보완하고 회전체의 회전 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 예의 메탈 메쉬 포일 베어링을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1의 메탈 메쉬 포일 베어링의 일부를 분해하여 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 다른 일 예의 메탈 메쉬 포일 베어링을 도시하는 평면도.
도 4는 도 3의 메탈 메쉬 포일 베어링의 일부를 분해하여 도시한 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 예의 메탈 메쉬 포일 베어링(100a)을 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 메탈 메쉬 포일 베어링(100a)의 일부를 분해하여 도시한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 다른 일 예의 메탈 메쉬 포일 베어링(100b)을 도시하는 평면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 메탈 메쉬 포일 베어링(100b)의 일부를 분해하여 도시한 개념도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링(100a, 100b)은 하우징(10a, 10b), 탑 포일(20), 감쇠부(30) 및 제1스페이서(40a, 40b)를 포함한다.

하우징(10a, 10b)은 하우징(10a, 10b)의 내주에 원주 방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 수용부(13a, 13b)를 구비한다. 수용부(13a, 13b)에는 도 1 및 3에 도시되는 바와 같이, 감쇠부(30) 및 제1스페이서(40a, 40b) 등이 수용될 수 있다.

수용부(13a, 13b)는 일례로, 복수의 측면 지지부(15a, 17b)들 사이에 각각 형성될 수 있다. 복수의 측면 지지부(15a, 17b)는 하우징(10a, 10b)의 내주에 원주 방향을 따라 돌출 형성될 수 있다. 한편, 수용부(13a, 13b)를 형성하는 측면 지지부(15a, 17b)의 형상은 제1스페이서(40a, 40b)의 형상에 따라서 달라지며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

탑 포일(20)은 하우징(10a, 10b)의 내주에 설치되는데, 회전체(5)에 접촉하도록 회전체(5)의 외주에 배치되는 회전체(5)는 동력을 전달받아 회전하도록 이루어진다. 탑 포일(20)은 일례로 도 1에 도시되는 바와 같이, 하우징(10a, 10b) 내주의 일 지점에 결합되고, 후술하는 제1스페이서(40a, 40b)에 의해 원주 방향을 따라서 하우징(10a, 10b)의 내주와 일정한 간극을 유지하도록 이격될 수 있다. 탑 포일(20)은 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전체(5)의 외주에 배치될 수 있다.

감쇠부(30)는 탑 포일(20)을 통해 전달되는 하중을 지지하도록 복수의 수용부(13a, 13b) 각각에 설치된다. 도 1에 도시되는 바와 같이 감쇠부(30)는 원주 방향을 따라 이격되도록 배치된다. 이로 인해 수용부(13a, 13b)에 의해 반경 방향으로의 간극이 유지되면서 반경 방향으로 가이드된다. 또한, 감쇠부(30)는 구조 감쇠를 통해서 탑 포일(20) 및 제1스페이서(40a, 40b)를 통해 전달되는 힘을 감쇠시킨다.

예를 들면, 도 1 내지 4에 도시되는 바와 같이, 감쇠부(30)는 공기의 피막을 형성을 용이하게 하도록 금속 재질의 메쉬 형상으로 이루어질 수 있다.

제1스페이서(40a, 40b)는 탑 포일(20) 및 감쇠부(30) 사이에 배치되도록 수용부(13a, 13b)에 설치되는데, 일부가 탑 포일(20)에 접촉된다. 제1스페이서(40a, 40b)는 탑 포일(20)을 하우징(10a, 10b)의 내주로부터 이격시키도록 탑 포일(20)을 지지한다.

본 발명에서 제1스페이서(40a, 40b)는 도 1 및 2에서 도시되는 바와 같은 크라운 형상으로 이루어질 수 있고, 도 3 및 4에서 도시되는 바와 같은 원형 단면을 포함하는 형상으로 이루어질 수도 있다.

우선, 도 1 및 2를 참조하여, 크라운 형상의 제1스페이서(40a)에 대하여 서술하기로 한다.

도 2에 도시되는 바와 같이 제1스페이서(40a)는 결합부(43a) 및 이격 지지부(45a)를 포함할 수 있다. 결합부(43a)는 하우징(10a)의 턱부(15b)에 양 단이 걸림 결합 가능하도록 이루어진다. 또한, 이격 지지부(45a)는 탑 포일(20)을 향하여 돌출되는데, 일부가 탑 포일(20)에 접촉 지지 가능하게 되어 탑 포일(20)을 하우징(10a)의 내주로부터 이격시키도록 한다.

전술한 바와 같이, 수용부(13a)는 일례로, 복수의 측면 지지부(15a)들 사이에 각각 형성될 수 있으며, 복수의 측면 지지부(15a)는 하우징(10a)의 내주에 원주 방향을 따라 돌출 형성될 수 있다. 제1스페이서(40a)가 크라운 형상으로 이루어지는 경우, 복수의 측면 지지부(15a)의 단부에는 복수의 측면 지지부(15a)의 돌출 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 턱부(15b)가 구비된다.

이로 인해, 제1스페이서(40a)는 결합부(43a)가 하우징(10a)의 턱부(15b)에 걸림되는 구조를 형성하게 된다.

한편, 이하에서, 도 3 및 4에서와 같은 원형 단면을 포함하는 형상의 제1스페이서(40b)에 대하여 서술하기로 한다.

