KR102571417B1

KR102571417B1 - 터보 압축기

Info

Publication number: KR102571417B1
Application number: KR1020210075065A
Authority: KR
Inventors: 문창국; 오준철; 이병철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2023-08-29
Also published as: KR20220166407A

Abstract

터보 압축기가 개시된다. 상기 터보 압축기는 하우징, 전동부, 회전축, 임펠러, 임펠러 케이싱, 저널 베어링, 스러스트 러너, 스러스트 베어링, 베어링 하우징을 구비하고, 축방향 이동제한핀은 상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하고, 반경방향 이동제한핀은 상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한한다. 이에 의하면, 냉매의 누설방지를 위한 실링부재 등의 부품 손상을 방지할 수 있다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 부품 손상을 방지할 수 있는 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 가전제품 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있으며, 전기 모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하는 장치다.

상기 압축기에는 터보 압축기가 포함된다. 터보 압축기는 날개 바퀴(이하, 임펠러)를 고속으로 회전시켜 원심력을 작용시킴으로, 속도 에너지의 일부를 압력 에너지로 바꾸며, 작동 가스를 압축한다.

예를 들면, 냉수를 수요처로 공급하는 칠러 시스템에 터보 압축기가 사용될 수 있다. 상기 칠러 시스템은 냉매사이클을 순환하는 냉매와 수요처를 순환하는 냉수 간에 열교환에 의해, 냉수를 냉각시킨다.

선행특허기술문헌 중 등록특허 10-1746896(이하, 특허문헌 1)에는 배기가스 터보 차저가 개시된다.

배기가스 터보 차저는 축방향으로 샤프트를 고정하는 리테이닝 링을 구비한다.

압축기 터빈 및 임펠러의 파손 시 하우징의 외부로 부품들이 파손되어 흩어질 수 있다. 이로 인해 수리를 위해 분해하는데 어려움이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 1의 리테이닝 링은 임펠러 및 터빈의 파손 시 축방향으로 샤프트를 고정시켜 샤프트가 이탈하지 않게 함으로써, 분해 및 조립이 용이하게 한다.

그러나, 특허문헌 1은 축을 고정하기 위해 리테이닝 링과 리테이닝 하우징을 추가로 조립해야 하므로, 부품수가 증가하고 비용 상승을 초래한다.

또한, 리테이닝 링은 구조가 복잡하다.

예를 들면, 리테이닝 링은 샤프트에 축방향으로 정확하게 배치되어야 하므로, 리테이닝 링에 센터링 링이 구비된다.

아울러, 리테이닝 링의 내측에 방사상으로 돌출된 복수의 캠, 상기 복수의 캠 사이에 형성되는 그루브, 파열 발생 시 리테이닝 링을 하우징에 지지하는 지지링이 리테이닝 링에 구비된다.

센터링 링, 복수의 캠 및 그루브, 지지링은 리테이닝 링의 구조를 복잡하게 한다.

이로 인해, 하우징과 샤프트 사이에 삽입되는 리테이닝 링과 샤프트를 정렬시키는데 어려움이 있다.

본 발명의 일 목적은 부품 손상을 방지하기 위해 축의 이상 거동 시 축의 이동을 제한할 수 있는 구조의 터보 압축기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 축이동제한 부재의 구조가 단순하고, 구조물의 추가 조립공정이 불필요하며, 부품수의 감소 및 비용을 절감할 수 있는 구조의 터보 압축기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 축이동제한 부재의 정렬 문제를 해소할 수 있는 구조의 터보 압축기를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 터보 압축기는, 하우징, 전동부, 회전축, 임펠러, 임펠러 케이싱, 스러스트 러너, 스러스트 베어링, 베어링 하우징, 축방향 이동제한핀 및 반경방향 이동제한핀을 포함하여 구성된다.

상기 하우징과 상기 임펠러 케이싱은 상기 터보 압축기의 외관을 형성한다. 상기 전동부는 상기 하우징의 내부에 설치된다. 상기 전동부는 고정자와 회전자를 구비하여 회전력을 생성한다. 상기 회전축은 상기 회전자와 결합되어 회전한다. 상기 임펠러는 상기 회전축과 함께 회전된다. 상기 임펠러는 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시킨다. 상기 임페러 케이싱은 상기 하우징에 결합된다. 상기 임펠러 케이싱은 상기 임펠러를 내측에 수용한다. 상기 저널 베어링은 상기 회전축의 반경방향을 하중을 지지한다. 상기 스러스트 러너는 상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 스러스트 베어링은 상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지한다. 상기 베어링 하우징은 상기 하우징에 결합된다. 상기 베어링 하우징은 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지한다. 상기 축방향 이동제한핀은 상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치된다. 상기 축방향 이동제한핀은 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한한다. 상기 반경방향 이동제한핀은 상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치된다. 상기 반경방향 이동제한핀은 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한한다.

이러한 구성에 의하면, 축방향 이동제한핀은 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하고, 반경방향 이동제한핀은 회전축의 반경방향 이동을 제한함으로써, 임펠러 케이싱과 임펠러 사이에 배치되는 축방향 실링부재 및 임펠러와 베어링 하우징 사이에 배치되는 반경방향 실링부재 등의 부품 손상을 방지할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 스러스트 베어링은 작동유체 의해 회전축을 지지하는 가스 포일 베어링으로 구현되고, 상기 가스 포일 베어링은, 복수의 곡면부와 상기 복수의 곡면부를 연결하는 연결부를 구비하는 범프 포일; 및 상기 범프 포일을 덮는 커버 포일을 포함하고, 상기 축방향 이동제한핀은 상기 가스 포일 베어링에 결합될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 축방향 이동제한핀이 가스 포일 베어링에 적용될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 축방향 이동제한핀은 상기 베어링 하우징에 결합될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 축방향 이동제한핀이 베어링 하우징에 적용될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 하우징은, 상기 전동부가 수용되는 제1공간과 상기 베어링 하우징이 수용되는 제2공간으로 구획되고, 상기 제1공간 및 상기 제2공간을 구획하도록 상기 하우징의 내측면에서 상기 회전축을 향해 반경방향으로 돌출되는 격벽을 포함하고, 상기 스러스트 러너는 상기 베어링 하우징과 상기 격벽 사이로 돌출되고, 상기 축방향 이동제한핀은 상기 격벽에서 상기 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 축방향 이동제한핀은 하우징의 격벽에 적용될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 하우징은, 상기 전동부가 수용되는 제1공간과 상기 베어링 하우징이 수용되는 제2공간으로 구획되고, 상기 제1공간 및 상기 제2공간을 구획하도록 상기 하우징의 내측면에서 상기 회전축을 향해 반경방향으로 돌출되는 격벽을 포함하고, 상기 스러스트 러너는 상기 베어링 하우징과 상기 격벽 사이로 돌출되고, 상기 축방향 이동제한핀은, 상기 베어링 하우징에서 상기 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되는 제1축방향 이동제한핀; 및 상기 격벽에서 상기 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되는 제2축방향 이동제한핀을 포함할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 상기 축방향 이동제한핀은 베어링 하우징과 하우징의 격벽에 각각 적용될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 축방향 이동제한핀은 원형의 링 형태 혹은 반경방향으로 연장된 형태로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 축방향 이동제한핀의 형상으로 다양화할 수 있고, 축방향 이동제한핀의 조립이 용이하다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 저널 베어링은 작동유체 의해 회전축을 지지하는 가스 포일 베어링으로 구현되고, 상기 가스 포일 베어링은, 복수의 곡면부와 상기 복수의 곡면부를 연결하는 연결부를 구비하는 범프 포일; 및 상기 범프 포일을 덮는 커버 포일을 포함하고, 상기 반경방향 이동제한핀은 상기 가스 포일 베어링에 결합될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 반경방향 이동제한핀은 가스 포일 베어링에 구비될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 반경방향 이동제한핀은 상기 베어링 하우징의 내측면에 결합될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 반경방향 이동제한핀은 베어링 하우징에 구비될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 터보 압축기는, 상기 회전축과 반경방향으로 이격되며, 상기 저널 베어링을 기준으로 상기 반경방향 이동제한핀과 축방향으로 반대측에 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 고정링을 포함할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 고정링은 반경방향 이동제한핀과 함께 회전축의 반경방향 이동을 제한할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 고정링은 일측이 개방된 원형의 링 형태로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 고정링은 일측이 개방된 원형 링 형태로 형성되어, 조립이 용이하다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 스러스트 베어링과 상기 저널 베어링 각각은 작동유체 의해 회전축을 지지하는 가스 포일 베어링으로 구현되고, 상기 가스 포일 베어링은, 복수의 곡면부와 상기 복수의 곡면부를 연결하는 연결부를 구비하는 범프 포일; 및 상기 범프 포일을 덮는 커버 포일을 포함하고, 상기 축방향 이동제한핀과 상기 반경방향 이동제한핀 각각의 높이는, 상기 범프 포일의 높이 대비 85~95%의 비율로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 축방향 이동제한핀과 반경방향 이동제한핀 각각의 높이는 범포 포일의 높이 대비 기설정된 범위로 작게 형성되어, 범프 포일이 일정량 이상 변형되는 것을 억제하여, 범포 포일의 영구 변형을 방지할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 임펠러와 상기 임펠러 케이싱 간의 냉매 누설을 방지하는 축방향 실링부재; 및 상기 임펠러와 상기 베어링 하우징 간의 냉매 누설을 방지하는 반경방향 실링부재를 포함하고, 상기 축방향 실링부재는, 상기 임펠러 케이싱의 내측면에서 돌출되게 형성되는 복수의 제1돌기부; 및 상기 임펠러의 외주부에서 돌출되어, 상기 복수의 제1돌기부 사이에 수용되는 복수의 제2돌기부를 포함하고, 상기 반경방향 실링부재는, 상기 베어링 하우징의 일측면에서 상기 임펠러와 반대방향으로 함몰되게 형성되는 복수의 밀폐홈; 및 상기 냉매의 흐름방향을 기준으로 상기 임펠러의 후면에서 상기 복수의 밀폐홈으로 수용되게 돌출되는 복수의 밀폐돌기부를 포함한다.

