KR20160138751A - 트러스트 포일 에어베어링 - Google Patents

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박치용
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박건웅
양현섭
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 트러스트 포일 에어베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트의 중심에서 반경 방향을 향해 연장된 반경 방향 단위 포일체(10); 상기 반경 방향 단위 포일체(10)와 일체로 이루어지고 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 포일체(12); 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 포일체(14); 및 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14) 사이에 형성되고 로터(R)의 회전 방향으로 오픈된 개구부(16)를 포함한다.

Description

트러스트 포일 에어베어링{Thrust foil air Bearing}
본 발명은 유체의 이동에 따른 댐핑을 실시하기 위해 사용되는 에어베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 압축기 또는 공기 블로워에 사용되는 트러스트 포일 에어베어링에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 차량은 수소와 산소가 가습기에 공급되어 물의 전기분해 역반응인 전기화학 반응을 통해 생성되는 전기 에너지를 차량의 구동력으로 공급하는 차량을 말한다.
연료전지 차량은 통상적으로 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료와 공기를 가습하여 공급하는 가습기와, 가습기에 수소를 공급하는 연료공급부와, 가습기에 산소를 포함한 공기를 공급하는 공기공급부와, 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각 모듈 등으로 구성된다.
공기공급부는 공기 중에 포함된 이물질을 여과하는 에어클리너와, 에어클리너에서 여과된 공기를 압축해 공급하는 공기 블로어, 공기 블로어를 제어하는 컨트롤 박스로 구성된다.
공기 블로어는 내부에 공기 흡입 및 압축을 위한 임펠러와, 임펠러를 회전 구동시키는 모터가 설치되며, 모터의 회전축은 전방 및 후방 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다.
연료전지 차량용 공기 블로어는 시스템의 특성 상 오일 순환을 통해 냉각 및 윤활을 할 수 없기 때문에 에어 포일 베어링을 이용해 고속으로 회전하는 회전축을 지지하는 구조를 갖는다.
종래의 에어 포일 베어링에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1 을 참조하면, 종래의 에어 포일 베어링은 트러스트 플레이트(5)의 일면에 특정 형태로 형성된 범프 포일(7)이 원주 방향에 배치되고, 상기 범프 포일(7)의 상면에 탑 포일(6)이 배치된다.
이와 같이 배치된 에어 포일 베어링은 로터(R)(도 2 참조)가 회전되면서 상기 에어 포일 베어링을 향해 유체의 유입 및 유출이 이루어질 경우 로터의 축 방향으로 가해지는 진동 및 충격을 안정적으로 댐핑하지 못하는 문제점이 유발되고, 심한 경우 상기 에어 포일 베어링이 파손되는 현상이 발생되었다.
이 경우 에어 포일 베어링으로 유입된 고압의 공기에 의해 댐핑이 불안정하게 이루어지면서 로터의 축 방향에서 진동 및 충격이 그대로 전달되는 현상이 발생되어 상기 로터가 장착된 구성품의 진동 및 파손이 발생되거나 내구성 저하를 유발하는 문제점이 발생되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.
한국특허등록 제0962903호 (등록일 2010. 06. 01)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 에어 포일 베어링으로 유입된 유체를 가둘 수 있는 구조로 변경하여 공기층의 두꼐를 증가시켜 사용하고, 서로 다른 강성으로 댐핑이 발생되도록 구조를 변경한 트러스트 포일 에어베어링을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링은 트러스트 플레이트(thrust plate)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트의 중심에서 반경 방향을 향해 연장된 반경 방향 단위 포일체; 상기 반경 방향 단위 포일체와 일체로 이루어지고 상기 반경 방향 단위 포일체의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트의 원주 방향을 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 포일체; 상기 반경 방향 단위 포일체의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트의 원주 방향을 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 포일체; 및 상기 제1 원주 방향 단위 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체 사이에 형성되고 로터의 회전 방향으로 오픈된 개구부를 포함한다.
상기 제1 원주 방향 단위 포일체는 상기 제2 원주 방향 단위 포일체에 비해 상대적으로 길게 연장된다.
