KR20200114636A - 에어포일 베어링 - Google Patents

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KR20200114636A
KR20200114636A KR1020190036722A KR20190036722A KR20200114636A KR 20200114636 A KR20200114636 A KR 20200114636A KR 1020190036722 A KR1020190036722 A KR 1020190036722A KR 20190036722 A KR20190036722 A KR 20190036722A KR 20200114636 A KR20200114636 A KR 20200114636A
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KR1020190036722A
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박건웅
박치용
양현섭
조경석
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은, 로터의 각 양측에 배치되어, 상기 로터의 회전을 방향으로 지지하는 제1 및 제2 에어포일 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트 사이에 자력의 척력을 형성하여, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트를 상기 로터에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압하는 예압수단을 포함하는 에어포일 베어링을 제공한다.

Description

에어포일 베어링{Air foil bearing}
실시예는 에어포일 베어링에 관한 것이다.
베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전 가능하게 지지하는 기계요소이다. 일 예로 볼 베어링이나 저널 베어링은 유막을 이용해 축을 지지하는 방식이고, 포일 베어링은 탑포일과 축 사이에 고압의 공기층을 형성하여 축을 지지하는 방식의 베어링이다.
에어포일 베어링은 로터가 고속 회전할 때 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 점성을 갖는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 축 하중을 지지한다.
에어포일 베어링은 고속으로 회전하는 회전축을 지지하는데 효과적이므로,터보 압축기나 터보 쿨러, 터보 발전기, 공기 압축기 등의 회전기기 내에서 고속으로 회전하는 회전축에 적용할 수 있다.
이러한 에어포일 베어링은 플레이트와, 플레이트 상에 배치되어 탄성 변형 가능한 범프포일 및 범프포일 상에 회전부와 접촉하는 탑포일을 포함한다. 이때, 플레이트 상에 범프포일과 탑포일이 용접으로 접합되는데, 이로 인해 프레스 가공과 용접 가공 공정이 추가적으로 요구되며, 용접 품질관리 등의 노력이 필요하여 베어링의 제품 단가가 증가하게 된다. 이에, 용접 가공 공정 없이도 조립이 가능한 구조의 에어포일 베어링이 제안되고 있다.
이에 관련하여 대한민국 등록특허 제10-1558489호(2015.10.01 등록)에서는 조립 방식의 에어포일 베어링에 관하여 개시되어 있으며, 개시된 내용에 따르면, 상기 에어포일 베어링은 결합부를 구비하는 하판과, 상기 하판의 상면에 배치되어 탄성 변형이 가능한 범프포일이 구비되어 상기 결합부과 결합되는 범프포일판과, 상기 범프포일판 상면에 배치되어 회전부와 접촉하는 탑포일이 구비되어 상기 결합부와 결합하는 에어포일판을 포함한다.
이러한 에어포일 베어링은 장기간 구동시, 축방향으로 반복적인 진동이 가해짐에 따라, 하중이 집중되거나 발열에 의해 마모가 발생한다. 특히, 회전축이 굽힘 임계 속도(bending critical speed)를 통과할 때 큰 진동이 발생하고, 베어링 코팅제의 마모와 회전축과 고정자의 러빙(rubbing) 현상 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 에어포일 베어링은 로터 디스크의 전방과 후방에 이중으로 장착되는 경우, 고속 회전시 전방과 후방 베어링에 흔들림이 발생하여 로터의 미끄럼 현상이 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-1558489호(2015.10.01 등록)
본 발명은 복수 개의 범프포일 플레이트 또는 탑포일 플레이트 사이에 예압을 형성하여 작동 안정성과 내구성을 향상시킨 에어포일 베어링을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다. 특히, 본 발명은 포일 플레이트(탑포일, 범프포일 등)를 용접하지 않고 적층만 시켜 제조한 에어포일 베어링에서 로터 디스크를 기준으로 예압을 형성하여 안정성 및 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예는, 로터의 각 양측에 배치되어, 상기 로터의 회전을 방향으로 지지하는 제1 및 제2 에어포일 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트 사이에 자력의 척력을 형성하여, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트를 상기 로터에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압하는 예압수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기 예압수단은, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트의 대향면에 각각 배치되어 척력을 형성하는 제1 및 제2 마그넷과, 상기 제1 및 제2 마그넷을 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트에 연결하는 연결부재를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 예압수단은, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트의 대향면에 각각 배치되어, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트 사이에 자력의 척력을 형성하고, 중앙에 중공을 가지는 제3 및 제4 마그넷과, 상기 중공을 통과하여 양측이 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트에 연결되는 연결핀을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 마그넷 또는 제3 및 제4 마그넷은 로터의 중심을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격 배치될 수 있다.
