KR20220073760A - 전기 또는 자기 유체들을 이용한 자가치유 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

하기를 포함하는 베어링 장치:
- 서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면, 상기 제1 베어링 표면 및 상기 제2 베어링 표면은 윤활제로 채워진 베어링 갭에 의해 분리되고, 상기 윤활제는 캐리어 유체 및 자기 필드들에 반응하는 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 자기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되는 것과,
- 제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들, 상기 필드 생성기들은 입자에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하도록 구성된 국부 공간적으로 변화하는 자기 필드들을 생성하여 이전에 현탁되었던 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물을 형성하도록 구성되는 자기 필드 생성기들이고, 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성된다.

Description

전기 또는 자기 유체들을 이용한 자가치유 베어링 장치

본 발명은 외부 자기 또는 전기 필드들에 반응하는 입자들을 포함하는 윤활제를 갖는 베어링 장치에 관한 것이다. 베어링 장치는 하나 이상의 자기 또는 전기 필드들을 생성하기 위한 하나 이상의 자기 필드 또는 전기 필드 생성기들을 포함한다.

윤활제들이 포함된 다양한 베어링 장치가 존재한다. 이러한 베어링 장치들은 선박들, 발전소들을 비롯한 기계 및 탈것들, 자동차들 또는 다른 기계와 같은 곳에 널리 사용된다. 베어링 장치들은 두 부품들 사이의 상대적인 움직임을 허용한다.

베어링 장치들은 유체정역학적, 유체역학적 또는 혼합으로 분류할 수 있다. 이들 각각에는 특정한 장점들과 단점들이 있다. 본 명세서의 용어중 “베어링 장치”라는 용어는 볼 베어링들과 같은 롤러 요소들이 없는 베어링 장치들로 제한되도록 의도된다는 점에 유의해야 한다. 즉, 베어링 장치의 고정 부품과 베어링 장치의 이동 부품 사이의 하중은 윤활제에 의해 전달된다.

유체정역학적 베어링은 일반적으로 제한 장치, 오목 및 랜드 영역으로 구성된다. 고압-윤활제는 제한 장치를 통해 오목 영역으로 공급되어 결과적으로 랜드 영역을 통해 베어링 밖으로 흐른다. 윤활제의 압력은 오목 영역에서 상당히 일정하고 랜드 영역에서는 감소한다. 유체정역학적 베어링 장치의 장점은 가동부가 이동하는지 여부에 관계없이 사용 중에 고정부와 가동부 사이에 접촉이 전혀 없다는 것이다. 유체정역학적 베어링 장치의 단점은 유체정역학적 베어링 장치가 외부 압력 원인에 의한 윤활제의 지속적인 공급을 필요로 한다는 점이다. 원인이 오작동하면 베어링의 윤활제 압력이 손실된다. 부품이 접촉하여 베어링이 손상되거나 마모될 수 있다.

유체정역학적 베어링 장치의 또 다른 단점은 높은 부하 용량을 위해 큰 오목 영역과 작은 랜드 영역을 갖는 것이 바람직하다는 것이다. 이는 베어링의 동적 강성이 낮고 스퀴즈막 감쇠가 낮다는 단점이 있다. 패드와 오목함은 일반적으로 “표면 텍스처링”이라고 하는 기하학적 표면 변화로 만들어지며 국부적인 윤활제 두께 변화를 초래한다. 이 표면 텍스처링은 원하는 표면 조도를 달성하기 위해 매우 정밀한 기계가공을 필요로 한다. 또한, 매우 정밀한 가공이 요구되고 조직의 두께가 매우 얇기 때문에 표면 조직도 가동부와 고정부가 접촉할 경우 마모되기 쉽다.

유체역학적 베어링 장치의 장점은 최적의 작동을 위해 표면 텍스처링이 필요하지 않다는 것이다. 고정부와 가동부의 표면은 완전히 매끄러워 제조가 더 쉽다. 또 다른 장점은 유체역학적 베어링 장치가 윤활제의 가압 공급을 필요로 하지 않는다는 것이다. 이것은 실패의 위험을 줄인다.

