KR102371286B1 - 에어 포일 저널 베어링 - Google Patents

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KR102371286B1
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Abstract

본 발명의 에어 포일 저널 베어링은 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되고, 요철 형상의 탄성 범프들이 형성되며, 원주방향 일측 단부가 상기 베어링 하우징에 결합되어 고정되며 타측 단부가 자유단부로 형성된 범프 포일; 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 곡면부가 원주방향을 따라 형성되고, 적어도 원주방향 일측 단부가 상기 베어링 하우징에 결합되어 고정된 탑 포일; 및 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고 타측은 베어링 하우징의 중심축 방향으로 상기 범프 포일의 자유단부 양측에 배치된 이탈 방지 시트; 를 포함하여 이루어져, 로터의 고속 회전 시 진동에 의해 범프 포일의 자유단이 베어링 하우징의 중심축 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있는 에어 포일 저널 베어링에 관한 것이다.

Description

에어 포일 저널 베어링 {Air foil journal bearing}
본 발명은 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성되는 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 로터의 고속 회전 시 진동으로 인해 범프 포일이 이탈되는 방지할 수 있는 에어 포일 저널 베어링의 구조에 관한 것이다.
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.
그리고 에어 포일 베어링 중 에어 포일 저널 베어링은 로터에 수직인 방향인 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성되는 베어링이다.
일반적인 에어 포일 저널 베어링은 도 1과 같이 베어링 하우징(1)의 중공(1a)의 내주면(1b)을 따라 범프 포일(2)이 설치되며, 범프 포일(2)의 내측에 탑 포일(3)이 배치되도록 구성되며, 탑 포일(3)의 내측에 로터(4, 또는 회전축)가 배치되어 탑 포일(3)의 내주면과 로터(4)의 외주면이 이격된 상태로 로터가 회전될 수 있도록 구성된다. 그리고 범프 포일(2) 및 탑 포일(3)은 원주방향의 일측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 형태의 절곡부가 형성되고 절곡부(2a, 3a)는 베어링 하우징(1)에 형성된 홈(1c)에 삽입되어 고정된다. 그리하여 로터가 정지된 상태에서는 로터가 자중에 의해 탑 포일의 내주면 하측에 접촉되어 지지되어 있다가, 로터가 회전되면서 기동될 때 로터의 하측과 탑 포일 사이에서 공기의 압력이 증가하면서 로터가 탑 포일의 내주면 하측으로부터 부상하여 회전하게 된다.
그런데 범프 포일(2)의 타측 단부는 베어링 하우징(1)에 고정되지 않고 자유롭게 움직일 수 있는 자유단으로 형성되어 있는데, 로터의 고속 회전에 의해 진동이 발생하면 범프 포일의 자유단이 하우징의 중심축 방향으로 이탈되는 문제점이 있다.
JP 2010-529390 A (2010.08.26.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성된 에어 포일 저널 베어링의 범프 포일 자유단부가 베어링 하우징의 중심축 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있는 에어 포일 저널 베어링을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은, 로터가 배치되는 중공이 형성된 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되고, 요철 형상의 탄성 범프들이 형성되며, 원주방향 일측 단부가 상기 베어링 하우징에 결합되어 고정되며 타측 단부가 자유단부로 형성된 범프 포일; 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 곡면부가 원주방향을 따라 형성되고, 적어도 원주방향 일측 단부가 상기 베어링 하우징에 결합되어 고정된 탑 포일; 및 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고 타측은 베어링 하우징의 중심축 방향으로 상기 범프 포일의 자유단부 양측에 배치된 이탈 방지 시트; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 이탈 방지 시트는 반경방향으로 상기 탑 포일 외측에 배치되며, 상기 이탈 방지 시트는 상기 범프 포일이 고정된 일측을 기준으로 원주방향을 따라 연장 형성되는 방향과 반대방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 이탈 방지 시트는, 원주방향 일측이 절곡되어 베어링 하우징에 결합된 절곡부; 및 상기 절곡부에서 원주방향 타측을 향해 연장 형성되며, 상기 범프 포일의 자유단부를 사이에 두고 상기 베어링 하우징의 중심축 방향으로 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 연장부; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 자유단부는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성되고, 상기 자유단부를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일과 접촉되며, 상기 이탈 방지 시트의 연장부는 탑 포일의 외주면에 접촉되어, 적어도 한 지점에서 상기 범프 포일의 자유단부와 반경방향으로 중첩된 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 자유단부는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성되고, 상기 자유단부를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일과 접촉되며, 상기 이탈 방지 시트의 연장부는 탑 포일의 외주면에서 이격되어, 적어도 두 지점에서 상기 범프 포일의 자유단부와 반경방향으로 중첩된 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 자유단부는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성되고, 상기 자유단부를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일과 접촉되며, 상기 이탈 방지 시트의 연장부는 반경방향 외측으로 볼록한 곡면 형태로 형성되어, 적어도 두 지점에서 상기 범프 포일의 자유단부와 반경방향으로 중첩된 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 베어링 하우징의 중심축 방향으로 범프 포일의 자유단부 양측은 일부분이 절개되어 자유단부의 폭이 나머지 부분의 폭보다 작게 형성되며, 상기 이탈 방지 시트의 연장부는 상기 자유단부 양측의 절개된 부분에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 이탈 방지 시트의 폭은 상기 범프 포일 및 탑 포일의 폭 보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일은 베어링 하우징에 고정되는 일측을 제외한 나머지 부분이 베어링 하우징의 중심축 방향으로 둘 이상의 부분으로 분할된 형태로 형성될 수 있다.