바람직하게는, 로터의 일측과 다른 일측에 배치되어, 상기 로터를 양측으로 회전 가능하게 지지하기 위한 제1 및 제2 에어포일 플레이트; 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트 사이에 자력의 척력을 형성하여, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트를 상기 로터에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압하기 위한 예압수단 및 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트와 상기 예압수단의 외측에 배치되어, 위치를 구속하기 위한 케이싱를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 예압수단은, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트의 대향면에 각각 배치되어 척력을 형성하는 제5 및 제6 마그넷을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트는, 상기 로터를 사이에 두고, 상기 로터(R)를 회전 가능하게 지지하는 지지 영역과, 상기 제1 및 제2 마그넷을 사이에 두고, 상기 제1 및 제2 마그넷으로부터 척력에 의한 예압을 제공받는 예압 영역을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제5 및 제6 마그넷은 상기 로터의 중심을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트는, 상기 로터를 사이에 두고, 상기 로터를 회전 가능하게 지지하는 지지 영역과, 상기 제5 및 제6 마그넷을 사이에 두고, 상기 제5 및 제6 마그넷으로부터 척력에 의한 예압을 제공받는 예압 영역을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 케이싱은, 상기 지지 영역과 상기 로터가 수용되는 제1 수용부와, 상기 예압 영역과 상기 제5 및 제6 마그넷이 배치되는 제2 수용부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트는, 상기 로터의 각 양측에 이격 배치되는 제1 및 제2 범프포일 플레이트와, 상기 제1 및 제2 범프포일 플레이트와 로터의 각 양면 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2 탑포일 플레이트를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 에어포일 플레이트(탑포일, 범프포일 등)를 로터에 용접하지 않고 적층만 시켜 제조한 에어포일 베어링에 있어서, 에어포일 베어링 내부에 로터 디스크를 기준으로 자력에 의한 예압을 형성하여, 베어링과 로터 디스크 사이의 작동 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 에어포일 플레이트와 예압수단의 연결 구조를 간단하게 구현하여, 에어포일 베어링의 조립 공정을 간소화할 수 있으며, 생산 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어포일 베어링이 설치된 차량용 공기 압축기를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어포일 베어링의 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어포일 베어링의 분해사시도.
도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어포일 베어링의 측면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링의 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링의 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링의 측면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링의 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링의 측면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링에 포함되는 하부 케이싱의 평면도,
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링에 포함되는 상부 케이싱의 저면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링이 설치된 차량용 공기 압축기를 도시한 단면도이다. 이하. 내측은 모터의 반경방향을 기준으로 축중심을 향하는 방향을 나타내며, 외측은 내측의 반대방향을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에어 포일 베어링(1)은 고속으로 회전하는 회전축이 구비된 기계장치에 설치된다. 본 실시 예에서는 공기 압축기에 장착된 블로어 모터의 회전축(65)을 지지하는데 에어포일 베어링(1)이 설치된 것을 예로 들어 설명하고자 한다(그러나 이러한 설명은 하나의 실시 예일 뿐, 회전하는 축을 가진 기계장치 어디에 적용되어도 무방하다).
차량용 공기 압축기는 외관을 형성하는 하우징(H)과, 하우징(H)의 전방에 결합되어 공기를 압축하는 임펠러(40)와, 임펠러(40)를 수용하는 임펠러 수용부(20) 및 임펠러 하우징(30)과, 하우징(H)의 후방에 결합되는 리어 커버(50)와, 하우징(H)의 내부에 설치되어 임펠러(40)를 회전 구동시키는 블로어 모터(60)를 포함하여 구성된다.