제1스페이서(40b)는 복수의 측면 지지부(17b)에 수용 가능하도록 원형 단면을 구비할 수 있다. 예를 들면, 제1스페이서(40b)는 원기둥 또는 구형의 형상으로 이루어질 수 있다.

한편, 제1스페이서(40b)가 원형 단면을 구비하도록 형성되는 경우, 수용부(13b)는 원형의 제1스페이서(40b)를 수용하도록 내측이 곡면 형상으로 이루어질 수 있다.

도 3에서 도시되는 바와 같이, 제1스페이서(40b)는 수용부(13b)에 수용되며 탑 포일(20)에 접촉 지지 가능하게 되어 탑 포일(20)을 하우징(10b)의 내주로부터 이격시키도록 한다.

도 4를 참조하면, 제1스페이서(40b)가 원기둥의 형상으로 이루어진 예가 도시되는데 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 구형으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링(100a, 100b)은 제2스페이서(50) 및 강성조절부(60)를 더 포함할 수 있다.

제2스페이서(50)는 감쇠부(30)를 사이에 두고 제1스페이서(40a, 40b)의 반대편의 일 측에 배치되어 감쇠부(30)를 지지하도록 수용부(13a, 13b)에 설치된다.

강성조절부(60)는 제2스페이서(50)를 지지하도록 하우징(10a, 10b)에 설치된다. 강성조절부(60)는 제2스페이서(50)를 가압하여 제2스페이서(50) 및 하우징(10a, 10b) 사이의 간극을 유지하고 감쇠부(30)의 강성을 조절할 수 있다. 강성조절부(60)는 일례로, 무두볼트일 수 있어서 수용부(13a, 13b)가 형성되는 하우징(10a, 10b)의 내측 단에 나사 결합되어 결합 길이가 조절됨으로써 제2스페이서(50)의 가압력을 조절할 수 있게 되는 것이 바람직하다.

한편, 도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 메탈 메쉬 포일 베어링(100a, 100b)은 하우징(10a, 10b)에 설치되는 제1 및 제2스페이서(40a, 50), 감쇠부(30) 등 구성의 이탈을 방지하며 보호하도록 하우징(10a, 10b)의 단부에 설치되는 케이스(70)를 더 포함할 수 있다. 케이스(70)는 결합부재(73)에 의해 하우징(10a, 10b)에 결합될 수 있다. 결합부재(73)는 일례로, 핀 또는 나사일 수 있다.

이상에서 설명한 메탈 메쉬 포일 베어링(100a, 100b)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100a, 100b : 메탈 메쉬 포일 베어링
5:회전체
10a, 10b 하우징 13a, 13b 수용부
15a, 17b:측면 지지부 15b:턱부
20:탑 포일
30:감쇠부
40a, 40b:제1스페이서
43a:결합부
45a:이격 지지부
50:제2스페이서
60:강성조절부
70:케이스

Claims (8)

1. 내주에서 원주 방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 복수의 수용부를 구비하는 하우징;
   회전체에 접촉하도록 회전체의 외주에 배치되고, 상기 하우징의 내주에 설치되는 탑 포일;
   상기 복수의 수용부 각각에 설치되어 상기 탑 포일을 통해 전달되는 하중을 지지하도록 감쇠부;
   상기 탑 포일 및 상기 감쇠부 사이에 배치되도록 상기 수용부에 설치되고 일부가 상기 탑 포일에 접촉되는 제1스페이서;
   상기 감쇠부를 사이에 두고, 상기 제1스페이서의 반대편의 일 측에 배치되어 상기 감쇠부를 지지하도록 상기 수용부에 설치되는 제2스페이서; 및
   상기 제2스페이서를 지지하도록 상기 하우징에 설치되는 강성조절부를 포함하고,
   상기 감쇠부는 상기 복수의 수용부 각각에 설치됨으로써 원주 방향을 따라 이격되도록 배치되어 상기 수용부에 의해 반경 방향으로의 간극이 유지되면서 반경 방향으로 가이드되고,
   상기 하우징은 내주에 원주 방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 측면 지지부를 구비하고, 상기 수용부는 상기 복수의 측면 지지부들 사이에 각각 형성되고,
   상기 복수의 측면 지지부의 단부에는 상기 복수의 측면 지지부의 돌출 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 턱부가 구비되고,
   상기 제1스페이서는,
   서로 이격된 상기 턱부에 양 단이 걸림 결합 가능하도록 이루어지는 결합부; 및
   상기 탑 포일을 상기 하우징의 내주로부터 이격시키도록 일부가 상기 탑 포일에 접촉 지지 가능하게 상기 탑 포일을 향하여 돌출되는 이격 지지부를 포함하고,
   공기 피막을 형성 가능하게 하도록 상기 감쇠부는 금속 재질의 메쉬 형상으로 이루어지고,
   상기 강성조절부는, 무두볼트이고 상기 수용부가 형성되는 상기 하우징의 내측 단에 결합 길이가 조절 가능하도록 나사 결합되어 상기 제2스페이서의 가압력을 조절하여 반경방향으로 강성을 조절할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 포일 베어링.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 측면 지지부는, 내측이 곡면 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 포일 베어링.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1스페이서는 상기 복수의 측면 지지부에 수용 가능하도록 원형 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 포일 베어링.
   
8. 삭제

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