KR20110023319A

KR20110023319A - 저널 포일 에어베어링

Info

Publication number: KR20110023319A
Application number: KR1020090081103A
Authority: KR
Inventors: 김경수
Original assignee: 주식회사 뉴로스
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-08
Also published as: JP5449553B2; US20110052110A1; KR101068542B1; CN102003463B; EP2473749A1; JP5748819B2; US8353631B2; EP2473749B1; JP2014037890A; CN102003463A; EP2473749A4; WO2011025087A1; JP2013501902A

Abstract

본 발명에 따른 저널 포일 에어베어링(5000)은 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주방향을 따라 하나의 톱 포일(300)이 제공된다. 또한 범프 포일(20c)(20d)은 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주내면(188)을 따라 상호간에 이격되어 장착된다. 이때 상기 톱 포일(300)은 그 양단이 굽힘부(308a)(308b)를 형성하여 슬롯몸체부(40)의 슬롯(414)에 유동가능하게 장착된다.

저널 포일 에어베어링, 로브, 양방향

Description

저널 포일 에어베어링{Journal foil air bearing}

본 발명은 저널 포일 에어베어링(Journal foil air bearing)에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 저널 포일 에어베어링의 포일이 고속회전시 로브(lobe)를 형성하여 로터의 동적 불안정성을 해소할 수 있으며 또한 로터가 양 방향으로 회전할 수 있어 조립과 설치의 편의성을 제공하고 의도하지 않은 방향의 로터회전에 따른 베어링의 파손을 방지할 수 있는 저널 포일 에어베어링에 관한 것이다.

포일 에어베어링(Foil air bearing)은 로터(rotor)의 고속회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 이와 접하는 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성하여 하중을 지지하는 베어링을 말한다.

이러한 포일 에어베어링 중 로터의 회전을 지지하는 저널 포일 에어베어링과 관련되어, 로터의 고속회전시 동적 불안정성(dynamic instability)의 문제가 발생할 수 있다. 즉 로터가 고속으로 회전할 때 로터의 회전이 안정되지 못하여 진동 등의 문제가 발생하는 것이다.

이러한 동적 불안성은 로터와 포일 사이의 압력분포에 의하여 발생할 수 있으며 이외 포일 구조물의 마찰감쇄나 로터의 불균형 질량(Unbalance mass) 등에 의해서 도 영향을 받을 수 있다.

이러한 동적 불안정성은 로터회전성능에 악영향을 미치는 것으로서 이를 해소할 필요가 있다.

일반적으로, 저널 포일 에어베어링은 한 개의 범프 포일(bump foil)과 한 개의 톱 포일(top foil)로 구성 되던가, 또는, 3개의 범프 포일(bump foil)과 3개의 톱 포일(top foil)로 각각 3개로 구성되고 있다. 이 중 각각 3개의 범프 포일(bump foil)과 톱 포일(top foil)로 구성되는 경우가 하중지지력 및 동적 안정성 측면에서 유리한 것으로 알려져 있지만, 이 경우 베어링의 부품수가 증가하여 제작비용이 상승하고 각각 3개의 범프 포일과 톱 포일이 모두 동일한 공차를 갖도록 제작되고 조립되어야 하며, 또한, 톱 포일의 고정부가 모두 로터에 직접 노출되어 고정부의 신뢰도를 확보하여야 하는 문제가 있다.

따라서 전체적으로 포일의 수를 줄이는 것이 유리할 수 있으며, 특별히 톱 포일의 수를 줄이는 것이, 톱 포일의 고정부의 신뢰도 확보차원에서 바람직하다 할 것이다.