이러한 구성에 의하면, 상기 축방향 실링부재는 임펠러에 의해 흡입된 냉매의 누설을 방지하고, 상기 반경방향 실링부재는 임펠러에 의해 토출된 냉매의 누설을 방지할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 임펠러 케이싱은, 상기 임펠러에서 반경방향으로 이격되게 배치되고, 상기 임펠러에서 토출된 냉매가 유동하는 유로를 구비하는 디퓨저를 포함하고, 상기 반경방향 실링부재는 상기 디퓨저와 상기 임펠러 사이에 배치될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 상기 반경방향 실링부재는 디퓨저와 임펠러 사이의 협소한 공간에도 효율적으로 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 임펠러는, 상기 회전축의 일측에 결합되는 제1임펠러; 및 상기 회전축의 타측에 결합되는 제2임펠러를 포함하고, 상기 회전자는, 상기 회전축에 결합되고, 상기 제1임펠러와 상기 제2임펠러 사이에 배치되는 영구자석을 포함하고, 상기 저널 베어링은, 상기 제1임펠러와 상기 영구자석 사이에 배치되는 제1저널 베어링; 및 상기 제2임펠러와 상기 영구자석 사이에 배치되는 제2저널 베어링을 포함할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1임펠러와 제2임펠러는 냉매의 2단 압축을 위해 냉매를 흡입할 수 있고, 상기 제1저널베어링과 제2저널베어링은 회전축을 양단 지지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터보 압축기는, 하우징; 상기 하우징에 수용되는 회전축; 상기 하우징의 내부 공간을 구획하도록 상기 하우징의 내측면에서 상기 회전축을 향해 반경방향으로 돌출되는 격벽; 상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러; 상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러에서 토출된 냉매의 운동에너지를 압력에너지로 전환하는 디퓨저를 구비하고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱; 상기 하우징에 결합되고, 상기 격벽의 일측에 배치되는 베어링 하우징; 상기 회전축에서 상기 격벽과 상기 베어링 하우징 사이로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너; 상기 격벽과 상기 베어링 하우징에 각각 장착되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 가스 포일 베어링; 및 상기 가스 포일 베어링, 상기 베어링 하우징 및 상기 격벽 중 적어도 하나에 장착되고, 상기 회전축의 축방향 이동 혹은 반경방향 이동을 제한하는 축이동제한부재를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.

첫째, 제1스러스트 베어링과 제2스러스트 베어링은 스러스트 러너를 사이에 두고 제1베어링 하우징과 격벽에 각각 장착되어, 회전축의 축방향 하중을 지지한다. 스러스트 베어링은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다. 제1축방향 이동제한핀은 제1스러스트 베어링에 부착될 수 있다. 제1축방향 이동제한핀은 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되며 스러스트 러너의 일측면과 이격되게 배치된다. 제2축방향 이동제한핀은 격벽에 일체로 결합될 수 있다. 제2축방향 이동제한핀은 제2스러스트 베어링의 일측에 배치된다. 제2축방향 이동제한핀은 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되며 스러스트 러너의 타측면과 이격되게 배치된다.

제1축방향 이동제한핀과 제2축방향 이동제한핀은 회전축의 이상 거동 시 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한함으로써, 스러스트 베어링의 범프 포일이 일정량 이상 변형되는 것을 억제하고, 스러스트 러너의 축방향 이동거리를 기설정된 거리 미만으로 제한하고, 회전축의 축방향 이동거리를 제한할 수 있다.

제1축방향 이동제한핀과 제2축방향 이동제한핀은 임펠러의 고속 회전 시 임펠러 케이싱의 제1축방향 실링부재와 임펠러의 제2축방향 실링부재 간의 접촉 혹은 베어링 하우징의 제1반경방향 실링부와 임펠러의 제2반경방향 실링부 간의 접촉으로 인해 부품(실링부재 등)이 크게 손상되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 저널 베어링은 회전축을 감싸도록 베어링 하우징의 내측면에 장착된다. 제1저널 베어링과 제2저널 베어링은 회전축의 양측에 축방향으로 이격되게 배치된다. 저널 베어링은 회전축의 반경방향 하중을 지지한다. 저널 베어링은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다.

반경방향 이동제한핀과 고정링은 베어링의 내측면에 장착된다. 반경방향 이동제한핀과 고정링은 저널 베어링의 축방향 일측과 타측에 축방향으로 이격되게 배치된다. 반경방향 이동제한핀과 고정링은 베어링 하우징의 내측면에서 반경방향으로 돌출되게 형성된다.

반경방향 이동제한핀과 고정링은 회전축의 이상 거동 시 회전축의 반경방향 이동을 제한함으로써, 저널 베어링의 범프 포일이 일정량 이상 변형되는 것을 억제하고, 회전축의 반경방향 이동거리를 기설정된 거리 미만으로 제한할 수 있다.

반경방향 이동제한핀과 고정링은 임펠러의 고속 회전 시 임펠러 케이싱의 제1축방향 실링부재와 임펠러의 제2축방향 실링부재 간의 접촉 혹은 베어링 하우징의 제1반경방향 실링부와 임펠러의 제2반경방향 실링부 간의 접촉으로 인해 부품(실링부재 등)이 크게 손상되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 축방향 이동제한핀과 반경방향 이동제한핀(고정링 포함)은 스러스트 베어링과 저널 베어링에 부착되거나, 베어링 하우징과 하우징의 격벽에 일체형으로 결합됨으로, 추가적인 조립 공정이 불필요하다.

셋째, 축방향 이동제한핀과 반경방향 이동제한핀은 조립 시 정렬문제가 없다.

넷째, 하우징 일체형 축방향 이동제한핀을 사용할 경우에 축방향 이동제한핀의 추가가 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 단면을 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에서 터보 압축기의 각 구성요소들이 분해된 모습을 보여주는 분해도이다.
도 3은 도 1에서 III를 확대한 모습을 보여주는 확대도이다.
도 4는 도 3에서 스러스트 베어링을 축방향으로 바라본 개념도로서, 스러스트 베어링의 탑 포일의 내부에 범프 포일이 설치된 모습을 보여준다.
도 5는 도 4에서 V-V(원주방향 곡선)를 따라 취한 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링에 부착된 축방향 이동제한핀을 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하우징 일체형 축방향 이동제한핀이 커버 포일의 외측에 배치된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하우징 일체형 축방향 이동제한핀이 커버 포일의 외측에 원주방향으로 연장된 모습을 보여준 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축방향 이동제한핀이 커버 포일의 내측에 반경방향으로 연장된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 5에서 축방향 이동제한핀의 작용를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 저널 베어링이 회전축을 지지하는 모습을 설명하기 위한 반경방향 단면도이다.
도 11은 도 10에서 XI-XI를 따라 취한 단면도로서, 저널 베어링의 축방향 양측에 하우징 일체형 반경방향 이동제한핀과 고정링이 장착된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 12는 도 11에서 저널 베어링이 분해된 모습을 보여주는 분해사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 터보 압축기를 상세하게 설명한다.

이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.

1. 용어의 정의

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

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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

이하의 설명에서 사용되는 "축방향"은 회전축의 축방향을 의미한다.

이하의 설명에서 사용되는 “반경방향”은 회전축의 반경방향을 의미한다.

2. 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 구성의 설명

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 단면을 보여주는 개념도이다.

도 2는 도 1에서 터보 압축기의 각 구성요소들이 분해된 모습을 보여주는 분해도이다.

도 3은 도 1에서 III를 확대한 모습을 보여주는 확대도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 터보 압축기의 각 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 터보 압축기는 하우징, 전동부, 회전축, 임펠러, 임펠러 케이싱, 베어링 하우징, 쓰러스트 베어링, 저널 베어링을 포함한다.

(1) 압축기의 구성요소

하우징(100)은 원통 형태로 형성될 수 있다. 하우징(100)은 터보 압축기의 외관을 형성할 수 있다.

하우징(100)의 양측에 플랜지부가 형성될 수 있다. 플랜지부는 하우징(100)의 반경방향으로 돌출되게 형성되고, 하우징(100)의 원주방향으로 연장될 수 있다. 플랜지부는 하우징(100)의 양측의 두께를 두껍게 형성할 수 있다. 하우징(100)의 양측은 후술할 임펠러 케이싱(118) 혹은 베어링 하우징(113)에 체결될 수 있다. 플랜지부는 하우징(100)의 체결 및 지지를 위한 강성을 확보할 수 있다.

하우징(100)의 내부에 수용공간이 형성된다. 하우징(100)의 수용공간은 제1공간과 제2공간으로 구획될 수 있다. 제1공간과 제2공간은 격벽(101)에 의해 구획될 수 있다.

격벽(101)은 하우징(100)의 내측면에서 회전축(105)을 향해 반경방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 격벽(101)은 하우징(100)의 내측면을 따라 원주방향으로 연장될 수 있다.

격벽(101)은 회전축(105)과 반경방향으로 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치된다.

제1공간에 후술할 전동부(102)가 수용될 수 있다. 제1공간 혹은 제2공간에 후술할 베어링 하우징(113)의 일부가 수용될 수 있다.

제1공간과 제2공간에 회전축(105)이 하우징(100)의 중심부를 가로지르도록 축방향으로 수평하게 배치될 수 있다.

전동부(102)는 고정자(103)와 회전자(104)를 포함한다. 고정자(103)는 고정자코어와 고정자코일을 구비한다. 고정자코어는 원통형태로 형성될 수 있다.

고정자코어는 고정자코어의 내측에 복수의 티스가 회전축(105)을 향해 반경방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 복수의 티스 사이에 복수의 슬롯이 형성될 수 있다. 복수의 티스와 복수의 슬롯은 고정자코어의 원주방향으로 교대로 배치되며 원주방향으로 이격될 수 있다.

고정자코일은 슬롯을 통해 고정자코어에 권선된다.

고정자코일에 전원이 인가되면, 고정자코일의 주위에 자기장이 발생한다.

회전자(104)는 고정자(103)의 내측에 배치된다. 회전자(104)는 고정자(103)와 에어갭을 두고 이격되게 배치된다. 회전자(104)는 고정자(103)에 대하여 회전 가능하게 회전축(105)에 장착된다.