유체역학적 베어링의 단점은 작동이 유체역학적 압력의 형성에 의존한다는 것이다. 이 압력은 가동부가 고정부에 대해 움직일때만 형성된다. 가동부가 움직이지 않거나 너무 느리게 움직이면 가동부와 고정부 사이에 물리적인 접촉이 발생하여 부품들의 마찰 및 마모가 발생한다. 이것은 특히 부품들의 상대 속도가 낮을 때 기계의 시동 또는 감속 중에 발생한다. 즉, 유체역학적 베어링들이 작동하려면 충분한 속도가 필요하다.

유체역학적 베어링 장치들은 일반적으로 베어링 장치가 비워지는 것을 방지하기 위해 윤활제 공급원을 가지고 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나 유체역학적 베어링 장치의 경우 윤활제가 베어링으로 들어가는 압력이 훨씬 낮고 유체역학적 베어링의 하중 지지 능력에 크게 기여하지 않는다. 대신 하중 지지 능력은 회전 부품들의 상대적 미끄러짐에 의해 생성된 유체역학적 압력에 의해 형성된다.

유체역학적 베어링들과 유체정역학적 베어링들의 장점들을 결합한 혼합 베어링들이 존재한다. 그러나, 혼합 베어링들의 성능은 제한적이다. 유체역학적 베어링에 필요한 표면 텍스처링이 유체역학적 베어링의 성능을 제한하기 때문에 혼합 베어링들은 일반적으로 제한된 표면 텍스처링을 가지고 있다. 표면 텍스처링이 제한적이기 때문에 동적 작업 영역에서의 성능은 합리적이다. 한편, 정적 작업 체제에서도 이와 같은 이유로 성능이 제한된다. 따라서, 혼합 베어링은 유체역학적 베어링과 유체정역학적 베어링 사이의 절충안을 나타낸다. 또한, 유체역학적 작업 체제에서는 고장에 민감한 펌프가 필요하다.

베어링 장치들은 모양과 허용되는 움직임에 따라 분류할 수도 있다. 저널 베어링은 일반적으로 회전축을 둘러싸고 방사 방향으로 지지를 제공한다. 저널 베어링은 방사 베어링이라고 할 수 있다. 트러스트 베어링은 또한 회전 샤프트를 둘러싸지만 샤프트의 축 방향으로 지지를 제공한다. 트러스트 베어링은 축 베어링이라고 할 수 있다. 플랫 베어링은 평평한 베어링 표면을 가지고 있으며 평평한 베어링 표면에 수직인 방향으로 지지를 제공한다. 트러스트 베어링은 플랫 베어링의 한 예이다. 원추형 베어링도 존재한다. 원추형 베어링은 저널 베어링과 트러스트 베어링 사이의 혼합을 형성하며 축방향 하중과 방사방향 하중을 모두 전달할 수 있다. 종종 원추형 베어링은 제1 및 제2 원추형 베어링이 반대 방향으로 테이퍼되는 쌍으로 제공된다.

베어링 장치들의 다양한 부품들의 마모를 줄이기 위해 베어링 윤활을 개선하는 것이 오랜 목표이다. 과거에는 전기유변학적 또는 자기유변학적 특성을 갖는 윤활제를 사용하는 베어링 장치가 개시 되었다. 전기유변학적 윤활제(ERL)는 액체에 부유하는 전기적으로 분극성 입자들을 포함하는 윤활제이다. 자기유변학적 윤활제(MRL)는 액체에 부유하는 자기적으로 분극성 입자들을 포함하는 윤활제이다.

이러한 베어링 장치들은 베어링 장치의 윤활을 개선하기 위해 윤활제의 점도를 증가시키는 활성제를 포함한다.

본 특허와 동일한 출원인이 출원한 WO2018212657A1에는 자기유변유동액 또는 전기유변유동액을 윤활제로 사용하는 베어링 장치가 개시되어 있다. 윤활제는 윤활제 점도의 국소 제어를 사용하여 특정 영역에 국한된다. 사용된 한 가지 방법은 활성제에 의해 베어링 갭 윤활제 공급을 둘러싸서, 형성된 둘러싸인 부분에서 윤활제 흐름을 억제하여 상기 둘러싸인 부분 전체에 걸쳐 압력을 증가시킨다. 이것은 상대적으로 적은 수의 활성제를 사용하고 표면 텍스처링의 사용을 피하면서 베어링의 하중 전달 능력을 증가시킨다.

