KR102474357B1 - 에어 포일 베어링 조립체 - Google Patents

Abstract

에어 포일 베어링 조립체가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체는 ⅰ)회전 샤프트가 끼워지는 중공을 가지며, 축 방향을 따라 전면 및 후방 측으로 양단이 개방된 슬롯을 중공의 내주 면에 형성하고 있는 베어링 하우징과, ⅱ)슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 중공의 내주 면 측에 설치되는 범프 포일과, ⅲ)슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 범프 포일의 내측에 설치되는 탑 포일과, ⅳ)범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부에 구비되며, 범프 포일 및 탑 포일의 결합부가 슬롯으로부터 전방 및 후방 측으로 이탈되는 것을 저지하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

Description

에어 포일 베어링 조립체 {AIR FOIL BEARING ASSEMBLY}

본 발명의 예시적인 실시 예는 회전기기용 저널 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전체와 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 회전체의 하중을 지지하는 에어 포일 베어링 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 베어링은 회전기기의 회전축을 일정한 위치에 고정시킴과 동시에, 축 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 그 축을 회전 가능하게 지지하는 기계요소이다.

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. 이러한 에어 포일 베어링 중 에어 포일 저널 베어링은 수직 방향인 반경방향 하중을 지지하도록 구성되는 베어링이다.

에어 포일 저널 베어링은 베어링 하우징의 중공 원주내면을 따라 설치되는 범프 포일과, 범프 포일의 내측에 설치되는 탑 포일을 구비하고 있다. 탑 포일의 내측에는 로터(또는 회전축)가 배치된다. 로터는 이의 외주 면과 탑 포일의 내주 면이 이격된 상태로 회전한다.

범프 포일 및 탑 포일은 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 형태의 결합부를 형성하고 있다. 결합부는 베어링 하우징의 내주 면에 축 방향을 따라 형성된 슬롯에 결합된다. 결합부는 로터의 회전 시 범프 포일 및 탑 포일이 원주방향으로 회전되거나 밀려나지 않고 베어링 하우징에 고정되도록 하고 있다.

범프 포일 및 탑 포일의 결합부가 결합되는 베어링 하우징의 슬롯은 범프 포일 및 탑 포일의 축 방향 이탈을 막기 위해 축 방향의 전후 양측이 폐쇄된 형태로 구비된다.

따라서, 범프 포일과 탑 포일을 베어링 하우징에 조립하기 위해서는 범프 포일 및 탑 포일을 원주방향으로 말아서 베어링 하우징의 중공에 축 방향으로 삽입한 후, 그 범프 포일 및 탑 포일의 결합부를 중공의 반경방향으로 슬롯에 결합한다. 이에 범프 포일 및 탑 포일의 결합부를 축 방향의 전후 양측이 폐쇄된 슬롯에 결합함에 따라, 범프 포일 및 탑 포일은 회전기기의 구동 중, 축 방향 전후 양측으로 이탈되지 않고 베어링 하우징에 고정될 수 있다.

그런데, 이와 같은 종래 기술에서는 축 방향의 전후 양측이 폐쇄된 슬롯을 베어링 하우징의 중공 내주 면에 가공하기가 쉽지 않다. 이 뿐만 아니라, 범프 포일 및 탑 포일을 원주방향으로 말아서 베어링 하우징의 중공 내측에서 그 범프 포일 및 탑 포일의 결합부를 슬롯에 결합해야 하므로, 베어링 하우징에 대한 범프 포일 및 탑 포일의 조립에 어려움이 있고, 조립 시간이 증가할 수 있다.

