KR102582769B1 - 에어 포일 베어링 설치 구조 - Google Patents

에어 포일 베어링 설치 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어 포일 베어링 설치 구조에 관한 것으로, 포일 조립체의 절곡부에 스페이서가 구비되고, 스페이서에 탄성을 가지는 걸림편이 형성되며, 하우징에 형성된 슬롯의 내벽면에 상기 걸림편이 걸려지는 걸림턱이 형성된다.
따라서 슬롯의 입구를 차단하는 별도의 부품을 추가 설치하지 않고 포일 조립체의 축방향 이동 및 이탈을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

에어 포일 베어링 설치 구조{Air foil bearing installation structure}
본 발명은 에어 포일 베어링 설치 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어 포일 베어링의 축방향 이탈을 방지하기 위한 에어 포일 베어링 설치 구조에 관한 것이다.
공기압축기는 전자기력에 의해 회전되는 로터와, 로터의 단부에 설치된 임펠러를 포함하고, 임펠러를 고속 회전시킴으로써 공기를 흡입 압축 후 토출할 수 있도록 되어 있다.
한편, 볼이나 롤러 등의 구름부재를 이용하는 베어링은 소음 및 진동이 발생하고, 별도의 윤활제를 필요로 하기 때문에 고속으로 회전하는 로터를 지지하는데 적당하지 않았다.
이에 공기막(공기 압력)에 의해 하중을 지지할 수 있도록 된 에어 포일 베어링이 적용되고 있다.
에어 포일 베어링은 도 1에 도시된 바와 같이, 공기압축기의 하우징(10)의 중공(11)의 내주면을 따라 범프포일(20)이 설치되고, 범프포일(20)의 내측에 탑포일(30)이 배치된다. 탑포일(30)의 내측에 로터(40)가 배치되어 탑포일(30)의 내주면과 로터(40)의 외주면이 이격된 상태로 로터(40)가 회전될 수 있도록 구성된다.
상기 범프포일(20) 및 탑포일(30)은 원주방향의 단부에 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(21,31)가 형성되며, 절곡부(21,31)는 하우징(10)에 형성된 슬롯(13)에 삽입되어, 범프포일(20) 및 탑포일(30)이 원주방향으로 회전되지 않고 하우징(10)에 고정되도록 하고 있다.
그런데 로터(40)의 고속 회전시, 부품 산포에 의한 미스얼라인먼트(Misalignment)의 영향으로 그 크기는 미세하지만 범프포일(20) 및 탑포일(30)을 축방향으로 미는 힘이 발생하며, 이에 포일 조립체(범프포일과 탑 포일을 함께 지칭함)의 축 방향 이동을 막아 슬롯(13)내 정위치에서 이탈되는 것을 방지해주는 구조가 필요하다.
따라서 종래에는 도 2 (a)와 같이, 하우징(10)의 슬롯(13) 상부에 핀홀(14)을 형성하고, 핀홀(14)에 핀(15)을 압입한 후, 핀홀(14) 경계부에 코킹을 실시하여(코킹부(c) 핀(15)이 이탈되지 않도록 설치하였다.
따라서 핀(15)이 포일 조립체의 절곡부(21,31)가 축방향으로 이동하는 것을 차단해줌으로써 포일 조립체의 이탈을 방지하고 있다.
또한 도 2 (b)와 같이, 하우징(10)의 슬롯(13)의 전면 주변부에 안착홈(16)을 형성하고, 그 안착홈(16)에 걸림판(17)을 삽입 안착시킨 후, 스크류(18)로 걸림판(17)을 하우징(10)에 고정하고 있다. 이 경우에는 걸림판(17)이 슬롯(13)의 입구를 차단함으로써 포일 조립체의 절곡부(21,31)가 슬롯(13)의 외측으로 이동하지 못하게 되어 포일 조립체의 이탈이 방지된다.
그러나 상기와 같은 설치 구조는 슬롯(13) 내부에서 절곡부(21,31)가 원주 방향으로 유동 가능하여 포일 조립체가 원주 방향으로 유동됨으로써 포일 조립체의 설치 상태 안정성이 저하되고, 이에 로터(40)의 지지 안정성도 저하되는 문제점이 있었다.
