KR102601157B1 - 베어링 갭의 특정 부분에서 윤활유의 특성을 조정하여 윤활된 슬라이딩 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 서로에 대해 이동 가능한 제1 표면(12) 및 제2 표면(14)을 포함하는 베어링 장치(10)에 관한 것으로, 제1 및 제2 표면(12, 14)은 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체, 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유, 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워진 베어링 갭(16)에 의해 분리된다. 베어링 장치(10)는, 제1 또는 제2 표면(12, 14)에 하나 이상의 공급 유입구(18), 및 제1 표면 또는 제2 표면(12, 14)에 매립되며 적어도 하나의 차단 구역(22)에서 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 감소시킴으로써 윤활유가 차단 구역(22)에서 흐르는 것을 억제하도록 구성되는 하나 이상의 액티베이터(20)를 추가로 포함한다. 베어링 갭(16)은, 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 포함하되, 윤활유의 흐름 경로는, 적어도 하나의 공급 유입구(18)에서 시작해서 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 따라 연장하고 차단 구역(22)을 횡단해서 베어링 갭 말단(26)에서 끝난다. 제1 및 제2 표면(12, 14)은 표면 텍스처링이 없고 매끈하며 연속적이다. 적어도 하나의 차단 구역(22)은 윤활유가 베어링 갭 말단(26)을 통해 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제한다. 증가된 점도 또는 감소된 슬립 속도를 갖는 윤활유는, 흐름 경로의 방해물로서 작용하고, 스스로 또는 다른 차단 구역(22)에서 증가된 점도 또는 감소된 슬립 속도를 갖는 윤활유와 협력하여 윤활유가 베어링 갭 말단(26) 밖으로 흐르는 것을 방해한다.

Description

베어링 갭의 특정 부분에서 윤활유의 특성을 조정하여 윤활된 슬라이딩 베어링
본 발명은, 전기 유변성 또는 자기 유변성이거나 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유를 갖고, 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키기 위한 하나 이상의 액티베이터를 포함하는 베어링 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 전기장으로 제어될 수 있는 슬립 속도를 갖는 윤활유를 갖고, 윤활유의 슬립 속도를 국부적으로 감소시키기 위한 하나 이상의 (전기) 액티베이터를 포함하는 베어링 장치에 또한 관한 것이다.
윤활유를 갖는 상이하고 수 많은 베어링 장치가 존재한다. 이들 베어링 장치는 선박, 발전소, 자동차와 같은 기타 차량, 및 기타 기계류를 포함한 기계류에 널리 사용된다.
베어링 장치는 유체 정압, 유체 동압, 또는 하이브리드로 분류될 수 있다. 이들 각각은 특정 장단점을 갖는다. 본 문서의 맥락에서, 용어 "베어링 장치"는 볼 베어링과 같은 롤러 요소가 없는 베어링 장치로 제한되는 것으로 의도된다. 즉, 베어링 장치의 고정부와 베어링 장치의 이동부 사이의 하중은 윤활유에 의해 전달된다.
유체 정압 베어링 장치의 장점은, 이동부의 이동 여부에 관계 없이 사용 중에 고정부와 이동부 사이에 어떠한 접촉도 없을 것이라는 점이다. 유체 정압 베어링 장치의 단점은, 유체 정압 베어링 장치는 외부 가압식 공급원에 의한 연속적인 윤활유 공급을 필요로 하는 점이다. 공급원이 오작동하면 베어링의 윤활유 압력은 손실된다. 부분끼리 접촉하고, 그 결과 베어링은 손상되거나 마모될 수 있다.
유체 정압 베어링 장치의 추가 단점은, 개선된 성능을 위해 더 높은 유체 정압을 포획하고 유지하기 위해 베어링 갭 말단(들)에서의 표면이 서로 더 가깝게 이격되어야 하는 것을 요구하는 점이다. 이는 일반적으로 랜드 및 패드 형태의 소위 "표면 텍스처링"으로 수행된다. 이 표면 텍스처링은 원하는 표면 마감을 달성하기 위해 매우 정밀한 가공을 요구한다. 더욱이, 매우 정밀한 가공이 요구되기 때문에, 이동부와 고정부가 서로 접촉하는 경우에 표면 텍스처링은 또한 마모에 취약하다.
유체 동압 베어링 장치의 장점은 표면 텍스처링을 필요로 하지 않는 점이다. 고정부 및 이동부의 표면은 완전히 매끄럽고 제조하기 더 수월할 수 있다. 추가 장점은, 유체 동압 베어링 장치는 가압된 윤활유 공급을 요구하지 않는 점이다. 이는 실패의 위험을 줄인다.
유체 동압 베어링의 단점은, 작동이 유체 역학적 압력의 형성에 의존하는 점이다. 이 압력은, 고정부에 대해 이동부가 움직이는 경우에만 형성된다. 이동부가 움직이지 않거나 너무 느리게 움직이는 경우, 이동부와 고정부 사이의 물리적 접촉이 발생하여 부품의 마찰과 마모가 생긴다. 이는, 특히 부품의 상대 속도가 느린 경우인 기계의 시동 또는 감속 중에 발생한다. 즉, 유체 동압 베어링은 작동하기 위해서는 충분한 속도를 가질 필요가 있다.
유체 동압 베어링 장치는, 베어링 장치가 빈 공간이 되는 것을 방지하기 위해 일반적으로 윤활유 공급원을 갖는 다는 점에 유의한다. 그러나, 유체 동압 베어링 장치의 경우, 베어링 내로 유입되는 윤활유의 압력이 훨씬 낮고 유체 동압 베어링의 하중 지지 용량에 크게 기여하지 않는다. 그 대신, 하중 지지 용량은 고정부에 대한 회전부의 회전에 의해 생성된 유체 역학적 압력에 의해 형성된다.
유체 정압 베어링과 유체 동압 베어링의 장점 중 일부만 조합한 하이브리드 베어링이 있다. 그러나, 하이브리드 베어링의 성능은 제한된다. 하이브리드 베어링은 일반적으로 제한된 표면 텍스처링을 갖는다. 소량의 표면 텍스처링은 동적 작동 체제에서 성능을 향상시키지만 정적 작동 체제에서는 성능을 제한한다. 또한, 유체 정압 작동 체제는 실패에 민감한 펌프를 요구한다.
베어링 장치는, 형상과 허용하는 운동에 따라 분류될 수도 있다. 저널 베어링은 전형적으로 회전 샤프트를 둘러싸고 반경 방향으로 지지를 제공한다. 저널 베어링은 반경 방향 베어링으로 지칭될 수 있다. 쓰러스트 베어링은 또한 회전 샤프트를 둘러싸나 샤프트의 축 방향으로 지지를 제공한다. 쓰러스트 베어링은 축 방향 베어링으로 지칭될 수 있다. 플래트 베어링은 평평한 베어링 표면을 가지며, 평평한 베어링 표면에 직각인 방향으로 지지를 제공한다. 쓰러스트 베어링은 플래트 베어링의 한 예시이다. 원뿔형 베어링도 또한 있다. 원뿔형 베어링은 저널 베어링과 쓰러스트 베어링 사이의 하이브리드를 형성하고, 축 방향 하중과 반경 방향 하중을 모두 전달할 수 있다. 원뿔형 베어링은 종종 한 쌍으로 제공되고, 여기서 제1 및 제2 원뿔형 베어링은 반대 방향으로 테이퍼가 진다.
베어링 장치의 다양한 부분의 마모를 줄이기 위해 윤활 능력을 개선하는 것이 오랜 목표이다. 전기 유변 또는 자기 유변 특성을 갖는 윤활유를 사용하는 과거의 베어링 장치를 개시하였다. 전기 유변성 윤활유(ERL)는 액체에 분산된 전기적 분극 가능한 입자를 포함하는 윤활유이다. 자기 유변성 윤활유(MRL)는 유체에 분산된 자기 입자를 포함하는 윤활유이다.
이들 베어링 장치는 베어링 장치의 윤활 능력을 향상시키기 위해 윤활유의 점도를 증가시키기 위한 액티베이터를 포함한다.
이러한 개시 하나가 US7980765B2이다. 이 문서는 액티베이터를 갖는 유체 동압 베어링 장치를 개시한다. 액티베이터가 있으면, 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시킬 수 있다. 이 방식으로, 윤활유는 특정 영역에 머무르도록 조작될 수 있음으로써, 베어링 장치가 운반할 수 있는 윤활 능력과 하중을 향상시킨다.
특히, US7980765B2의 도 14에 개시된 구현예가 관심 대상이다. 도 14는 유체 동압 저널 베어링 장치를 도시한다. 액티베이터(200, 2001)는 세장형이고 샤프트의 주축에 평행하게 연장된다. 액티베이터는 베어링의 한 말단에서 베어링의 반대 말단으로 연장된다. 액티베이터는 샤프트 주위에서 원주 방향으로 이격된다. 액티베이터는 액티베이터 근처의 베어링 갭 내의 차단 구역에서 윤활유의 점도를 증가시킨다. 회전형 샤프트가 회전하는 경우, 회전형 샤프트는 윤활유가 샤프트의 회전 방향과 동일한 방향으로 흐르도록 한다. 베어링 갭의 각 액티베이터에서 각 차단 구역 내의 윤활유는 점도가 증가하여, 윤활유가 각 차단 구역을 횡단하는 것을 방지한다. 그 결과, 베어링 갭 내의 윤활유 압력은 각 액티베이터의 상류에서 바로 증가할 것이다. 이는 베어링의 유체 역학적 효과를 개선시킨다.
도 14의 구현예의 단점은, 액티베이터로부터 먼 갭 내의 영역과 액티베이터에 의해 영향을 받지 않는 영역에 대해서 압력의 증가가 전혀 없거나 비교적 거의 없는 점이다. 액티베이터는 전체 베어링 표면의 일부에만 영향을 미치기 때문에, 액티베이터의 조합 효과는 제한적이다.
US7980765B2에 제안된 해결책은 고정부의 전체 내부 표면을 덮기 위해 다수의 액티베이터를 제공하는 것이다(20열 31~41행 참조). 그러나, 본 발명에서 이 해결책은 다소 복잡하고 비용이 많이 드는 것으로 인식되었다.
본 발명은 제한된 수의 액티베이터를 이용하여, 그 효과가 전체 베어링 갭 또는 베어링 갭의 많은 부분으로 확장 될 수 있다는 통찰에 기반한다.
이 분야의 다른 간행물은, Journal of applied physics 93, 8441 (2003년 5월 15일)에 실린 Hesselbach의 “Active hydrostatic bearing with magnetorheological fluid” 문헌이다. 이 문헌은 랜드 및 패드를 갖는 유체 정압 베어링 장치를 개시한다(도 1 및 도 3 참조). 유체 정압 베어링 장치는 유입구 및 외부 압력 공급원을 포함한다. 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키기 위해 코일 형태의 액티베이터가 제공된다. 코일은 베어링 주위로 연장되며 도 3에서 볼 수 있다. 이 베어링 장치의 단점은, 랜드와 패드를 만들기 위해 매우 정밀한 가공을 여전히 요구하는 점이다. 랜드와 패드의 마모에 연관된 취약점 또한 존재한다.
동일한 개념에 대한 추가 개선 사항은 2006년부터 Guldbakke 및 Hesselbach의 “Development of bearings and a damper based on magnetically controllable fluids” 문헌에 개시되어 있다. 이 문헌에 개시된 장치는 또한 정밀한 가공을 요구하고 또한 취약하다.