상기 제1 원주 방향 단위 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체는 연장된 단부가 상기 트러스트 플레이트(thrust plate)에 고정된 상태가 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 개구부는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)의 폭(W1)과, 상기 제2 원주 방향 단위 포일체의 폭(W2)이 합쳐진 폭 보다 상대적으로 넓은 폭으로 형성된다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링은 트러스트 플레이트(thrust plate)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트의 중심에서 반경 방향을 향해 연장된 반경 방향 단위 포일체; 상기 반경 방향 단위 포일체와 일체로 이루어지고 상기 반경 방향 단위 포일체의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트의 원주 방향을 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 포일체; 상기 반경 방향 단위 포일체의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트의 원주 방향을 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 포일체; 상기 제1 원주 방향 단위 포일체에 일단이 연결되고 상기 제2 원주 방향 단위 포일체에 타단이 연결된 단위 연결체; 및 상기 단위 연결체에 일단이 고정되고 상기 제1 원주 방향 단위 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체 사이에 위치된 단위 보조 포일체를 포함한다.
상기 단위 연결체는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체 및 상기 단위 보조 포일체를 모두 고정한 상태로 상기 트러스트 플레이트에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 보조 포일체는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체의 하측과 제1 간극으로 이격되어 위치되고 상기 반경 방향 단위 포일체를 향해 단부가 연장된 제1 원주 방향 단위 보조 포일체; 상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체의 하측과 제2 간극으로 이격되어 위치하고 상기 반경 방향 단위 포일체를 향해 단부가 연장된 제2 원주 방향 단위 보조 포일체를 포함하고, 상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체는 상기 제2 원주 방향 단위 포일체의 상측과 제3 간극으로 이격되어 위치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체는 상기 단위 연결체의 길이 방향을 따라 동일한 폭으로 연장된다.
상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체는 상기 반경 방향 단위 포일체를 향해 연장된 단부가 상기 반경 방향 단위 포일체의 내측과 대응되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 단위 보조 포일체는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체의 강성 보다 상대적으로 작은 강성이 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 보조 포일체와 상기 반경 방향 단위 포일체 사이에는 제4 간극이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제4 간극은 상기 제1 내지 제3 간극에 비해 상대적으로 넓게 형성된다.
상기 단위 보조 포일체는 상기 제1,2 원주 방향 단위 포일체와 상이한 두께 또는 상이한 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 단위 보조 포일체는 제1 원주 방향 단위 포일체와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체의 폭 보다 상대적으로 작은 폭으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 단위 보조 포일체는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체의 하측과 제1 간극(C1)로 이격되어 위치하고, 상기 반경 방향 단위 포일체를 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 보조 포일체; 상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체의 하측과 제2 간극(C2)로 이격되어 위치하고, 상기 반경 방향 단위 포일체를 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 보조 포일체; 상기 제2 원주 방향 단위 포일체의 상측과 제2 간극(C3)으로 이격되고, 상기 반경 방향 단위 포일체 사이에 이격된 제4 간극(C4)이 유지되되, 상기 제1 내지 제4 간극(C1, C2, C3, C4)은 동일한 간극이 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링은 압축기 또는 공기 블로워가 장착된 수소자동차에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 트러스트 포일 에어베어링이 설치된 압축기 또는 에어 블로워의 로터의 축 방향으로 가해지는 충격을 안정적으로 댐핑하고 지지력이 향상되므로 댐핑에 따른 충격을 최대한 감소할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 유체의 압력 변동에 따라 서로 다른 강성으로 변형되는 트러스트 포일 에어베어링을 통해 충격을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 에어 포일 베어링을 도시한 사시도.
도 2은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링이 설치된 압축기를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링으로 유입된 유체의 압력장을 일 예로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링을 도시한 도면.
도 6은 제2 실시 예의 변형 예를 도시한 트러스트 포일 에어베어링을 도시한 도면.
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.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.도 2은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링이 설치된 압축기를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링으로 유입된 유체의 압력장을 일 예로 도시한 도면이다.