또한 포일 조립체의 축방향 이탈을 방지하기 위해 핀(15), 걸림판(17), 스크류(18) 등의 별도 부품을 사용하고 있으므로 부품수 및 조립 공정 수가 증가되고, 이에 조립시간이 증가되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1706379호(2017.02.15. 공고)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 에어 포일 베어링의 원주 방향 유동 및 축 방향 이탈을 방지할 수 있게 되고, 또한 부품수와 조립 공정수가 감소되고 조립시간이 감소되어, 제조 비용이 감소되고 생산성이 향상될 수 있도록 된 에어 포일 베어링 설치 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 범프포일과 탑포일이 원통형으로 겹쳐진 포일 조립체; 상기 포일 조립체에 반경방향으로 돌출 형성된 절곡부에 장착되는 스페이서; 공기압축기의 하우징에 형성된 베어링설치홀과 슬롯에 상기 포일 조립체와 절곡부가 삽입되고, 상기 스페이서에 의해 슬롯 내부에 원주방향 간극이 제거되는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서는 양쪽 측판부와, 양쪽 측판부의 후단부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 측판부의 전방부가 길이방향으로 절개되며, 그 절개선의 상측 부분이 양쪽 외측 방향으로 벤딩되어 걸림편이 형성된다.
상기 걸림편은 스페이서의 내측 및 외측 방향으로 변형 및 복원 가능한 탄성을 가진다.
상기 슬롯의 입구측 양쪽 벽체에 상기 스페이서의 걸림편이 삽입되는 수용부가 형성되고, 상기 수용부의 슬롯 입구측 단부에 상기 걸림편의 단부가 걸려지는 걸림턱이 형성된다.
상기 포일 조립체의 절곡부에 복수의 체결홀이 형성되고, 상기 스페이서의 양쪽 측판부에 동수의 체결홀이 형성되며, 상기 체결홀들을 관통하여 체결부재가 설치되어 절곡부에 스페이서가 고정된다.
상기 체결부재는 스페이서의 일측면에 밀착되는 베이스와, 베이스의 상단 양측부에서 수평으로 절곡 연장되어 상기 절곡부와 스페이서의 체결홀을 관통하는 연장부와, 연장부의 단부에서 하방으로 절곡되어 스페이서의 타측면에 밀착되는 걸림부를 포함한다.
상기 스페이서는 전방 단부가 개방되어 포일 조립체의 절곡부 외측에 축방향으로 끼워질 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 포일 조립체의 절곡부에 스페이서가 설치되어 범프포일과 탑포일의 절곡부 사이에 간극이 생기지 않고, 절곡부와 슬롯의 사이에도 간극이 존재하지 않게 된다.
따라서 에어 포일 베어링(포일 조립체 + 스페이서)이 설치 상태에서 원주 방향으로 유동되는 것이 방지된다.
한편, 상기 스페이서의 단부에 바깥쪽으로 벌어진 걸림편이 형성되고, 하우징에 형성된 슬롯의 내부에 걸림턱이 형성되어 스페이서가 슬롯에 삽입되면 상기 걸림편이 걸림턱에 걸려져서 에어 포일 베어링의 축방향 이동 및 이탈이 방지된다.
상기와 같이 축방향 이탈 방지를 위해 종래와 같이 핀이나 걸림판을 사용하지 않으므로 부품수가 증가되지 않고, 이에 제조 비용과 조립 공정수가 감소되며, 나아가 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어 포일 베어링의 설치 상태 단면도.
도 2의 (a), (b)는 에어 포일 베어링의 축방향 이탈 방지 구조를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 에어 포일 조립체의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 조립 상태도.
도 5는 본 발명에 따른 에어 포일 베어링의 설치 상태 정면도.
도 6은 도 5의 A-A선 단면도로서, 에어 포일 베어링의 절곡부와 스페이서 및 하우징에 형성된 슬롯의 양측 벽체의 평단면도.
도 7은 도 6의 정면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어 포일 베어링 설치 구조의 일 구성인 에어 포일 베어링은 포일 조립체(100)와, 스페이서(200), 체결부재(300)를 포함한다.
포일 조립체(100)는 종래 기술과 동일하게 원통 형상을 가지며 반경방향으로 서로 겹쳐진 범프포일과 탑포일로 구성된다. 탑포일은 반경방향 내측에 설치되고 단순 원통형으로 형성되어 로터와의 사이에 형성된 공기막을 통해 하중을 지지하고, 범프포일은 반경방향으로 돌출되고 원주방향으로 반복 형성되는 요철 형상을 가지도록 형성되어 하우징(10)에 형성된 베어링설치홀(11)의 내주면과 탑포일의 사이에서 탑포일로부터 전달되는 하중을 하우징(10)으로 분산 및 지지한다.
이러한 포일 조립체(100)의 구성은 종래 기술과 동일하므로 범프포일과 탑포일을 구분하여 상세히 도시하지 않고 전체적인 형상(원통 형상)만을 도시하였다. 도면에서 도면부호 110은 하우징(10)에 형성되는 슬롯(12)에 삽입되어 포일 조립체(100)의 원주 방향 유동을 방지하기 위한 '절곡부'를 가리킨다.