본 발명의 목적은, 유체 정압 베어링 장치 및 유체 동압 베어링 장치의 다수의 장점, 특히 운동 중 그리고 상이한 부품의 비 운동 중에 고정부와 이동부 사이의 접촉이 없는 유체 정압 베어링 장치의 장점과, 특히 표면 텍스처링이 존재하지 않는 유체 동압 베어링 장치의 장점을 조합한 베어링 장치를 제공하는 것이다. 표면 텍스처링이 없으면, 이와 연관된 취약성을 감소시키는 장점을 갖는다.
본 발명의 목적은, 전기 유변성 또는 자기 유변성 윤활유를 사용하는 종래 기술의 베어링 장치보다 더 큰 하중을 전달할 수 있는 베어링 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은, 또한 온도 의존성 점도 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 유체 동압 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 종래 기술의 유체 동압 베어링 장치에 관해 베어링 갭으로부터 윤활유의 누출이 감소되는, 개선된 유체 역학적 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 대안인 베어링 장치를 제공하는 것이다.
목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명은 베어링 장치를 제공하되, 상기 장치는,
- 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체, 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유, 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워진 베어링 갭에 의해 분리되며, 서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 표면 및 제2 표면;
- 제1 또는 제2 표면 내에 있고, 윤활유를 가압식 액체 공급원으로부터 베어링 갭으로 공급하도록 구성되는 하나 이상의 공급 유입구;
- 베어링 갭의 적어도 하나의 차단 구역 내의 윤활유의 슬립 속도를 국부적으로 감소시키거나 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시킴으로써, 차단 구역에서 베어링 갭을 통해 윤활유가 흐르는 것을 국부적으로 억제하도록 구성되고, 제1 또는 제2 표면에 매립된 하나 이상의 액티베이터를 포함하되,
베어링 갭은 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 적어도 하나의 비 차단 구역을 포함하되 각각의 비 차단 구역은 연관된 공급 유입구를 둘러싸고,
베어링 갭을 통한 윤활유의 흐름 경로는, 적어도 하나의 공급 유입구에서 시작해서 적어도 하나의 비 차단 구역을 따라 연장하고 차단 구역을 횡단해서 베어링 갭 말단에서 끝나도록 정의되고,
제1 표면 및 제2 표면은 특히 랜드 및 패드 형태의 표면 텍스처링이 없고 매끄럽고 연속적이며 베어링 갭 높이의 급격한 변화가 없고,
적어도 하나의 차단 구역은 스스로 또는 다른 차단 구역과 협력하여 적어도 하나의 비 차단 구역을 둘러싸고,
차단 구역에서 증가된 점도 또는 감소된 슬립 속도를 갖는 윤활유는, 흐름 경로의 방해물로서 작용하고, 스스로 또는 다른 차단 구역에서 증가된 점도 또는 감소된 슬립 속도를 갖는 윤활유와 협력하여 윤활유가 비 차단 구역 밖으로 흘러서 베어링 갭 말단을 통해 상기 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제함으로써, 베어링 장치에 하중을 전달하기에 충분한 수준으로 상기 비 차단 구역에서의 윤활유의 압력을 증가시키면서 상기 제1 및 제2 표면 사이의 접촉을 방지한다.
액티베이터가 활성화되는 경우, 차단 구역에서의 방해물은 윤활유가 차단 영역을 통해 흐르는 것을 억제하고, 액티베이터의 비 활성화 상태와 비교하면 비 차단 구역의 압력을 상승시킨다.
사실상, 차단 구역은 유체 정압 베어링 장치의 패드(또한 표면 텍스처링이라고도 함)로서 작용하고 유체 정압 베어링 장치의 패드를 대체한다. 이는, 유체 동압 베어링 장치의 장점을 랜드 및 패드 배열 없이, 즉 임의의 표면 텍스처링 없이 달성할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 베어링 장치는 표면의 급격한 변화 없이 매끄럽고 연속적인 제1 및 제2 표면을 갖는다.
이를 위해 액티베이터의 잘 선택된 패턴은 '가상' 표면 텍스처를 생성한다: 유체 내에 특정한 공간 점도 변화를 초래하는 특정 분포를 갖는 전기장 또는 자기장 또는 온도장. 이 공간 점도 변화는, 물리적 표면 텍스처링을 갖는 베어링에서 일정한 점도로 흐르는 유체에서 관찰되는 흐름과 유사한 패턴으로 유체를 흐르게 한다.
또한, 상이한 가상 텍스처를 정의하도록 이 가상 텍스처를 켜고 끄거나 수정할 수 있어, 광범위한 작동 조건에서 베어링을 최적의 효율로 작동시킨다.
베어링의 성능은, 활성화된 액티베이터의 선택, 및 이들 액티베이터가 활성화된 정도에 의해 영향을 받는다. 이러한 선택 및 활성화 정도는 상이한 작동 조건, 예컨대 상이한 슬라이딩 방향 또는 상이한 하중에 대한 베어링의 최적 작동을 허용한다.
본 발명에 따른 베어링 장치는, 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유와 함께 사용될 수 있다. 이는 전기 쌍극자를 포함하는 윤활유일 수 있다. 액티베이터의 활성화(일반적으로 전기적임)는, 차단 구역에서 쌍극자가 소정의 방향으로 배향되는 효과를 가질 것이다. 이는, 슬립 속도가 국부적으로, 즉 차단 구역에서 감소하는 효과를 갖고, 결과적 효과로서 윤활유의 분자가 제1 및 제2 표면에 더 잘 붙는 경향이 있다. 이로 인해 차단 구역 내의 베어링 표면에서 윤활유의 슬립 각도가 증가하여, 차단 구역에서 윤활유의 흐름이 방해된다.
이론적으로 유체 역학에서, 일반적으로 슬립이 없는 경계 조건은 경계 표면이라고 가정된다. 그러나, 실제로는 윤활유의 슬립 속도가 높은 경우, 경계 조건이 항상 완전히 적용되지 않을 수 있다. 본 발명에서, 슬립 각도로도 지칭되는 경계 조건은 윤활유의 슬립 속도를 변화시킴으로써 영향을 받을 수 있다. 실제로 베어링 갭이 매우 얇기(수십 마이크로미터) 때문에, 증가된 슬립 각도의 영향은 차단 구역에서의 흐름을 방해한다.
쌍극자는 양전하를 갖는 측면과 음전하를 갖는 측면을 가질 수 있다. 이들 측면 중 하나는 경계 표면으로 인력을 받을 수 있고 다른 측면은 경계 표면에 의해 척력을 받을 수 있다. 경계 표면으로 인력을 받는 측면이 경계 표면을 대면하도록 액티베이터가 쌍극자를 배향시키는 경우, 이들 쌍극자는 경계 표면에 달라붙을 수 있다. 이 방식으로, 슬립 각도가 증가될 수 있고 속도가 제로인 경계 조건이 완전히 실현될 수 있다. 경계 조건은 윤활유의 점도를 변경시키지 않고서 국부적으로 변경될 수 있다. 이처럼, 전기 유변성 또는 자기 유변성이거나 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유의 본 발명에 따른 사용과 동일한 결과를 달성하는 상이한 방법이다.
차단 구역이 비 차단 구역을 완전히 둘러싸기 때문에, 윤활유는 비 차단 구역에 고정된다. 차단 구역은 방해 작용을 한다. 당업자는 실제로 이 고정이 절대적이지 않을 것이며 일부 윤활유는 차단 구역을 계속 횡단해 베어링 갭 말단에 도달함을 이해할 것이다. 그러나, 실제로 그것은 주요 문제는 아니다.
당업자는 하나 이상의 액티베이터가 효과가 없는 적어도 하나의 비 차단 구역에서, "효과 없음"이라는 단어는, 이론적으로 전기장의 자기장은 끝이 없고 점차 세기가 감소한다 라고 하는 물리적 법칙에 따라 해석되어야 함을 또한 이해할 것이다. "효과 없음"이라는 단어는, 점도에 대한 차단 영역(들)에서의 효과를 무시할 수 있음을 의미한다.
비 차단 구역에서 윤활유의 압력은, 베어링 장치에 하중을 전달하고 제1 표면과 제2 표면 사이의 접촉을 방지하기에 충분한 수준으로 증가된다. 차단 구역의 윤활유는 또한 압력을 받고 또한 하중의 일부를 운반하며 제1 표면과 제2 표면 사이의 접촉을 방지하는 데 보조하는 점을 이해할 것이다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 액티베이터는 자기장을 생성하는 전자석 또는 영구자석이거나 전기장을 생성하도록 전기적으로 충전될 수 있는 전기적 액티베이터이다. 대안적인 구현예에서, 액티베이터는 적어도 하나의 차단 구역에서 윤활유를 냉각하도록 구성되는 냉각 요소일 수 있다.
일 구현예에서, 베어링 장치는 복수의 비 차단 구역, 특히 3개의 비 차단 구역(각각의 비 차단 구역은 각각의 유입구를 가짐)과 복수의 차단 구역을 포함하되, 각각의 차단 구역은 그것이 연관된 비 차단 구역을 둘러싸고 윤활유가 연관된 비 차단 구역 밖으로 흐르는 것을 억제한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 비 차단 구역은 파이 형상, 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형 또는 타원형 또는 일반적으로 차단 구역으로 둘러싸 일 수 있는 임의의 형상이다. 다각형의 경우, 비 차단 구역은 육각형일 수 있다. 다른 형상도 또한 사용될 수 있고, 상이한 형상의 조합도 또한 사용될 수 있다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 제1 표면과 제2 표면은 원통형, 원뿔형, 구형 또는 평평하고, 주 회전축 주위로 연장된다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 제1 및 제2 표면은 원통형, 원뿔형, 구형 또는 평평하고, 베어링 장치는 다수의 비 차단 구역을 포함하고, 각각의 비 차단 구역은 차단 구역에 의해 둘러싸이되, 각각의 차단 구역은 축 방향 거리에 걸쳐 연장되는 제1 축 방향 부분 및 제2축 방향 부분, 그리고 원주 방향 거리에 걸쳐 연장되는 제1 원주 방향 부분 및 제2 원주 방향 부분을 포함하고, 각각의 차단 구역은 제1 및 제2 축 방향 부분과 제1 및 제2 원주 방향 부분을 상호 연결하는 4개의 코너를 포함한다.
일 구현예에서, 베어링 장치는 적어도 하나의 링 형상인 제1 차단 구역과 하나의 링 형상인 제2 차단 구역을 포함하되, 제1 차단 구역은 원통형, 원뿔형, 구형 또는 평평한 베어링의 제1 말단에 위치하고, 제2 차단 구역은 원통형, 원뿔형, 구형 또는 평평한 베어링의 대향하는 제2 말단에 위치하고, 비 차단 구역은 제1 및 제2 차단 구역 사이에 제공되고, 제1 및 제2 차단 구역은 씰(seal)로서 작용하여 윤활유가 비 차단 구역 밖과 베어링 갭 말단을 통해 원통형, 원뿔형, 구형 또는 평평한 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 제1 및 제2 표면은 원통형, 원뿔형, 구형, 또는 평평한 표면 섹션의 조합이다.
일 구현예에서, 베어링 장치는 내부 차단 구역을 둘러싸는 적어도 하나의 외부 차단 구역을 포함한다. 이로 인해 보다 안정적인 전체 구성이 생성된다.