더 나아가, 종래 기술에서는 작업자의 숙련도에 따라 슬롯에 대한 범프 포일 및 탑 포일의 결합부의 전후 조립 방향이 바뀔 수 있고, 베어링 하우징의 전후 조립 면이 상호 대칭이므로, 회전기기에 베어링 하우징이 전후 반대방향으로 조립될 수도 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들은 베어링 하우징에 포일 부품을 용이하게 조립할 수 있도록 한 에어 포일 베어링 조립체를 제공하고자 한다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체는, ⅰ)회전 샤프트가 끼워지는 중공을 가지며, 축 방향을 따라 전면 및 후방 측으로 양단이 개방된 슬롯을 상기 중공의 내주 면에 형성하고 있는 베어링 하우징과, ⅱ)상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 중공의 내주 면 측에 설치되는 범프 포일과, ⅲ)상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 범프 포일의 내측에 설치되는 탑 포일과, ⅳ)상기 범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부에 구비되며, 상기 범프 포일 및 탑 포일의 결합부가 상기 슬롯으로부터 전방 및 후방 측으로 이탈되는 것을 저지하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부 전후 양단에 일체로 구비되며, 상기 베어링 하우징의 전면 및 후면 측을 지지하는 걸림 키를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 걸림 키는 상기 범프 포일 및 탑 포일 중 다른 하나의 결합부 전후 양단부를 감싸며 상기 베어링 하우징의 전면 및 후면 측을 지지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체는, ⅰ)회전 샤프트가 끼워지는 중공을 가지며, 축 방향을 따라 전면 및 후방 측으로 양단이 개방된 슬롯을 상기 중공의 내주 면에 형성하고 있는 베어링 하우징과, ⅱ)상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 중공의 내주 면 측에 설치되는 범프 포일과, ⅲ)상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 범프 포일의 내측에 설치되는 탑 포일과, ⅳ)상기 범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부 전후 양단에서 연장되며, 다른 하나의 결합부 전후 양단부를 감싸도록 절곡되고, 상기 슬롯의 폭 방향으로 탄성 변형 가능하게 구비되는 걸림 키를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 걸림 키는 상기 범프 포일의 결합부 전후 양단에서 연장되며, 상기 탑 포일의 결합부 전후 양단부를 감싸도록 절곡되고, 상기 슬롯의 폭 방향으로 탄성 변형 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 후방 측의 걸림 키는 상기 슬롯의 전방 측 개방 단에 끼워지며 압축 변형되고, 상기 슬롯의 후방 측 개방 단을 벗어나며 복원 변형되고, 상기 베어링 하우징의 후면 측을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 후방 측의 걸림 키는 상기 다른 하나의 결합부 후방 단부를 감싸면서 상기 슬롯에 슬라이딩 결합되며 압축 변형될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 전방 측의 걸림 키는 상기 후방 측의 걸림 키가 상기 슬롯의 후방 측 개방 단을 벗어나며 복원 변형된 상태에서, 상기 베어링 하우징의 전면 측을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 다른 하나의 결합부 전후 양단부에는 상기 걸림 키에 대응하여 같은 위치에 노치 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 베어링 하우징의 전면 및 후면에는 상기 걸림 키를 수용하는 요홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 요홈에는 상기 슬롯의 양측 개방 단이 형성되며, 상기 걸림 키를 지지하는 지지 면이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 걸림 키는 상기 베어링 하우징의 전면 및 후면 측을 지지하는 걸림 단과, 상기 결합부의 양단에서 연장되며, 상기 걸림 단과 결합부 사이의 폭이 상기 슬롯의 폭보다 크게 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 절곡부는 상기 걸림 단과 연결되는 평면을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 절곡부는 상기 걸림 단과 연결되는 다단의 스탭 면을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 후방 측의 걸림 키는 상기 베어링 하우징의 후면 측을 지지하는 걸림 단과, 상기 결합부의 후단에서 연장되며, 상기 걸림 단과 결합부 사이의 폭이 상기 슬롯의 폭보다 크게 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 전방 측의 걸림 키는 상기 결합부의 전단에서 연장되며, 수직 방향으로 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체에 있어서, 상기 수직 방향으로 절곡된 절곡부는 상기 결합부의 전단에 용접될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예에서는 베어링 하우징의 전면 및 후면 측으로 개방되는 슬롯을 형성함에 따라, 슬롯의 가공이 용이하고, 스토퍼를 통하여 범프 포일 및 탑 포일의 결합부가 슬롯으로부터 이탈되는 것을 저지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 범프 포일 및 탑 포일의 결합부를 슬롯에 슬라이딩 식으로 결합함에 따라, 베어링 하우징에 대한 범프 포일 및 탑 포일의 조립이 용이하고, 조립 시간을 단축할 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체를 도시한 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 범프 포일 및 탑 포일의 조립 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 베어링 하우징의 포일 결합 구조를 도시한 도 1b의 절단 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 걸림 키를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체의 조립 과정을 설명하기 위한 도 1b의 절단 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 걸림 키의 변형 예들을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...부", " "...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체를 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체를 도시한 분해 사시도이다.