회전자(104)는 회전자코어와 영구자석을 포함하여 구성될 수 있다. 회전자코어는 회전축(105)과 함께 회전 가능하게 장착되거나 생략될 수 있다. 회전자코어가 생략될 경우에 영구자석은 회전축(105)에 장착될 수 있다.

영구자석은 고정자(103)의 내측면과 에어갭을 두고 반경방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.

회전축(105)에 회전자 지지부가 구비될 수 있다. 회전자 지지부는 회전축(105)의 축방향으로 중앙에 배치될 수 있다. 회전자 지지부는 회전축(105)에서 반경방향으로 함몰되게 형성될 수 있다. 영구자석은 회전자 지지부에 수용되게 장착될 수 있다. 영구자석은 회전축(105)의 직경과 동일한 직경을 가질 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 전원이 고정자(103)에 인가되면, 고정자(103)와 회전자(104) 사이의 전자기적 상호작용에 의해 회전자(104)가 고정자(103)에 대하여 회전할 수 있다.

회전축(105)은 회전자(104)와 함께 회전하면서 후술할 임펠러(117)에 회전력을 전달하도록 이루어진다.

회전축(105)은 베어링에 의해 양단 지지될 수 있다. 베어링은 제1베어링과 제2베어링을 포함한다.

제1베어링은 회전축(105)의 일측을 지지하도록 이루어진다. 제1베어링은 전동부(102)와 후술할 1단 임펠러(117) 사이에 배치될 수 있다.

제2베어링은 회전축(105)의 타측을 지지하도록 이루어진다. 제2베어링은 전동부(102)와 후술할 2단 임펠러(117) 사이에 배치될 수 있다.

베어링은 회전축(105)의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링(110)과 회전축(105)의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링(106)을 포함할 수 있다.

제1베어링은 제1저널 베어링(110a), 제1스러스트 베어링(106a) 및 제2스러스트 베어링(106b)을 포함할 수 있다.

제2베어링은 제2저널 베어링(110b)을 포함할 수 있다.

베어링 하우징(113)은 제1베어링 하우징(113a)과 제2베어링 하우징(113b)을 포함한다.

제1베어링 하우징(113a)은 제1베어링을 지지하도록 이루어진다. 다만, 제2스러스트 베어링(106b)은 격벽(101)에 지지될 수 있다.

제1베어링 하우징(113a)은 원통 형태로 이루어진다.

제1베어링 하우징(113a)은 후술할 제1임펠러 케이싱(118a)과 하우징(100)의 격벽(101) 사이에 배치될 수 있다. 제1베어링 하우징(113a)의 일부는 하우징(100)의 제2공간에 수용되고, 제1베어링 하우징(113a)의 다른 일부는 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측에 수용될 수 있다.

제1베어링 하우징(113a)은 제1임펠러 케이싱(118a)과 하우징(100)의 내측에 압입 결합될 수 있다.

제1베어링 하우징(113a)의 내측에 회전축(105)이 관통하도록 제1축구멍이 형성된다. 제1축구멍은 회전축(105)의 직경보다 더 크게 형성된다.

제1베어링은 제1베어링 하우징(113a)에 장착될 수 있다.

제1저널 베어링(110a)은 제1베어링 하우징(113a)의 반경방향 내측에 수용되게 장착될 수 있다.

제1스러스트 베어링(106a)은 제1베어링 하우징(113a)의 축방향 후면에 장착될 수 있다.

회전축(105)에 스러스트 러너(116)가 구비된다. 스러스트 러너(116)는 회전축(105)에서 제2공간을 향해 반경방향으로 돌출되게 형성된다. 스러스트 러너(116)는 회전축(105)과 함께 회전할 수 있다.

제1스러스트 베어링(106a)은 스러스트 러너(116)의 축방향 일측면과 축방향으로 마주하며 이격되게 배치될 수 있다.

격벽(101)에 제2스러스트 베어링(106b)이 구비될 수 있다. 제2스러스트 베어링(106b)은 스러스트 러너(116)를 사이에 두고 제1스러스트 베어링(106a)의 반대측에 이격되게 배치된다.

제2스러스트 베어링(106b)은 스러스트 러너(116)의 축방향 타측면과 축방향으로 마주하며 이격되게 배치될 수 있다.

제2베어링 하우징(113b)은 베어링 수용부(114)와 반경방향 연장부(115)를 포함하여 구성될 수 있다.

베어링 수용부(114)의 내측에 원통형의 제2축구멍이 구비된다. 회전축(105)은 제2축구멍을 통해 축방향으로 관통한다. 베어링 수용부(114)의 외주면은 축방향에 대하여 경사지게 형성될 수 있다.

제2베어링이 베어링 수용부(114)의 내측면에 장착될 수 있다. 제2저널 베어링(110b)은 회전축(105)과 반경방향으로 간극을 두고 이격되게 배치된다.

반경방향 연장부(115)는 베어링 수용부(114)의 외주부에서 반경방향 외측으로 돌출되게 연장될 수 있다. 반경방향 연장부(115)는 원판 형태로 원주방향을 따라 연장될 수 있다.

반경방향 연장부(115)는 하우징(100)의 타측과 후술할 제2임펠러 케이싱(118b) 사이에 배치될 수 있다. 반경방향 연장부(115)의 외주부는 하우징(100)과 제2임펠러 케이싱(118b)에 스크류 등의 체결부재에 의해 체결될 수 있다.

베어링 수용부(114)는 반경방향 연장부(115)에서 하우징(100)의 제1공간을 향해 축방향으로 돌출될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1저널 베어링(110a)과 제2저널 베어링(110b)은 회전축(105)의 반경방향 하중을 지지할 수 있다.

제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)은 스러스트 러너(116)를 사이에 두고 회전축(105)의 축방향 하중을 지지할 수 있다.

본 실시예에 따른 베어링은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다.

가스 포일 베어링은 작동유체에 의해 회전축(105)을 지지하도록 이루어진다.

작동유체는 냉매 또는 공기 등일 수 있다. 가스 포일 베어링은 회전축(105)과 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치될 수 있다.

가스 포일 베어링은 회전축(105)과 베어링 사이의 간극에 채워진 작동유체를 이용하여 회전축(105)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

가스 포일 베어링은 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 가스 포일 베어링은 범프 포일(107, 111; bump foil)과 커버 포일(108)(cover foil)을 포함한다. 범프 포일(107, 111)은 엠보싱 형태로 형성될 수 있다. 커버 포일(108)은 회전축(105)과 마주하며 범프 포일(107, 111)을 덮도록 배치된다.

본 발명의 베어링은 회전축(105)과 이격 배치됨으로, 비접촉식으로 회전축(105)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 이에 의하면, 회전축(105)이 고속으로 회전함에 따라, 회전축(105)과 베어링 사이에 에어갭이 안정적으로 형성되고, 회전축(105)의 중심이 베어링의 중심에 놓이게 되며, 회전 속도가 더 올라가게 되면 에어갭의 압력이 상승해 축 지지력을 향상시켜 마찰이 없는 고효율 압축기를 구현할 수 있다. 또한, 소음이 적고 마모가 줄어들어 베어링의 수명이 연장될 수 있다. 아울러, 본 발명의 베어링은 윤활유가 필요 없어서 윤활유 교체 및 유지관리비용이 발생하지 않는다.

터보 압축기는 임펠러(117)의 개수에 따라 냉매를 다단 압축할 수 있다. 본 실시예에서는 2단 압축기로 구성된 모습을 보여준다.

임펠러(117)는 냉매의 압축 순서에 따라 제1임펠러(117a) 내지 제N임펠러로 구분될 수 있다. 본 실시예에서 임펠러(117)는 제1임펠러(117a)와 제2임펠러(117b)로 구성된 모습을 보여준다. 제1임펠러(117a)는 1단 임펠러로 명명되고, 제2임펠러(117b)는 2단 임펠러로 명명될 수 있다.

본 명세서에서 제1임펠러(117a)와 제2임펠러(117b)를 별도로 구분하지 않는 한 임펠러(117)의 구성에 대한 설명은 제1임펠러(117a)와 제2임펠러(117b)에도 적용될 수 있다.

냉매는 제1임펠러(117a)에서 1단 압축된 후 제2임펠러(117b)에서 2단 압축(재압축)될 수 있다.

임펠러(117)는 회전축(105)과 함께 회전 가능하게 회전축(105)에 장착된다. 임펠러(117)는 회전축(105)을 통해 전동부(102)로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다.

임펠러(117)는 회전축(105)과 회전하면서 냉매를 압축하기 위해 냉매를 흡입하도록 이루어진다.

회전축(105)의 양단에 제1임펠러 지지부와 제2임펠러 지지부가 구비될 수 있다.

제1임펠러 지지부는 회전축(105)의 직경보다 작은 직경을 갖고 회전축(105)의 일단에서 축방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 제1임펠러 지지부는 제1임펠러(117a)의 허브(1171) 내측에 압입 결합될 수 있다.

제2임펠러 지지부는 회전축(105)의 직경보다 작은 직경을 갖고 회전축(105)의 타단에서 축방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 제2임펠러 지지부는 제2임펠러(117b)의 허브(1171) 내측에 압입 결합될 수 있다.

임펠러(117)는 허브(1171)와 복수의 블레이드(1172)를 구비한다.

허브(1171)는 내부에 회전축(105)을 관통시키도록 관통홀을 구비한다. 허브(1171)는 원추 형태로 형성될 수 있다. 허브(1171)의 외주면은 축방향에 대하여 경사지게 형성될 수 있다. 허브(1171)의 축방향 일측에서 허브(1171)의 축방향 타측으로 갈수록 허브(1171)의 직경이 커지게 형성될 수 있다.

복수의 블레이드(1172)는 허브(1171)의 외주면에서 나선형을 따라 돌출되게 형성될 수 있다. 복수의 블레이드(1172)는 허브(1171)의 원주방향으로 이격되게 배치된다.

이러한 구성에 의하면, 임펠러(117)는 냉매 등의 기체를 축방향으로 흡입하고 흡입된 기체를 임펠러(117)의 원심방향으로 토출시킬 수 있다.

제1임펠러 케이싱(118a)은 하우징(100)의 일측에 체결된다. 제1임펠러 케이싱(118a)의 축방향 후면은 하우징(100)의 일측에 수용된 제1베어링 하우징(113a)에 의해 덮이도록 이루어질 수 있다.