일 구현예에서, 베어링 장치는 하중을 축 방향으로 전달하도록 구성되는 쓰러스트 베어링이되, 제1 및 제2 표면은 환형이고 베어링 장치의 주 회전축 주위로 연장되고, 주 회전축은 제1 표면 및 제2 표면에 직각으로 연장되고, 베어링 장치는 외부 원주 방향 베어링 말단 및 내부 원주 방향 베어링 말단을 포함하고, 베어링 장치는 적어도 하나의 비 차단 구역으로부터 외부 원주 방향 베어링 말단으로 윤활유의 흐름을 억제하는 적어도 하나의 외부 차단 구역, 및 적어도 하나의 비 차단 구역으로부터 내부 원주 방향 베어링 말단으로 윤활유의 흐름을 억제하는 적어도 하나의 내부 차단 구역을 포함하되, 적어도 하나의 비 차단 구역(24)은 내부 및 외부 차단 구역 사이에 위치한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 제1 표면과 제2 표면은 평평하거나 구형이고, 베어링 장치는 외부 베어링 갭 말단, 및 윤활유가 외부 베어링 갭 말단을 통해 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제하는 환형 차단 구역에 의해 둘러싸이는 비 차단 구역만을 포함한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 하나 이상의 액티베이터는 일차 액티베이터로 지칭되고, 베어링 장치는 전자석 또는 영구자석 또는 전기 액티베이터 또는 가열 요소인 안티-액티베이터를 하나 이상 추가로 포함하되, 안티-액티베이터는 적어도 한 부분의 비 차단 구역에서 일차 액티베이터에 의해 형성된 자기장 또는 전기장을 상쇄시키기 위해 반대인 자기장 또는 전기장을 생성하거나, 비 차단 구역 또는 적어도 한 부분의 비 차단 구역에서 윤활유를 가열하기 위한 가열 요소이다. 대안적인 구현예에서, 안티-액티베이터는 가열 요소를 포함할 수 있다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 안티-액티베이터는 비 차단 구역의 일부에서 효과를 갖고, 상기 부분은 차단 방지 구역으로 지칭되고, 비 차단 구역은 일차 액티베이터 또는 안티-액티베이터의 영향을 받지 않는 비 영향 구역을 추가로 포함하고, 적어도 하나의 차단 방지 구역은 차단 구역에 인접하고 상기 차단 구역과 비 영향 구역 사이에 위치한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 액티베이터는 전자석이고, 베어링 장치는 전자기장을 증가시키기 위해 구성되는 적어도 하나의 수동 강자성 부재를 추가로 포함한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 전자기적 액티베이터는 주축을 갖는 코일이고, 코일은 제1 또는 제2 표면 아래에 위치하고, 상기 코일 말단은 코일이 위치한 표면 아래로부터 일정 거리에 위치하되, 적어도 하나의 강자성 부재는 코일 내에 위치한 내부 부재, 및 코일 밖에 위치한 외부 부재를 포함하고, 내부 및 외부 부재는 각각 코일의 말단을 넘어 상기 제1 또는 제2 표면을 향해 연장되는 내부 돌출부 및 외부 돌출부를 포함하고, 개구가 상기 내부 및 외부 돌출부 사이에 제공된다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 베어링 장치는 롤러 요소, 예컨대 볼 또는 원통형 롤러 요소가 없다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 하나 이상의 액티베이터는, 적어도 하나의 액티베이터를 덮고 제1 또는 제2 표면을 형성하는 재료 층 아래에 위치한다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 차단 구역은, 선을 따라 서로에 인접하게 배열되는 다수의 액티베이터에 의해 정의된다. 선은 하나 또는 두 개의 곡률 면으로 만곡질 수 있고/있거나 코너를 가질 수 있다.
베어링 장치의 일 구현예에서, 베어링 갭은 유입구와 베어링 갭 말단 사이에서 균일한 높이를 갖는다.
유체 동압 베어링 장치
추가적인 구현예에서, 본 발명은 유체 동압 베어링 장치에 관한 것으로, 상기 장치는,
- 제1 베어링 표면; 및
- 제1 베어링 표면에 대면하는 제2 베어링 표면
(제1 베어링 표면과 제2 베어링 표면은 주 회전축 중심으로 서로에 대해 회전하도록 구성됨);
- 매끄럽고 임의의 표면 텍스처링이 없는 제1 및 제2 베어링 표면 사이에서 정의되는 베어링 갭으로서, 베어링 갭 높이의 급격한 변화가 없고, 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체, 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유, 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워지는 베어링 갭;
- 복수의 차단 구역에서 윤활유의 슬립 속도를 감소시키거나 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시킴으로써 각각의 차단 구역에서 베어링 갭을 통해 윤활유가 흐르는 것을 억제하도록 구성되고, 제1 또는 제2 표면에 매립된 복수의 액티베이터;
- 제1 및 제2 베어링 표면 사이의 상대적인 이동 방향으로 차단 구역과 비 차단 구역이 교대로 제공되고 각각의 비 차단 구역은 연관된 차단 구역의 상류에 위치하며, 상기 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 복수의 비 차단 구역을 포함하되,
각각의 차단 구역은 만곡된 또는 각이 진 형상을 갖되 상기 만곡된 또는 각이 진 형상은 하류로 지향하는 상단을 정의하고, 차단 구역은, 제1 및 제2 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 상기 비 차단 구역, 및 특히 각 상단의 상류에 바로 위치하는 피크 구역에서의 상기 베어링 갭 내에서, 차단 구역에서의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 감소시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 윤활유의 흐름을 억제함으로써, 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성된다.
차단 구역은 유체 동압 베어링에서 표면 텍스처링 작용을 한다. 일반적으로, 종래 기술의 이러한 표면 텍스처링 유체 동압 베어링은, 그루브 형태로 제공된다. 종래 기술에서, 이러한 그루브는 유체 역학적 압력의 증가를 최적화하도록 설계된 복잡한 형태를 가질 수 있다. 그루브는 정밀한 가공을 요구하고 또한 마모에 취약하다. 이들 그루브가 없으면 베어링은 제조하기 쉽고 덜 취약하게 되어 장점이 된다. 결과적으로 베어링 장치의 수명이 길어질 수 있다.
유체 동압 베어링 장치의 일 구현예에서, 각각의 차단 구역은 반경 방향에 대해 일정 각도로 연장된 좌측 섹션과 우측 섹션을 포함하되, 좌측 및 우측 섹션은 윤활유를 피크 구역으로 지향시킨다.
유체 동압 베어링 장치의 일 구현예에서, 각각의 상단은 제1 또는 제2 표면의 중앙 영역에 위치하고, 상단은 특히 제1 또는 제2 표면의 내부 베어링 말단으로부터의 일정 거리에 위치하되 거리는 제1 또는 제2 표면 폭의 40 내지 60 퍼센트이다. 외부 베어링 말단까지의 거리는 또한 상기 제1 또는 제2 표면 폭의 40 내지 60 퍼센트일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 유체 동압 베어링 장치는 쓰러스트 베어링 장치이되, 제1 및 제2 표면은 평평하고 상기 주 회전축에 직각으로 연장되고, 차단 구역은 반경 방향에 걸쳐 연장된다.
유체 동압 베어링 장치의 일 구현예에서, 제1 및 제2 표면은 환형이고, 베어링 갭도 환형이다.
유체 동압 베어링 장치의 일 구현예에서, 차단 구역은 V 형상 또는 U 형상을 갖는다.
유체 동압 베어링 장치의 일 구현예에서, 베어링은 저널 베어링 또는 원뿔형 베어링이며, 만곡된 또는 각이 진 차단 구역은 제1 또는 제2 표면의 원주 주위에 이격되고 축 방향 거리에 걸쳐 연장된다.
틸팅 패드 베어링이라 보통 불리는 특별한 종류의 유체 동압 베어링이 존재하는 점에 주목한다. 이 구현예에서, 베어링 장치는 틸팅 패드 베어링 장치이고 피봇 축을 중심으로 틸팅 가능한 복수의 틸팅 패드를 포함하되, 제1 표면은 복수의 제1 표면 섹션을 포함하고 각각의 제1 표면 섹션은 틸팅 패드와 연관되고, 베어링 갭은 복수의 베어링 갭을 포함하고 각각의 베어링 갭 섹션은 틸팅 패드와 연관되되,
각각의 제1 표면 섹션은 매끄럽고 임의의 표면 텍스처링이 없고, 틸팅 패드 및 대향하는 제2 표면 사이의 각각의 개별 베어링 갭 섹션은 베어링 갭 높이의 급격한 변화가 없고,
각각의 제1 표면 섹션은 만곡된 또는 각이 진 형상을 갖는 차단 구역을 포함하되 만곡된 또는 각진 형상은 하류로 지향하는 상단을 정의하고, 차단 구역은, 제1 및 제2 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 비 차단 구역, 및 특히 각 상단의 상류에 바로 위치하는 피크 구역에서의 베어링 갭 내에서, 차단 구역에서의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 국부적으로 감소시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 윤활유의 흐름을 억제함으로써, 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성된다.
틸팅 패드 사이에는 베어링 갭의 부분으로 간주되지 않고 제1 표면의 부분으로 간주되지 않는 비 지지 구역이 존재할 수 있음에 유의해야 하는데, 그 이유는 이들 구역은 제1 표면과 제2 표면 사이에서 힘을 전달하는 데 있어 실질적으로 기여하지 않기 때문이다.
각각의 틸팅 패드의 차단 구역의 형상은 일반적으로 U 형상일 것이지만, 또한 V 형상과 같은 각인 진 형태를 갖거나 만곡된 형태를 가질 수도 있다. 단일 틸팅 패드에 복수의 차단 구역이 또한 나란히 있을 수도 있다.
본 발명은 또한 유체 동압 저널 베어링 장치에 관한 것으로, 상기 장치는,
- 내향으로 대면하는 제1 표면을 포함하며 샤프트 주위로 연장되는 원통형 베어링 부재;
- 외향으로 대면하는 제2 표면을 포함하는 샤프트;
(상기 유체 동압 저널 베어링 장치는 베어링 길이를 갖고 제1 말단 및 대향하는 제2 말단을 가짐)
- 제1 표면과 제2 표면 사이에 존재하는 베어링 갭으로서, 베어링 갭은 제1 베어링 말단에서의 제1 베어링 갭 말단과 제2 베어링 말단에서의 제2 베어링 갭 말단을 갖고, 제1 베어링 표면 및 제2 표면은 매끄럽고 연속적이고, 베어링 갭은 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체, 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유, 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워지는 베어링 갭;
- 제1 또는 제2 표면에 매립되고, 베어링 갭 내에서의 제1 차단 구역 및 제2 차단 구역에서 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키거나 윤활유의 슬립 속도를 국부적으로 감소시키도록 구성되며, 활성화되는 경우에 제1 및 제2 차단 구역에서 윤활유의 점도를 증가시키거나 윤활유의 슬립 속도를 감소시키고 윤활유가 제1 및 제2 차단 구역을 가로질러 흐르는 것을 억제하는 적어도 제1 액티베이터 및 제2 액티베이터를 포함하되,
제1 표면 및 상기 제2 표면은 표면 텍스처링이 없고 매끄럽고 연속적이며 베어링 갭 높이의 급격한 변화가 없고,
베어링 갭은 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 적어도 하나의 비 차단 구역을 포함하고,
제1 및 제2 베어링 갭 말단은 환형이며 샤프트 주위로 연장되고 길이 방향인 베어링축에 직각인 평면에서 연장되고,
제1 및 제2 차단 구역은 링 형상이고 저널 베어링의 대향 말단에 위치하되 비 차단 구역은 제1 및 제2 차단 구역 사이에 위치하고,
제1 차단 구역은 윤활유가 제1 베어링 갭 말단에 도달하는 것을 억제하고, 제2 차단 구역은 윤활유가 제2 베어링 갭 말단에 도달하는 것을 억제하고,
제1 차단 구역 및 제2 차단 구역 모두는 윤활유가 비 차단 구역 밖으로 흐르는 것과 베어링 갭 말단을 통해 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제한다.