일반적인 저널 포일 에어베어링에서 톱 포일은 일단이 베어링 하우징의 중공(hole)의 원주내면에 고정되고 다른 단은 고정되지 않은 자유단을 이루어, 그 원형의 형태를 따라 탄성적으로 그 반경이 증가하거나 감소할 수 있도록 되어있다. 이것은 로터가 고속으로 회전함에 따라 로터와 톱 포일 사이의 간격(gap)이 증가하여 로터의 회전 중에 발생하는 열변형과 로터와 톱 포일사이에 형성되는 압력을 수용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이것은 로터의 회전에 대하여 톱 포일은 그 반 경이 증가하는 방향으로 설치되어야 하는 것을 의미한다. 만일 로터의 정상회전방향에 대하여 톱 포일이 역으로 설치되는 경우, 로터의 회전에 따라 로터와 톱 포일 사이의 간격이 감소하여 로터가 회전을 이루지 못하고 베어링이 파손될 수 있다.

따라서 로터의 양방향회전을 모두 허용할 수 있는 톱 포일의 구조가 제공된다면 바람직하다. 이러한 경우 전술한 문제가 없어, 조립과 설치가 편리하고, 그 관리가 용이하게 되며 베어링 파손의 가능성이 줄어들게 되는 것이다.

그러므로 우선 1개의 톱 포일을 제공하여 부품수를 줄이고 톱 포일의 고정부의 노출을 최소화할 수 있다면 바람직하다 할 것인데, 이와 관련되어 로터의 고속회전에 따른 동적 불안정성을 해소하고 또한 양 방향 회전이 가능하도록 할 수 있다면 더욱 바람직하다 할 것이다. 다른 측면에서, 로터의 고속회전에 따른 동적 불안정을 해소하기 위하여 톱 포일에 로브를 형성할 수 있는데, 이 경우, 그 로브공간의 크기 및 위치를 쉽게 조정할 수 있다면 바람직하다 할 것이다. 본 발명은 이러한 요청을 만족시킨다.

본 발명의 목적은 1개의 톱 포일을 제공하여 부품수를 줄이고 톱 포일 고정부의 노출을 최소화하면서 로터의 고속회전에 따른 동적 불안정성을 해소할 수 있는 저널 포일 에어베어링의 구조를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 1개의 톱 포일을 제공하여 부품수를 줄이고 톱 포일 고정부의 노출을 최소화하면서 로터의 양 방향회전을 허용하는 저널 포일 에어베어링의 구조를 제공하는 것이다. 더욱 나 아가서 본 발명의 목적은 1개의 톱 포일을 제공하여 부품수를 줄이고 톱 포일 고정부의 노출을 최소화하면서 로터의 고속회전에 따른 동적 불안정성을 해소하고 동시에 로터의 양 방향 회전을 허용하는 저널 포일 에어베어링의 구조를 제공하는 것이다.

한편으로, 본 발명의 또 다른 목적은 로터의 동적 불안정성을 해소하기 위하여 로브공간을 형성함에 있어서 그 위치 및 크기를 쉽게 조정할 수 있는 저널 포일 에어베어링의 구조를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적에 따라 본 발명은 로터가 배치되는 중공을 가지는 베어링하우징과; 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면(inner periphery)을 따라 상호간에 이격되어 2개 이상이 설치되는 범프 포일과; 상기 2개 이상의 범프 포일의 상부를 따라 배치된 것으로서 원주방향을 따라 한 개가 설치되는 톱 포일을 포함하여 이루어져; 상기 로터의 고속회전시 상기 톱 포일이 상기 범프 포일이 상호간에 이격된 곳에서 외측으로 로브형태로 변형하는 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링을 제공한다.

본 발명에 따를 경우, 상기 2개 이상의 범프 포일의 사이에서 범프가 존재하지 않는 곳의 원주거리는 베어링하우징의 중공의 반지름(R)과, 인접하는 범프 포일에서 상기 베어링하우징의 중공의 중심에 대하여 범프가 끝나는 곳이 이루는 각도를 곱한 값으로서, 이때 상기 각도는 5°에서 45°사이에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따를 경우, 상기 톱 포일은 다수개의 겹쳐져서 배치될 수 있다.