제2임펠러 케이싱(118b)은 하우징(100)의 타측에 체결된다. 제2임펠러 케이싱(118b)의 축방향 후면은 하우징(100)의 타측에 수용된 제2베어링 하우징(113b)에 의해 덮이도록 이루어질 수 있다. 제1임펠러 케이싱(118a)과 제2임펠러 케이싱(118b)의 축방향 후면은 냉매의 흐름방향을 기준으로 임펠러 케이싱(118)의 하류측을 의미한다.

제1임펠러 케이싱(118a)은 흡입구(1181), 디퓨져, 토출구(1183)를 구비한다.

흡입구(1181)는 제1임펠러 케이싱(118a)의 중앙에 축방향으로 관통되게 형성된다. 흡입구(1181)의 일측은 제1임펠러 케이싱(118a)의 외측과 연통되고, 흡입구(1181)의 타측은 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측과 연통될 수 있다.

흡입구(1181)의 내측에 제1임펠러(117a)가 수용된다. 제1임펠러(117a)는 제1임펠러 지지부에 장착되어 회전축(105)과 함께 회전할 수 있다.

흡입구(1181)는 축방향 일측에서 축방향 타측으로 갈수록 직경이 감소하게 형성될 수 있다. 이에 의하면, 흡입구(1181)를 통해 흡입된 냉매의 유속이 증가할 수 있다.

디퓨저(1182)는 제1임펠러 케이싱(118a)의 축방향 후면에서 축방향으로 함몰되게 형성된다. 디퓨저(1182)는 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측에 형성된다. 디퓨저(1182)는 흡입구(1181)와 토출구(1183) 사이에 배치된다.

디퓨저(1182)는 흡입구(1181)에서 반경방향으로 연장되게 형성된다. 디퓨저(1182)는 흡입구(1181)와 토출구(1183)에 연통되게 연결된다. 디퓨저(1182)는 흡입구(1181)에서 토출구(1183)로 갈수록 유로의 크기가 커지도록 형성된다.

이러한 구성에 의하면, 디퓨저(1182)는 유로의 크기가 커짐에 따라, 임펠러(117)의 회전에 의해 흡입된 작동 유체는 디퓨저(1182)를 통과하면서 작동 유체의 압력이 상승한다.

즉, 디퓨저(1182)는 흡입구(1181)를 통해 흡입된 냉매의 운동에너지를 압력에너지로 전환함으로, 냉매의 압력을 높일 수 있다.

토출구(1183)는 제1임펠러 케이싱(118a)의 외주부에 구비된다. 토출구(1183)는 디퓨저(1182)에서 반경방향으로 연장될 수 있다. 토출관(1184)은 제1임펠러 케이싱(118a)의 외주부에서 돌출되게 형성될 수 있다.

토출관(1184)의 일측은 토출구(1183)와 연통되고, 토출구(1183)의 타측은 제1임펠러 케이싱(118a)의 외측과 연통되게 연결될 수 있다.

제2임펠러 케이싱(118b)은 흡입구(1181), 디퓨저(1182) 및 토출구(1183)를 구비한다. 제2임펠러 케이싱(118b)의 흡입구(1181), 디퓨저(1182) 및 토출구(1183)는 제1임펠러(117a)의 흡입구(1181), 디퓨저(1182) 및 토출구(1183)와 동일 내지 유사하므로, 중복된 설명을 생략하기로 한다.

다만, 2단 압축을 위해, 제1임펠러 케이싱(118a)의 토출관(1184)은 제2임펠러 케이싱(118b)의 흡입구(1181)와 연결배관(미도시)에 의해 연결될 수 있다.

냉매의 누설을 방지하기 위해 임펠러 케이싱(118)과 임펠러(117) 사이에 축방향 실링부재(119)가 구비될 수 있다. 축방향 실링부재(119)는 제1축방향 실링부재(1190)와 제2축방향 실링부재(120)로 구성될 수 있다.

제1임펠러 케이싱(118a)의 내측에 제1축방향 실링부재(1190)가 구비될 수 있다. 제1축방향 실링부재(1190)는 제1임펠러 케이싱(118a)에 고정될 수 있다.

제1축방향 실링부재(1190)는 복수의 제1돌기부(1191)를 포함한다. 복수의 제1돌기부(1191)는 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측면에서 돌출되거나 제1임펠러 케이싱(118a)의 결합될 수 있다.

본 실시예에서는 복수의 제1돌기부(1191)가 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측면에서 반경방향 내측으로 돌출되게 형성된 모습을 보여준다.

제1돌기부(1191)는 환형으로 형성될 수 있다. 제1돌기부(1191)는 흡입구(1181)의 내측 둘레를 따라 연장될 수 있다. 복수의 제1돌기부(1191)는 흡입구(1181)에 축방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

제1임펠러(117a)에 제2축방향 실링부재(120)가 구비될 수 있다. 제2축방향 실링부재(120)는 제1임펠러(117a)와 함께 회전할 수 있다. 제2축방향 실링부재(120)는 냉매를 흐름방향을 기준으로 제1임펠러(117a)의 상류측에 배치될 수 있다.

제2축방향 실링부재(120)는 링부(1201)와 복수의 제2돌기부(1202)를 포함한다. 링부(1201)는 원형의 링 형태로 형성될 수 있다. 링부(1201)는 블레이드(1172)에서 축방향으로 연장될 수 있다. 링부(1201)는 허브(1171)의 축방향 일측면에서 축방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.

링부(1201)의 직경은 허브(1171)의 일단의 최소 직경보다 더 크고, 허브(1171)의 타단의 최대 직경보다 더 작게 형성될 수 있다.

복수의 제2돌기부(1202)는 링부(1201)의 외주면에서 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측면을 향해 반경방향 외측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 복수의 제2돌기부(1202)는 환형으로 형성될 수 있다.

복수의 제2돌기부(1202)는 링부(1201)에 축방향으로 이격되게 배치된다.

복수의 제1돌기부(1191)와 제2돌기부(1202)는 링부(1201)의 축방향을 따라 교대로 배치될 수 있다. 복수의 제1돌기부(1191)와 제2돌기부(1202)는 축방향으로 기설정된 간격을 두고 서로 이격되게 배치된다.

복수의 제1돌기부(1191)는 링부(1201)와 반경방향으로 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치된다.

복수의 제2돌기부(1202)는 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측면과 반경방향으로 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치된다.

복수의 제1돌기부(1191)와 제2돌기부(1202)는 축방향으로 중첩되게 배치된다.

이러한 구성에 의하면, 복수의 제1돌기부(1191)와 제2돌기부(1202)는 축방향으로 중첩되게 배치됨으로써, 임펠러(117)에 의해 흡입된 냉매의 누설을 방지할 수 있다.

예를 들면, 임펠러(117)의 회전 시 복수의 블레이드(1172)는 허브(1171)를 중심으로 회전함으로써, 임펠러(117)는 복수의 블레이드(1172) 사이의 공간을 통해 냉매를 축방향으로 흡입할 수 있다.

여기서, 복수의 제1돌기부(1191)와 제2돌기부(1202)는 임펠러(117)의 하류측에서 흡입구(1181)의 상류측을 향해 흐르는 냉매의 유동저항으로 작용함으로써, 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측면과 임펠러(117)의 간극을 통해 냉매가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

냉매의 누설을 방지하기 위해, 베어링 하우징(113)과 임펠러(117) 사이에 반경방향 실링부재(121)가 구비될 수 있다. 반경방향 실링부재(121)는 제1반경방향 실링부(1210)와 제2반경방향 실링부(122)로 구성될 수 있다.

예를 들면, 제1베어링 하우징(113a)의 축방향 일측면에 제1반경방향 실링부(1210)가 구비될 수 있다.

제1반경방향 실링부(1210)는 복수의 밀폐홈(1211)과 복수의 랜드부(1212)를 구비한다.

복수의 밀폐홈(1211)은 제1베어링 하우징(113a)의 축방향 일측면에서 임펠러(117)와 반대방향을 향해 축방향으로 함몰되게 형성될 수 있다. 복수의 밀폐홈(1211)은 제1베어링 하우징(113a)의 원주방향을 따라 연장될 수 있다.

복수의 밀폐홈(1211)은 제1베어링 하우징(113a)의 반경방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

복수의 밀폐홈(1211)은 임펠러(117)와 축방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.

복수의 랜드부(1212)는 복수의 밀폐홈(1211) 사이에 배치될 수 있다.

복수의 밀폐홈(1211)과 복수의 랜드부(1212)는 제1베어링 하우징(113a)의 반경방향으로 교대로 배치될 수 있다.

복수의 밀폐홈(1211)과 복수의 랜드부(1212) 각각은 환형으로 형성될 수 있다. 다만, 밀폐홈(1211)의 반경방향 폭과 랜드부(1212)의 반경방향 두께는 서로 다르게 형성될 수 있다.

제1임펠러(117a)의 축방향 타측면에 제2반경방향 실링부(122)가 구비될 수 있다. 제2반경방향 실링부(122)는 제1임펠러(117a)와 함께 회전할 수 있다. 제2반경방향 실링부(122)는 냉매의 흐름방향을 기준으로 제1임펠러(117a)의 하류측에 배치된다.

제2반경방향 실링부(122)는 복수의 밀폐돌기부(1221)를 포함한다.

복수의 밀폐돌기부(1221)는 제1임펠러(117a)의 허브(1171)의 축방향 타측면에서 제1베어링 하우징(113a)을 향해 축방향으로 돌출되게 형성된다. 복수의 밀폐돌기부(1221)는 복수의 밀페홈에 각각 수용될 수 있다.

밀폐돌기부(1221)는 밀폐홈(1211)에 수용되되, 제1베어링 하우징(113a)의 축방향 일측면과 축방향 및 반경방향으로 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치된다.

밀폐돌기부(1221)는 허브(1171)의 원주방향을 따라 연장되며 환형으로 형성될 수 있다.

복수의 밀폐돌기부(1221)와 복수의 랜드부(1212)는 반경방향으로 중첩되게 배치된다.

이러한 구성에 의하면, 복수의 밀폐돌기부(1221)와 복수의 랜드부(1212)가 반경방향으로 중첩되게 배치됨으로써, 임펠러(117)에서 디퓨저(1182)로 토출된 냉매의 누설을 방지할 수 있다.