베어링 장치들에서 전기유변학적 유체의 사용에 대한 또 다른 개시는 US7980765B2이다. 여기서 활성제는 증가된 점도 영역을 유도하여 윤활제 흐름을 억제하고 국부적으로 압력을 증가시켜 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키는데 사용된다.

본 발명에서는 점도가 활성제에 의해 제어될 수 있는 윤활제를 사용하는 베어링 장치의 단점이, 자기유변학적 또는 전기유변학적 유체와 같은 경우 윤활제의 선택은 이러한 특성을 가진 유체로 제한된다. 이것은 윤활 성능, 수명, 환경 영향 및/또는 비용과 관련하여 차선의 특성을 가진 윤활제를 사용하도록 강요할 수 있다.

본 발명의 목적은 WO2018212657A1에 개시된 베어링 장치의 장점들과 유체역학적 및 유체정역학적 베어링 장치들의 많은 장점들을 결합한 베어링 장치를 제공하는 것이지만, 그러나 윤활제의 점도를 제어해야 한다는 요구사항은 없다.

본 발명의 또 다른 목적은 물리적 랜드 및 패드 없이 상대적으로 누출이 적고 개선된 유체정역학적 베어링을 제공하고, 고품질 윤활제를 사용할 수 있게 하여 상대적으로 마모가 거의 없도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 텍스처링 없이 동적압력이 생성되는 개선된 유체역학적 베어링을 제공하는 것이며, 이는 상대적으로 누출이 적고 고품질 윤활제를 사용할 수 있어 상대적으로 마모가 적다.

본 발명의 또 다른 목적은 윤활제의 점도가 국부적으로 제어될 수 있는 베어링 장치와 비교할 때 유사한 이점을 제공하는 베어링 장치를 제공하는 것이며, 최적의 윤활제를 보다 자유롭게 선택하여 윤활 특성을 최적화한다.

본 발명의 또 다른 목적은 간극이 큰 저널 베어링의 오정렬에 대한 허용오차 및 용이한 장착과, 간극이 작은 저널 베어링의 고성능과 결합하는 베어링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하중, 속도, 온도 및 압력과 같은 다양한 조건하에서 효율적으로 작동할 수 있는 베어링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술에 대한 대안인 베어링 장치를 제공하는 것이다.

목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명은 다음을 포함하는 베어링 장치에 관한 것이다:

- 서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면, 상기 제1 베어링 표면 및 상기 제2 베어링 표면은 윤활제로 채워진 베어링 갭에 의해 분리되고, 상기 윤활제는 캐리어 유체 및 자기 필드들에 반응하는 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 자기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되는 것과,

- 제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들, 상기 필드 생성기들은 입자에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하도록 구성된 국부 공간적으로 변화하는 자기 필드들을 생성하여 이전에 현탁되었던 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물을 형성하도록 구성되는 자기 필드 생성기들이고, 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성된다.

별도의 독립적인 실시예에서, 본 발명은 하기를 포함하는 베어링 장치와 관련이 있다:

- 서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면, 여기서 상기 제1 베어링 표면 및 상기 제2 베어링 표면은 윤활제로 채워진 베어링 갭에 의해 분리되고, 상기 윤활제는 캐리어 유체 및 자기 필드들에 반응하는 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 자기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되는 것과,

- 제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들, 상기 필드 생성기들은 입자에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하도록 구성된 국부 공간적으로 변화하는 전기 필드들을 생성하도록 구성된 전기 필드 생성기들이고, 따라서 상기 현탁된 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물을 형성하고, 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성되어 있다.

자기 필드의 경우와 달리 전기 필드를 사용하면 공간적으로 균일한 자기 필드가 입자들에 알짜 전기 필드력을 가할 수 있다. 이것은 자기 모노폴이 존재하지 않고 전기 모노폴이 존재한다는 사실 때문이다.