본 발명에 따를 경우, 상기 톱 포일의 양단은 외측으로 굽어진 굽힘부를 가지며, 상기 굽힘부가 상기 베어링하우징의 중공의 내면에 형성된 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하게 장착되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 톱 포일은 상기 양단의 굽힘부가 상호간에 맞대어져 설치되며, 이들 굽힘부를 중심으로 대칭인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 상기 베어링하우징의 중공내면의 슬롯에는 상기 중공을 향하여 슬롯이 형성된 슬롯몸체부가 장착되며, 상기 톱 포일의 양단의 굽힘부는 상기 슬롯몸체부의 슬롯에 상호간에 맞대어지도록 끼워져 장착되며, 이때 상기 슬롯몸체부의 슬롯에는 상기 톱 포일의 양단의 굽힘부가 원주방향 및 반경방향으로 유동할 수 있는 유격이 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에서, 또한, 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면에 형성된 슬롯에는 상기 슬롯몸체부와 상기 범프포일의 일단의 굽힘부가 상호간에 접촉하도록 끼워져 장착되어, 상기 슬롯몸체는 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면의 슬롯에서 원주방향으로 유동될 수 있다.

본 발명은, 또한, 로터가 배치되는 중공을 가지는 베어링하우징과; 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면(inner periphery)을 따라 설치된 범프 포일과; 상기 범프 포일의 상부를 따라 배치된 것으로서 원주방향을 따라 한 개가 설치되는 톱 포일을 포함하여 이루어지며; 여기서, 상기 톱 포일의 양단은 외측으로 굽어진 굽힘부를 가지며, 상기 굽힘부가 상기 베어링하우징의 중공의 내면에 형성된 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베 어링을 제공한다.

이 경우, 상기 톱 포일은 상기 양단의 굽힘부가 상호간에 맞대어져 설치되며, 이들 굽힘부를 중심으로 대칭인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 또한, 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면에 형성된 슬롯에는 상기 슬롯몸체부와 상기 범프포일의 일단의 굽힘부가 상호간에 접촉하도록 끼워져 장착되어, 상기 슬롯몸체부는 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면의 슬롯에서 원주방향으로 유동될 수 있다.

본 발명은 원주방향으로 1개의 톱 포일을 제공하여 부품수를 줄이고 톱 포일 고정부의 노출을 최소화하면서 로터의 고속회전에 따른 동적 불안정성을 해소할 수 있으며 또한 로터의 양 방향회전을 허용하는 저널 포일 에어베어링의 구조를 제공한다. 한편으로, 본 발명은 로터의 동적 불안정성을 해소하기 위하여 로브공간을 형성함에 있어서 그 위치 및 크기를 쉽게 조정할 수 있는 저널 포일 에어베어링의 구조를 제공한다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 저널포일 에어베어링(1000)을 보이는 도면이다.

도시된 바와 같이, 베어링하우징(10)이 제공되고 상기 베어링하우징(10)은 로터(8)가 배치되는 중공(18)을 가진다.

상기 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주내면(188)을 따라 범프 포일이 설치되며, 상기 범프 포일의 상부를 따라 톱 포일이 설치된다.

본 발명에 따를 경우, 상기 범프 포일은 원주를 따라 2개 이상이 제공되며, 이들은 상호간에 이격된다. 또한, 상기 톱 포일은 원주방향을 따라서 한 개가 제공된다. 후술하듯이 상기 톱 포일은 원주방향을 따라 하나가 제공되지만, 반경방향을 따라서 2개 또는 그 이상이 겹쳐져 댐핑(damping)을 증가시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상기 범프 포일은 베어링하우징의 중공의 원주(188)의 내면을 따라 두 개(20a)(20b)가 제공되는데, 하나(20a)는 스페이서 블록(4a)에 점용접 되어 설치되며, 다른 하나는 스페이서 블록(4b)에 점용접 되어 설치되고 있다.