본 발명의 이 구현예는 유체 동압 베어링 장치에 대해 매우 단순한 전체 구조를 제공한다. 윤활유가 베어링 갭 말단 밖으로 흐르는 것을 효과적으로 방지한다.
유체 동압 저널 베어링 장치의 일 구현예에 있어서, 베어링 갭의 높이는 축 방향에서 일정하다.
유체 동압 저널 베어링 장치의 일 구현예에 있어서, 베어링 갭의 높이는 원주 방향에서 변한다. 이는 유체 동압 저널 베어링에 일반적인데, 그 이유는 샤프트가 보통 필요한 반경 방향 힘을 생성하기 위해 약간 중심에서 벗어나 있기 때문이다.
유체 동압 저널 베어링 장치의 일 구현예에서, 베어링 장치는 길이를 갖고, 각 차단 구역은 폭을 갖되, 각 차단 구역의 폭은 길이의 10 퍼센트 미만이다. 베어링 장치의 많은 부분이 하중을 전달하는 데 기여하는 점이 장점이다.
본 발명은 또한 샤프트를 포함하는 구동 어셈블리에 관한 것으로, 샤프트는 본 발명에 따른 적어도 하나의 베어링 장치에 의해 지지된다.
구동 어셈블리의 일 구현예에서, 샤프트는 저널 베어링 장치에 관한 한 본 발명에 따른 제1 베어링 장치, 및 저널 베어링 장치에 관한 한 본 발명에 따른 제2 베어링 장치에 의해 지지되고, 제1 및 제2 저널 베어링 장치는 샤프트를 위치시키고 2 개의 독립적인 반경 방향(Y, Z)으로 샤프트에 대한 지지를 제공하며, 쓰러스트 베어링 장치에 관한 한, 본 발명에 따른 제3 베어링 장치는, 샤프트를 위치시키고 축 방향(X)으로 샤프트에 대한 지지를 제공한다. 이 배열은 모든 필요한 방향으로 샤프트에 대한 지지를 제공한다.
본 발명은 또한 선체, 엔진, 프로펠러, 및 엔진을 프로펠러와 연결하는 본 발명에 따른 구동 어셈블리를 포함하는 선박에 관한 것이다. 본 발명은 튼튼하고 신뢰할 수 있는 전체 배열을 제공하기 때문에, 특히 선박에 매우 적합한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 본 발명은 다른 차량, 발전소, 풍력 터빈, 일반적인 엔진 및 다른 유형의 장비를 포함한 모든 종류의 장비에 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 잘 이해되고 유사한 참조 부호는 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면과 연결되어 고려됨에 따라 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 구현예의 등축도를 도시한다.
도 1b는도 1a의 구현예에서의 압력 구배를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 구현예의 등축도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 제3 구현예의 등축도를 도시한다.
도 4는도 3의 구현예의 측면도를 도시한다.
도 5는도 3 및 4의 구현예의 변형을 하부로부터 도시한 등축도이다.
도 6은 도 5의 구현예의 변형을 상부로부터 도시한 등축도이다.
도 7은 도 5 및 도 6의구현예의 측면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 10a는 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 10b는 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 13a는 본 발명에 따른 3개의 베어링 장치를 갖는 구동 어셈블리의 등축도를 도시한다.
도 13b는 본 발명에 따른 3개의 베어링 장치를 갖는 구동 어셈블리를 포함하는 선박의 등축도를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 선형 베어링 장치의 평면도를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 평면 베어링 장치의 평면도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 또 다른 구현예의 섹션 측면도를 도시한다.
도 17은 도 16의 구현예의 등축도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 또 다른 구현예의 등축도를 도시한다.
도 19는 도 18의 구현예의 평면도를 도시한다.
도 20은 도 18의 구현예의 섹션 측면도를 도시한다.
도 21은 틸팅 패드를 갖는 본 발명의 구현예의 등축도를 도시한다.
도 22는 도 21의 구현예의 평면도를 도시한다.
도 23은 도 23의 구현예의 섹션 측면도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 구현예가 도시되어 있다. 베어링 장치(10)가 제공된다. 베어링 장치는 서로에 대해 이동 가능한 제1 표면(12)과 제2 표면(14)을 포함한다. 이 구현예에서, 제1 및 제2 표면은 모두 평평하다. 제1 및 제2 표면은 서로 대면한다. 제1 표면과 제2 표면은 윤활유로 채워진 베어링 갭(16)에 의해 분리된다. 베어링 갭은 수십 마이크로미터 정도의 높이를 가질 수 있지만, 베어링 장치의 크기에 따라 다른 높이도 또한 가능하다. 제1 표면(12)은 제1 부재(13)에 의해 형성되고 제2 표면(14)은 제2 부재(15)에 의해 형성된다.
윤활유는 액체이다. 윤활유는 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체 또는 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유이다.
베어링 장치는 제1 또는 제2 표면에 하나 이상의 공급 유입구(18)를 포함한다. 이 구현예에서, 유입구는 제1 표면(12)에 제공되지만, 유입구가 제2 표면에 제공되는 것을 예상할 수 있다. 각각의 공급 유입구는 가압식 액체 공급원으로부터 베어링 갭으로 윤활유를 공급하도록 구성된다. 가압식 공급원은 유체 정압 베어링 장치의 경우에 존재하지만 본 발명의 일부로 간주되지 않는다.
베어링 장치는, 제1 표면(12)에 매립되고, 베어링 갭에서 적어도 하나의 차단 구역(22)에서 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시킴으로써 윤활유가 차단 구역의 베어링 갭을 통해 흐르는 것을 억제하도록 구성되는 하나 이상의 액티베이터(20)를 포함한다. 베어링 갭은 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 비 차단 구역(24)을 포함한다. 비 차단 구역은 더 낮은 점도를 가지며 영향을 받지 않는 윤활유를 포함한다. 비 차단 구역(24)은 공급 유입구(18)를 둘러싼다. 이 구현예에서, 비 차단 구역(24)은 원형 형상을 갖는다.
차단 구역은 라인을 따라 서로 인접하여 배열된 다수의 액티베이터에 의해 정의될 수 있다. 각각의 액티베이터(20) 및 마찬가지로 각각의 차단 구역(24)은 반경 방향으로 연장되는 2개의 반경 방향 부분(29A, 29B) 및 원주 방향으로 연장되는 원주 섹션(33)을 포함한다. 유출 구역(35)은 인접한 차단 구역의 반경 방향 부분(29) 각각의 쌍 사이에 정의된다.
베어링 갭을 통한 윤활유의 흐름 경로가 정의된다. 흐름 경로는, 적어도 하나의 공급 유입구(18)에서 시작해서 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 따라 연장하고 차단 구역(22)을 횡단해서 베어링 갭 말단(26)에서 끝난다.
종래의 유체 정압 베어링 장치와 대조적으로, 제1 표면(12) 및 제2 표면(14)은 랜드 및 패드 형태의 표면 텍스처링이 없고 매끄럽고 연속적이며 상기 베어링 갭 높이의 급격한 변화가 없다. 액티베이터(20)의 상부 측은 나머지 제1 표면(12)과 동일 평면에 있다. 이것은 베어링 장치를 비교적 제조하기 쉽고 비교적 튼튼하게 만든다.
차단 구역(22)은 적어도 하나의 비 차단 구역(26)을 둘러싸고, 차단 구역(22)을 가로질러 베어링 갭 말단(26)으로 그리고 베어링 갭 말단(26)을 통해 베어링 갭 밖으로 흐르는 것에 의해 윤활유가 비 차단 구역을 떠나는 것을 억제한다.
도 1b를 참조하면, 베어링 장치가 하중을 전달하고 제1 및 제2 베어링 표면 사이의 접촉을 방지할 수 있는 수준으로, 인클로저는 외부 압력 공급원으로 하여금 압력을 높이게 하고, 고전적인 표면 텍스처링 없이 그렇게 한다. 즉, 차단구역은 표면 텍스처링으로서 작용하고 특히 패드로서 작용한다. 도 1b에서, 흐름 경로(25)는 베어링 갭에 화살표로 표시되어 있다. 흐름 경로를 따라 이동 거리(x)의 함수 p(x)로서의 압력은 점선으로 표시된다. 비 차단 구역(24)에서, 압력 구배 p'(x)는 비교적 작다. 압력 구배 p'(x)는 차단 구역에서 기울기가 급격하고, 베어링 갭 말단(26)에서 압력이 제로(0)로 떨어진다.
베어링 갭 말단(26)은 원주형이고 베어링 갭(16) 주위로 연장된다. 이 구현예에서, 베어링 장치는 외부 베어링 갭 말단(26), 및 윤활유가 외부 베어링 갭 말단을 통해 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제하는 환형 차단 구역(22)에 의해 둘러싸이는 비 차단 구역(24)만을 포함한다. 다른 구현예를 참조하여 논의되는 바와 같이, 베어링 장치는 하나 이상의 베어링 갭 말단을 또한 가질 수 있다.
차단 구역(22)에서 증가된 점도를 갖는 윤활유는, 흐름 경로의 방해물로서 작용하고, 스스로 또는 다른 차단 구역에서 증가된 점도를 갖는 윤활유와 협력하여 윤활유가 적어도 하나의 비 차단 구역(26) 밖으로 흐르는 것을 억제함으로써 베어링 장치에 하중을 전달하기에 충분한 수준으로 비 차단 구역에서의 윤활유의 압력을 증가시키고 제1 및 제2 표면 사이의 접촉을 방지한다.
액티베이터는 자기장을 생성하는 전자석 또는 영구자석을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 액티베이터는 전기장을 생성하기 위해 전기적으로 충전될 수 있는 전기적 액티베이터를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 액티베이터는 적어도 하나의 차단 구역(22)에서 윤활유를 냉각하도록 구성되는 냉각 요소이다. 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유와 함께 사용되는 다른 구현예에서, 액티베이터는 전기장을 생성함으로써 윤활유에서 쌍극자를 배향시키고 윤활유의 슬립 속도를 제어하는 전기적 액티베이터이다.
도 2를 보면 유사한 구현예가 도시되며, 여기서 액티베이터는, 적어도 하나의 액티베이터를 덮고 제1 또는 제2 표면을 형성하는 재료 층(28) 아래에 위치한다. 이는 제1 및 제2 표면을 완전히 매끄럽게 하는 것을 쉽게 할 수 있다.
도 1 및 도 2의 도시된 구현예에서, 제 1 및 제 2 표면은 평평하지만, 다른 구현예에서 이들은 구형이거나 반구형 같은 구의 일부의 형상을 가질 수 있다. 따라서 베어링 갭은 또한 구형 또는 반구형이 된다. 베어링 장치는 또한 구의 "슬라이스" 형태를 갖는 제1 및 제2 표면을 갖는 스윙 아암 베어링일 수 있다.