첨부된 도2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링(1)은 회전체(미도시)에 구비된 로터(R)에 삽입되고 공기를 이용하여 로터(R)에 가해지는 축 방향 응력을 댐핑하기 위해 사용되는데 트러스트 플레이트(2)가 원판 형태로 형성되고 상기 로터(R)가 삽입되도록 중앙에 삽입 홀이 형성되며 상기 트러스트 플레이트(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 다수개가 상기 삽입 홀을 동심원으로 하여 배치된다.
상기 트러스트 포일 에어베어링(1)은 반경 방향 단위 포일체(10)이 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트(2)의 중심에서 반경 방향을 향해 연장되는데, 상기 반경 방향 단위 포일체(10)과 후술할 제1,2 원주 방향 단위 포일체(12, 14)은 모두 일체형으로 이루어지며 상면이 평평하게 연장되지 않고 요철 형태로 이루어진다.
반경 반향 단위 포일체(10)은 소정의 두께로 이루어지고 트러스트 플레이트(2)의 상면 원주 방향을 따라 모두 동일한 형태로 이루어져 배치되며, 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 제1 원주 방향 단위 포일체(12)가 연장되고, 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 제2 원주 방향 단위 포일체(14)가 연장된다.
개구부(16)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14) 사이에 형성되고 로터(R)의 회전 방향으로 오픈된 형태로 구성되는데, 상기 로터(R)가 화살표 방향으로 회전될 경우 유체의 유동 흐름은 크게 두 가지로 발생된다.
첫 번째 유체의 유동 흐름은 상기 로터(R)의 축 방향을 따라 발생되고 두 번째는 상기 로터(R)의 회전에 따라 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 따라 발생되며, 이 경우 발생된 공기는 개구부(16)을 통해 유입되어 반경 방향 단위 포일체(10)와, 제1,2 원주 방향 단위 포일체(12, 14)에 의해 형성된 영역에 유체가 집중되면서 상기 로터(R)의 축 방향으로 가해지는 순간적인 충격 또는 응력 집중에 상관없이 안정적인 댐핑이 이루어진다.
유체는 개구부(16)로 유입된 이후에 탑 포일(미도시)과의 이격된 공간의 공기막 두께가 증가되므로 트러스트 포일 에어베어링(1)의 하중 지지력과 댐핑 성능이 향상된다.
상기 개구부(16)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)의 폭(W1)과, 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)의 폭(W2)이 합쳐진 폭 보다 상대적으로 넓은 폭으로 형성되는데, 이와 같이 형성되는 이유는 로터(R)의 회전에 따라 발생되는 유체의 안정적인 유입 및 유출과 이를 통한 댐핑을 효과적으로 실시하기 위해서이다.
만약 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)의 폭(W1)과, 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)의 폭(W2)이 합쳐진 폭 보다 좁은 폭으로 이루어질 경우 유체가 유입된 이후 고압의 압력장이 형성된 영역을 충분히 커버하기가 어려우므로 도면에 도시된 바와 같이 고압의 압력장이 형성된 영역을 안정적으로 커버할 수 있는 폭을 갖는 것이 바람직하다.
제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)는 연장된 단부가 상기 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)에 고정된 상태가 유지되며 점 용접 또는 다른 방식을 통해 고정된다.
제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 제2 원주 방향 단위 포일체(14)는 소정의 두께로 이루어지고 일정 간격으로 요철이 형성되어 있어 유체의 유입 및 배출에 따른 진동 및 응력 발생으로 인한 댐핑 능력이 유지된다.
첨부된 도 4를 참조하면, 제1 원주 방향 단위 포일체(12)는 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)에 비해 상대적으로 길게 연장되는데, 이와 같이 길게 연장되는 이유는 트러스트 포일 에어베어링(1)에 대한 유체의 압력장 분포에 대해 시뮬레이션을 실시할 경우 후술할 개구부(16)가 형성된 위치에 고압의 압력장이 형성되는 것을 알 수 있다.
참고로 진하게 해칭된 영역이 연하게 해칭된 영역에 비해 압력이 높은 상태에 해당된다.