상기 범프 포일(20a)(20b)의 상부에 톱 포일(30)이 배치되는데, 상기 톱 포일(30)은 상기 범프 포일(20a)(20b)의 상부의 원주를 둘러 한 개로 형성된다. 이러한 톱 포일(30)은 일단의 에지부가 상기 스페이서 블록(4a)에 점용접 되어 설치되고 있고 반대단은 자유단을 형성하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 범프 포일(20a)(20b)은 베어링하우징의 중공의 원 주(188)의 내면을 따라 각각 상호간에 이격되어 있으며, 이에 따라, 로터(8)가 고속으로 회전하면, 상기 톱 포일(30)은 상기 중공(18)에 형성되는 압력에 의하여 상기 범프 포일(20a)(20b)이 상호간에 이격된 곳에서 외측으로 로브(lobe)형태로 변형이 이루어진다.

즉 상기 범프 포일(20a)(20b)의 사이에서 범프(2)가 존재하지 않는 곳에서는 범프(2)의 지지력이 미치지 않아 중공(18)에 형성되는 공기의 압력에 의하여 톱 포일(30)이 외측으로 가압되고, 로브의 형태로 변형이 이루어지는 것이다. (도 2 참조)

이때 상기 범프 포일(20a)(20b)의 사이에서 범프(2)가 존재하지 않는 곳의 원주거리(B)는 상기 베어링하우징의 중공의 반지름(R)과, 인접하는 범프 포일(20a)(20b)에서 상기 베어링하우징의 중공의 중심(O)에 대하여 범프(2)가 끝나는 곳(B1)(B2)이 이루는 각도(θ)를 곱한 값이 되는데, 상기 각도(θ)는 5°에서 45°사이에 있는 것이 바람직하다.

만일 상기 각도(θ)가 5°보다 작은 경우는 후술하는 로브형태의 변형이 적어 그 효과가 미비하며 만일 45°를 넘는 경우는 톱 포일에서 발생하는 압력이 지나치게 감소하여 베어링의 하중 지지력 감소를 야기할 수 있다.

이 경우, 범프포일(20a)의 경우 범프가 끝나는 곳은 범프의 일부가 형성된 것(22)의 끝단 B1이 된다. 범프 포일(20b)과 관련되어, 범프 포일(20b)의 끝단인 B0는 범프가 끝나는 것이 아닌 에지부의 끝단으로서 기준이 되지 못한다.

도 2는 도 1의 첫 번째 실시예에 따라 범프 포일(20a)(20b)이 이격된 곳에서 로 브(L1)(L2)가 형성된 것을 보인다.

로터(8)가 낮은 속도로 회전하는 경우, 톱 포일(30)의 탄성력으로 톱 포일(30)은 그 형태를 유지하지만, 회전속도가 증가하면서 베어링 내부의 압력이 높아지면 범프 포일에 의하여 지지되지 않는 곳에서 톱 포일(30)이 외측으로 변형을 이루게 되는데, 본 실시예의 경우, 상기 범프 포일(20a)(20b)이 상호간에 이격된 곳에서 톱 포일(30)이 외측으로 가압되어 로브형태(L1)(L2)를 이루게 된다.

본 실시예에서 상부의 로브공간(L2)은 톱 포일(30)이 연속되지 않아 완전한 로브형태로 변형되지 않지만 전체적으로 로브형태를 갖추게 된다.

이와 같이 로브(L1)(L2)가 형성됨으로 인하여 로브(L1)(L2)에서 로터(8)와 톱 포일(30)사이의 간격은 넓어진 반면 이외의 부분에서는 그 간격이 좁아지며, 이에 따라 로브공간 이외의 부분에서 공기가 상대적으로 강하게 압착되어 로터(8)를 중공(18)의 중심(O)쪽으로 밀게 되며, 이에 따라 로터(8)의 동적 안정성이 확보된다. 또한 이 경우 로터(8)와 톱 포일(30)사이의 간격은 로브공간에 의하여 전체적으로는 넓어지는 것으로서 마찰열이 감소하여 냉각효과를 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 저널포일 에어베어링(2000)을 보인다.

이 경우, 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주내면(188)을 따라 범프 포일(20c)(20d)이 상호간에 이격되어 설치되고 있으며 그 상부를 따라 톱 포일(30)이 설치된다.