임펠러 하우징(30)의 전방 중앙에는 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(31)가 형성되고, 전방 양측에는 공기 토출구(33)가 형성된다. 임펠러(40)는 임펠러 하우징(30)의 내부에 설치되며, 임펠러(40)를 관통하는 중공에 후술할 블로어 모터(60)의 회전축(65)이 결합된다. 즉 임펠러(40)는 회전축(65)에 의해 지지된다. 임펠러(40)에 의해 공기 유입구(31)를 통해 흡입된 공기는 임펠러(40)에 의해 압축되어 공기 토출구(33)로 배출된다.
블로어 모터(60)는 하우징(H)의 내측에 삽입된 모터 하우징(60a)에 삽입된다. 블로어 모터(60)는 모터 하우징(60a)의 내주면에 인접하게 설치되며 중공(번호 미표기)을 갖는 스테이터(63)와, 스테이터(63)의 중공을 관통하여 설치되는 회전축(65)과, 회전축(65)의 외주면에 결합되는 로터로 구성된다.
회전축(65)은 일단이 임펠러(40)의 중공에 결합된 상태에서 임펠러(40)의 후방에 설치되는 에어포일 베어링(1) 및 저널 베어링(75)에 의해 하우징(H)의 내측에 회전 가능하게 지지되고, 후방 단부 역시 후방베어링(80)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 실시예에 따른 에어포일 베어링(1)에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어포일 베어링의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어포일 베어링의 분해사시도이며, 도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어포일 베어링의 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링(1)은 로터(R)의 회전을 양방향으로 지지한다. 이때, 로터(R)의 일부는 에어포일 베어링(1)을 통과하여 회전축(65)에 연결되어 회전 운동한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링(1)은, 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)와 예압수단(200)을 포함한다.
제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)는 로터(R)의 각 양측에 배치되어, 로터(R)의 회전을 양방향으로 지지하는 역할을 한다. 이때, 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)는 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)와 제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)는 로터(R)의 각 양측에 이격 배치될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)는 로터(R)의 축방향으로 탄성 변형 가능하다. 이때, 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)는 범프포일 플레이트부(111a,111b)와, 범프포일부(112a,112b)를 포함할 수 있다.
범프포일 플레이트부(111a,111b)는 원형의 디스크 형상으로 형성된다. 이때, 범프포일 플레이트부(111a,111b)의 제1부재(1111a,1111b), 제2부재(1112a,1112b) 및 제3부재(1113a,1113b)를 포함할 수 있다.
제1부재(1111a,1111b)는 링 형상으로 형성되어 로터가 관통하기 위한 중공을 형성한다.
제2부재(1112a,1112b)는 제1부재(1111a,1111b)보다 큰 직경을 가지는 링 형상으로 형성되어, 제1부재(1111a,1111b)와 반경 방향으로 이격 배치된다. 이때, 제2부재(1112a,1112b)는 복수 개의 제1 고정구(h1)가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 고정구(h1)는 로터(R) 중심을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
제3부재(1113a,1113b)는 로터(R)의 회전축에 대하여 방사상으로 배치되어 제1부재(1111a,1111b)와 제2부재(1112a,1112b)를 연결한다.
범프포일부(112a,112b)는 복수 개이며, 제3부재(1113a,1113b)의 사이 공간에 방사상으로 배치된다. 복수 개의 범프포일부(112a,112b)는 서로 등간격으로 이격된다. 범프포일부(112a,112b)는 사다리 꼴 형태의 평면 형상을 가지며, 로터(R)의 축 방향으로 탄성 변형이 가능하도록 복수 개의 산과 골이 번갈아가면서 연결된 물결(wave) 형상을 가진다.
이때, 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)는 금속 박판을 프레스 가공하여 제조될 수 있다.
제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)는 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)와 로터(R)의 각 양면 사이에 각각 배치된다. 이때, 제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)는 탑포일 플레이트부(121a,121b)와 탑포일부(122a,122b)를 포함할 수 있다.
탑포일 플레이트부(121a,121b)는 원형의 디스크 형상으로 형성된다. 이때, 탑포일 플레이트부(121a,121b)는 제4부재(1211a,1211b),제5부재(1212a,1212b) 및 제6부재(1213a,1213b)를 포함할 수 있다.