이와 같은 압력장 분포에 대한 시뮬레이션을 통해 로터(R)의 회전에 따른 압력장의 분포를 확인해 보면 트러스트 포일 에어베어링(1)을 통한 댐핑 효과를 향상시키기 위해서는 반경 방향 단위 포일체(10)과 제1,2 원주 방향 단위 포일체(12, 14)를 통한 유체의 댐핑과 함께 개구부(16)에 상대적으로 많은 양의 유체가 고압의 압력장이 형성된 영역에 가둘 수 있는 공간을 형성하여 로터(R)에 가해지는 축 방향 응력에 대한 댐핑을 실시할 수 있다. 따라서 상기 로터(R)의 회전에 따라 발생되는 축 방향에서의 응력 집중으로 인한 파손 현상을 최소화 할 수 있고,지지 능력이 향상된다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 본 실시 예는 전술한 제1 실시 예와 다르게 개구부가 미 형성되나 상기 개구부가 형성된 위치에 로터에 전달되는 축 방향 응력을 댐핑하기 위한 단위 보조 포일체가 형성된다. 상기 단위 보조 포일체는 반경 방향 단위 포일체와 제1,2 원주 방향 단위 포일체에 의한 변형이 상대적으로 크게 발생되도록 구성하여 로터의 축 방향에서의 댐핑 능력 향상과 하중지지 능력을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 트러스트 에어 포일베어링의 구성에 따른 특징에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링(1a)은 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트의 중심에서 반경 방향을 향해 연장된 반경 방향 단위 포일체(100)와, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)과 일체로 이루어지고 상기 반경 방향 단위 포일체(100)의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 포일체(140)와, 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)에 일단이 연결되고 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)에 타단이 연결된 단위 연결체(150); 및 상기 단위 연결체(150)에 일단이 고정되고 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140) 사이에 위치된 단위 보조 포일체(200)를 포함한다.
트러스트 포일 에어베어링(1a)은 반경 방향 단위 포일체(100)가 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트(2)의 중심에서 반경 방향을 향해 연장되는데, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)과 후술할 제1,2 원주 방향 단위 포일체(120, 140)는 모두 일체형으로 이루어지며 상면이 평평하게 연장되지 않고 요철 형태로 이루어진다.
반경 반향 단위 포일체(100)는 소정의 두께로 이루어지고 트러스트 플레이트(2)의 상면 원주 방향을 따라 모두 동일한 형태로 이루어져 배치되며, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 제1 원주 방향 단위 포일체(120)가 연장되고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 제2 원주 방향 단위 포일체(140)가 연장된다.
또한 상기 단위 연결체(150)에 의해 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 제2 원주 방향 단위 포일체(140) 및 단위 보조 포일체(200)가 모두 동시에 고정된 상태가 유지된다.
단위 연결체(150)는 반경 방향 단위 포일체(100)와 같이 트러스트 플레이트(2)의 반경 방향으로 연장되고 상기 트러스트 플레이트(2)의 외주면에 용접을 통해 고정된 상태가 유지된다.
단위 연결체(150)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 제2 원주 방향 단위 포일체(140)에 대한 고정과 함께 후술할 단위 보조 포일체(200)에 대한 고정을 동시에 실시할 수 있어 작업자의 작업성 향상과, 상기 단위 보조 포일체(200)에 고압의 유체에 의한 응력이 집중되는 경우에도 안정적으로 고정된 상태를 유지한다.
단위 연결체(150)는 폭이 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120) 또는 제2 원주 방향 단위 포일체(140)에 비해 상대적으로 좁게 형성되어 고정된 상태만 유지하도록 설치된다. 또한 상기 단위 연결체(150)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120) 또는 제2 원주 방향 단위 포일체(140)와 같이 상면에 요철이 미 형성된 상태로 이루어지므로 유체의 유입 및 배출에 따라 단위 연결체(150)이 댐핑을 실시하지는 않고 고정된 상태를 안정적으로 유지시킨다.
단위 보조 포일체(200)는 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)와, 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)을 포함하여 구성되고, 상기 단위 연결체(150)의 길이 방향을 따라 동일한 폭으로 연장되므로 유체의 유출입으로 인한 진동을 댐핑할 때 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향에서 일정한 댐핑력이 유지된다.