상기 톱 포일(30)은 상기 범프 포일(20c)(20d)의 상부의 원주를 둘러 한 개로 형성되며, 일단의 에지부가 상기 스페이서 블록(4c)에 점용접 되어 설치되고 있고 반대단은 자유단을 형성하고 있다.

상기 범프 포일(20c)(20d)은 각각 그 일단에 굽힘부(23c)(23d)가 형성되어 이러한 굽힘부(23c)(23d)가 베어링하우징(10)의 중공의 원주내면(188)에 형성된 슬롯(13c)(13d)에 각각 끼움결합되고 있다,

이들 범프 포일(20c)(20d)은 상호간에 이격되어 있는데, 이 경우, 이들 범프 포일(20c)(20d)의 사이에서 범프(2)가 존재하지 않는 곳의 원주거리(B)는 상기 베어링하우징의 중공의 반지름(R)과, 인접하는 범프 포일(20c)(20d)에서 상기 베어링하우징의 중공의 중심(O)에 대하여 범프(2)가 끝나는 곳(B3)(B4)이 이루는 각도(θ)를 곱한 값이 되며, 상기 각도(θ)는 5°에서 45°사이에 있는 것이 바람직하다. 그 이유는 첫 번째 실시예의 경우와 같다.

도 4를 참고로, 로터(8)가 낮은 속도로 회전하는 경우, 톱 포일(30)의 탄성력으로 톱 포일(30)은 그 형태를 유지하지만, 회전속도가 증가하면서 베어링 내부의 압력이 높아지면 범프 포일에 의하여 지지되지 않는 곳에서 톱 포일(30)이 외측으로 변형을 이루게 되며, 이에 따라, 상기 범프 포일(20c)(20d)이 상호간에 이격된 곳에서 톱 포일(30)이 외측으로 가압되어 로브형태(L3)(L4)를 이루게 된다.

본 실시예에서 상부의 로브공간(L4)은 톱 포일(30)이 연속되지 않아 완전한 로브형태로 변형되지 않지만 전체적으로 로브형태를 갖추게 된다.

이와 같이 로브(L3)(L4)가 형성됨으로 인하여 로브(L3)(L4)에서 로터(8)와 톱 포일(30)사이의 간격은 넓어진 반면 이외의 부분에서는 그 간격이 좁아지며, 이에 따라 로브공간 이외의 부분에서 공기가 상대적으로 강하게 압착되어 로터(8)를 중 공(18)의 중심(O)쪽으로 밀게 되며, 이에 따라 로터(8)의 동적 안정성이 확보된다. 또한 이 경우 로터(8)와 톱 포일(30)사이의 간격은 로브공간에 의하여 전체적으로는 넓어지는 것으로서 마찰열이 감소하여 냉각효과를 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 저널 포일 에어베어링(3000)을 보이는데, 이 경우 원주방향으로 한 개씩이 제공되는 톱 포일(30a)(30b)이 반경방향을 따라서 두 개가 겹쳐져 배치되며, 이에 따라, 댐핑효과가 증대된다.

본 실시예에서, 상기 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주내면(188)에는 슬롯(14)이 형성되고 여기에 스페이서 블록(4d)이 장착되는데, 상기 스페서 블록(4d)과 상기 슬롯(14)사이의 유격에 톱 포일(30a)(30b)의 각각의 굽힙부(34a)(34b)가 끼워져 결합되고 있다. 이들 톱 포일(30a)(30b)의 각각의 굽힙부(34a)(34b)의 반대단은 자유단을 이루고 있다.

도 6은 본 발명이 본 발명의 다른 측면에 따른 저널 포일 에어베어링(4000)을 보인다.

이 경우, 베어링하우징(10)의 중공(18)의 내부에 로터(8)가 배치되고, 그 원주면(188)을 따라 범프 포일(200)이 설치되고 있다.

이 경우, 상기 범프 포일(200)은 원주방향을 따라 한 개가 설치될 수도 있고 전술한 실시예들과 같이 상호간에 이격되어 다수개가 형성될 수도 있다. 본 실시예의 경우는 원주방향을 따라 한 개로 이루어진 것이 설치된 것이 보인다.