본 발명은 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성된 에어 포일 저널 베어링의 범프 포일 자유단부가 이탈되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 제1일실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 조립사시도, 분해사시도, 정면도 및 부분 사시도이다.
도 6은 도 4에서 이탈 방시 시트 부분을 나타낸 부분 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 정면도 부분 확대도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 정면도 부분 확대도이다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 에어 포일 저널 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 조립사시도, 분해사시도, 정면도 및 부분 사시도이며, 도 6은 도 4에서 이탈 방시 시트 부분을 나타낸 부분 확대도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은 크게 베어링 하우징(100), 범프 포일(200), 탑 포일(300) 및 이탈 방지 시트(400)로 구성될 수 있다.
베어링 하우징(100)은 내측에 중심축 방향으로 양면이 관통된 중공(110)이 형성되며, 중공(110)과 연통되도록 내주면의 상측에서 반경방향 바깥쪽으로 오목하게 축방향인 길이방향을 따라 연속하여 키홈(120)이 형성될 수 있다.
범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)의 중공(110) 내측에 배치되며, 범프 포일(200)은 원주방향 일단이 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(210)가 형성될 수 있다. 그리고 절곡부(210)가 키홈(120)에 삽입되어 결합됨으로써 일측이 베어링 하우징에 고정될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)의 내주면에 밀착되어 원주방향을 따라 배치될 수 있으며, 범프 포일(200)은 두께가 얇은 판형으로 형성되되 말린 내측으로 볼록한 곡면 형태로 돌출된 다수개의 탄성 범프(220)들이 원주방향을 따라 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)에 고정된 일단으로부터 반시계 방향으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)은 타측 단부가 자유단부(230)로 형성되어 자유단부(230)가 자유롭게 움직일 수 있다. 또한, 범프 포일(200)의 자유단부(230)는 맨 마지막 탄성 범프(220)가 자유단부(230)로 형성될 수 있으며, 자유단부(230)는 끝단이 베어링 하우징(100)의 내주면에서 이격되어 있으며 내측으로 볼록한 부분이 탑 포일(300)의 외주면에 접촉된 상태가 될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)에 고정되는 일측인 절곡부(210)를 제외한 나머지 부분이 베어링 하우징의 중심축 방향으로 둘 이상의 부분으로 분할된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 분할된 두 부분을 중간에서 연결하는 연결부가 존재할 수도 있다. 이외에도 범프 포일(200)은 다양하게 형성될 수 있다.
탑 포일(300)은 범프 포일(200)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 원주방향 일측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(310)가 형성되어, 절곡부(310)가 키홈(120)에 삽입되어 탑 포일(300)이 고정될 수 있다. 그리고 탑 포일(300)은 절곡부(310)의 하단에서 시계방향으로 곡면부(320)가 연장 형성될 수 있다. 이때, 곡면부(320)는 절곡부(310)의 하단에 인접한 일부분이 평평한 평면 형태로 형성될 수 있으며, 범프 포일(200)의 탄성 범프(220)들에 의해 탑 포일(300)의 외주면이 받쳐지는 영역에서는 곡면부(320)가 원호 형태 등의 곡면 형태로 형성될 수 있다. 또한, 탑 포일(300)의 원주방향 타측 단부는 자유단부로 형성되어, 곡면부(320)의 끝부분이 자유롭게 움직일 수 있다. 이외에도 탑 포일은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 탑 포일(300)의 내측에는 로터(500)가 삽입되어 이격 배치될 수 있으며, 탑 포일(300)의 내주면에는 로터(500)의 회전 시 접촉에 의한 마찰을 줄일 수 있도록 테프론 등으로 코팅막이 형성될 수 있다. 그리하여 로터(500)가 탑 포일(300)의 내측에서 반시계 방향으로 고속으로 회전될 때 유동되는 공기의 압력에 의해 로터(500)가 탑 포일(300)에서 이격된 상태가 되도록 부상되어 로터(500)가 원활하게 회전될 수 있다. 즉, 로터(500)의 회전방향은 탑 포일(300)이 베어링 하우징(100)에 결합되어 고정된 절곡부(310)를 기준으로 연장 형성되는 방향과 반대방향이 되도록 구성될 수 있다.