상기 단위 보조 포일체(200)의 폭은 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 폭과 유사한 폭으로 이루어진다.
단위 보조 포일체(200)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 강성 보다 상대적으로 작은 강성이 유지되는데, 이와 같은 강성이 유지되는 이유는 유체의 유입 또는 유출에 따른 단위 보조 포일체(200)의 변형이 상대적으로 크게 발생하여 로터(R)의 축 방향으로 가해지는 진동 및 하중을 댐핑한다. 참고로 단위 보조 포일체(200)는 요철이 형성되어 있어 유체로 인한 진동 댐핑을 실시할 수 있다.
이와 같이 단위 보조 포일체(200)가 구성될 경우 동일한 진동이 전달되는 경우 상기 단위 보조 포일체(200)가 상대적으로 변형되는 변형량이 증가되어 로터(R)의 축 방향으로 전달되는 진동을 안정적으로 댐핑할 수 있다.
단위 보조 포일체(200)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)의 하측과 제1 간극(C1)로 이격되어 위치되고 상기 반경 방향 단위 포일체(100)을 향해 단부(211)가 연장된 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)와, 상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)의 하측과 제2 간극(C2)로 이격되어 위치하고 상기 반경 방향 단위 포일체(100)을 향해 단부(221)가 연장된 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)를 포함하고, 상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)는 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)의 상측과 제2 간극(C3)으로 이격되어 위치된다.
제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)와 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)는 각각 서로 다른 길이로 연장되나, 단부(211)가 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 내측과 대응되는 형상으로 이루어진다. 이 경우 한정된 공간에서 댐핑을 실시하기 위한 레이아웃 설계를 보다 효율적으로 할 수 있다.
상기 제1 간극(C1)과 제2 간극(C2) 및 제2 간극(C3)은 모두 동일 내지 유사한 간극이 유지되고 상기 제1 내지 제2 간극(C3)을 통해 유체의 이동이 이루어지므로 상기 단위 보조 포일체(200)와 함께 로터(R)의 축 방향에 가해지는 하중을 안정적으로 댐핑할 수 있으며 이를 통해 하중지지 능력을 최대화 할 수 있다.
단위 보조 포일체(200)와 상기 반경 방향 단위 포일체(10)사이에는 제4 간극(C4)이 형성되는데, 상기 제4 간극(C4)은 상기 제1 내지 제2 간극(C3)에 비해 상대적으로 넓게 형성된다.
상기 제4 간극(C4)이 넓게 형성되는 이유는 로터(R)가 회전되면서 유체가 유입되는 방향은 축 방향과 로터(R)의 회전 방향으로 각각 유입되는데, 이 경우 상기 제4 간극(C4)과 제1 내지 제2 간극(C3)으로 유입된 유체가 동시 또는 랜덤하게 유입될 경우 유체의 안정적인 이동을 제공하는 공간을 형성할 수 있어 단위 보조 포일체(200)의 안정적인 댐핑 능력을 향상시킬 수 있다.
상기 단위 보조 포일체(200)는 상기 제1,2 원주 방향 단위 포일체(10)와 상이한 두께 또는 상이한 재질로 이루어지는데, 이를 통해 서로 다른 강성이 유지될 수 있어 유체의 유입 및 유출로 인한 진동을 댐핑하는데 있어 변형량의 차이를 발생시켜 동일한 압력의 유체가 유입되는 경우 이에 따른 변형이 서로 다르게 발생된다. 따라서 유체의 압력에 따라 단위 보조 포일체(200)에서 댐핑력이 향상되어 로터(R)의 축 방향으로 가해지는 진동 댐핑 능력이 향상된다.
상기 제1 간극(C1)과 제2 간극(C2) 및 제2 간극(C3)은 모두 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향에 형성되고, 제4 간극(C4)은 반경 방향을 향해 형성되므로 유체의 유입 및 유출에 따른 진동 댐핑을 안정적으로 실시할 수 있다.