본 발명에 따를 경우, 톱 포일은 상기 범프 포일의 상부를 따라 배치되며, 원주방향을 따라 한 개가 설치되는데, 이때 톱 포일의 양단은 외측으로 굽어진 굽힘부 를 가지며, 상기 굽힘부가 상기 베어링하우징의 중공의 내면에 형성된 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하게 장착된다.

이와 같이 톱 포일의 양단의 굽힘부가 중공원주내면의 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하게 장착이 됨에 따라, 로터의 어느 방향의 회전에 대해서도 톱 포일의 반경이 증가하게 되어 로터의 회전 중에 발생하는 열변형과 로터와 톱 포일사이에 형성되는 압력을 수용할 수 있게 된다.

도 6 및 도 7을 참고로, 본 실시예의 경우, 상기 톱 포일(300)의 양단은 외측으로 굽어진 굽힘부(308a)(308b)를 형성하고 있다.

또한, 상기 베어링하우징의 중공의 내면에는 슬롯(140)이 형성되고 이러한 슬롯(140)에 슬롯몸체부(40)가 장착된다. 상기 슬롯몸체부(40)는 다시 슬롯(414)을 가지는데, 상기 톱 포일(300)의 양단의 굽힘부(308a)(308b)가 상기 슬롯몸체부(40)의 슬롯(414)에 상호간에 맞대어지도록 끼워져 장착된다.

이 경우, 상기 슬롯몸체부(40)의 슬롯(414)에는 상기 톱 포일(300)의 양단의 굽힘부(308a)(308b)가 원주방향 및 반경방향으로 유동할 수 있는 유격(c1)(c2)이 형성되어 있다.

또한 본 실시예의 경우, 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면에 형성된 슬롯(140)에는 상기 슬롯몸체부(40)와 상기 범프포일(200)의 일단의 굽힘부(208)가 상호간에 접촉하도록 끼워져 장착되어 있다. 이에 따라 상기 슬롯몸체부(40)가 상 기 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주내면(188)의 슬롯(140)에서 유격(c3)이 형성되고 원주방향으로 유동될 수 있도록 하고 있다.

이와 같은 경우, 톱 포일(300)은 슬롯(414)에서 그 양단이 지지되며, 또한, 원주(c1) 및 반경(c2)방향의 유격에 의하여 유동이 가능하여, 로터의 회전이 어느 방향이더라도 반경방향으로 팽창이 이루어지게 된다.

이에 따라, 로터의 회전에 따른 열변형 및 압력증가에 따른 반경방향의 팽창을 어느 방향으로도 수용할 수 있게 된다. 즉 로터(8)의 회전방향의 방향성에 영향을 받지 않는 것이다.

특별히, 이 경우, 상기 슬롯몸체부(40)도 상기 슬롯(140)에 대하여 유격(c3)을 줌으로써 더욱 탄성적으로 로터의 회전에 대응할 수 있도록 하고 있다.

본 발명에 따를 경우, 원주방향으로 하나가 제공되는 톱 포일은 반경방향으로 겹쳐져 댐핑을 증가시킬 수 있다. 즉 도 8에서 보이는 것과 같이 원주방향의 톱 포일(300)(300')를 상호간에 겹치도록 배치할 수 있는 것이다. 이 경우 각각의 톱 포일(300)(300')의 양단의 굽힘부(308a)(308b)(308a')(308b')가 상기 슬롯몸체부(40)의 슬롯(414)에 끼움결합되고 있다.

본 발명에 따를 경우, 범프 포일을 중공의 원주내면을 따라 상호간에 이격되어 2개 이상을 제공하고, 또한 톱 포일의 양단의 굽힘부를 중공원주내면에 형성되는 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하도록 장착함으로써, 로터의 고속회전시의 동적 안정성을 높이고 또한 로터의 양 방향 회전을 허용하도록 할 수 있다. 도 9는 이러한 경우의 실시예를 보인다.