이탈 방지 시트(400)는 반경방향으로 탑 포일(300)의 외측에 배치될 수 있으며, 이탈 방지 시트(400)는 원주방향 일측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(410)가 형성되어, 절곡부(410)가 키홈(120)에 삽입되어 이탈 방지 시트(400)가 고정될 수 있다. 그리고 이탈 방지 시트(400)는 절곡부(410)의 하단에서 시계방향으로 한 쌍의 연장부(420)가 연장 형성될 수 있으며, 한 쌍의 연장부(420)는 베어링 하우징(100)의 중심축 방향으로 범프 포일(200)의 자유단부(230)를 사이에 두고 양측에 형성될 수 있다. 즉, 폭방향으로 이탈 방지 시트(400)의 한 쌍의 연장부(420) 사이에 범프 포일(200) 자유단부(230)가 배치되어, 반경방향으로 자유단부(230)와 연장부(420)의 적어도 일부분이 중첩되게 배치될 수 있다. 그리하여 범프 포일(200)의 자유단부(230)가 폭방향으로 이동되는 것이 제한될 수 있다. 또한, 이탈 방지 시트(400)는 범프 포일(200)이 고정된 일측을 기준으로 원주방향을 따라 연장 형성되는 방향과는 반대방향으로 형성될 수 있으며, 탑 포일과는 동일한 방향으로 연장 형성될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은, 로터의 고속 회전 시 진동에 의해 범프 포일의 자유단부가 베어링 하우징의 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 범프 포일의 변형 및 파손을 방지할 수 있다.
또한, 범프 포일(200)의 자유단부(230)는 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성될 수 있으며, 자유단부(230)를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일(300)의 외주면에 접촉될 수 있다. 그리고 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 탑 포일(300)의 곡면부(320) 외주면에 접촉되어 밀착된 상태로 배치될 수 있다. 그리하여 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 적어도 한 지점인 범프 포일(200) 자유단부(230)의 산 부분에서 반경방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.
이에 따라 로터의 회전 시 탑 포일(300)의 곡면부(320)와 범프 포일(200)의 자유단부(230)가 공기의 압력이나 외력에 의해 변형되더라도, 항상 범프 포일(200) 자유단부(230)와 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 적어도 한 지점에서 반경방향 및 원주방향으로 중첩된 부분이 존재할 수 있다. 그리하여 범프 포일 및 탑 포일의 변형에 관계없이 범프 포일의 자유단부가 폭방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 정면도 부분 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은, 범프 포일(200)의 자유단부(230)가 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성될 수 있으며, 자유단부(230)를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일(300)의 외주면에 접촉될 수 있다. 그리고 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 평면 형태로 형성되어 탑 포일(300)의 곡면부(320) 외주면에서 이격되고 베어링 하우징(100)의 내주면에서도 이격된 위치에 배치될 수 있다. 그리하여 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 적어도 두 지점 이상에서 범프 포일(200)의 자유단부(230)와 반경방향 및 원주방향으로 중첩된 부분이 존재할 수 있다. 즉, 범프 포일(200)의 자유단부(230)의 산을 기준으로 원주방향으로 양측에 각각 한 지점씩 범프 포일(200)의 자유단부(230)와 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)가 중첩되는 부분이 존재할 수 있다.