도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)는 회전체로서의 회전 샤프트(1)(당 업계에서는 "로터"라고도 한다)를 가진 회전기기에 구성된다.

상기 에어 포일 베어링 조립체(100)는 회전기기에서 회전 샤프트(1)의 자중과 그 회전 샤프트(1)에 걸리는 하중을 지지하며, 회전 샤프트(1)를 회전 가능하게 지지하는 기능을 하게 된다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체(100)는 회전기기에서 회전 샤프트(1)의 축 방향에 수직 방향인 반경방향의 하중을 지지하는 저널 베어링으로 구성될 수 있다.

이와 같은 에어 포일 베어링 조립체(100)는 고속으로 회전하는 회전 샤프트(1)를 지지하는데 효과적이다. 예를 들면, 상기 에어 포일 베어링 조립체(100)는 자동차에 채용되는 터보 압축기, 터보 쿨러, 터보 발전기, 공기 압축기, 공기 블로워 등의 회전기기 내에서 고속으로 회전하는 회전 샤프트(1)에 적용될 수 있다.

그러나, 본 발명의 보호범위가 자동차 분야의 회전기기에 적용되는 것으로 한정되게 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 회전기기라면 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 회전 샤프트(1)의 축 방향을 전후 방향으로 정의하고, 그 축 방향에 수직한 방향을 반경방향으로 정의하며, 전방 측에 위치하는 면을 전면, 후방 측에 위치하는 면을 후면으로 정의하기로 한다.

상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 회전 샤프트(1)의 기준 위치 및 베어링 조립체의 조립 위치 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

그리고, 하기에서의 "단"은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그 끝을 포함하는 일정 부분(단부)으로 정의될 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체(100)는 포일 부품을 용이하게 조립할 수 있는 구조로 이루어진다. 본 발명의 실시 예는 회전기기의 작동 시, 외부 가진이나 충격에 의한 포일 부품의 정 위치 이탈을 간단한 구조로 저지할 수 있는 에어 포일 베어링 조립체(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 에어 포일 베어링 조립체(100)는 기본적으로, 베어링 하우징(10), 범프 포일(30), 탑 포일(50), 그리고 스토퍼(70)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 베어링 하우징(10)은 회전기기에 조립되는 전면 및 후면을 가지며, 회전기기의 회전 샤프트(1)가 회전 가능하게 끼워지는 중공(11)을 형성하고 있다.

그리고, 상기 베어링 하우징(10)은 뒤에서 더욱 설명될 범프 포일(30) 및 탑 포일(50)을 장착하기 위해, 중공(11)의 내주 면에 축 방향을 따라 단일의 슬롯(13)을 전후 방향으로 형성하고 있다.

여기서, 상기 슬롯(13)은 베어링 하우징(10)의 전면 측에서 전단이 개방되고, 베어링 하우징(10)의 후면 측에서 후단이 개방된 형태로 구비된다. 이하에서는 상기 베어링 하우징(10)의 전면으로 개방된 슬롯(13)의 전단을 전방 측 개방 단(15)이라고 하며, 베어링 하우징(10)의 후면으로 개방된 슬롯(13)의 후단을 후방 측 개방 단(16)이라고 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 범프 포일(30)은 베어링 하우징(10)의 중공(11) 내측에 설치되고, 원형으로 말리며 중공(11)의 내주 면에 밀착되게 배치된다. 상기 범프 포일(30)은 원형으로 말린 내측으로 볼록하게 돌출된 다수개의 탄성 범프(31)들을 형성하고 있다. 상기 탄성 범프(31)들은 범프 포일(30)의 원주 방향 즉, 중공(11)의 내주 방향을 따라 그 중공(11)의 반경방향으로 볼록하게 돌출 형성된다.

그리고, 상기 범프 포일(30)은 베어링 하우징(10)의 전면 측에서 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15)을 통해 슬롯(13)으로 결합되는 결합부(33)를 한쪽 단부에 형성하고 있다. 상기 결합부(33)는 범프 포일(30)의 한쪽 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 평판부로 구비된다.

이러한 범프 포일(30)은 결합부(33)가 슬롯(13)에 결합된 상태로, 중공(11)의 내측에서 일측 원주 방향으로 말리며, 결합부(33) 측에 다른 한쪽 단부로서의 자유 단이 위치하도록 배치된다.