예를 들면, 임펠러(117)의 회전 시 복수의 블레이드(1172)는 허브(1171)를 중심으로 회전함으로써, 임펠러(117)는 복수의 블레이드(1172) 사이의 공간을 통해 흡입된 냉매를 디퓨저(1182)를 향해 반경방향으로 토출시킬 수 있다.

여기서, 복수의 밀폐돌기부(1221)와 랜드부(1212)는 디퓨저(1182)에서 임펠러(117)의 하류측을 향해 흐르는 냉매의 유동저항으로 작용함으로써, 제1베어링 하우징(113a)의 축방향 일측면과 임펠러(117)의 후면의 간극을 통해 냉매가 반경방향 내측으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

상술한 축방향 실링부재(119)는 제2임펠러 케이싱(118b)과 제2임펠러(117b) 사이에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 상술한 반경방향 실링부재(121)는 제2베어링 하우징(113b)과 제2임펠러(117b) 사이에도 동일하게 적용될 수 있다.

따라서, 제2임펠러 케이싱(118b)과 제2임펠러(117b) 사이에 적용되는 제1 및 제2축방향 실링부재(120)와, 제2베어링 하우징(113b)과 제2임펠러(117b) 사이에 적용되는 제1 및 제2반경방향 실링부(1210, 122)에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.

(2) 스러스트 베어링(106)의 상세 구조

도 4는 도 3에서 스러스트 베어링(106)을 축방향으로 바라본 개념도로서, 스러스트 베어링(106)의 탑 포일의 내부에 범프 포일(107)이 설치된 모습을 보여준다.

도 5는 도 4에서 V-V(원주방향 곡선)를 따라 취한 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(106)에 부착된 축방향 이동제한핀(123)을 보여주는 개념도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하우징(100) 일체형 축방향 이동제한핀(123)이 커버 포일(108)의 외측에 배치된 모습을 보여주는 개념도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하우징(100) 일체형 축방향 이동제한핀(123)이 커버 포일(108)의 외측에 원주방향으로 연장된 모습을 보여준 단면도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축방향 이동제한핀(223)이 커버 포일(108)의 내측에 반경방향으로 연장된 모습을 보여주는 개념도이다.

스러스트 베어링(106)은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다. 스러스트 베어링(106)은 스러스트 러너(116)와 축방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.

스러스트 베어링(106)은 설치 위치에 따라 제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)으로 구성될 수 있다.

제1스러스트 베어링(106a)은 제1베어링 하우징(113a)의 후면에 장착될 수 있다. 제1베어링 하우징(113a)의 전면은 제1임펠러(117a)를 향하고, 제1베어링 하우징(113a)의 후면은 스러스트 러너(116)를 향하여 배치된다.

제2스러스트 베어링(106b)은 격벽(101)의 전면에 장착될 수 있다. 격벽(101)의 전면은 스러스트 러너(116)를 향하고, 격벽(101)의 후면은 전동부(102)를 향하여 배치된다.

제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)은 스러스트 러너(116)와 축방향으로 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치된다.

스러스트 베어링(106)에 관한 설명은 제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)에 동일하게 적용될 수 있다.

스러스트 베어링(106)은 범프 포일(107), 커버 포일(108), 베어링 플레이트(109)를 포함한다.

범프 포일(107)은 탄성 구조체이다. 범프 포일(107)은 금속 박막을 엠보싱 형태로 형성하여 구성될 수 있다.

범프 포일(107)의 일측은 베어링 플레이트(109)에 고정되고, 범프 포일(107)의 타측은 자유단일 수 있다.

범프 포일(107)은 복수의 곡면부(1071)와 복수의 연결부(1072)를 구비하여 구성될 수 있다.

곡면부(1071)는 원호 형상 또는 반원형으로 형성될 수 있다. 연결부(1072)는 평면 형태로 형성된다.

연결부(1072)는 인접하는 두 곡면부(1071)의 일단과 타단을 연결하도록 이루어진다.

복수의 곡면부(1071)와 복수의 연결부(1072)는 일방향을 따라 교대로 배치된다. 복수의 곡면부(1071)와 연결부(1072)는 한 몸체로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 곡면부(1071)와 복수의 연결부(1072)는 스러스트 베어링(106)의 원주방향을 따라 교대로 배치된 모습을 보여준다(도 4).

복수의 곡면부(1071)는 반경이 서로 동일하게 형성될 수 있다.

복수의 곡면부(1071)는 같은 방향으로 볼록하게 형성될 수 있다. 복수의 곡면부(1071)는 베어링 플레이트(109)에서 커버 포일(108)을 향해 볼록하게 형성될 수 있다.

복수의 곡면부(1071)는 베어링의 축하중 지지방향에 따라 어느 방향으로 볼록하게 형성될 지가 결정될 수 있다.

예를 들면, 스러스트 베어링(106)의 경우 곡면부(1071)는 축방향으로 볼록하게 형성되고, 저널 베어링(110)의 경우 곡면부(1071)는 반경방향으로 볼록하게 형성될 수 있다.

스러스트 베어링(106)의 곡면부(1071)는 축방향으로 볼록하게 형성될 수 있다.

커버 포일(108)은 범프 포일(107)을 덮도록 배치된다. 커버 포일(108)은 범프 포일(107)의 최고 정점에 접촉 가능하게 배치된다는 점에서 탑 포일이라고 명명될 수 있다.

커버 포일(108)은 스러스트 러너(116)와 마주보게 배치되고, 스러스트 러너(116)와 축방향으로 이격되게 배치된다.

커버 포일(108)은 커버 연장부(1081), 커버 경사부(1082) 및 커버 고정부(1083)로 구성될 수 있다.

커버 연장부(1081)는 범프 포일(107)의 곡면부(1071)의 최고 정점과 접촉 가능하게 배치된다.

커버 고정부(1083)는 커버 포일(108)을 베이스 플레이트에 고정하도록 평면 형태로 이루어진다.

커버 경사부(1082)는 커버 연장부(1081)와 커버 고정부(1083)를 연결하도록 베어링 플레이트(109)에 대하여 기설정된 각도로 경사지게 형성된다.

베어링 플레이트(109)는 스러스트 베어링(106)을 제1베어링 하우징(113a) 혹은 격벽(101)에 고정하도록 이루어진다.

커버 포일(108)의 커버 고정부(1083)는 베어링 플레이트(109)에 고정되고, 커버 포일(108)의 커버 연장부(1081)는 자유단이다.

베어링 플레이트(109)는 원형 플레이트로 형성될 수 있다. 베어링 플레이트(109)에 회전축(105)이 관통할 수 있도록 관통홀이 형성된다. 베어링 플레이트(109)의 관통홀은 회전축(105)의 직경보다 더 크게 형성된다.

베어링 플레이트(109)를 원주방향을 따라 6등분으로 분할할 때, 커버 포일(108)은 베어링 플레이트(109)의 1/6 크기보다 약간 작은 크기를 갖도록 부채꼴 형태로 형성될 수 있다. 복수의 커버 포일(108)은 베어링 플레이트(109)의 원주방향으로 이격되되, 각 커버 포일(108)의 일측은 베어링 플레이트(109)에 고정될 수 있다. 다만, 커버 포일(108)의 크기는 이에 한정되지 않는다.

복수의 범프 포일(107)은 베어링 플레이트(109)의 원주방향을 따라 6등분으로 분할된 커버 포일(108)의 내측에 배치될 수 있다. 범프 포일(107)은 베어링 플레이트(109)의 원주방향으로 연장될 수 있다.

복수의 범프 포일(107)은 베어링 플레이트(109)의 반경방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 다만, 범프 포일(107)은 커버 포일(108)의 크기와 대응되게 형성되며, 커버 포일(108) 별로 한 개씩 구비될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 임펠러(117)의 냉매 흡입력에 의해 회전축(105)으로 전달되는 축방향 하중이 스러스트 러너(116)에 작용하더라도 제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)은 범프 포일(107)의 탄성력을 이용하여 회전축(105)의 축방향 하중을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

(3) 베어링의 축이동 제한 구조 1(축방향 이동 제한 구조)

임펠러(117)의 회전에 따라 냉매가 흡입될 때, 임펠러(117)의 흡입력으로 인해 회전축(105)에 축방향의 힘이 가해진다. 이로 인해, 회전축(105)은 축방향으로 이동할 수 있다.

만약, 회전축(105)이 고속으로 회전 시 회전축(105)이 축방향으로 이동하면, 제1임펠러 케이싱(118a)의 내측면과 임펠러(117) 사이에 각각 구비되는 제1축방향 실링부재(1190)(제1돌기부(1191))와 제2축방향 실링부재(120)(제2돌기부(1202))가 서로 충돌하게 된다.

따라서, 복수의 제2돌기부(1202)가 일체형으로 결합된 임펠러(117)가 파손되거나, 임펠러(117) 주변의 압축기 내부 부품의 손상은 물론 압축기의 작동이 멈추게 되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 회전축(105)이 고속으로 회전 시 회전축(105)의 중심이 베어링의 중심에 놓이지 않아 반경방향으로 이동하면, 제1베어링 하우징(113a)과 임펠러(117) 사이에 각각 구비되는 제1반경방향 실링부(1210)(밀폐홈(1211))와 제2반경방향 실링부(122)(밀폐돌기)가 서로 충돌하게 된다.

따라서, 복수의 밀폐돌기가 일체형으로 결합된 임펠러(117)가 파손되거나, 임펠러(117) 주변의 압축기 내부 부품의 손상은 물론 압축기의 작동이 멈추게 되는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 축이동을 제한하는 축이동제한 부재로 축방향 이동제한핀(123)을 포함한다.

축방향 이동제한핀(123)은 설치 위치에 따라 스러스트 베어링(106) 부착형과 하우징(100) 일체형으로 나뉠 수 있다.

스러스트 베어링(106) 부착형은 축방향 이동제한핀(123)이 스러스트 베어링(106)에 장착된 형태를 의미한다.

하우징(100) 일체형은 축방향 이동제한핀(123)이 하우징(100)에 일체로 결합된 형태를 의미한다.