이 경우, 베어링하우징(10)의 중공(18)의 원주내면(188)의 슬롯(140)에 슬롯몸체부(40)가 설치되고 있다. 상기 슬롯몸체부(40)의 슬롯(414)에 원주방향을 따라 한 개가 제공되는 톱 포일(300)의 양단의 굽힘부(308a)(308b)가 끼움결합되고 있으며, 이때, 상기 슬롯몸체부(40)의 슬롯(414)에는 상기 톱 포일(300)의 양단의 굽힘부(308a)(308b)가 원주방향 및 반경방향으로 유동할 수 있는 유격(c1)(c2)이 형성되어 있다.

또한 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면(188)을 따라 범프 포일(20c)(20d)이 상호간에 이격되어 배치되며, 이 경우, 이들 범프 포일(20c)(20d)의 사이에서 범프(2)가 존재하지 않는 곳의 원주거리(B)는 상기 베어링하우징의 중공의 반지름(R)과, 인접하는 범프 포일(20c)(20d)에서 상기 베어링하우징의 중공의 중심(O)에 대하여 범프(2)가 끝나는 곳(B3)(B4)이 이루는 각도(θ)를 곱한 값이 되는데, 상기 각도(θ)는 5°에서 45°사이에 있게 된다.

이러한 구조에 따라, 우선 상기 톱 포일(300)은 로터의 어느 방향 회전에도 그 반경이 팽창하여, 로터의 양방향회전을 수용할 수 있으며, 로터(8)가 고속으로 회전할 때 상기 범프 포일(20c)(20d)이 이격된 곳에서 로브공간이 형성되어 동적안정성이 크게 증대된다.

따라서 본 발명에 따를 경우, 로터의 양방향 회전을 수용하며 더불어 동적안정성을 크게 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따를 경우, 전술한 저널 포일 에어베어링(1000)(2000)(3000)(5000)과 같이 범프 포일을 중공의 원주내면(188)을 따라 다수 개를 이격하여 배치하는 경 우, 로터(8)의 고속회전에 따라 이들 범프 포일이 이격된 곳에서 톱 포일이 로브를 형성하여 고속회전시 로터의 동적 안정성을 증대시키게 된다. 이와 같은 경우, 범프 포일의 개수 및 위치 그리고 상기 범프 포일의 사이에서 범프가 존재하지 않는 곳의 원주거리를 결정함으로써 로브의 위치와 크기를 결정할 수 있게 되고 이에 따라 동적 안정성을 쉽게 확보할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에서는 베어링하우징의 중공의 원주내면을 따라 2개의 상호간에 이격된 범프포일을 보였지만, 그 이상이 제공될 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명은 원주방향을 따라 하나의 톱 포일을 제공하여 부품수를 줄이고 톱 포일 고정부의 노출을 최소화하면서, 고속회전시 로터의 동적 안정성을 증대시킬 수 있고, 로터의 양 방향회전을 허용하여 톱 포일의 조립과 설치의 편의성을 제공하고 의도하지 않는 방향으로 로터의 회전에 따른 베어링의 파손을 방지할 수 있는 저널 포일 에어베어링을 제공한다.

이로서 본 발명의 목적이 달성되었음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 실시예를 중심으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상에 따라 그 권리범위는 다음의 청구범위에 의한다.

도 1 및 2는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 저널 포일 에어베어링의 구조를 보이는 도면;

도 3 및 도 4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 저널 포일 에어베어링의 구조를 보이는 도면;

도 5는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 저널 포일 에어베어링의 구조를 보이는 도면;

도 6에서 도 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 저널 포일 에어베어링의 구조를 보이는 도면;

도 9는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 저널 포일 에어베어링의 구조를 보이는 도면.