더 나아가, 상기 범프 포일(30)은 강성을 조절하기 위해 결합부(33)를 제외한 부분에 원주 방향을 따라 적어도 하나의 절개 선(도면에 도시되지 않음)을 형성할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 탑 포일(50)은 범프 포일(30)의 내측에 설치되고, 원형으로 말리며 범프 포일(30)의 탄성 범프(31)들에 밀착되게 배치된다.

상기 탑 포일(50)은 베어링 하우징(10)의 전면 측에서 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15)을 통해 슬롯(13)으로 결합되는 결합부(53)를 한쪽 단부에 형성하고 있다. 상기 결합부(53)는 탑 포일(50)의 한쪽 단부에서 반경방향 외측으로 절곡된 평판부로 구비된다.

이러한 탑 포일(50)은 결합부(53)가 슬롯(13)에 결합된 상태로, 범프 포일(30)의 내측에서 다른 일측 원주 방향(범프 포일의 말림 방향과 반대되는 방향)으로 말리며, 결합부(53) 측에 다른 한쪽 단부로서의 자유 단이 위치하도록 배치된다.

여기서, 원형으로 말린 상기 탑 포일(50)과, 탑 포일(50)을 내측에 두고 외측에서 원형으로 말린 범프 포일(30)은 각각의 결합부(33, 53)를 통해 슬롯(13)에 결합될 수 있다. 이 때, 상기 범프 포일(30)의 결합부(33)와 탑 포일(50)의 결합부(53)는 평면적으로 겹쳐지며, 베어링 하우징(10)의 전면 측에서 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15)을 통해 슬롯(13)으로 결합될 수 있다.

그리고, 상기 탑 포일(50)의 내측에는 회전 샤프트(1)가 관통되게 삽입되어 배치될 수 있다. 이 때, 상기 회전 샤프트(1)는 탑 포일(50)의 내측에서 그 탑 포일(50)과 이격되게 배치될 수 있다.

더 나아가, 도면에서는 하나의 탑 포일(50)이 범프 포일(30)의 내측에 구비되는 것으로 도시되었으나, 이에 반드시 한정되지 않고, 그 탑 포일(50)의 내측으로 다른 하나의 탑 포일(도면에 도시되지 않음)이 더 설치될 수도 있다.

이러한 다른 하나의 탑 포일은 일측 단부가 슬롯(13)에 결합된 상태로, 탑 포일(50)의 내측에서 일측 원주 방향(범프 포일의 말림 방향과 동일한 방향)으로 말리며, 탑 포일(50)의 결합부(53) 측에 다른 일측 단부로서의 자유 단이 위치하도록 배치될 수 있다.

이하에서는 상기 범프 포일(30)의 결합부(33)를 편의 상 "제1 결합부(33)"라고 하며, 상기 탑 포일(50)의 결합부(53)를 편의 상 "제2 결합부(53)"라고 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 스토퍼(70)는 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 및 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)가 슬롯(13)으로부터 그 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15) 및 후방 측 개방 단(16)을 통해 이탈되는 것을 저지하기 위한 것이다. 즉, 상기 스토퍼(70)는 회전기기의 작동 시, 외부 가진이나 충격에 의해 제1 및 제2 결합부(33, 53)가 슬롯(13)에서 이탈하는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

상기 스토퍼(70)는 범프 포일(30) 및 탑 포일(50) 중 하나의 결합부(33 또는 53)에 구비된다. 상기 스토퍼(70)는 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 또는 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)에 구비될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서는 범프 포일(30)의 제1 결합부(33)에 스토퍼(70)가 구비되는 예를 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 범프 포일 및 탑 포일의 조립 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 베어링 하우징의 포일 결합 구조를 도시한 도 1b의 절단 단면 구성도이다.

도 1a, 도 1b 및 도 2와 함께 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 스토퍼(70)는 제1 결합부(33)의 전후 양단에 일체로 구비되며, 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면 측을 지지하는 걸림 키(71, 72)를 포함하고 있다. 상기 걸림 키(71, 72)는 제2 결합부(53)의 전후 양 단부를 감싸며 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면 측을 지지한다.