축방향 이동제한핀(123)은 제1축방향 이동제한핀(1231)과 제2축방향 이동제한핀(1232)으로 구성될 수 있다.

제1축방향 이동제한핀(1231)은 제1베어링 하우징(113a)과 스러스트 러너(116) 사이에 배치될 수 있다. 제1축방향 이동제한핀(1231)은 제1스러스트 베어링(106a)에 장착될 수 있다.

제2축방향 이동제한핀(1232)은 스러스트 러너(116)와 격벽(101) 사이에 배치될 수 있다. 제2축방향 이동제한핀(1232)은 격벽(101)에 장착될 수 있다.

제1축방향 이동제한핀(1231)과 제2축방향 이동제한핀(1232) 각각은 스러스트 베어링(106) 부착형 또는 하우징(100) 일체형으로 구현될 수 있다.

본 실시예에서는 제1축방향 이동제한핀(1231)은 스러스트 베어링(106) 부착형이고, 제2축방향 이동제한핀(1232)은 하우징(100) 일체형으로 구현된 모습을 보여준다.

이하의 설명에서 축방향 이동제한핀(123)은 별도로 구분하지 않는 한 제1축방향 이동제한핀(1231)과 제2축방향 이동제한핀(1232)에 모두 적용될 수 있다.

도 5를 참고하면, 제1축방향 이동제한핀(1231)은 베어링 플레이트(109)에 고정되게 설치될 수 있다.

축방향 이동제한핀(123)은 사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 다만, 축방향 이동제한핀(123)의 단면 형상은 사각형에 한정되지 않고, 다각형, 원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

축방향 이동제한핀(123)은 원주방향을 따라 연장되는 원형의 링 형태로 형성될 수 있다(도 8 참조). 혹은, 축방향 이동제한핀(223)은 스러스트 베어링(106)의 반경방향으로 연장되게 형성될 수 있다(도 9 참조).

본 실시예에서 제1축방향 이동제한핀(1231)과 제2축방향 이동제한핀(1232)은 원형의 링 형태로 형성될 수 있다.

제1축방향 이동제한핀(1231)은 범프 포일(107)의 자유단에 배치될 수 있다. 제1축방향 이동제한핀(1231)은 커버 포일(108)의 내측에 배치될 수 있다.

제1축방향 이동제한핀(1231)은 베어링 플레이트(109)에서 커버 포일(108)을 향해 축방향으로 돌출되게 형성된다.

제1축방향 이동제한핀(1231)은 베어링 플레이트(109)에 결합될 수 있다.

제2축방향 이동제한핀(1232)은 하우징(100)의 격벽(101)에서 스러스트 러너(116)를 향해 축방향으로 돌출되게 형성된다.

제2축방향 이동제한핀(1232)은 하우징(100)의 격벽(101)에 결합될 수 있다.

축방향 이동제한핀(123)은 회전축(105)의 정상 작동 시 커버 포일(108)과 이격되게 배치된다.

축방향 이동제한핀(123)은 범프 포일(107)의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 형성된다. 범프 포일(107)의 높이는 베어링 플레이트(109)에서 곡면부(1071)의 정점까지의 높이를 의미한다.

축방향 이동제한핀(123)의 높이(h)는 범프 포일(107)의 높이(H) 대비 85%~95% 비율로 형성될 수 있다.

축방향 이동제한핀(123)의 높이가 상기 수치범위의 최소값보다 작으면 범프 포일(107)의 영구 변형이 발생하고, 축방향 이동제한핀(123)의 높이가 상기 수치범위의 최대값보다 크면 범프 포일(107)의 탄성 변형 가능한 범위가 매우 줄어들어, 스러스트 베어링(106)이 회전축(105)의 축방향 하중을 지지하는데 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 축방향 이동제한핀(123)은 상기 수치범위로 한정되는 것이 바람직하다.

이하, 축방향 이동제한핀(123)의 작용 및 효과를 설명하기로 한다.

도 9는 도 5에서 축방향 이동제한핀(123)의 작용를 설명하기 위한 개념도이다.

회전축(105)이 고속으로 회전 시 스러스트 러너(116)는 제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b) 사이의 정중앙에 위치할 수 있다.

제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)은 스러스트 러너(116)와 축방향으로 이격되게 배치된 상태로 두 베어링 사이에 채워진 작동유체에 의해 스러스트 러너(116)의 축방향 하중을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

회전축(105)의 정상 작동 시 축방향 이동제한핀(123)은 커버 포일(108)과 축방향으로 이격되게 배치된다.

한편, 회전축(105)이 축방향으로 이상 거동 시 스러스트 러너(116)는 제1스러스트 베어링(106a) 또는 제2스러스트 베어링(106b)에 접촉될 수 있다. 스러스트 베어링(106)의 범프 포일(107)은 회전축(105)의 축방향 하중에 의해 탄성 변형된다.

축방향 이동제한핀(123)은 커버 포일(108)의 내측면과 접촉될 수 있다. 축방향 이동제한핀(123)은 스러스트 러너(116)의 축방향 이동을 제한할 수 있다.

축방향 이동제한핀(123)은 범프 포일(107)이 영구변형되지 않도록 일정량 이상 변형되는 것을 방지할 수 있다.

회전축(105)의 축방향 최대이동거리(D)는 축방향 이동제한핀(123)에 의해 조절될 수 있다. 회전축(105)의 축방향 최대이동거리(D)는 스러스트 러너(116)와 베어링 플레이트(109) 간의 거리에서 축방향 이동제한핀(123)의 축방향 높이(h)를 뺀 값이다. 이때 스러스트 러너(116)는 제1 및 제2스러스트 베어링(106b) 사이의 정중앙에 위치한다.

회전축(105)의 축방향 최대이동거리(D)는 고정체와 회전체 사이의 최소거리보다 작다.

상기 고정체는 임펠러 케이싱(118), 베어링 하우징(113), 임펠러 케이싱(118)에 결합된 제1축방향 실링부재(1190)의 제1돌기부(1191), 베어링 하우징(113)에 결합된 제1반경방향 실링부(1210)의 랜드부(1212) 및 밀폐홈(1211) 등을 포함한다.

상기 회전체는 회전축(105)에 결합된 임펠러(117)를 포함한다. 상기 회전체는 임펠러(117)에 결합된 제2축방향 실링부재(120)와 제2반경방향 실링부(122)를 포함한다. 제2축방향 실링부재(120)는 복수의 제2돌기부(1202)를 포함한다. 제2반경방향 실링부(122)는 복수의 밀폐돌기부(1221)를 포함한다.

회전축(105)의 축방향 최대이동거리(D)는 제1축방향 실링부재(1190)의 제1돌기부(1191)와 제2축방향 실링부재(120)의 제2돌기부(1202) 사이의 축방향 간극(d1)보다 작다.

회전축(105)의 축방향 최대이동거리(D)는 제1반경방향 실링부(1210)의 밀폐홈(1211)과 제2반경방향 실링부(122)의 밀폐돌기부(1221)의 축방향 간극(d2)보다 작다.

(4) 저널 베어링(110)의 상세 구조

도 10은 본 발명에 따른 저널 베어링(110)이 회전축(105)을 지지하는 모습을 설명하기 위한 반경방향 단면도이다.

도 11은 도 10에서 XI-XI를 따라 취한 단면도로서, 저널 베어링(110)의 축방향 양측에 하우징(100) 일체형 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)이 장착된 모습을 보여주는 개념도이다.

도 12는 도 11에서 저널 베어링(110)이 분해된 모습을 보여주는 분해사시도이다.

저널 베어링(110)은 회전축(105)의 반경방향 하우징(100)을 지지한다.

저널 베어링(110)은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다.

저널 베어링(110)은 범프 포일(111), 커버 포일(112)을 포함한다.

범프 포일(111)은 베어링 하우징(113)의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 연장될 수 있다. 범프 포일(111)은 직사각형의 포일을 원통 형상으로 둥글게 말은 구조로 이루어질 수 있다.

범프 포일(111)은 복수의 곡면부(1111)와 복수의 연결부(1112)로 구성될 수 있다.

곡면부(1111)는 기설정된 곡률을 갖는 원호 형상 또는 반원형으로 형성될 수 있다. 곡면부(1111)는 회전축(105)의 반경방향 중심을 향해 볼록하게 형성될 수 있다.

연결부(1112)는 인접하는 두 곡면부(1111)의 양측을 연결한다.

복수의 곡면부(1111)와 복수의 연결부(1112)는 원주방향을 따라 교대로 배치된다.

범프 포일(111)의 일측에 제1결합부(1113)가 구비된다. 제1결합부(1113)는 범프 포일(111)의 일측에서 반경방향 외측으로 벤딩되게 형성될 수 있다. 제1결합부(1113)는 범프 포일(111)의 축방향을 따라 연장된다.

제1결합부(1113)는 베어링 하우징(113)의 내측에 형성된 고정홈(1131)에 결합되어, 베어링 하우징(113)에 범프 포일(111)을 고정할 수 있다.

커버 포일(112)은 범프 포일(111)의 내측을 감싸도록 이루어진다. 커버 포일(112)은 범프 포일(111)의 곡면부(1111)에 접촉되도록 범프 포일(111)의 내측에 배치된다.

커버 포일(112)은 직사각형의 포일을 원통 형상으로 말은 구조로 이루어질 수 있다. 커버 포일(112)의 직경은 범프 포일(111)의 연결부(1112)의 직경보다 더 작게 형성될 수 있다.

커버 포일(112)의 일측에 제2결합부(1121)가 구비된다. 커버 포일(112)의 일측에서 반경방향 외측으로 벤딩될 수 있다. 제2결합부(1121)는 커버 포일(112)의 축방향을 따라 연장될 수 있다.

제2결합부(1121)는 베어링 하우징(113)의 내측에 형성된 고정홈(1131)에 결합되어, 베어링 하우징(113)에 커버 포일(112)을 고정할 수 있다.

제1결합부(1113)와 제2결합부(1121)는 고정홈(1131)의 내측에서 서로 포개지도록 반경방향에 대하여 수직방향으로 중첩되게 배치되어, 하우징(100)에 고정된다.

고정홈(1131)은 베어링 하우징(113)의 축방향을 따라 연장된다. 고정홈(1131)은 서로 포개진 제1 및 제2결합부(1121)를 수용한다.