이에 따라 로터의 회전 시 탑 포일(300)의 곡면부(320)와 범프 포일(200)의 자유단부(230)가 공기의 압력이나 외력에 의해 변형되더라도, 항상 범프 포일(200) 자유단부(230)와 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 적어도 두 지점에서 반경방향 및 원주방향으로 중첩되므로, 범프 포일 및 탑 포일의 변형에 관계없이 범프 포일의 자유단부가 폭방향으로 이탈되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 정면도 부분 확대도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은, 범프 포일(200)의 자유단부(230)가 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성될 수 있으며, 자유단부(230)를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일(300)의 외주면에 접촉될 수 있다. 그리고 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)는 반경방향 외측으로 볼록한 곡면 형태로 형성되어 탑 포일(300)의 곡면부(320) 외주면에서 이격되고 베어링 하우징(100)의 내주면에서도 이격된 위치에 배치될 수 있다. 그리고 이탈 방지 시트(400)는 적어도 두 지점에서 범프 포일(200) 자유단부(230)와 이탈 방지 시트(400)의 연장부(420)가 중첩될 수 있다. 즉, 자유단부(230)와 연장부(420)가 서로 반대로 볼록한 형태가 되므로, 범프 포일 및 탑 포일의 변형에 관계없이 범프 포일의 자유단부가 폭방향으로 이탈되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 범프 포일(200)의 자유단부(230)는 베어링 하우징의 중심축 방향인 폭방향 양측이 일부분 절개된 형태로 형성되어, 자유단부(230)의 폭이 나머지 부분의 폭보다 좁은 형태로 형성될 수 있다. 그리고 이탈 방지 시트(400)의 한 쌍의 연장부(420)는 자유단부(230)의 폭방향 양측 절개된 부분에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이때, 이탈 방지 시트(400)의 폭은 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)의 폭보다 작거나 같게 형성되어, 콤팩트한 구조로 에어 포일 저널 베어링이 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예들에 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 : 베어링 하우징
110 : 중공 120 : 키홈
200 : 범프 포일 210 : 절곡부
220 : 탄성 범프 230 : 자유단부
300 : 탑 포일
310 : 절곡부 320 : 곡면부
400 : 이탈 방지 시트
410 : 절곡부 420 : 연장부
500 : 로터

Claims (9)

  1. 로터가 배치되는 중공이 형성된 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되고, 요철 형상의 탄성 범프들이 형성되며, 원주방향 일측 단부가 상기 베어링 하우징에 결합되어 고정되며 타측 단부가 자유단부로 형성된 범프 포일;
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 곡면부가 원주방향을 따라 형성되고, 적어도 원주방향 일측 단부가 상기 베어링 하우징에 결합되어 고정된 탑 포일; 및
    일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고 타측은 베어링 하우징의 중심축 방향으로 상기 범프 포일의 자유단부 양측에 배치된 이탈 방지 시트; 를 포함하고,
    상기 이탈 방지 시트는,
    원주방향 일측이 절곡되어 베어링 하우징에 결합된 절곡부; 및
    상기 절곡부에서 원주방향 타측을 향해 연장 형성되며, 상기 범프 포일의 자유단부를 사이에 두고 상기 베어링 하우징의 중심축 방향으로 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 연장부; 를 포함하여 이루어지는 에어 포일 저널 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이탈 방지 시트는 반경방향으로 상기 탑 포일 외측에 배치되며,
    상기 이탈 방지 시트는 상기 범프 포일이 고정된 일측을 기준으로 원주방향을 따라 연장 형성되는 방향과 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일의 자유단부는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성되고, 상기 자유단부를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일과 접촉되며,
    상기 이탈 방지 시트의 연장부는 탑 포일의 외주면에 접촉되어, 적어도 한 지점에서 상기 범프 포일의 자유단부와 반경방향으로 중첩된 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일의 자유단부는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성되고, 상기 자유단부를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일과 접촉되며,
    상기 이탈 방지 시트의 연장부는 탑 포일의 외주면에서 이격되어, 적어도 두 지점에서 상기 범프 포일의 자유단부와 반경방향으로 중첩된 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일의 자유단부는 반경방향 내측으로 볼록한 곡면 형태의 탄성 범프로 형성되고, 상기 자유단부를 형성하는 탄성 범프의 산 부분이 탑 포일과 접촉되며,
    상기 이탈 방지 시트의 연장부는 반경방향 외측으로 볼록한 곡면 형태로 형성되어, 적어도 두 지점에서 상기 범프 포일의 자유단부와 반경방향으로 중첩된 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 하우징의 중심축 방향으로 범프 포일의 자유단부 양측은 일부분이 절개되어 자유단부의 폭이 나머지 부분의 폭보다 작게 형성되며,
    상기 이탈 방지 시트의 연장부는 상기 자유단부 양측의 절개된 부분에 대응되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이탈 방지 시트의 폭은 상기 범프 포일 및 탑 포일의 폭 보다 작거나 같게 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일은 베어링 하우징에 고정되는 일측을 제외한 나머지 부분이 베어링 하우징의 중심축 방향으로 둘 이상의 부분으로 분할된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
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