이러한 걸림 키(71, 72)는 제1 결합부(33)의 전후 양단에서 일체로 연장되며, 제2 결합부(53)의 전후 양 단부를 감싸도록 절곡되고, 슬롯(13)의 폭 방향으로 탄성 변형 가능하게 구비된다. 이하에서는 제1 결합부(33)의 전단 측에 구비되는 전방 측의 걸림 키(71)를 "제1 걸림 키(71)"라고 하며, 제1 결합부(33)의 후단 측에 구비되는 후방 측의 걸림 키(72)를 "제2 걸림 키(72)"라고 한다.

상기에서 제2 걸림 키(72)는 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15)에 끼워지며 탄성적으로 압축 변형된다. 그리고 상기 제2 걸림 키(72)는 슬롯(13)의 후방 측 개방 단(16)을 벗어나며 탄성적으로 복원 변형되면서 베어링 하우징(10)의 후면 측을 지지한다. 여기서, 상기 제2 걸림 키(72)는 제2 결합부(53)의 후방 단부를 감싸면서 슬롯(13)에 슬라이딩 결합되며 탄성적으로 압축 변형될 수 있다.

그리고, 상기에서 제1 걸림 키(71)는 제2 걸림 키(72)가 슬롯(13)의 후방 측 개방 단(16)을 벗어나며 복원 변형된 상태에서, 베어링 하우징(10)의 전면 측을 지지할 수 있다.

한편, 상기 제2 걸림 키(72)는 슬롯(13)의 내측에서 압축 변형될 때, 제2 결합부(53)와 겹쳐지며 그 제2 결합부(53)의 두께에 의해 슬롯(13)의 내벽 면에 강하게 밀착됨으로써 마찰력을 발생시킬 수 있다. 이러한 마찰력은 슬롯(13)에 대한 제1 및 제2 결합부(33, 53)의 조립 성능을 약화시키는 요인으로 작용한다.

이를 방지하기 위해 본 발명의 실시 예에서 상기 제2 결합부(53)의 양 단부에는 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)에 대응하여 같은 위치에 노치 홈(61)이 형성된다. 여기서, 상기 노치 홈(61)은 제2 걸림 키(72)가 슬롯(13)의 내측에서 압축 변형될 때, 제2 걸림 키(72)를 수용하는 기능을 하게 된다. 그리고, 상기 노치 홈(61)은 제2 결합부(53)의 양 단부를 노치 가공하여 형성되는 바, 이에 따라 탑 포일(50)의 중량을 저감시킬 수 있다.

다른 한편, 상기와 같은 제1 걸림 키(71)는 베어링 하우징(10)의 전면 측을 지지하고, 제2 걸림 키(72)는 베어링 하우징(10)의 후면 측을 지지함에 따라, 이들 걸림 키(71 72)는 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면으로부터 돌출될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)의 돌출은 회전기기에 베어링 하우징(10)를 조립할 때 간섭 돌기로 작용할 수 있다.

이를 방지하기 위해 본 발명의 실시 예에서 상기 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면에는 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15) 및 후방 측 개방 단(16)이 위치하며, 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)를 수용하는 요홈(65)을 형성하고 있다.

상기 요홈(65)은 베어링 하우징(10)의 전면에서 후방 측으로 오목하고, 베어링 하우징(10)의 후면에서 전방 측으로 오목한 수용 홈으로 구비된다. 이러한 요홈(65)은 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15) 및 후방 측 개방 단(16)을 형성하며, 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)를 지지하는 지지 면(67)을 포함하고 있다.

상기에서와 같은 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)는 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 형상으로 형성되고, 제1 결합부(33)의 양단에서 일체로 연장되며, 서로 마주하는 방향으로 절곡된 형상으로 구비된다.

이러한 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)는 베어링 하우징(10: 이하 도 1a, 도 1b 및 도 2 참조)의 전면 및 후면 측을 지지하는 걸림 단(73, 74)을 각각 포함하고 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)는 제1 결합부(33)의 양단에서 연장되며, 각각의 걸림 단(73, 74)과 제1 결합부(33) 사이의 폭이 슬롯(13: 이하 도 2 참조)의 폭 보다 크게 절곡된 절곡부(75, 76)를 각각 포함하고 있다.

상기와 같이 각각의 걸림 단(73, 74)과 제1 결합부(33) 사이의 폭이 슬롯(13)의 폭 보다 크게 절곡부(75, 76)를 구성한 이유는, 절곡부(75, 76)가 복원 변형될 때, 각각의 걸림 단(73, 74)이 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면 측을 수월하게 지지하기 위함이다.