당업자는 자기 필드 발생기들의 경우 필드력이 자기력이 될 것이고 전기 필드 발생기들의 경우 필드력이 전기력이 될 것임을 이해할 것이다.

한편으로는, 선행 기술로부터 알려진 자기유변학적 베어링 장치들 및 전기유변학적 베어링 장치들과 본 발명에 따른 베어링 장치 사이의 중요한 차이점은 윤활제에서 일어나는 물리적 효과가 다르다는 것이다.

자기유변학적 및 전기유변학적 베어링 장치들은 양극성 입자들이 자기 쌍극자를 포함하는지, 전기 쌍극자를 포함하는지, 여부에 따라 자기 필드 또는 전기 필드를 받을 때 입자 사슬을 형성하는 양극성 입자가 있는 윤활제로 구성된다. 이 사슬은 필드의 필드 라인과 정렬된다. 사슬은 자기 필드 또는 전기 필드가 있는 영역에서 윤활제의 점도를 증가시킨다. 더 강한 필드에서는 사슬이 더 강해져서 점도가 높아진다.

본 발명에 따른 베어링 장치에서, 자기 필드 또는 전기 필드에 의해 현탁으로부터 제거될 수 있는 입자들을 포함하는 윤활제가 사용된다. 이러한 베어링 장치들에서, 입자들은 베어링 표면에 응집체를 형성하기 위해 필드 생성기들을 향하거나 멀리 현탁으로부터 당겨진다. 이것이 발생하기 위해서는 순 자기 필드 또는 전기 필드가 입자들에 가해저야 한다. 이것은 자기필드에 의해 입자들에 대한 순 필드력이 가해질 필요가 없는 자기유변학적 및 전기유변학적 베어링 장치와 현저하게 다르다. 필드는 입자들만 정렬하는 반면, 입자들은 서로 끌어당겨 사슬을 형성한다.

본 발명에 따른 베어링 장치의 입자들에 순 필드력이 가해지기 때문에 자기 또는 전기 쌍극자를 포함하는 입자들이 사용될 때 충분한 크기의 공간적 구배가 필요하며, 공간적으로 균질한 필드는 쌍극자에 순 필드력을 가하지 않기 때문이다. 전기 모노폴을 포함하는 입자들을 사용할 때, 균일한 전기 필드가 사용될 수 있다. 자기 모노폴이 존재하지 않거나 적어도 아직 발견되지 않았기 때문에 균일 자기 필드를 사용하는 것은 불가능하다.

자기유변학적 또는 전기유변학적 베어링 장치에서, 필드 강도는 윤활제의 입자들에 가해지는 토크를 결정한다. 이 토크가 높을수록 사슬이 더 강해지고 윤활제의 점도가 높아진다. 본 발명에 따른 베어링 장치에서, 필드에 의해 입자들에 가해지는 순 필드력은 응집체의 크기를 결정한다. 더 큰 순계력으로, 응집체를 지나 흐르는 윤활제에 의해 씻겨 나가는 응집체 입자들과 입자들 사이의 평형은 더 큰 응집체로 이동한다. 필드에 의해 입자들에 가해지는 순 필드력은 흐르는 윤활제의 견인력에 대해 입자들을 제자리에 유지하기 위해 특정 임계값 이상이어야 한다. 순 필드력의 이 임계값은 적어도 베어링 장치의 rpm 및 윤활제의 점도에 의존한다는 것이 이해될 것이다. 베어링 장치가 더 빨리 회전하면 윤활제가 더 빨리 흐르고 Stokes의 법칙에 따라 고정 입자들에 더 높은 견인력을 가한다. 따라서 더 높은 rpm에서 응집체를 형성하기 위해서는 필드에 의해 각 입자들에 가해지는 알짜 필드력이 더 높아야 한다. 윤활제의 더 높은 점도에도 동일하게 적용된다.

한 실시예에서, 응집체는 제1 베어링 표면 혹은 제2 베어링 표면 중 하나에 위치되고 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면 중 상기 하나에 대해 고정되어 있다.