도 1 및 도 2의 베어링 장치는 2개의 독립적인 이동 방향(X, Y)에서 제2 표면에 대해 제1 표면을 이동시키면서, 제3 이동 방향으로 지지를 제공한다. 도 1 및 도 2의 구현예는 또한 Z축을 중심으로 제2 표면에 대해 제1 표면의 회전을 허용한다. 도 1 및 도 2의 구현예는 X축 및 Y축 중심으로 회전을 방지한다.
베어링 장치는 롤러 요소, 예컨대 볼 또는 원통형 롤러 요소가 없을 수 있다.
도 3 및 도 4를 보면 다른 구현예가 도시되어 있다. 제1 및 제2 표면(12, 14)은 평평하다. 제1 및 제2 표면은 원형이다. 베어링 장치는 복수의 비 차단 구역(24A, 24B, 24C)(일반적으로 24로 표시됨), 특히 3개의 비 차단 구역을 포함한다. 각각의 비 차단 구역은 각각의 유입구(18)를 갖는다. 베어링 장치는 복수의 차단 구역(22A, 22B, 22C)(일반적으로 22로 표시됨)을 포함한다. 각각의 차단 구역은 이와 연관된 비 차단 구역을 둘러싸고, 연관된 비 차단 구역 밖으로 윤활유가 흐르는 것을 억제한다.
도 3 및 도 4의 구현예의 비 차단 구 구역은 원형(즉, 원형 세그먼트의 형상)이다. 그러나, 비 차단 구역은 다른 형상, 예를 들어 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형(예: 육각형) 또는 타원형 또는 이들 형상의 조합을 가질 수 있다.
차단 구역은 중심(31) 및/또는 중심축(30)에 대해 규칙적인 각도 간격으로, 특히 약 120도의 각도 간격으로 이격되어 있다.
도 3 및 도 4의 구현예는 도 1 및 도 2의 구현예와 동일한 이동 및 지지 능력을 제공하나, 도 3 및 도 4의 구현예는 X축과 Y축에 관해 제1 표면에 대한 제2 표면의 틸팅에 맞서 지지를 더 잘 제공할 수 있다는 점에서 차이가 있다. 따라서, X축 및 Y축에 대해 제2 표면의 배향을 유지하는 것이 더욱 적절하다. 이것의 배경은, 베어링 갭이 3개의 독립적인 압력 구역으로 구획되고, 각 압력 구역은 비 차단 구역(24A, 24B, 24C)이다.
압력 공급원은 상이한 비 차단 구역에 독립적인 압력을 제공하도록 구성될 수 있다. 상이한 압력을 제어하기 위해 제어 유닛(101)이 제공될 수 있다. 센서(102)가 또한 제공될 수 있다. 센서는 상이한 비 차단 구역에 대한 압력 센서를 포함할 수 있다. 센서(102)는 유입 개구(18) 내에 또는 유입구 개구에 위치할 수 있다. 압력 차가 있는 경우, 제어 유닛(101)은 압력 평형을 회복시키기 위해 유입 개구(18) 중 하나로의 흐름을 증가시킬 수 있다. 또한 위치 센서 또는 배향 센서가 제공될 수 있다. 제2 표면의 틸팅의 경우에 틸팅은 센서에 의해 감지될 수 있고, 제어 유닛(101)에 의해 비 차단 구역 중 하나 이상의 압력 증가가 제공될 수 있어, 틸팅의 역전 및 제1 및 제2 표면의 재조정이 생길 수 있다.
베어링 장치는 2개의 독립적인 방향(X, Y)으로의 이동을 허용하고 제3 방향(Z)으로의 지지를 제공할 수 있다. 베어링 장치는 Z축 중심의 회전을 허용하고 X 및 Y축 중심의 회전을 방지할 수 있다.
당업자는, 이 구현예가 확대될 수 있고 차단 구역으로 둘러싸인 다수의 비 차단 구역을 포함할 수 있음을 이해할 것 이다. 비록 도 3 및 도 4의 베어링 장치는 원형 형상을 갖지만, 또한 정사각형 또는 직사각형 형상 또는 선형 형상과 같은 상이한 전체 형상을 갖는 것이 가능할 수도 있다. 베어링 장치는 상당한 크기를 가질 수 있고, 3개 이상의 비 차단 구역을 가질 수 있다.
도 14를 참조하면, 베어링 장치가 선형 베어링 장치인 변형예가 도시되어 있다. 비 차단 구역(24A, 24B, 24C, 24D 등)은, 예를 들어 X축을 따라 선형 배열로 배열되고, X축만 따라서 제1 표면에 대해 제2 표면의 이동을 허용하지만 Z 방향으로 제2 표면을 지지하고 Y 방향으로 안내 표면과 같은 별도의 수단을 통해 지지를 제공한다. 상이한 비 차단 구역(24)은 또한 Y축 중심으로 제1 표면에 대한 제2 표면의 틸팅에 맞서 지지를 제공하고, 또한 X축 중심으로 틸팅에 맞서 지지를 제공할 수 있다. 별도의 가이드는 Z축 중심의 회전에 맞서 지지를 제공할 수 있다.
비 차단 구역(24)은 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖지만, 상이한 형상이 가능하다.
도 15를 참조하면, 도 16a의 변형예는 평면 표면을 덮도록 확장될 수 있으며, 베어링 장치는 복수의 비 차단 구역(24)의 다수의 행(130)을 갖는다. 이러한 구현예에서, 베어링 장치는 X축 및 Y축에 대한 틸팅을 방지하면서, X 및 Y 방향 둘 다 그리고 Z축에 대한 상대적 이동을 허용한다. 전체 형상은 정사각형 또는 직사각형으로 도시되지만 원형이거나 상이한 형상을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 7을 보면, 도 4 및 도 5의 구현예의 변형이 도시되어 있다. 변형예에서, 액티베이터(20)는 도 2의 변형예와 유사하게 제1 표면을 형성하는 재료 층 아래에 위치한다. 이로 인해 완전히 고른(또는 매끄러운) 제1 표면이 생성되어 제조 공정을 더욱 쉽게 한다. 추가적인 이점은, 베어링이 덜 취약하고 마모에 대한 저항력이 높다는 점이다. 도 6에서, 차단 구역(22A, 22B, 22C) 및 비 차단 구역(24A, 24B, 24C)은 점선으로 표시되는데, 그 이유는 액티베이터(20A, 20B 및 20C)가 제1 표면(12) 아래에 위치하여 보이지 않기 때문이다.
저널 베어링
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 변형 예가 도시되어 있고, 이는 베어링 장치가 반경 방향 베어링이라고도 불리는 저널 베어링이다. 도 8은 저널 베어링 장치의 바깥 부분을 도시한다. 안쪽 부분은 명확성을 위해 도시되지 않은 샤프트일 수 있다. 바깥 부분은 제1 표면으로 정의된 내부 표면(12)을 갖는다. 샤프트는 제2 표면을 형성하는 외부 표면을 갖는다. 베어링 갭은 내부 표면(12)과 외부 표면 사이에 정의된다. 베어링 장치는 주 회전축(30)을 갖는다. 제1 표면(12)과 제2 표면은 원통형이고 주 회전축(30) 주위로 연장된다.
다른 구현예에서, 베어링 장치는 원뿔형일 수 있고, 이러한 변형예에서 제1 및 제2 표면은 또한 원뿔형이다.
베어링 장치는 다수의 비 차단 구역(24A, 24B, 24C, 24D, 24E), 특히 5개를 포함한다. 5개는 반경 방향 축(Y, Z)에 대한 축의 틸팅이 상이한 비 차단 구역에서의 압력의 독립적인 제어에 의해 지지될 수 있는 장점을 갖는다. 그러나, 5 초과의 상이한 개수가 또한 가능하다. 각각의 비 차단 구역은 차단 구역(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)에 의해 둘러싸인다.
각각의 차단 구역은, 축 방향 거리(D1)에 걸쳐 연장되는 제1 축 방향 부분(A1)과 제2 축 방향 부분(A2)을 포함하고, 원주 방향 거리(D2)에 걸쳐 연장되는 제1 원주 방향 부분(C1)과 제2 원주 방향 부분(C2)을 포함한다. 각각의 차단 구역은 제1 및 제2 축 방향 부분과 제1 및 제2 원주 방향 부분을 서로 연결하는 4개의 코너(32)를 포함한다. 이것은 차단 구역(22D)에 대해서만 표시되지만, 이것은 다른 차단 구역에 대해서도 동일하다는 것이 명백할 것이다.
베어링 장치가 원뿔형인 경우, 유사한 구성이 차단 구역과 비 차단 구역이 점점 테이퍼 지는 차이를 갖고 적용될 수 있다.
일 구현예에서, 제어 유닛(101)이 제공될 수 있고 센서(102)는 반경 방향 축(Y, Z)에 대해 축의 틸팅을 감지하도록 제공될 수 있다. 제어 유닛은, 비 차단 구역 내부의 압력을 개별적으로 제어하기 위해 가압식 유체 공급원에 연결되거나 가압식 유체 공급원으로부터 유입구까지 연장되는 도관의 밸브에 연결될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 내부 표면에 대한 샤프트의 위치 및/또는 배향을 측정하는 센서가 제공될 수 있고, 제어 유닛은 내부 표면에 대해 샤프트의 위치 및/또는 배향을 제어하기 위해 개별 비 차단 구역에서의 압력을 제어하도록 구성될 수 있다.
쓰러스트 베어링
도 9a를 보면, 본 발명에 따른 쓰러스트 베어링 장치가 도시되어 있다. 쓰러스트 베어링은 축 방향으로 하중을 전달하도록 구성되며 축 방향 베어링으로 지칭될 수 있다. 제1 표면(12)만 도시되어 있다.
제1 표면(12)과 제2 표면은 환형이고 베어링의 주 회전축(30) 주위로 연장된다. 주 회전축(30)은 제1 표면(12)과 제2 표면에 직각으로 연장된다.
베어링 장치(10)는 외부 원주 베어링 말단(26A)과 내부 원주 베어링 말단(26B)을 포함한다. 베어링 장치는 원주 방향으로 연장되는 적어도 하나의 외부 액티베이터(20A)를 포함하고, 적어도 하나의 비 차단 구역(24)으로부터 외부 원주 베어링 말단(26A)으로의 윤활유의 흐름을 억제하는 외부 차단 구역(22A)을 정의한다.
베어링 장치는 원주 방향으로 연장되는 적어도 하나의 내부 액티베이터(20B)를 포함하고, 적어도 하나의 비 차단 구역(24)으로부터 내부 원주 베어링 말단(26B)으로의 윤활유의 흐름을 억제하는 내부 차단 구역(22B)을 정의한다.
적어도 하나의 비 차단 구역(24)은 환형이며 내부 및 외부 차단 구역 사이에 위치한다.
베어링 장치는 제1 표면(12)에 다수의 공급 유입구(18)를 포함한다. 이 구현예는, 하중을 전달하고 제1 표면과 제2 표면 사이의 접촉을 방지하는 데 필요한 압력이 유체 정압에 의해 생성되는 점에서 유체 정압 베어링 장치이다.
원주 차단 구역(22A, 22B)은 윤활유가 베어링 갭 말단(26A, 26B)을 통해 환형 비 차단 구역을 떠나는 것을 억제한다.