더 나아가, 상기 절곡부(75, 76)는 걸림 단(73, 74)과 연결되는 다단의 스탭 면(77, 78)을 형성하고 있다. 상기 스탭 면(77, 78)은 다단으로 절곡된 절곡 면으로 정의할 수 있다.

이와 같이 상기 절곡부(75, 76)에 다단의 스탭 면(77, 78)를 형성한 이유는 절곡부(75, 76)의 원활한 탄성 변형 및 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면 측에 대한 걸림 단(73, 74)의 원활한 걸림을 유도하기 위함이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)의 조립 과정 및 작용을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체의 조립 과정을 설명하기 위한 도 1b의 절단 단면 구성도이다.

앞서 개시한 도면들을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 제2 결합부(53)를 중심으로 탑 포일(50)을 한쪽 방향으로 동그랗게 만 상태에서, 제1 결합부(33)의 제1 및 제2 걸림 키(71, 72) 사이로 제2 결합부(53)를 끼우고, 탑 포일(50)의 외측에서 제1 결합부(33)를 중심으로 범프 포일(30)을 다른 한쪽 방향으로 동그랗게 만다.

이와 같은 조립 과정은 일 예일 뿐, 다른 예로서 범프 포일(30)을 동그랗게 말고, 탑 포일(50)을 동그랗게 만 상태에서, 그 탑 포일(50)을 범프 포일(30)의 내측에 위치시키며, 제1 결합부(33)의 제1 및 제2 걸림 키(71, 72) 사이로 제2 결합부(53)를 끼울 수도 있다.

이 때, 상기 제1 및 제2 결합부(33, 53)는 서로 겹쳐진 상태에 있으며, 제2 결합부(53)의 양 단부에는 노치 홈(61)을 형성하고 있고, 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)는 복원 변형된 상태를 유지하고 제2 결합부(53)의 양 단부를 감싸며 노치 홈(61) 측에 위치하고 있다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 베어링 하우징(10)의 전면 측 요홈(65)을 통하여 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2 걸림 키(72)를 슬롯(13)의 전방 측 개방 단(15)에 끼운다.

그러면, 상기 제2 걸림 키(72)는 슬롯(13)의 내측에서 탄성적으로 압축 변형되면서, 슬롯(13)을 따라 그 슬롯(13)의 후방 측 개방 단(16) 측으로 슬라이딩 하게 된다. 여기서, 상기 제2 걸림 키(72)는 슬롯(13)의 내측에서 탄성적으로 압축 변형되면서 제2 결합부(53)의 노치 홈(61)에 수용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 슬롯(13)의 내측에서 압축 변형된 제2 걸림 키(72)를 제2 결합부(53)의 노치 홈(61)에 수용하면서 슬롯(13)에 슬라이딩 결합함에 따라, 제2 걸림 키(72)와 슬롯(13)의 내벽 면 간 마찰을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 슬롯(13)에 대한 제1 및 제2 결합부(33, 53)의 조립 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 제2 걸림 키(72)를 슬롯(13)에 슬라이딩 결합함에 따라, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 걸림 키(72)는 베어링 하우징(10)의 후면 측 요홈(65)에서 슬롯(13)의 후방 측 개방 단(16)을 벗어나며 탄성적으로 복원 변형되면서 걸림 단(74)을 통해 후면 측 요홈(65)의 지지 면(67)을 지지한다.

한편, 상기 제1 걸림 키(71)는 제2 걸림 키(72)가 슬롯(13)의 후방 측 개방 단(16)을 벗어나며 복원 변형된 상태에서, 복원 변형된 상태를 유지하며 걸림 단(73)을 통해 베어링 하우징(10)의 전면 측 요홈(65)의 지지 면(67)을 지지한다.

이에 따라, 상기 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 및 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)가 슬롯(13)에 슬라이딩 결합된 상태에서, 제1 결합부(33)의 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)는 제2 결합부(53)의 양 단부를 감싸며 베어링 하우징(10)의 전면 및 후면 측 요홈(65)에 각각 수용되면서 걸림 단(73, 74)을 통해 각 요홈(65)의 지지 면(67)을 지지한다.