한 실시예에서, 하나 이상의 필드 생성기들은 베어링 갭의 방향으로 방해물 높이를 갖는 국부적 흐름 방해물을 형성하도록 구성되며, 상기 방해물 높이는 베어링 갭 높이보다 작다. 이렇게 하면 윤활제가 흐름 방해물 위로 흐를 수 있다.

한 실시예에서, 필드 강도는 베어링 갭의 방향으로 변화하며, 베어링 갭의 일측 상의 필드 강도는 적어도 25% 더 높고, 바람직하게는 50%, 더 바람직하게는 2배, 훨씬 더 바람직하게는 5배이지만, 더 바람직하게는 베어링 갭의 중심에서보다 10배 더 높다.

필드 발생기들이 자기 필드 발생기들이고 자기 필드에 반응하는 입자들이 사용되는 경우 자기 필드의 이러한 공간적 구배는 베어링 갭 방향(즉, 이 구배를 따라)으로 입자들에 대한 자기 필드를 허용한다. 이 힘은 현탁액에서 입자들을 제거하여 응집체를 형성할 수 있다. 입자들은 영구 또는 유도성 자기 쌍극자 모멘트를 포함할 수 있다.

필드 발생기들이 전기 필드 발생기들이고 전기 필드에 반응하는 입자들이 사용되는 경우, 이 공간적 구배는 순 전하를 보유하지 않지만 영구 또는 유도 가능한 전기 쌍극자 모멘트가 사용되는 입자들 뿐만 아니라 순 전하를 유지하는 입자들을 허용한다.

WO2018212657A1에서는 자기유변학적 윤활제가 사용된다. 이 특허에서는 윤활제의 유변학적 특성이 자기 필드의 크기에 의해 제어된다고 설명한다. 따라서 공간적 구배가 필요하지 않다. 실제로, 공간적으로 균일한 자기 필드가 해당 응용 분야에서 작동한다. 본 발명에 따른 베어링 장치에서는 입자들에 순자기력을 가하기 위해 자기 필드의 공간적 구배가 필요하기 때문에 공간적으로 균일한 자기 필드가 작용하지 않는다.

한 실시예에서, 필드 강도는 작동 동안 윤활제가 흐르는 방향을 따라 변하고, 상기 필드 강도는 적어도 25%, 바람직하게는 50%, 보다 바람직하게는 계수 2로, 훨씬 더 바람직하게는 계수 5로, 더욱 더 바람직하게는 계수 10으로 변하고, 작동 중 윤활제가 흐르는 방향을 따라 베어링 갭 높이의 절반과 같은 거리에 있다.

필드 발생기들이 자기 필드 발생기들이고 자기 필드에 반응하는 입자들이 사용되는 경우, 자기 필드의 이러한 공간적 구배는 베어링 작동 중에 윤활제가 흐르는 방향(즉, 이 구배를 따라)으로 입자들에 대한 자기 필드 성분을 허용한다. 이 힘은 베어링이 작동하는 동안 유체 견인력에 대해 입자들을 제자리에 유지할 수 있다. 입자들은 영구 또는 유도성 자기 쌍극자 모멘트를 포함할 수 있다.

필드 발생기들이 전기 필드 발생기들이고 전기 필드에 반응하는 입자들을 사용하는 경우, 필드의 이 공간적 구배는 순전하를 보유하지 않지만 영구적이거나 유도할 수 있는 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들에 베어링이 작동하는 동안 윤활제가 흐르는 방향(즉, 이 구배를 따라)으로 전기 필드 성분 뿐만 아니라 순 전하를 유지하는 입자들을 제공한다.

한 실시예에서, 적어도 하나의 필드 생성기는 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 평행한 방향으로 연장되며, 상기 적어도 하나의 필드 생성기와 관련된 국부적 흐름 방해물들의 방해 구역들은 베어링 단부를 통해 베어링 외부로의 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이것은 베어링에서 윤활제 누출을 제한하여 무엇보다도 환경 영향, 비용 및 베어링 마모를 줄인다. 이것은 또한 베어링 표면들 사이의 윤활제의 더 높은 압력을 유지하는 데 도움이 될 수 있으며 베어링의 하중 전달 능력을 증가시킨다.