복수의 비 차단 구역을 갖는 쓰러스트 베어링
도 9b를 참조하면, 다른 구현예에서 쓰러스트 베어링 장치는 주 회전축(30)에 대해 원주 방향으로 이격된 복수의 비 차단 구역(24A, 24B, 24C), 특히 3개의 비 차단 구역을 가질 수 있다. 각각의 비 차단 구역(24A, 24B, 24C)은 유입구(18)를 갖는다. 각각의 차단 구역은,
- 내부 베어링 갭 말단 부분을 따라 연장되는 내부 원주 섹션(33A);
- 외부 베어링 갭 말단 부분을 따라 연장되는 외부 원주 섹션(33B);
- 반경 방향 거리(Dr)에 걸쳐 연장되고 상기 내부 원주 섹션을 상기 외부 원주 섹션과 상호 연결하는 제1 반경 방향 부분(29A) 및 제2 반경 방향 부분(29B)를 포함한다.
이 구현예에서, 비 차단 구역은 환형 세그먼트의 형상을 갖는다. 이 구현예는 상이한 비 차단 구역(24)에서 개별적으로 압력을 제어한다.
유체 동압 베어링 장치
도 10a를 참조하면, 베어링 장치가 유체 동압 베어링 장치로서 구성된 다른 구현예가 도시되어 있다. 베어링 장치는 제1 베어링 표면(12) 및 제1 베어링 표면(12)에서 더 잘 보이도록 도시되지 않은 제2 베어링 표면을 갖는다. 제2 베어링 표면은 제1 베어링 표면과 대면한다. 제1 및 제2 베어링 표면은 주 회전축(30) 중심으로 서로에 대해 회전하도록 구성된다. 제1 및 제2 베어링 표면은 평평하고 환형이고, 주 중심축(30)에 직각으로 연장된다.
베어링 갭은 제1 및 제2 베어링 표면 사이에 정의된다. 제1 및 제2 베어링 표면은 매끄럽고 임의의 표면 텍스처링이 없다. 베어링 갭(16)은 베어링 갭의 높이에 임의의 급격한 변화가 없다. 베어링 갭은, 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체 또는 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유로 채워진다.
복수의 액티베이터(20)는 제1 (또는 제2) 베어링 표면(12)에 매립되고, 복수의 차단 구역(22)에서 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키도록 구성된다. 이의 효과는, 베어링 갭을 통한 윤활유의 흐름이 각각의 차단 구역(22)에서 억제되는 것이다.
베어링 장치는, 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 복수의 비 차단 구역(24)을 포함한다. 원주 방향으로, 차단 구역 및 비 차단 구역이 교대로 제공되며, 각각의 비 차단 구역(24)은 2개의 차단 구역(22) 사이에 위치한다.
차단 구역(22)에 대해 윤활유의 흐름 방향(34)(화살표로 표시됨)을 고려하는 경우, 차단 구역의 상류에 있는 비 차단 구역(24)에서 차단 구역의 효과가 현저하다. 예를 들어, 차단 구역(22J)의 효과는 차단 구역(22J)의 상류에 위치한 비 차단 구역(24J)에서 감지될 수 있다.
각각의 차단 구역은 만곡되거나 각이 진 형상을 갖는다. 각각의 차단 구역은 환형인 제1 또는 제2 표면의 폭(W1)과 동일할 수 있는 반경 방향 거리(Dr)에 걸쳐 연장된다.
각이 진 형상의 경우, 도10a에 도시된 헤링본 패턴이 유리한 것으로 밝혀졌다. 헤링본 패턴은 그루브 형태의 표면 텍스처링을 갖는 유체 동압 베어링으로부터 알려져 있다. 이들 베어링에서 헤링본 패턴은 표면 텍스처링으로 만들어진다. 이는 매우 정밀한 가공을 요구한다. 최종 베어링은 마모에 매우 민감하다. 제1 표면과 제2 표면 사이의 접촉으로 인한 결과로서 표면 텍스처링의 손상은 베어링 장치의 오작동을 쉽게 초래할 수 있다. 본 발명은 이런 양태에서 중요한 장점을 제공한다.
만곡되거나 각이 진 형상은 하류를 지향하는 상단(36)을 정의한다. 차단 구역은, 상기 제1 및 제2 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 상기 비 차단 구역(24), 및 특히 각 상단(36)의 상류에 바로 위치하는 피크 구역(38)에서의 베어링 갭 내에서, 차단 구역(24)에서의 점도를 국부적으로 증가시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 윤활유의 흐름을 억제함으로써, 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성된다.
차단 구역(24)의 만곡된 또는 각이 진 형상으로 인해, 윤활유는 도 9의 화살표(40)로 표시된 바와 같이 피크 구역을 향해 반경 방향으로 몰릴 것이다. 차단 구역(22)의 좌측(42) 및 우측(43)은 윤활유를 피크 구역쪽으로 몰리게 한다. 보다 특히, 윤활유의 흐름은 피크 구역(38)에서 다소 수축되어 피크 구역(38)에서의 윤활유의 동적 압력은 더 커질 것이다. 확실히 만곡 표면도 또한 작동한다. 다른 구현예에서, 상단(36)은 개방되어 구성 구역의 별도의 좌측면(42) 및 구성 구역의 별도의 우측면(43)을 생성할 수 있다. 좌측과 우측면이 심지어 엇걸릴 수 있다. 차단 구역의 좌측면이 우측면에 대해 각도를 이루고 또한 반경 방향에 대해 각도를 갖기 때문에 이것은 여전히 각이 진 형상으로 간주된다.
각각의 상단(36)은 제1 표면(12)의 중앙 영역에 위치하고, 상단(36)은 특히 내부 베어링 말단(26B)으로부터 거리(A1)에 위치하며, 거리(A1)는 제1 표면(12) 또는 제2 표면 폭(W1)의 30 내지 70 퍼센트이며, 보다 특히 40 내지 60 퍼센트이다.
차단 구역은 도 9에 도시된 바와 같이 V 형상(헤링본 배열)을 가질 수 있거나 대안적으로 U 형상을 가질 수 있다.
도 10b를 보면, 유체 동압 베어링 장치(10)의 선형적 변형예가 도시되어 있다. 선형적 변형예는 도 10a의 환형적 변형예와 실질적으로 동일한 방식으로 작동한다.
도 11을 보면, 액티베이터(20)에 의해 정의된 차단 구역(22)이 제1 또는 제2 표면의 원주에 대해 이격되고 주축(30) 방향으로 축 방향 거리(Da)에 걸쳐 연장되는 유체 동압 저널 베어링이 도시되어 있다. 차단 구역은 만곡되거나 각이 진다. 만곡된 형상의 경우, 곡률은 현수선의 포물선 형상일 수 있고 일반적인 U 형상 또는 상이한 곡률일 수 있다. 각이 진 형상의 경우, 차단 구역은 단일 각도인 상단(V 형상)을 갖거나 또는 예를 들어 3개의 각도(또는 코너), 상단을 정의하는 중앙 각도, 좌측 및 우측 각도를 정의하는 다중 각도를 가질 수 있다.
도 12를 참조하면, 유체 동압 저널 베어링 장치(10)인 본 발명의 다른 구현예가 도시되어 있다. 베어링 장치는, 내향으로 대면하고 샤프트 주위로 연장되는 제1 표면(12)을 갖는 원통형 베어링 부재(13)를 포함한다. 샤프트는 외향으로 대면하는 제2 표면을 포함한다. 샤프트는 제1 표면(12)을 보다 명확하게 나타내기 위해 도 12에 도시되지 않았다.
유체 동압 저널 베어링 장치는 베어링 길이(L1)를 갖는다. 베어링 장치는 베어링 갭을 갖고, 제1 베어링 갭 말단(26A)과 대향하는 제2 베어링 갭 말단(26B)을 갖는다. 제1 베어링 갭 말단(26A)과 제2 베어링 갭 말단(26B)은 대향하는 제1 및 제2 베어링 말단(40A, 40B)에 위치한다.
베어링 갭은 내향으로 대면하는 제1 베어링 표면과 외향으로 대면하는 제2 표면 사이에 존재한다. 제1 표면(12)과 제2 표면은 매끄럽고 연속적이다. 베어링 갭은 윤활유로 채워진다. 윤활유는 자기 유변성 액체 또는 전기 유변성 액체 또는 온도 의존성 점도를 갖는 윤활유이다.
적어도 제1 액티베이터(20A) 및 제2 액티베이터(20B)는 제1 또는 제2 표면에 매립되고, 베어링 갭에서 제1 및 제2 차단 구역(22A, 22B)에서 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키도록 구성된다. 활성화되는 경우, 제1 및 제2 액티베이터는 제1 및 제2 차단 구역에서 윤활유의 점도를 증가시키고 윤활유가 제1 및 제2 차단 구역을 가로질러 흐르는 것을 억제한다.
제1 표면(12) 및 제2 표면은 랜드 및 패드 형태의 표면 텍스처링이 없고 매끄럽고 연속적이며 베어링 갭 높이의 급격한 변화가 없다. 베어링 갭은 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 포함한다.
제1 및 제2 베어링 갭 말단(26A, 26B)은 환형이며 샤프트 주위로 연장되고 상기 길이 방향 베어링축(30)에 직각인 평면에서 연장된다.
제1 및 제2 차단 구역(22A, 22B)은 링 형상이고 저널 베어링의 대향 말단(40A, 40B)에 위치한다. 비 차단 구역(24)은 제1 및 제2 차단 구역(22A, 22B) 사이에 위치한다.
제1 차단 구역(22A)은 윤활유가 상기 제1 베어링 갭 말단(26A)에 도달하는 것을 방해하고 상기 제2 차단 구역(22B)은 윤활유가 상기 제2 베어링 갭 말단(26B)에 도달하는 것을 억제한다. 제1 차단 구역(22A) 및 제2 차단 구역(22B) 모두는 윤활유가 비 차단 구역(24) 밖으로 흐르는 것과 베어링 갭 말단(26A, 26B)을 통해 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제한다.
대부분의 유체 동압 저널 베어링에 있어서, 베어링 갭의 높이는 원주 방향에서 변할 수 있다. 차축이 원통형 베어링 부재(13)와 정렬되는 경우, 베어링 갭의 높이는 축 방향으로 일정할 것이다. 그러나 실제로 축에 가해진 하중으로 인해 약간의 오정렬이 발생할 수 있다.
베어링은 길이(L1)을 갖고, 각각의 차단 구역은 폭(Woz)을 갖는다. 각 차단 구역의 폭(Woz)은 베어링 길이(L1)의 10 퍼센트 미만이다. 이로 인해 베어링 길이의 적어도 80 퍼센트를 형성하는 비 차단 구역(24)을 생성한다.
도 13a를 참조하면, 샤프트(50)를 포함하는 구동 어셈블리(100)가 도시되며, 샤프트는 적어도 하나의 베어링 장치(10), 특히 본 발명에 따른 3개의 베어링 장치(10)에 의해 지지된다.
샤프트는 제1 저널 베어링 장치(10A) 및 제2 저널 베어링 장치(10B)에 의해 지지되며, 제1 및 제2 베어링 장치는 저널 베어링 장치이고 반경 방향(Y, Z)으로 지지를 제공하며, 제3 쓰러스트 베어링 장치(10C)는 축 방향(X)으로 지지를 제공한다.
구동 어셈블리는 다양한 응용에 사용될 수 있다.
도 13b를 참조하면 하나의 응용에서, 구동 어셈블리(100)는 선체(106), 엔진(108), 프로펠러(110), 및 엔진과 프로펠러를 연결하는 구동 어셈블리(100)를 포함하는 선박(104)에 실장되어 사용된다.