Claims

로터가 배치되는 중공을 가지는 베어링하우징과;

상기 베어링하우징의 중공의 원주내면(inner periphery)을 따라 상호간에 이격되어 2개 이상이 설치되는 범프 포일과;

상기 2개 이상의 범프 포일의 상부를 따라 배치된 것으로서 원주방향을 따라 한 개가 설치되는 톱 포일을 포함하여 이루어져; 상기 로터의 고속회전시 상기 톱 포일이 상기 범프 포일이 상호간에 이격된 곳에서 외측으로 로브형태로 변형하는 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제1항에 있어서,

상기 2개 이상의 범프 포일의 사이에서 범프가 존재하지 않는 곳의 원주거리는 베어링하우징의 중공의 반지름(R)과, 인접하는 범프 포일에서 상기 베어링하우징의 중공의 중심에 대하여 범프가 끝나는 곳이 이루는 각도를 곱한 값으로서, 이때 상기 각도는 5°에서 45°사이에 있음을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제1항에 있어서,

상기 톱 포일은 다수개의 겹쳐져서 배치된 것임을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제1항에 있어서,

상기 톱 포일의 양단은 외측으로 굽어진 굽힘부를 가지며, 상기 굽힘부가 상기 베어링하우징의 중공의 내면에 형성된 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제4항에 있어서,

상기 톱 포일은 상기 양단의 굽힘부가 상호간에 맞대어져 설치되며, 이들 굽힘부를 중심으로 대칭인 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제5항에 있어서,

상기 베어링하우징의 중공내면의 슬롯에는 상기 중공을 향하여 슬롯이 형성된 슬롯몸체부가 장착되며, 상기 톱 포일의 양단의 굽힘부는 상기 슬롯몸체부의 슬롯에 상호간에 맞대어지도록 끼워져 장착되며, 이때 상기 슬롯몸체부의 슬롯에는 상기 톱 포일의 양단의 굽힘부가 원주방향 및 반경방향으로 유동할 수 있는 유격이 형성되어 있음을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제6항에 있어서,

상기 베어링하우징의 중공의 원주내면에 형성된 슬롯에는 상기 슬롯몸체부와 상기 범프포일의 일단의 굽힘부가 상호간에 접촉하도록 끼워져 장착되어, 상기 슬롯몸체는 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면의 슬롯에서 원주방향으로 유동될 수 있음을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
로터가 배치되는 중공을 가지는 베어링하우징과;

상기 베어링하우징의 중공의 원주내면(inner periphery)을 따라 설치된 범프 포일과;

상기 범프 포일의 상부를 따라 배치된 것으로서 원주방향을 따라 한 개가 설치되는 톱 포일을 포함하여 이루어지며; 여기서, 상기 톱 포일의 양단은 외측으로 굽어진 굽힘부를 가지며, 상기 굽힘부가 상기 베어링하우징의 중공의 내면에 형성된 슬롯에 원주 및 반경방향으로 유동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제8항에 있어서,

상기 톱 포일은 상기 양단의 굽힘부가 상호간에 맞대어져 설치되며, 이들 굽힘부를 중심으로 대칭인 것을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제9항에 있어서,

상기 베어링하우징의 중공내면의 슬롯에는 상기 중공을 향하여 슬롯이 형성된 슬롯몸체부가 장착되며, 상기 톱 포일의 양단의 굽힘부는 상기 슬롯몸체부의 슬롯에 상호간에 맞대어지도록 끼워져 장착되며, 이때 상기 슬롯몸체부의 슬롯에는 상기 톱 포일의 양단의 굽힘부가 원주방향 및 반경방향으로 유동할 수 있는 유격이 형성되어 있음을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제10항에 있어서,

상기 베어링하우징의 중공의 원주내면에 형성된 슬롯에는 상기 슬롯몸체부와 상기 범프포일의 일단의 굽힘부가 상호간에 접촉하도록 끼워져 장착되어, 상기 슬롯몸체부는 상기 베어링하우징의 중공의 원주내면의 슬롯에서 원주방향으로 유동될 수 있음을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.
제8항에 있어서,

상기 톱 포일은 다수개의 겹쳐져서 배치된 것임을 특징으로 하는 저널 포일 에어베어링.