상기 절곡부(110)는 범프포일의 절곡부와 탑포일의 절곡부가 겹쳐져 구성된 것으로, 이들을 횡방향으로 관통하는 직선형의 체결홀(111)이 축방향으로 일정 간격을 두고 복수개 형성된다.
상기 스페이서(200)는 절곡부(110)의 외측을 감싸 범프포일의 절곡부와 탑포일의 절곡부를 클램핑하고, 베어링설치홀(11)에 형성된 슬롯(12)에 끼워져 슬롯(12) 내부에 빈 공간이 존재하지 않도록 함으로써 절곡부(110)가 슬롯(12) 내에서 좌우방향 즉, 베어링설치홀(11)의 원주방향으로 유동할 수 없도록 해주는 부품이다.
스페이서(200)는 절곡부(110)의 양측면을 감싸는 양쪽 측판부(210)와, 양쪽 측판부(210)의 후방 단부를 연결하는 연결부(220)를 포함하여 디귿자 형상의 평단면을 가지는 구조로 이루어진다. 따라서 전방 단부는 개구되어 있으며, 그 개구부를 통해 절곡부(110)의 외측에 끼워질 수 있다.
또한 스페이서(200)에는 길이 방향을 따라 양쪽 측판부(210)를 관통하는 체결홀(230)이 일정 간격으로 복수개 관통 형성된다. 스페이서(200)가 절곡부(110)의 외측에 끼워졌을 때 절곡부(110)의 체결홀(111)과 스페이서(200)의 체결홀(230)은 모두 서로 일치한다.
상기 체결부재(300)는 직사각형 판재 형상의 베이스(310)와, 베이스(310)의 상단 양측부에서 일측 방향으로 절곡 연장된 연장부(320)와, 각 연장부(320)의 단부에서 하방으로 절곡 형성된 걸림부(330)를 포함한다. 걸림부(330)는 체결부재(300) 설치시 연장부(320)가 체결홀(111,230)을 통과한 후에 절곡 형성된다.
체결 완료 상태에서 상기 베이스(310)와 걸림부(330)가 연장부(320)로 연결된 상태에서 스페이서(200)의 양쪽 측판부(210) 외측면에 밀착되어 걸려지므로 체결부재(300)가 절곡부(110) 및 스페이서(200)로부터 빠지지 않게 되고, 이에 절곡부(110)에서 스페이서(200)가 빠지지 않도록 견고하게 고정해줄 수 있다.
한편, 상기 체결부재(300)의 양쪽 측판부(210)에는 연결부(220)의 반대쪽 즉, 개구부쪽 단부에 외측방향으로 벌어진 형상의 걸림편(240)이 형성된다. 걸림편(240)은 측판부(210)가 길이 방향으로 소정 길이 절개되고, 그 절개선의 상측부가 각각 측판부(210)의 외측으로 벤딩(bending) 성형되어 형성되며, 벤딩 부분을 중심으로 좌우 횡방향으로 탄성 변형 가능하다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 에어 포일 베어링은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같은 구조로 하우징(10)에 설치된다.
하우징(10)에는 포일 조립체(100)가 삽입되는 원형의 베어링설치홀(11)이 형성되고, 베어링설치홀(11)의 원주 일측에는 반경 방향으로 돌출되고 축방향으로는 절곡부(110) 및 스페이서(200)가 수용될 수 있는 길이와 폭을 가지는 슬롯(12)이 형성된다.
따라서 에어 포일 베어링은 도 4와 같은 조립 상태에서 후단(스페이서(200)의 연결부(220)쪽 방향의 단부)부터 베어링설치홀(11)과 슬롯(12)에 삽입된다.
에어 포일 베어링이 하우징(10)의 베어링설치홀(11)과 슬롯(12)에 완전히 삽입된 상태가 도 5에 도시되어 있다.
한편, 상기 슬롯(12)의 양측 벽체(10a) 내면에는 도 6과 같이 입구쪽 부분에 걸림편(240)을 수용하는 수용부(10b)가 오목하게 형성되고, 그 수용부(10b)의 입구쪽 단부에는 슬롯(12)의 길이 방향(스페이서(200) 삽입 방향)에 직각을 이루는 걸림턱(10c)이 형성된다.
따라서 절곡부(110)에 장착된 스페이서(200)가 슬롯(12)의 내부로 삽입될 때 상기 걸림편(240)은 입구를 지나면서 횡방향 내측으로 오므려졌다가 걸림턱(10c)을 지나면서 탄성 복원력에 의해 횡방향 외측으로 벌어지게 되어, 수용부(10b) 내부에 수용된다.