샤프트는 제1 저널 베어링 장치(10A) 및 제2 저널 베어링 장치(10B)에 의해 지지되며, 제1 및 제2 베어링 장치는 2개의 독립적인 반경 방향(Y, Z)으로 지지를 제공하며, 제3 쓰러스트 베어링 장치는 축 방향(X)으로 지지를 제공한다.
엔진은 기어 박스(112), 아웃 보드 씰(114), 인 보드 씰(115)을 추가로 포함한다. 씰(114, 115)은 해수(116)의 유입을 방지한다. 엔진(108) 및 기어 박스(112)는 하나 이상의 불헤드(bullhead)(120)에 의해 선박의 나머지 내부 체적으로부터 분리될 수 있는 엔진룸(118)에 위치한다. 샤프트(50)는 일반적으로 선미 튜브(122) 내에 위치한다. 선미 튜브(122)와 샤프트(50) 사이의 환형 공간(124)은 기름으로 채워질 수 있다.
추가 구현예
도 16 및 도 17를 보면 다른 구현예가 도시되어 있다. 하나 이상의 액티베이터(20)는 일차 액티베이터로 지칭된다. 베어링 장치는, 전자석 또는 영구자석 또는 전기적 액티베이터 또는 가열 요소인 하나 이상의 안티-액티베이터(44)를 추가로 포함한다. 안티-액티베이터는, 비 차단 구역(24)의 적어도 일부에서 일차 액티베이터(20)에 의해 생성된 자기 또는 전기장을 상쇄시키기 위해 대향하는 자기 또는 전기장을 생성하거나, 비 차단 구역 또는 비 차단 구역 중 적어도 일부에서 윤활유 가열을 한다.
이 구현예에서, 일차 액티베이터(20)는 유입구(18) 주위로 연장되는 코일이다. 코일은 주 회전축(30)을 갖는다. 안티-액티베이터(44)는, 또한 동일한 주축(30)을 가지며 유입구(18) 주위로 연장되는 코일이다. (코일의 축(30)에 평행하게 연장되는) X 방향에서 볼 때, 일차 액티베이터(20) 및 안티-액티베이터(44)는 동심원을 형성한다.
안티-액티베이터(44)는 비 차단 구역의 일부에 영향을 미치며, 상기 부분은 차단 방지 구역(46)으로 지칭된다. 비 차단 구역(24)은 일차 액티베이터 또는 안티-액티베이터의 영향을 받지 않는 비 영향 구역(48)을 추가로 포함하되, 적어도 하나의 차단 방지 구역은 차단 구역에 인접하고 상기 차단 구역 및 비 영향 구역 사이에 위치한다.
액티베이터(20)는 전자석이다. 베어링 장치는 전자기장을 증가시키기 위해 구성되는 적어도 하나의 수동 강자성 부재(60)를 추가로 포함한다.
코일(20, 44)은 제1 표면(12) 아래 및 재료 층(28) 아래에 위치한다. 상기 코일의 말단(62)은 코일이 위치한 하부의 제1 표면(12)으로부터의 거리(Dc)에 위치한다. 적어도 하나의 강자성 부재는, 코일 내부에 위치한 내부 부재(64) 및 코일 외부에 위치한 외부 부재(66)를 포함한다. 내부 및 외부 부재(64, 66)는 코일의 말단(62)을 넘어 상기 제1 표면(12)을 향해 연장되는 내부 돌출부(65) 및 외부 돌출부(67)를 각각 포함한다. 개구(70)는 상기 내부 및 외부 돌출부 사이에 제공된다. 상기 개구(70) 위의 베어링 갭(16)의 영역은 차단 영역(22)이다. 적어도 하나의 차단 구역(22)은 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 완전히 둘러싼다.
비 차단 구역 내부에서의 차단 구역을 갖는 구현예
도 18, 도 29 및 도 20을 참조하면, 본 발명에 따라, 내부 차단 구역(22M)을 둘러싸는 비 차단 구역(24)을 갖는 유체 정압 베어링 장치의 구현예가 도시되어 있다. 비 차단 구역(24)은 또한 환형 외부 차단 구역(22)에 의해 둘러싸인다.
내부 차단 구역(22M)은 제1 표면(12)에 직각인 방향으로 서로에 대해 이동하는 2개의 베어링 표면의 가능한 진동 (또는 공진)을 감쇠시키는 유익한 효과를 갖는다. 베어링 표면이 서로를 향해 이동하는 경우, 소위 "스퀴즈 흐름"이 생성된다. 스퀴즈 흐름은, 윤활유가 내부 차단 구역(22M)으로부터 비 차단 구역(24)으로 그리고 비 차단 구역(24)으로부터 차단 구역(22)을 통해 베어링 갭 말단(26)으로 그리고 베어링 갭 밖으로 흐르는 것이다.
스퀴즈 흐름은 본질적으로 베어링 장치의 분야에 공지되고 있다. 그러나, 이 구현예에서, 중앙 차단 구역(22M)에서 베어링 갭 내의 윤활유는 증가된 점도 (또는 증가된 슬립 각도)를 갖는다. 결과적으로 스퀴즈 흐름은 방해를 받고 베어링 갭 밖으로 더 적은 윤활유를 몰아낸다. 결과적으로 진동 또는 공진의 더 나은 감쇠가 일어난다.
도 21 내지 도 23을 참조하면, 틸팅 패드(80)를 갖는 유체 동압 베어링 장치의 구현예가 도시되어 있다. 틸팅 패드를 갖는 베어링 장치는 공지되어 있다. 틸팅 패드는 피봇 축(84)을 정의하는 힌지(82)를 통해 베어링 장치의 바깥 부분에 연결된다. 틸팅 패드는, 예를 들어 구형 힌지를 통해 서로 직각으로 연장되는 2개의 피봇축을 중심으로 피봇될 수 있는 것으로 간주된다.
이 구현예에서, 제1 표면(12)에 대한 윤활유의 흐름 방향은 화살표(34)로 표시된다. 차단 구역(22)의 형상은, 틸팅 패드가 일반적으로 정사각형 또는 직사각형인 차이가 있으나, 도 10a, 도 10b 및 도 11의 구현예에서 논의된 것과 동일하다. 틸팅 패드의 차단 구역(22)은 U 형상을 가질 수 있다. U 형상 차단 구역은 틸팅 패드의 3개의 측면(88)을 따라 연장된다. 차단 구역은 또한 V 형상과 같이 각이 진 형태를 갖거나 만곡된 형태를 가질 수 있다. 또한, 단일 틸팅 패드에 복수의 차단 구역이 나란히 있을 수도 있다.
화살표(34)는 제1 표면에 대해 윤활유가 흐르는 방향을 표시할 뿐만 아니라 제1 표면에 대한 제2 표면의 이동 방향을 표시한다.
차단 구역(22)은 U 형상의 하단인 상단(36)을 갖는다. 상단(36)의 바로 상류에, 피크 구역(38)이 비 차단 구역에 형성된다. 피크 구역(38)에서, 윤활유의 압력은 최대에 도달한다.
하나의 틸팅 패드(80)만이 도시되어 있지만, 완전한 베어링 장치에서 회전축 주위에 이격된 복수의 틸팅 패드가 있을 것이라는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 3, 4, 6 또는 8개의 틸팅 패드가 있을 수 있지만, 상이한 개수도 가능하다. 틸팅 패드의 제1 표면(12)은 평평할 수 있지만, 또한 만곡질 수 있고, 틸팅 패드에 대해 알려진 바와 같이 특히 오목할 수 있다.
쓰러스트 베어링의 경우, 틸팅 패드는 또한 링 형상의 일부 형상을 가질 수 있다. 또한, 틸팅 패드는 링 형상을 형성한다.
당업자는 2개의 인접한 틸팅 패드 사이에 일반적으로 비 지지 구역(또는 비 지지 갭)이 존재함을 이해할 것이다. 이 문서의 목적상 이들 비 지지 구역은 베어링 갭의 일부로 간주되지 않는다. 제1 및 제2 표면의 특징 균일성은 틸팅 패드의 개별 제1 표면 섹션에 적용된다. "표면 텍스처링 없음"및 "베어링 갭 높이의 급격한 변화 없음"의 특징은, 또한 틸팅 패드에 의해 형성된 개별 섹션에 적용된다.
틸팅 패드는 정확히 정사각형 또는 직사각형일 필요는 없다. 사다리꼴 형상도 가능하다. 틸팅 패드(80)는 둥근 모서리를 가질 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 상세한 본원에 개시된다. 그러나, 개시된 구현예는 본 발명의 예시일 뿐이며, 다양한 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부 사항은 제한적인 것으로 해석되지 않으나, 단지 청구 범위에 대한 기초, 및 당업자에게 사실상 임의의 적절한 상세 구조로 본 발명을 다양하게 사용하도록 교시하는 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 또한, 본원에서 사용된 용어 및 문구는 제한적인 것이 아니라, 오히려 본 발명의 이해 가능한 설명을 제공하기 위한 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이 용어 "일" 또는 "하나는" 하나 이상으로서 정의된다. 본원에서 사용된 바와 같이 용어 "복수"는 둘 이상으로서 정의된다. 본원에서 사용된 바와 같이 용어 "다른 하나"는 적어도 제2 또는 그 이상으로서 정의된다. 본원에서 사용되는 용어, "포함"하고/"포함"하거나 "갖는"은 포함하는 것으로 정의된다(즉, 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는 개방형 언어임). 청구 범위의 임의의 참조 부호는 청구 범위 또는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
특정 수단이 서로 상이한 종속항에서 인용된다는 단순 사실은, 이들 수단의 조합을 유리하게 사용할 수 없음을 표시하지 않는다.

Claims (42)

  1. - 제1 베어링 표면(12);
    - 제1 베어링 표면(12)에 대면하는 제2 베어링 표면으로 여기서 상기 제1 및 제2 베어링 표면은 주 회전축(30) 중심으로 서로에 대해 회전하도록 구성되는 제2 베어링 표면(14),
    - 윤활유의 압력을 증가시키는 임의의 표면 텍스처링이 없어 매끄러운 상기 제1 및 제2 베어링 표면 사이에서 한정되는 베어링 갭으로서, 상기 표면 텍스처링에 따른 베어링 갭 높이의 변화가 없고, 자기 유변성 액체 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워지는 베어링 갭(16);
    - 상기 제1 또는 제2 베어링 표면에 매립되고, 복수의 차단 구역(22)에서 상기 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키거나 상기 슬립 속도를 국부적으로 감소시킴으로써 각각의 차단 구역에서 상기 베어링 갭을 통해 상기 윤활유가 흐르는 것을 억제하도록 구성되는 복수의 액티베이터(20);
    - 상기 제1 및 제2 베어링 표면 사이의 상대적인 이동 방향으로 상기 차단 구역과 비 차단 구역이 교대로 제공되고, 각각의 비 차단 구역은 연관된 차단 구역의 상류에 위치하며, 상기 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 복수의 비 차단 구역(24);
    을 포함하되,
    각각의 차단 구역은 만곡된 또는 각이 진 형상을 갖고, 상기 만곡된 또는 각이 진 형상은 하류로 지향하는 상단(36)을 정의하고, 상기 차단 구역은, 상기 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 상기 차단 구역에서의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 국부적으로 감소시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 상기 윤활유의 흐름을 억제하는 것에 의해, 각 상단(36)의 상류에 바로 위치하는 피크 구역(38)의 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 상기 비 차단 구역에서의 상기 베어링 갭 내에서 상기 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성되는 유체 동압 베어링 장치(10).