여기서, 상기 범프 포일(30)은 제1 결합부(33)를 통해 슬롯(13)에 결합된 상태로, 베어링 하우징(10)의 중공(11) 내주 면에 밀착되고, 일측 원주 방향으로 말리면서 제1 결합부(33) 측에 자유 단이 위치하도록 배치된다.

그리고, 상기 탑 포일(50)은 제2 결합부(53)를 통해 슬롯(13)에 결합된 상태로, 범프 포일(30)의 내측에서 탄성 범프(31)들에 밀착되고, 다른 일측 원주 방향으로 말리면서 제2 결합부(53) 측에 자유 단이 위치하도록 배치된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 스토퍼(70)로서의 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)를 통하여 베어링 하우징(10)의 슬롯(13)에 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 및 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)를 고정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 회전기기의 작동 시, 외부 가진이나 충격에 의해 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 및 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)가 슬롯(13)으로부터 전방 및 후방 측으로 이탈되는 것을 스토퍼(70)의 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)를 통하여 저지할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 회전기기의 작동 시, 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 및 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)가 슬롯(13)으로부터 전방 및 후방 측으로 이탈되면서 회전 샤프트(1)의 충돌하는 등의 문제를 해결할 수 있고, 회전 샤프트(1)의 회전 지지 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 베어링 하우징(10)에 전면 및 후면 측으로 양단이 개방되는 슬롯(13)을 형성함에 따라, 슬롯(13)의 가공이 용이하다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 범프 포일(30)의 제1 결합부(33) 및 탑 포일(50)의 제2 결합부(53)를 슬롯(13)에 슬라이딩 식으로 결합함에 따라, 베어링 하우징(10)에 대한 범프 포일(30) 및 탑 포일(50)의 조립이 용이하고, 조립 시간을 단축할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링 조립체에 적용되는 걸림 키의 변형 예들을 도시한 도면이다.

도 7의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)은 변형 예로서, 전기에서와 같은 걸림 단(73, 74)과 절곡부(75, 76)를 가지며, 제1 결합부(33)의 양단에 일체로 연장되게 구비된다. 그러나, 상기 절곡부(75, 76)는 전기에서와 같은 스탭 면을 형성하고 있지 않은 단순 절곡 형상으로 구비되며, 예를 들면 걸림 단(73, 74)과 연결되는 평면(81)을 형성하고 있다.

도 7의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 제1 및 제2 걸림 키(71, 72)의 다른 변형 예로서, 제2 걸림 키(72)는 전기에서와 같은 걸림 단(74)과 절곡부(76)를 가지며, 제1 결합부(33)의 후단에 일체로 연장되게 구비되되, 스탭 면(78)을 형성하고 있다.

그리고, 상기 제1 걸림 키(71)는 걸림 단(73)과 절곡부(75)를 가지는데, 제2 걸림 키(72)의 형상과 달리, 제1 결합부(33)의 전단에 일체로 연장되게 구비되되, 예를 들면 수직 방향으로 절곡된 절곡부(75)를 구성할 수 있다.

도 7의 (c)를 참조하면, 상기 다른 변형 예에 따른 제1 걸림 키(71)에서 절곡부(75)는 제1 결합부(33)의 전단에서 일체로 형성되지 않고, 그 전단에 레이저 용접될 수도 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 회전 샤프트 10: 베어링 하우징
11: 중공 13: 슬롯
15: 전방 측 개방 단 16: 후방 측 개방 단
30: 범프 포일 31: 탄성 범프
33: 제1 결합부 50: 탑 포일
53: 제2 결합부 61: 노치 홈
65: 요홈 67: 지지 면
70: 스토퍼 71: 제1 걸림 키
72: 제2 걸림 키 73, 74: 걸림 단
75, 76: 절곡부 77, 78: 스탭 면
81: 평면 100: 에어 포일 베어링 조립체

Claims (17)