첨부된 도 6을 참조하면, 단위 보조 포일체(200)는 전술한 실시 예와 다르게 단위 보조 포일체(200)의 폭과 제1 내지 제4 간극(C1, C2, C3, C4)은 동일하게 유지됨으로써 로터로 가해지는 진동 및 충격을 최소화 하고자 한다.
단위 보조 포일체(200)는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)의 하측과 제1 간극(C1)로 이격되어 위치하고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)를 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)와, 상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(120)의 하측과 제2 간극(C2)로 이격되어 위치하고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)를 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(140)와, 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 상측과 제2 간극(C3)으로 이격되고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)사이에 이격된 제4 간극(C4)이 유지되되, 상기 제1 내지 제4 간극(C1, C2, C3, C4)은 동일한 간극이 유지된다.
단위 보조 포일체(200)는 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 상측과 제2 간극(C3)로 이격되고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)사이에 이격된 제4 간극(C4)이 유지되되, 상기 제1 내지 제4 간극(C1, C2, C3, C4)는 동일한 간극이 유지된다. 이 경우 유체의 유입 및 이동이 안정적으로 이루어지고 이를 통해 단위 보조 포일체(2000)에 유체의 압력이 가해질 경우 변형에 따른 댐핑을 안정적으로 실시할 수 있다.
단위 보조 포일체(200)는 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 폭 보다 상대적으로 작은 폭으로 형성되는데, 이와 같이 형성되는 이유는 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120) 또는 제2 원주 방향 단위 포일체(140)와 상이한 댐핑을 실시하고 이를 통해 로터(R)에 가해지는 축 방향 응력을 안정적으로지지 분산하여 파손을 예방하기 위해서이다.
상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(120)는 제1 간극(C1)과 제2 간극(C2)이 도면 기준으로 상, 하 위치에 형성되고 좌측에 위치된 반경 방향 단위 포일체(100)와는 제4 간극(C4)이 형성된다.
상기 제1 간극(C1)과 제2 간극(C2)은 전술한 제2 실시 예와 상이한 간극이 유지되므로 유체의 유입에 따른 댐핑 및 하중지지력이 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 제2 원주 방향 단위 포일체(140)와 상이하게 발생된다.
예를 들면 제1 압력을 갖는 유체가 단위 보조 포일체(200)로 유입될 경우 상기 제1,2 원주 방향 단위 포일체(120, 140)에서 발생되는 변형량과 상기 단위 보조 포일체(200)에서 발생되는 변형량은 서로 상이하게 발생된다.
이로 인해 댐핑량은 서로 다르게 이루어지는데, 본 실시 예의 경우 상기 단위 보조 포일체(200)가 상기 제1,2 원주 방향 단위 포일체(120, 140)에 비해 상대적으로 많이 변형됨으로써 유체의 유입 및 이동으로 인한 축 방향에서의 응력 집중 및 하중을 최소화 할 수 있다.
따라서 로터(R)에 가해지는 진동이 최소화되고 이로 인해 축 방향에서의 진동 댐핑 효율이 향상된다.
본 실시 예에 의한 트러스트 포일 에어베어링은 압축기 또는 공기 블로워가 장착된 수소자동차에 설치될 수 있으며 이 경우 골기의 이동에 따른 압축기 또는 에어 블로워에 전달되는 진동 및 충격을 최소화 하여 내구성 향상과 진동 댐핑 능력을 동시에 향상시켜 장기간 사용시에도 안정적으로 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 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.
2 : 트러스트 플레이트
10, 100, 1000 : 반경 방향 단위 포일체
12, 120, 1200 : 제1 원주 방향 단위 포일체
14, 140, 1400 : 제2 원주 방향 단위 포일체
16 : 개구부
150, 1500 : 단위 연결체
200 : 단위 보조 포일체
C1, C2, C3, C4 : 제1,2,3,4 간극
211, 221: 단부
2000 : 단위 보조 포일체

Claims (16)

  1. 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트의 중심에서 반경 방향을 향해 연장된 반경 방향 단위 포일체(10);
    상기 반경 방향 단위 포일체(10)와 일체로 이루어지고 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 포일체(12);
    상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 포일체(14); 및
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14) 사이에 형성되고 로터(R)의 회전 방향으로 오픈된 개구부(16)를 포함하는 트러스트 포일 에어베어링.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)는,
    상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)에 비해 상대적으로 길게 연장된 트러스트 포일 에어베어링.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)는 연장된 단부가 상기 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)에 고정된 상태가 유지되는 트러스트 포일 에어베어링.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 개구부(16)는,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)의 폭(W1)과, 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)의 폭(W2)이 합쳐진 폭 보다 상대적으로 넓은 폭으로 형성된 트러스트 포일 에어베어링.