제4부재(1211a,1211b)는 링 형상으로 형성되어 로터가 관통하기 위한 중공을 형성한다. 이때, 제4부재(1211a,1211b)는 범프포일 플레이트부(111a,111b)의 제1부재(1111a,1111b)와 마주하여 배치된다.
제5부재(1212a,1212b)는 제4부재(1211a,1211b)보다 큰 직경을 가지는 링 형상으로 형성되어, 제4부재(1211a,1211b)와 반경 방향으로 이격 배치된다. 또한, 제5부재(1212a,1212b)는 범프포일 플레이트부(111a,111b)의 제2부재(1112a,1112b)와 마주하여 배치된다. 이때, 제5부재(1212a,1212b)는 제1 고정구(h1)에 대응하여 복수 개의 제2 고정구(h2)가 형성될 수 있다.
제6부재(1213a,1213b)는 로터의 회전축에 대하여 방사상으로 배치되어 제6부재(1213a,1213b)는 제4부재(1211a,1211b)와 제5부재(1212a,1212b)를 연결한다. 이때, 제6부재(1213a,1213b)는 범프포일 플레이트부(111a,111b)의 제3부재(1113a,1113b)와 마주하여 배치된다.
탑포일부(122a,122b)는 제6부재(1213a,1213b)의 사이에 배치된다. 탑포일부(122a,122b)는 네 변 중 한 변은 탑포일 플레이트부(121a,121b)와 연결되고, 다른 세 변은 자유단(free end)으로 형성된다.
이때, 제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)는 금속 박판을 프레스 가공하여 제조될 수 있다.
예압수단(200)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b) 사이에 자력의 척력을 형성한다. 이때, 예압수단(200)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)를 로터(R)의 양면에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압할 수 있다. 즉, 예압수단(200)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)를 로터(R)로부터 부양시키는 역할을 한다.
예압수단(200)은 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)과 연결부재(220a,220b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 마그넷(400a,400b)은 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)의 대향면에 각각 배치되어 척력을 형성할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 및 제2 마그넷(400a,400b)은 제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)의 마주보는 면에 서로 대향하도록 배치된다.
제1 및 제2 마그넷(400a,400b)은 같은 극이 마주하도록 배치될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 마그넷(400a,400b)은 로터(R) 중심을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
연결부재(220a,220b)는 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)을 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)에 연결시켜 준다.
도 4를 참조하면, 연결부재(220a,220b)는 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)의 단부로부터 연장된다. 여기서, 연결부재(220a,220b)와 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)은 일체로 형성될 수 있다. 이때, 연결부재(220a,220b)는 에어포일 플레이트(100a,100b)의 제1 고정구(h1) 및 제2 고정구(h2)를 통과하면서, 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)을 에어포일 플레이트(100a,100b)에 연결시켜 줄 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링(2)에 관하여 도 5 내지 도 7를 참조로 하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링의 분해 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일 베어링의 측면도이다. 여기서 도 2 내지 도 4와 같은 부호를 가지는 구성은 동일한 기능과 형상을 가지는 동일 부재이므로 반복적인 설명을 생략하도록 한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 에어포일 베어링(2)의 예압수단(200)은 제3 및 제4 마그넷(230a,230b)과 연결핀(240)을 포함할 수 있다.
제3 및 제4 마그넷(230a,30b)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)의 대향면에 각각 배치되어, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b) 사이에 자력의 척력을 형성한다. 이때, 제3 및 제4 마그넷(230a,30b)은 연결핀(240)이 통과하기 위한 중공(h3)을 가진다.
연결핀(240)은 제3 및 제4 마그넷(230a,30b)은 중공(h3)을 통과하여 양측이 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)에 연결된다, 이때, 연결핀(240)의 축방향 길이(H1)는 로터(R)의 양측으로 이격된 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)의 축방향 길이(H2) 보다 클 수 있다.