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 차단 구역은, 반경 방향에 대해 일정 각도로 연장된 좌측 섹션(42)과 우측 섹션(40)을 포함하되, 상기 좌측 및 우측 섹션은 상기 윤활유를 상기 피크 구역(38)으로 지향시키는 유체 동압 베어링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 상단은 상기 제1 또는 제2 베어링 표면의 중앙 영역에 위치하는 유체 동압 베어링 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서 상단(36)은 상기 제1 또는 제2 베어링 표면의 내부 베어링 말단(26B)으로부터의 거리(A1)에 위치하되 거리(A1)는 상기 제1 또는 제2 베어링 표면 폭(W1)의 30 내지 70 퍼센트인 유체 동압 베어링 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    쓰러스트 베어링 장치이되, 상기 제1 및 제2 베어링 표면은 평평하고 상기 주 회전축에 직각으로 연장되고, 상기 차단 구역은 반경 방향 거리(Dr)에 걸쳐 연장되는 유체 동압 베어링 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 베어링 표면은 환형이고 상기 베어링 갭도 환형인 유체 동압 베어링 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    차단 구역(22)은 V 형상 또는 U 형상을 갖는 유체 동압 베어링 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베어링 장치는 틸팅 패드 베어링 장치이고 틸팅(tilting) 가능한 복수의 틸팅 패드(80)를 포함하고, 제1 베어링 표면(12)은 복수의 제1 표면 섹션(12A, 12B, 12C)을 포함하고 각각의 제1 표면 섹션은 틸팅 패드에 배치되고, 상기 베어링 갭은 복수의 베어링 갭 섹션을 포함하고 각각의 베어링 갭 섹션은 각각의 틸팅 패드 및 제2 베어링 표면(14) 사이에서 정의되되,
    각각의 제1 표면 섹션은 윤활유의 압력을 증가시키는 임의의 표면 텍스처링이 없이 매끄럽고, 틸팅 패드와 상기 대향하는 제2 베어링 표면 사이에서의 각각의 개별 베어링 갭 섹션은 상기 표면 텍스처링에 따른 베어링 갭 높이의 변화가 없고,
    각각의 제1 표면 섹션은 만곡된 또는 각이 진 형상을 갖는 차단 구역(22)을 포함하고, 상기 만곡된 또는 각이 진 형상은 하류로 지향하는 상단(36)을 정의하고, 상기 차단 구역은, 상기 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 상기 차단 구역에서의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 국부적으로 감소시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 상기 윤활유의 흐름을 억제하는 것에 의해, 각 상단(36)의 상류에 바로 위치하는 피크 구역(38)의 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 상기 비 차단 구역(24) 에서의 상기 베어링 갭 내에서 상기 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성되는 유체 동압 베어링 장치.
  9. - 자기 유변성 액체이거나 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워진 베어링 갭(16)에 의해 분리되며, 서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 베어링 표면(12) 및 제2 베어링 표면(14);
    - 상기 제1 또는 제2 베어링 표면 내에 있고, 각각의 유입구가 상기 윤활유를 가압식 액체 공급원으로부터 베어링 갭(16)으로 공급하도록 구성되는 하나 이상의 공급 유입구(18);
    - 상기 제1 또는 제2 베어링 표면에 매립되고, 상기 베어링 갭의 적어도 하나의 차단 구역(22) 내의 상기 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키거나 상기 윤활유의 슬립 속도를 국부적으로 감소시킴으로써 상기 차단 구역에서 상기 베어링 갭을 통해 상기 윤활유가 흐르는 것을 국부적으로 억제하도록 구성되는 하나 이상의 액티베이터(20);
    를 포함하되,
    상기 베어링 갭은 상기 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 포함하고 각각의 비 차단 구역은 상기 연관된 공급 유입구(18)를 둘러싸고,
    상기 베어링 갭을 통한 상기 윤활유의 흐름 경로는, 적어도 하나의 공급 유입구(18)에서 시작해서 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 따라 연장하고 상기 차단 구역을 횡단하고, 베어링 갭 말단(26)에서 끝나도록 정의되고,
    제1 베어링 표면(12) 및 제2 베어링 표면(14)은 윤활유의 압력을 증가시키는 표면 텍스처링이 없이 매끄럽고, 베어링 갭은 상기 표면 텍스처링에 따른 베어링 갭 높이의 변화가 없고,
    상기 적어도 하나의 차단 구역은 스스로 또는 다른 차단 구역과 협력하여 적어도 하나의 비 차단 구역(24)을 둘러싸고,
    상기 차단 구역에서 증가된 점도 또는 감소된 슬립 속도를 갖는 상기 윤활유는, 상기 흐름 경로의 방해물로서 작용하고, 스스로 또는 다른 차단 구역에서 증가된 점도 또는 감소된 슬립 속도를 갖는 윤활유와 협력하여 상기 윤활유가 상기 비 차단 구역 밖으로 흐르는 것 및 상기 베어링 갭 말단을 통해 상기 베어링 갭 밖으로 흐르는 것을 억제함으로써, 상기 제1 및 제2 베어링 표면 사이의 접촉을 방지하는 동안 베어링 장치에 하중을 전달하기에 충분한 수준으로 상기 비 차단 구역에서의 윤활유의 압력을 증가시키는 베어링 장치(10).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액티베이터(20)는 자기장을 생성하는 전자석 또는 영구자석이거나 상기 적어도 하나의 차단 구역에서 전기장을 생성하기 위해 전기적으로 충전될 수 있는 전기적 액티베이터인 베어링 장치(10).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    각각의 비 차단 구역은 각각의 유입구(18)를 가지는 복수의 비 차단 구역(24A, 24B, 24C); 및 복수의 차단 구역(22A, 22B, 22C);을 포함하되, 각각의 차단 구역은 그것이 연관된 비 차단 구역을 둘러싸고 상기 윤활유가 상기 연관된 비 차단 구역 밖으로 흐르는 것을 억제하는 베어링 장치.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 베어링 표면은 원통형 또는 원뿔형이고, 상기 베어링 장치는 다수의 비 차단 구역(24A, 24B, 24C, 24D, 24E)을 포함하고, 각각의 비 차단 구역은 차단 구역(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)에 의해 둘러싸이되, 각각의 차단 구역은 축 방향 거리(D1)에 걸쳐 연장되는 제1 축 방향 부분(A1) 및 제2축 방향 부분(A2), 그리고 원주 방향 거리(D2)에 걸쳐 연장되는 제1 원주 방향 부분(C1) 및 제2 원주 방향 부분(C2)을 포함하고, 각각의 차단 구역은 상기 제1 및 제2 축 방향 부분과 상기 제1 및 제2 원주 방향 부분을 상호 연결하는 4개의 코너(32)를 포함하는 베어링 장치.
  13. 제1항에 따른 적어도 하나의 베어링 장치에 의해 지지되는 샤프트(50)를 포함하는 구동 어셈블리(100).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 샤프트는
    제1항 또는 제9항에 따른 제1 베어링 장치(10A);
    제1항 또는 제9항에 따른 제2 베어링 장치(10B)이되, 제1 베어링 장치(10A)와 제2 베어링 장치(10B)는 저널 베어링 장치이고, 상기 제1 베어링 장치(10A) 및 제2 베어링 장치(10B)는 상기 샤프트를 위치시키고 2개의 독립적인 반경 방향(Y, Z)으로 상기 샤프트에 대한 지지를 제공하고;
    제1항 또는 제9항에 따른 제3 베어링 장치(10C)로, 제3 베어링 장치는 쓰러스트 베어링 장치이고, 상기 샤프트를 위치시키고 축 방향(X)으로 상기 샤프트에 대한 지지를 제공하는 제3 베어링 장치;
    에 의해 지지되는, 구동 어셈블리(100).
  15. 선체(106), 엔진(108), 프로펠러(110), 및 상기 엔진을 상기 프로펠러에 연결하는 제13항의 구동 어셈블리를 포함하는 선박.
  16. - 제1 베어링 표면(12);
    - 제1 베어링 표면(12)에 대면하는 제2 베어링 표면으로 여기서 상기 제1 및 제2 베어링 표면은 주 회전축(30) 중심으로 서로에 대해 회전하도록 구성되는 제2 베어링 표면(14),
    - 상기 제1 및 제2 베어링 표면 사이에서 한정되는 베어링 갭으로서, 자기 유변성 액체 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활유로 채워지는 베어링 갭(16);
    - 상기 제1 또는 제2 베어링 표면에 매립되고, 복수의 차단 구역(22)에서 상기 윤활유의 점도를 국부적으로 증가시키거나 상기 슬립 속도를 국부적으로 감소시킴으로써 각각의 차단 구역에서 상기 베어링 갭을 통해 상기 윤활유가 흐르는 것을 억제하도록 구성되는 복수의 액티베이터(20);
    - 상기 제1 및 제2 베어링 표면 사이의 상대적인 이동 방향으로 상기 차단 구역과 비 차단 구역이 교대로 제공되고, 각각의 비 차단 구역은 연관된 차단 구역의 상류에 위치하며, 상기 윤활유의 흐름이 억제되지 않는 복수의 비 차단 구역(24);
    을 포함하되,
    각각의 차단 구역은 만곡된 또는 각이 진 형상을 갖고, 상기 만곡된 또는 각이 진 형상은 하류로 지향하는 상단(36)을 정의하고, 상기 차단 구역은, 상기 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 상기 차단 구역에서의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 국부적으로 감소시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 상기 윤활유의 흐름을 억제하는 것에 의해, 각 상단(36)의 상류에 바로 위치하는 피크 구역(38)의 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 상기 비 차단 구역에서의 상기 베어링 갭 내에서 상기 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성되고,
    베어링 장치는 틸팅 패드 베어링 장치이고 틸팅(tilting) 가능한 복수의 틸팅 패드(80)를 포함하고, 제1 표면(12)은 복수의 제1 표면 섹션(12A, 12B, 12C)을 포함하고 각각의 제1 표면 섹션은 틸팅 패드에 배치되고, 상기 베어링 갭은 복수의 베어링 갭 섹션을 포함하고 각각의 베어링 갭 섹션은 각각의 틸팅 패드 및 제2 베어링 표면(14) 사이에서 정의되고,
    각각의 제1 표면 섹션은 윤활유의 압력을 증가시키는 임의의 표면 텍스처링이 없이 매끄럽고, 틸팅 패드와 상기 대향하는 제2 베어링 표면 사이에서의 각각의 개별 베어링 갭 섹션은 상기 표면 텍스처링에 따른 베어링 갭 높이의 변화가 없고,
    각각의 제1 표면 섹션은 만곡된 또는 각이 진 형상을 갖는 차단 구역(22)을 포함하고, 상기 만곡된 또는 각이 진 형상은 하류로 지향하는 상단(36)을 정의하고, 상기 차단 구역은, 상기 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동하는 경우에 상기 차단 구역에서의 점도를 국부적으로 증가시키거나 슬립 속도를 국부적으로 감소시키고 각각의 차단 구역을 가로지르는 상기 윤활유의 흐름을 억제하는 것에 의해, 각 상단(36)의 상류에 바로 위치하는 피크 구역(38)의 각각의 차단 구역의 상류에 위치하는 상기 비 차단 구역(24) 에서의 상기 베어링 갭 내에서 상기 윤활유의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성되는 유체 동압 베어링 장치(10).
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