1. 회전 샤프트가 끼워지는 중공을 가지며, 축 방향을 따라 전면 및 후방 측으로 양단이 개방된 슬롯을 상기 중공의 내주 면에 형성하고 있는 베어링 하우징;
   상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 중공의 내주 면 측에 설치되는 범프 포일;
   상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 범프 포일의 내측에 설치되는 탑 포일; 및
   상기 범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부에 구비되며, 상기 범프 포일 및 탑 포일의 결합부가 상기 슬롯으로부터 전방 및 후방 측으로 이탈되는 것을 저지하는 스토퍼;를 포함하고,
   상기 스토퍼는, 상기 범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부 전후 양단에 일체로 구비되며, 상기 베어링 하우징의 전면 및 후면 측을 지지하는 걸림 키를 포함하고,
   상기 걸림 키는 상기 범프 포일 및 탑 포일 중 다른 하나의 결합부 전후 양단부를 감싸며 상기 베어링 하우징의 전면 및 후면 측을 지지하는 에어 포일 베어링 조립체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 회전 샤프트가 끼워지는 중공을 가지며, 축 방향을 따라 전면 및 후방 측으로 양단이 개방된 슬롯을 상기 중공의 내주 면에 형성하고 있는 베어링 하우징;
   상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 중공의 내주 면 측에 설치되는 범프 포일;
   상기 슬롯에 결합되는 결합부를 형성하며, 상기 범프 포일의 내측에 설치되는 탑 포일; 및
   상기 범프 포일 및 탑 포일 중 하나의 결합부 전후 양단에서 연장되며, 다른 하나의 결합부 전후 양단부를 감싸도록 절곡되고, 상기 슬롯의 폭 방향으로 탄성 변형 가능하게 구비되는 걸림 키;를 포함하되,
   상기 걸림 키는 상기 범프 포일의 결합부 전후 양단에서 연장되며, 상기 탑 포일의 결합부 전후 양단부를 감싸도록 절곡되고, 상기 슬롯의 폭 방향으로 탄성 변형 가능하게 구비되는 에어 포일 베어링 조립체.
5. 삭제
6. 제4 항에 있어서,
   후방 측의 걸림 키는,
   상기 슬롯의 전방 측 개방 단에 끼워지며 압축 변형되고,
   상기 슬롯의 후방 측 개방 단을 벗어나며 복원 변형되고, 상기 베어링 하우징의 후면 측을 지지하는 에어 포일 베어링 조립체.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 후방 측의 걸림 키는,
   상기 다른 하나의 결합부 후방 단부를 감싸면서 상기 슬롯에 슬라이딩 결합되며 압축 변형되는 에어 포일 베어링 조립체.
8. 제6 항에 있어서,
   전방 측의 걸림 키는,
   상기 후방 측의 걸림 키가 상기 슬롯의 후방 측 개방 단을 벗어나며 복원 변형된 상태에서, 상기 베어링 하우징의 전면 측을 지지하는 에어 포일 베어링 조립체.
9. 제4 항에 있어서,
   상기 다른 하나의 결합부 전후 양단부에는 상기 걸림 키에 대응하여 같은 위치에 노치 홈이 형성되는 에어 포일 베어링 조립체.
10. 제4 항에 있어서,
    상기 베어링 하우징의 전면 및 후면에는 상기 걸림 키를 수용하는 요홈이 형성되는 에어 포일 베어링 조립체.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 요홈에는,
    상기 슬롯의 양측 개방 단이 형성되며, 상기 걸림 키를 지지하는 지지 면이 형성되는 에어 포일 베어링 조립체.
12. 제4 항에 있어서,
    상기 걸림 키는,
    상기 베어링 하우징의 전면 및 후면 측을 지지하는 걸림 단과,
    상기 결합부의 양단에서 연장되며, 상기 걸림 단과 결합부 사이의 폭이 상기 슬롯의 폭보다 크게 절곡된 절곡부
    를 포함하는 에어 포일 베어링 조립체.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 걸림 단과 연결되는 평면을 형성하는 에어 포일 베어링 조립체.
14. 제12 항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 걸림 단과 연결되는 다단의 스탭 면을 형성하는 에어 포일 베어링 조립체.
15. 제4 항에 있어서,
    후방 측의 걸림 키는,
    상기 베어링 하우징의 후면 측을 지지하는 걸림 단과,
    상기 결합부의 후단에서 연장되며, 상기 걸림 단과 결합부 사이의 폭이 상기 슬롯의 폭보다 크게 절곡된 절곡부
    를 포함하는 에어 포일 베어링 조립체.
16. 제15 항에 있어서,
    전방 측의 걸림 키는,
    상기 결합부의 전단에서 연장되며, 수직 방향으로 절곡된 절곡부를 포함하는 에어 포일 베어링 조립체.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 결합부의 전단에 용접되는 에어 포일 베어링 조립체.

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