연결핀은 일단부 또는 양단부에 단턱(미도시)을 포함하여, 단턱이 에어포일 플레이트(100a,100b)에 걸림되면서 연결핀이 제1 고정구(h1), 제2 고정구(h2) 및 중공(h3)을 빠져나오는 것을 방지할 수 있다.
또한, 연결핀은 단부 또는 전체의 외주에 나사산이 형성되고, 일단부 또는 양단부에 볼트(미도시)가 체결될 수 있다. 이때, 연결부재는 볼트를 통하여 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b))의 축 방향 움직임을 일정 범위로 구속할 수 있다.
상기와 같은 에어포일 베어링은, 에어포일 플레이트(탑포일, 범프포일 등)를 로터에 용접하지 않고 적층만 시켜 제조 할 수 있으며, 에어포일 베어링 내부에 로터 디스크를 기준으로 자력에 의한 예압을 형성하여, 베어링과 로터 디스크 사이의 작동 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링(3)에 관하여 도 8 내지 도 11을 참조로 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링의 분해 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링의 측면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 에어포일 베어링(3)은, 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b), 예압수단(400) 및 케이싱(500)을 포함한다.
도 8을 참조하면, 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)는 도 3에서 나타낸 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)와 동일하게 제1 및 제2 범프포일 플레이트(310a,310b) 및 제1 및 제2 탑포일 플레이트(320a,320b)를 포함한다.
이때, 도 8에서 도시한 제1 및 제2 범프포일 플레이트(310a,310b) 및 제1 및 제2 탑포일 플레이트(320a,320b)는 도 3에서 도시한 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b) 및 제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)와 동일한 형상과 기능을 가지는 동일 부재이므로 반복적인 설명을 생략하도록 한다.
제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)는 지지 영역(301a,301b)과 예압 영역(302a,302b)을 포함할 수 있다. 이때, 지지 영역(301a,301b)은 로터(R)를 사이에 두고, 상기 로터(R)를 회전 가능하게 지지한다. 또한, 예압 영역(302a,302b)은 지지 영역(301a,301b)의 가장 자리에서 연장되어, 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)을 사이에 두고, 상기 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)으로부터 척력에 의한 예압을 제공받는다. 이때, 예압 영역(302a,302b)은 로터(R)의 중심축을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격 배치될 수 있다.
예압수단(400)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b) 사이에 자력의 척력을 형성하며, 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)를 로터(R)에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압한다. 이때, 예압수단(400)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)와 분리 배치될 수 있다.
예압수단(400)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)의 대향면에 배치되는 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)을 포함할 수 있다. 이때, 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)의 대향면과 분리된 상태로 배치될 수 있다.
케이싱(500)은 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)와 예압수단(400)의 외측에 배치되어, 회전력과 예압력을 받는 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)와 예압수단(400) 위치를 구속한다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링에 포함되는 하부 케이싱의 평면도이고, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어포일 베어링에 포함되는 상부 케이싱의 저면도이다.
케이싱(500)은 제1 수용부(501) 및 제2 수용부(502)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 수용부(501)는 지지 영역(301a,301b)과 로터(R)가 수용될 수 있다. 또한, 제2 수용부(502)는 제1 수용부(501)의 가장 자리로에서 연장되어, 예압 영역(302a,302b)과 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)이 배치될 수 있다. 여기서, 제2 수용부(502)는 로터(R)의 중심축을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격 배치될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 케이싱(500)은 마주하는 면에 홈이 형성된 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)로 구성되어, 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)이 포개어지면서 제1 수용부(501), 제2 수용부(502) 및 가이드부(503)를 형성할 수 있다.
상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)의 중앙에는 제1 수용홈(501-1a,501-1b)이 형성된다. 이때, 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)을 포개었을 때, 마주하는 제1수용홈(501-1a,501-1b)에 의하여 제1 수용부(501)가 형성될 수 있다.
또한, 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)의 가장 자리에는 복수의 제2 수용홈(502-1a,502-1b)이 형성될 수 있다. 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)을 포개었을 때, 마주하는 제2수용홈(502-1a,502-1b)에 의하여 제2 수용부(502)가 형성될 수 있다.