(5) 베어링의 축이동 제한 구조 2(반경방향 이동 제한 구조)

베어링 하우징(113)은 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)을 포함한다.

반경방향 이동제한핀(124)은 베어링 하우징(113)의 내측면에서 회전축(105)의 반경방향 중심을 향해 돌출되게 형성된다. 반경방향 이동제한핀(124)의 돌출 높이는 범프 포일(111)의 반경방향 높이보다 더 작다.

반경방향 이동제한핀(124)의 높이(h)는 범프 포일(111)의 높이(H) 대비 85%~95% 비율로 형성될 수 있다.

반경방향 이동제한핀(124)의 높이가 상기 수치범위의 최소값보다 작으면 범프 포일(111)의 영구 변형이 발생하고, 반경방향 이동제한핀(124)의 높이가 상기 수치범위의 최대값보다 크면 범프 포일(111)의 탄성 변형 가능한 범위가 매우 줄어들어, 저널 베어링(110)이 회전축(105)의 반경방향 하중을 지지하는데 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 반경방향 이동제한핀(124)의 높이는 상기 수치범위로 한정되는 것이 바람직하다.

반경방향 이동제한핀(124)은 직사각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 반경방향 이동제한핀(124)의 내측면은 원형의 곡면일 수 있다. 반경방향 이동제한핀(124)의 단면형상은 직사각형에 한정되지 않는다.

반경방향 이동제한핀(124)은 베어링 하우징(113)의 원주방향을 따라 연장된다. 반경방향 이동제한핀(124)은 저널 베어링(110)의 축방향 일측에 배치된다. 반경방향 이동제한핀(124)은 저널 베어링(110)의 일측을 가로막음으로, 저널 베어링(110)이 축방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있다.

고정링(125)은 일측이 반경방향으로 개방된 “C” 링 형태로 형성될 수 있다.

고정링(125)은 원형의 단면 형상을 가질 수 있다. 다만, 고정링(125)의 단면형상은 이에 한정되지 않는다.

고정링(125)은 베어링 하우징(113)의 링홈(1132; ring groove)에 고정될 수 있다. 링홈(1132)은 저널 베어링(110)을 사이에 두고 반경방향 이동제한핀(124)과 축방향으로 반대측에 배치된다.

링홈(1132)은 베어링 하우징(113)의 내측면을 따라 원주방향으로 연장될 수 있다. 링홈(1132)의 폭은 고정링(125)의 직경과 같거나 약간 작게 형성될 수 있다. 고정링(125)은 링홈(1132)에 압입 결합될 수 있다.

고정링(125)은 베어링 하우징(113)의 내측면에서 회전축(105)을 향해 반경방향으로 돌출될 수 있다.

베어링 하우징(113)의 내측면에서 돌출되는 고정링(125)의 돌출 높이(h)는 범프 포일(111)의 높이(H) 대비 85%~95% 비율로 형성될 수 있다.

고정링(125)의 돌출 높이는 상기 수치범위의 최소값보다 작으면 범프 포일(111)의 영구 변형이 발생하고, 고정링(125)의 돌출 높이가 상기 수치범위의 최대값보다 크면 범프 포일(111)의 탄성 변형 가능한 범위가 매우 줄어들어, 저널 베어링(110)이 회전축(105)의 반경방향 하중을 지지하는데 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 고정링(125)의 돌출 높이는 상기 수치범위로 한정되는 것이 바람직하다.

고정링(125)은 저널 베어링(110)의 축방향 타측에 배치된다. 고정링(125)은 저널 베어링(110)의 타측을 가로막음으로, 반경방향 이동제한핀(124)과 함께 저널 베어링(110)이 축방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있다.

이하, 반경방향 이동제한핀(124) 및 고정링(125)의 작용 및 효과를 설명하기로 한다.

회전축(105)이 고속으로 회전 시 회전축(105)의 중심은 저널 베어링(110)의 중심에 위치할 수 있다.

저널 베어링(110)은 회전축(105)과 반경방향으로 이격되게 배치된 상태로 저널 베어링(110)과 회전축(105) 사이에 채워진 작동유체에 의해 회전축(105)의 반경방향 하중을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

회전축(105)의 정상 작동 시 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 커버 포일(112)과 반경방향으로 이격되게 배치된다.

한편, 회전축(105)이 축방향으로 이상 거동 시 회전축(105)은 저널 베어링(110)에 접촉될 수 있다. 저널 베어링(110)의 범프 포일(111)은 회전축(105)의 반경방향 하중에 의해 탄성 변형된다.

반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 커버 포일(112)의 내측면과 접촉될 수 있다. 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 회전축(105)의 반경방향 이동을 제한할 수 있다.

반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 범프 포일(111)이 영구변형되지 않도록 일정량 이상 변형되는 것을 방지할 수 있다.

회전축(105)의 반경방향 최대이동거리는 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)에 의해 조절될 수 있다. 회전축(105)의 반경방향 최대이동거리는 회전축(105)과 베어링 하우징(113)의 내측면 사이의 반경방향 거리에서 반경방향 이동제한핀(124)의 돌출 높이를 뺀 값이다. 이때 회전축(105)은 저널 베어링(110)의 중심에 위치한다.

회전축(105)의 반경방향 최대이동거리는 고정체와 회전체 사이의 최소거리보다 작다.

회전축(105)의 반경방향 최대이동거리는 제1축방향 실링부재(1190)의 제1돌기부(1191)와 제2축방향 실링부재(120)의 제2돌기부(1202) 사이의 반경방향 간극(r1)보다 작다.

회전축(105)의 반경방향 최대이동거리는 제1반경방향 실링부(1210)의 밀폐홈(1211)과 제2반경방향 실링부(122)의 밀폐돌기부(1221)의 반경방향 간극(r2)보다 작다.

따라서, 본 발명에 의하면, 제1스러스트 베어링(106a)과 제2스러스트 베어링(106b)은 스러스트 러너(116)를 사이에 두고 제1베어링 하우징(113a)과 격벽(101)에 각각 장착되어, 회전축(105)의 축방향 하중을 지지한다. 스러스트 베어링(106)은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다. 제1축방향 이동제한핀(1231)은 제1스러스트 베어링(106a)에 부착될 수 있다. 제1축방향 이동제한핀(1231)은 스러스트 러너(116)를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되며 스러스트 러너(116)의 일측면과 이격되게 배치된다. 제2축방향 이동제한핀(1232)은 격벽(101)에 일체로 결합될 수 있다. 제2축방향 이동제한핀(1232)은 제2스러스트 베어링(106b)의 일측에 배치된다. 제2축방향 이동제한핀(1232)은 스러스트 러너(116)를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되며 스러스트 러너(116)의 타측면과 이격되게 배치된다.

제1축방향 이동제한핀(1231)과 제2축방향 이동제한핀(1232)은 회전축(105)의 이상 거동 시 스러스트 러너(116)의 축방향 이동을 제한함으로써, 스러스트 베어링(106)의 범프 포일(107)이 일정량 이상 변형되는 것을 억제하고, 스러스트 러너(116)의 축방향 이동거리를 기설정된 거리 미만으로 제한하고, 회전축(105)의 축방향 이동거리를 제한할 수 있다.

제1축방향 이동제한핀(1231)과 제2축방향 이동제한핀(1232)은 임펠러(117)의 고속 회전 시 임펠러 케이싱(118)의 제1축방향 실링부재(1190)와 임펠러(117)의 제2축방향 실링부재(120) 간의 접촉 혹은 베어링 하우징(113)의 제1반경방향 실링부(1210)와 임펠러(117)의 제2반경방향 실링부(122) 간의 접촉으로 인해 부품(실링부재 등)이 크게 손상되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 저널 베어링(110)은 회전축(105)을 감싸도록 베어링 하우징(113)의 내측면에 장착된다. 제1저널 베어링(110a)과 제2저널 베어링(110b)은 회전축(105)의 양측에 축방향으로 이격되게 배치된다. 저널 베어링(110)은 회전축(105)의 반경방향 하중을 지지한다. 저널 베어링(110)은 가스 포일 베어링으로 구현될 수 있다.

반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 베어링의 내측면에 장착된다. 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 저널 베어링(110)의 축방향 일측과 타측에 축방향으로 이격되게 배치된다. 반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 베어링 하우징(113)의 내측면에서 반경방향으로 돌출되게 형성된다.

반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 회전축(105)의 이상 거동 시 회전축(105)의 반경방향 이동을 제한함으로써, 저널 베어링(110)의 범프 포일(107)이 일정량 이상 변형되는 것을 억제하고, 회전축(105)의 반경방향 이동거리를 기설정된 거리 미만으로 제한할 수 있다.

반경방향 이동제한핀(124)과 고정링(125)은 임펠러(117)의 고속 회전 시 임펠러 케이싱(118)의 제1축방향 실링부재(1190)와 임펠러(117)의 제2축방향 실링부재(120) 간의 접촉 혹은 베어링 하우징(113)의 제1반경방향 실링부(1210)와 임펠러(117)의 제2반경방향 실링부(122) 간의 접촉으로 인해 부품(실링부재 등)이 크게 손상되는 것을 방지할 수 있다.

실링부재의 간극은 베어링 간극과 범프 포일(107, 111)의 변형량(δ; 도 7의 (b) 참조)을 합한 값보다 더 크게 설계되어야 한다.

실링부재의 간극은 제1축방향 실링부재(1190)와 제2축방향 실링부재(120)의 축방향 간극(d1)과 제1반경방향 실링부(1210)와 제2반경방향 실링부(122)의 축방향 간극(d2)을 포함한다.

베어링 간극은 스러스트 러너(116)와 스러스트 베어링(106) 사이의 축방향 거리, 회전축(105)과 저널 베어링(110) 사이의 반경방향 거리를 의미한다.

범프 포일(107, 111)의 변형량(δ)은 스러스트 베어링(106)의 범프 포일(107)의 축방향 변형량, 저널 베어링(110)의 범프 포일(111)의 반경방향 변형량을 의미한다.

아울러, 축방향 이동제한핀(123)과 반경방향 이동제한핀(124)(고정링(125) 포함)은 스러스트 베어링(106)과 저널 베어링(110)에 부착되거나, 베어링 하우징(113)과 하우징(100)의 격벽(101)에 일체형으로 결합됨으로, 추가적인 조립 공정이 불필요하다.