따라서 공기압축기 로터의 고속 회전시 에어 포일 베어링에 축방향 이동이 발생할 때 스페이서(200)의 양측 걸림편(240)이 상기 걸림턱(10c)에 걸려짐으로써 슬롯(12)에서 에어 포일 베어링의 축방향 이동을 방지할 수 있게 된다.
또한 상기 스페이서(200)가 포일 조립체(100)의 절곡부(110)를 클램핑해줌으로써 상기 절곡부(110)를 구성하는 범프포일과 탑포일의 절곡부 사이에 간극이 발생하지 않게 되고, 스페이서(200) 자체의 볼륨에 의해 슬롯(12) 내부에도 횡방향(베어링설치홀(11)의 원주방향)으로 간극이 존재하지 않게 됨으로써 에어 포일 베어링의 원주방향 유동이 방지된다.
상기와 같이 에어 포일 베어링의 원주방향 유동 및 축방향 밀림이 방지됨으로써 로터의 고속 회전을 보다 안정적으로 지지할 수 있게 됨은 물론 에어 포일 베어링이 슬롯에서 이탈되는 것을 확실히 방지할 수 있게 된다.
특히 본 발명은 에어 포일 베어링의 일 구성인 스페이서(200)에 걸림판(240)을 형성하고, 슬롯(12) 내벽에 걸림턱(10c)을 형성하는 간단한 구조 변경에 의해 목적을 달성할 수 있으므로 절곡부(110)의 축방향 이탈 방지를 위해 종래와 같이 슬롯의 입구에 핀이나 걸림판을 설치하고, 그에 추가하여 코킹, 볼팅 등의 작업을 실시할 필요가 없으므로 부품수가 증가되지 않고, 그에 따른 조립 공정수가 증가되지 않게 되는 효과가 있다.
또한 상기와 같이 조립 공정수가 증가되지 않고, 에어 포일 베어링을 하우징(10)의 베어링설치홀(11)과 슬롯(12)에 밀어 넣기만 하면 에어 포일 베어링 설치 작업이 완료됨으로써 공기압축기 조립 라인에서 에어 포일 베어링 설치 공정이 매우 신속하게 진행되므로 생산성이 향상되는 효과도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 하우징 11 : 베어링설치홀
12 : 슬롯 10a : 벽체
10b : 수용부 10c : 걸림턱
100 : 포일 조립체 110 : 절곡부
200 : 스페이서 210 : 측판부
220 : 연결부 230 : 체결홀
240 : 걸림편 300 : 체결부재
310 : 베이스 320 : 연장부
330 : 걸림부

Claims (7)

  1. 범프포일과 탑포일이 원통형으로 겹쳐진 포일 조립체;
    상기 포일 조립체에 반경방향으로 돌출 형성된 절곡부에 장착되는 스페이서;
    공기압축기의 하우징에 형성된 베어링설치홀과 슬롯에 상기 포일 조립체와 절곡부가 삽입되고,
    상기 스페이서는 양쪽 측판부와, 양쪽 측판부의 후단부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 측판부의 전방부가 길이방향으로 절개되며, 그 절개선의 상측 부분이 양쪽 외측 방향으로 벤딩되어 걸림편이 형성되고,
    상기 걸림편은 스페이서의 내측 및 외측 방향으로 변형 및 복원 가능한 탄성을 가지고, 슬롯 내부에서 원주방향으로 슬롯에 밀착 지지되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 설치 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯의 입구측 양쪽 벽체에 상기 스페이서의 걸림편이 삽입되는 수용부가 형성되고, 상기 수용부의 슬롯 입구측 단부에 상기 걸림편의 단부가 걸려지는 걸림턱이 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 설치 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 포일 조립체의 절곡부에 복수의 체결홀이 형성되고, 상기 스페이서의 양쪽 측판부에 동수의 체결홀이 형성되며, 상기 체결홀들을 관통하여 체결부재가 설치되어 절곡부에 스페이서가 고정되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 설치 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 체결부재는 스페이서의 일측면에 밀착되는 베이스와, 베이스의 상단 양측부에서 수평으로 절곡 연장되어 상기 절곡부와 스페이서의 체결홀을 관통하는 연장부와, 연장부의 단부에서 하방으로 절곡되어 스페이서의 타측면에 밀착되는 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 설치 구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스페이서는 전방 단부가 개방되어 포일 조립체의 절곡부 외측에 축방향으로 끼워질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 설치 구조.
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