  5. 트러스트 플레이트(thrust plate)(2)의 일면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 상기 트러스트 플레이트의 중심에서 반경 방향을 향해 연장된 반경 방향 단위 포일체(10);
    상기 반경 방향 단위 포일체(10)와 일체로 이루어지고 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 선단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 포일체(12);
    상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 반경 방향을 기준으로 후단부에서 상기 트러스트 플레이트(2)의 원주 방향을 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 포일체(14);
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)에 일단이 연결되고 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14)에 타단이 연결된 단위 연결체(150); 및
    상기 단위 연결체(150)에 일단이 고정되고 상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14) 사이에 위치된 단위 보조 포일체(200)를 포함하는 트러스트 포일 에어베어링.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 단위 연결체(150)는,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(14) 및 상기 단위 보조 포일체(200)를 모두 고정한 상태로 상기 트러스트 플레이트(2)에 설치되는 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 단위 보조 포일체(200)는,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(12)의 하측과 제1 간극(C1)으로 이격되어 위치되고 상기 반경 방향 단위 포일체(100)를 향해 단부(211)가 연장된 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210);
    상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)의 하측과 제2 간극(C2)으로 이격되어 위치하고 상기 반경 방향 단위 포일체(100)를 향해 단부(211)가 연장된 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)를 포함하고,
    상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)는 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 상측과 제2 간극(C3)로 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)와 상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)는 상기 단위 연결체(150)의 길이 방향을 따라 동일한 폭으로 연장된 트러스트 포일 에어베어링.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210)와 상기 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(220)는 상기 반경 방향 단위 포일체(10)를 향해 연장된 단부(211)가 상기 반경 방향 단위 포일체(10)의 내측과 대응되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 단위 보조 포일체(200)는,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 강성 보다 상대적으로 작은 강성이 유지되는 트러스트 포일 에어베어링.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 단위 보조 포일체(200)와 상기 반경 방향 단위 포일체(100)사이에는 제4 간극(C4)이 형성된 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  12. 제7 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제4 간극(C4)은,
    상기 제1 내지 제2 간극(C3)에 비해 상대적으로 넓게 형성된 트러스트 포일 에어베어링.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 단위 보조 포일체(200)는,
    상기 제1,2 원주 방향 단위 포일체(10)와 상이한 두께 또는 상이한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  14. 제5 항에 있어서,
    상기 단위 보조 포일체(200)는 제1 원주 방향 단위 포일체(120)와 상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 폭 보다 상대적으로 작은 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 단위 보조 포일체(200)는,
    상기 제1 원주 방향 단위 포일체(120)의 하측과 제1 간극(C1)로 이격되어 위치하고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)를 향해 연장된 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(210);
    상기 제1 원주 방향 단위 보조 포일체(120)의 하측과 제2 간극(C2)로 이격되어 위치하고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)를 향해 연장된 제2 원주 방향 단위 보조 포일체(140);
    상기 제2 원주 방향 단위 포일체(140)의 상측과 제2 간극(C3)으로 이격되고, 상기 반경 방향 단위 포일체(100)사이에 이격된 제4 간극(C4)이 유지되되,
    상기 제1 내지 제4 간극(C1, C2, C3, C4)은 동일한 간극이 유지되는 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.
  16. 제1 항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 트러스트 포일 에어베어링은 압축기 또는 공기 블로워가 장착된 수소자동차에 설치되는 것을 특징으로 하는 수소자동차용 트러스트 포일 에어베어링.
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