게다가, 축방향 이동제한핀(123)과 반경방향 이동제한핀(124)은 조립 시 정렬문제가 없다.

더욱이, 하우징(100) 일체형 축방향 이동제한핀(123)을 사용할 경우에 축방향 이동제한핀(123)의 추가가 용이한 장점이 있다.

100 : 하우징 101 : 격벽
102 : 전동부 103 : 고정자
104 : 회전자 105 : 회전축
106 : 스러스트 베어링 106a : 제1스러스트 베어링
106b : 제2스러스트 베어링 107 : 범프 포일
1071 : 곡면부 1072 : 연결부
108 : 커버 포일 1081 : 커버 연장부
1082 : 커버 경사부 1083 : 커버 고정부
109 : 베어링 플레이트 110 : 저널 베어링
110a : 제1저널 베어링 110b : 제2저널 베어링
111 : 범프 포일 1111 : 곡면부
1112 : 연결부 1113 : 제1결합부
112 : 커버 포일 1121 : 제2결합부
113 : 베어링 하우징 1131 : 고정홈
1132 : 링홈 113a : 제1베어링 하우징
113b : 제2베어링 하우징 114 : 베어링 수용부
115 : 반경방향 연장부 116 : 스러스트 러너
117 : 임펠러 117a : 제1임펠러
117b : 제2임펠러 1171 : 허브
1172 : 블레이드 118 : 임펠러 케이싱
118a : 제1임펠러 케이싱 118b : 제2임펠러 케이싱
1181 : 흡입구 1182 : 디퓨저
1183 : 토출구 1184 : 토출관
119 : 축방향 실링부재 1190 : 제1축방향 실링부재
1191 : 제1돌기부 120 : 제2축방향 실링부재
1201 : 링부 1202 : 제2돌기부
121 : 반경방향 실링부재 1210 : 제1반경방향 실링부
1211 : 밀폐홈 1212 : 랜드부
122 : 제2반경방향 실링부 1221 : 밀폐돌기부
123, 223 : 축방향 이동제한핀 1231 : 제1축방향 이동제한핀
1232 : 제2축방향 이동제한핀 124 : 반경방향 이동제한핀
125 : 고정링

Claims

하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 고정자와 회전자를 구비하는 전동부;
상기 회전자와 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 회전축의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링;
상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링;
상기 하우징에 결합되고, 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 하우징;
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀; 및
상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 반경방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 축방향 이동제한핀은 상기 베어링 하우징에 결합되는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 스러스트 베어링은 작동유체 의해 회전축을 지지하는 가스 포일 베어링으로 구현되고,
상기 가스 포일 베어링은,
복수의 곡면부와 상기 복수의 곡면부를 연결하는 연결부를 구비하는 범프 포일; 및
상기 범프 포일을 덮는 커버 포일을 포함하고,
상기 축방향 이동제한핀은 상기 가스 포일 베어링에 결합되는 터보 압축기.
삭제
하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 고정자와 회전자를 구비하는 전동부;
상기 회전자와 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 회전축의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링;
상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링;
상기 하우징에 결합되고, 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 하우징;
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀; 및
상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 반경방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 하우징은,
상기 전동부가 수용되는 제1공간과 상기 베어링 하우징이 수용되는 제2공간으로 구획되고, 상기 제1공간 및 상기 제2공간을 구획하도록 상기 하우징의 내측면에서 상기 회전축을 향해 반경방향으로 돌출되는 격벽을 포함하고,
상기 스러스트 러너는 상기 베어링 하우징과 상기 격벽 사이로 돌출되고,
상기 축방향 이동제한핀은 상기 격벽에서 상기 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되는 터보 압축기.
하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 고정자와 회전자를 구비하는 전동부;
상기 회전자와 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 회전축의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링;
상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링;
상기 하우징에 결합되고, 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 하우징;
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀; 및
상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 반경방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 하우징은 상기 전동부가 수용되는 제1공간과 상기 베어링 하우징이 수용되는 제2공간으로 구획되고, 상기 제1공간 및 상기 제2공간을 구획하도록 상기 하우징의 내측면에서 상기 회전축을 향해 반경방향으로 돌출되는 격벽을 포함하고,
상기 스러스트 러너는 상기 베어링 하우징과 상기 격벽 사이로 돌출되고,
상기 축방향 이동제한핀은,
상기 베어링 하우징에서 상기 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되는 제1축방향 이동제한핀; 및
상기 격벽에서 상기 스러스트 러너를 향해 축방향으로 돌출되게 형성되는 제2축방향 이동제한핀을 포함하는 터보 압축기.
하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 고정자와 회전자를 구비하는 전동부;
상기 회전자와 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 회전축의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링;
상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링;
상기 하우징에 결합되고, 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 하우징;
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀; 및
상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 반경방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 축방향 이동제한핀은 원형의 링 형태 혹은 반경방향으로 연장된 형태로 형성되는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 저널 베어링은 작동유체 의해 회전축을 지지하는 가스 포일 베어링으로 구현되고,
상기 가스 포일 베어링은,
복수의 곡면부와 상기 복수의 곡면부를 연결하는 연결부를 구비하는 범프 포일; 및
상기 범프 포일을 덮는 커버 포일을 포함하고,
상기 반경방향 이동제한핀은 상기 가스 포일 베어링에 결합되는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 반경방향 이동제한핀은 상기 베어링 하우징의 내측면에 결합되는 터보 압축기.
하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 고정자와 회전자를 구비하는 전동부;
상기 회전자와 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 회전축의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링;
상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링;
상기 하우징에 결합되고, 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 하우징;
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀; 및
상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 반경방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 회전축과 반경방향으로 이격되며, 상기 저널 베어링을 기준으로 상기 반경방향 이동제한핀과 축방향으로 반대측에 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 고정링을 포함하는 터보 압축기.
제9항에 있어서,
상기 고정링은 일측이 개방된 원형의 링 형태로 형성되는 터보 압축기.
하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 고정자와 회전자를 구비하는 전동부;
상기 회전자와 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 회전축의 반경방향 하중을 지지하는 저널 베어링;
상기 회전축에서 반경방향으로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 스러스트 러너의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링;
상기 하우징에 결합되고, 상기 저널 베어링 및 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 하우징;
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀; 및
상기 회전축과 반경방향으로 이격되게 배치되어, 상기 회전축의 반경방향 이동을 제한하는 반경방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 스러스트 베어링과 상기 저널 베어링 각각은 작동유체 의해 회전축을 지지하는 가스 포일 베어링으로 구현되고,
상기 가스 포일 베어링은,
복수의 곡면부와 상기 복수의 곡면부를 연결하는 연결부를 구비하는 범프 포일; 및
상기 범프 포일을 덮는 커버 포일을 포함하고,
상기 축방향 이동제한핀과 상기 반경방향 이동제한핀 각각의 높이는,
상기 범프 포일의 높이 대비 85~95%의 비율로 형성되는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 임펠러와 상기 임펠러 케이싱 간의 냉매 누설을 방지하는 축방향 실링부재; 및
상기 임펠러와 상기 베어링 하우징 간의 냉매 누설을 방지하는 반경방향 실링부재를 포함하고,
상기 축방향 실링부재는,
상기 임펠러 케이싱의 내측면에서 돌출되게 형성되는 복수의 제1돌기부; 및
상기 임펠러의 외주부에서 돌출되어, 상기 복수의 제1돌기부 사이에 수용되는 복수의 제2돌기부를 포함하고,
상기 반경방향 실링부재는,
상기 베어링 하우징의 일측면에서 상기 임펠러와 반대방향으로 함몰되게 형성되는 복수의 밀폐홈; 및
상기 냉매의 흐름방향을 기준으로 상기 임펠러의 후면에서 상기 복수의 밀폐홈으로 수용되게 돌출되는 복수의 밀폐돌기부를 포함하는 터보 압축기.
제12항에 있어서,
상기 임펠러 케이싱은,
상기 임펠러에서 반경방향으로 이격되게 배치되고, 상기 임펠러에서 토출된 냉매가 유동하는 유로를 구비하는 디퓨저를 포함하고,
상기 반경방향 실링부재는 상기 디퓨저와 상기 임펠러 사이에 배치되는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 임펠러는,
상기 회전축의 일측에 결합되는 제1임펠러; 및
상기 회전축의 타측에 결합되는 제2임펠러를 포함하고,
상기 회전자는,
상기 회전축에 결합되고, 상기 제1임펠러와 상기 제2임펠러 사이에 배치되는 영구자석을 포함하고,
상기 저널 베어링은,
상기 제1임펠러와 상기 영구자석 사이에 배치되는 제1저널 베어링; 및
상기 제2임펠러와 상기 영구자석 사이에 배치되는 제2저널 베어링을 포함하는 터보 압축기.
하우징;
상기 하우징에 수용되는 회전축;
상기 하우징의 내부 공간을 구획하도록 상기 하우징의 내측면에서 상기 회전축을 향해 반경방향으로 돌출되는 격벽;
상기 회전축과 함께 회전되고, 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
상기 하우징에 결합되고, 상기 임펠러에서 토출된 냉매의 운동에너지를 압력에너지로 전환하는 디퓨저를 구비하고, 상기 임펠러를 내측에 수용하는 임펠러 케이싱;
상기 하우징에 결합되고, 상기 격벽의 일측에 배치되는 베어링 하우징;
상기 회전축에서 상기 격벽과 상기 베어링 하우징 사이로 돌출되게 형성되는 스러스트 러너;
상기 격벽과 상기 베어링 하우징에 각각 장착되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 가스 포일 베어링; 및
상기 가스 포일 베어링, 상기 베어링 하우징 및 상기 격벽 중 적어도 하나에 장착되고, 상기 회전축의 축방향 이동 혹은 반경방향 이동을 제한하는 축이동제한부재를 포함하고,
상기 축이동제한부재는,
상기 스러스트 러너와 축방향으로 이격되게 배치되어, 상기 스러스트 러너의 축방향 이동을 제한하는 축방향 이동제한핀을 포함하고,
상기 축방향 이동제한핀은 상기 베어링 하우징에 결합되는 터보 압축기.