그리고, 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)의 외곽에는 가이드부(503)가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 가이드부(503)는 제1 수용부(501) 또는 제2 수용부(502)에 대하여 돌출 형성되며, 돌출된 길이는 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)의 높이에 대응할 수 있다. 이때, 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)의 가이드부(503)는 마주하는 면이 서로 이격될 수 있다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상부 케이싱(520)과 하부 케이싱(510)의 가이드부(503)는 마주하는 면이 서로 면접하여 제1 수용부(501)와 제2 수용부(502)를 폐쇄할 수 있다.
이러한 에어포일 베어링은, 케이싱(500)에 의하여 별도의 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)의 고정 수단을 생략할 수 있으며, 에어포일 베어링의 조립 공정을 간소화하고, 생산 경제성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
R: 로터
100a,100b: 제1 및 제2 에어포일 플레이트
200,400: 예압수단
210a,210b: 제1 및 제2 마그넷
220a,220b: 연결부재
230a,230b: 제3 및 제4 마그넷
240: 연결핀
300a,300b: 에어포일 플레이트
301a,301b: 지지 영역
302a,302b: 예압 영역
410a,410b: 제5 및 제6 마그넷
500: 케이싱
501: 제1 수용부
502: 제2 수용부
503: 가이드부

Claims (10)

  1. 로터(R)의 각 양측에 배치되어, 상기 로터의 회전을 양방향으로 지지하는 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b); 및
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트 사이에 자력의 척력을 형성하여, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)를 상기 로터(R)에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압하는 예압수단(200)을 포함하는 에어포일 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예압수단(200)은,
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)의 대향면에 각각 배치되어, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b) 사이에 자력의 척력을 형성하는 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)과,
    상기 제1 및 제2 마그넷(210a,210b)에서 연장되어 일측이 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)에 연결되는 연결부재(220a,220b)를 포함하는 에어포일 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예압수단(200)은,
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)의 대향면에 각각 배치되어, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b) 사이에 자력의 척력을 형성하고, 중앙에 중공(h3)을 가지는 제3 및 제4 마그넷(230a,230b)과,
    상기 중공(h3)을 통과하여 양측이 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)에 연결되는 연결핀(240)을 포함하는 에어포일 베어링.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 마그넷(210a,210b) 또는 제3 및 제4 마그넷(230a,230b)은 로터(R)의 중심을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격 배치된 에어포일 베어링.
  5. 로터(R)의 일측과 다른 일측에 배치되어, 상기 로터(R)를 양측으로 회전 가능하게 지지하기 위한 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b);
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b) 사이에 자력의 척력을 형성하여, 상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)를 상기 로터(R)에서 축방향으로 멀어지는 방향으로 예압하기 위한 예압수단(400) 및
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)와 상기 예압수단(400)의 외측에 배치되어, 위치를 구속하기 위한 케이싱(500)을 포함하는 에어포일 베어링.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 예압수단(400)은,
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)의 대향면에 각각 배치되어 척력을 형성하는 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)을 포함하는 에어포일 베어링.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)은 상기 로터(R)의 중심을 기준으로 120ㅀ 간격으로 이격 배치된 에어포일 베어링.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(300a,300b)는,
    상기 로터(R)를 사이에 두고, 상기 로터(R)를 회전 가능하게 지지하는 지지 영역(301a,301b)과,
    상기 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)을 사이에 두고, 상기 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)으로부터 척력에 의한 예압을 제공받는 예압 영역(302a,302b)을 포함하는 에어포일 베어링.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 케이싱(500)은,
    상기 지지 영역(301a,301b)과 상기 로터(R)가 수용되는 제1 수용부(501)와,
    상기 예압 영역(302a,302b)과 상기 제5 및 제6 마그넷(410a,410b)이 배치되는 제2 수용부(502)를 포함하는 에어포일 베어링.
  10. 제1항 내지 제9항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 에어포일 플레이트(100a,100b)(300a,300b)는,
    상기 로터(R)의 각 양측에 이격 배치되는 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)(310a,310b)와,
    상기 제1 및 제2 범프포일 플레이트(110a,110b)(310a,310b)와 로터(R)의 각 양면 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2 탑포일 플레이트(120a,120b)(320a,320b)를 포함하는 에어포일 베어링.
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