한 실시예에서, 적어도 하나의 필드 생성기는 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 수직인 방향 및 베어링 표면들에 수직인 방향으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 필드 생성기와 관련된 방해 구역들은 제1 및 제2 베어링 표면들이 서로에 대해 이동하는 방향으로 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되며, 따라서 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키는 국부적인 압력 증가를 생성한다.

자기 필드를 사용하는 실시예에서, 윤활제는 영구 자기 쌍극자 입자들을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 윤활제는 자기 쌍극자 모멘트가 외부 자기 필드에 의해 유도될 수 있는 입자들을 포함한다. 윤활제는 또한 두 가지 유형의 입자들을 포함할 수 있다.

한 실시예에서, 자기 필드 생성기는 베어링 갭의 한 측면에만 배열되고, 방해 구역들은 베어링 갭의 한 측면에만 배치된다. 이것은 양의 자기화율 입자들 및/또는 영구 자기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들을 사용하여 달성할 수 있다. 그러면 모든 입자들이 자기 필드 생성기들에 의해 끌리게 된다.

다른 대안적인 실시예에서, 자기 필드 생생기는 베어링 갭의 양측에 배열되고, 방해 구역들은 베어링 갭의 양측에 배열된다. 이것은 양의 자기화율 입자들 및/또는 영구 자기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들을 사용하여 달성할 수 있다. 그러면 모든 입자들이 자기 필드 생성기들에 의해 끌리게 된다.

전기 필드를 사용하는 실시예에서, 윤활제는 큰 이온과 같은 전하를 띤 입자들을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 윤활제는 큰 극성 분자들과 같은 영구 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들을 포함한다. 다른 대안적인 실시예에서, 윤활제는 전기 쌍극자 모멘트가 금속과 같은 전기 전도성 재료를 포함하는 입자들과 같은 외부 전기 필드에 의해 유도될 수 있는 입자들을 포함한다. 윤활제는 또한 3가지 유형의 입자들 중 2가지 이상을 포함할 수 있다.

한 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 베어링 갭의 한쪽 면에만 배열되고, 방해 구역들은 베어링 갭의 한쪽 면에만 배열된다. 이것은 하전 입자들, 영구 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들 또는 전기 쌍극자 모멘트가 외부 전기 필드에 의해 유도될 수 있는 입자들을 사용하여 달성할 수 있다. 그런 다음 모든 전기 필드 생성기들이 동일한 부호의 운반 유체에 대해 전위를 보유하는 경우 모든 입자들이 전기 필드 생성기들에 의해 끌리거나 모든 입자들이 전기 필드 생성기들에 의해 반발된다. 따라서 모든 방해 구역들은 전기 필드 생성기들과 베어링 갭의 동일한 측면 또는 다른 측면에 배치된다.

한 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 베어링 갭의 한 측면에만 배열되고, 방해 구역들은 베어링 갭의 양쪽 측면에 배열된다. 이것은 반대 신호의 전위를 유지하도록 구성된 양전하 및 음전하 입자들 및/또는 전기 필드 생성기들의 혼합물을 사용하여 달성될 수 있으며, 상기 혼합물은 또한 영구 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들 및/또는 입자들을 포함할 수 있다. 전기 쌍극자 모멘트는 외부 전기 필드에 의해 유도될 수 있다. 전기 필드 생성기들은 영구 또는 유도성 전기 쌍극자를 포함하는 입자들을 끌어당긴다. 양으로 대전된 입자들을 끌어당기는 전기 필드 발생기는 음으로 대전된 입자들을 밀어내고 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

한 실시예에서, 전기 필드 발생기들은 베어링 갭의 양측에 배열되고, 방해 구역들은 베어링 갭의 한 측면에만 배치된다. 이것은 예를 들어 양전하 또는 음전하의 입자들을 사용하여 달성할 수 있고, 베어링 갭의 한쪽에 있는 모든 전기 필드 생성기들은 동일한 부호의 전위를 유지하고 베어링 갭의 다른 쪽에 있는 모든 전기 필드 생성기들은 반대 부호의 전위를 유지한다.

한 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 베어링 갭의 양측에 배열되고, 차단 구역들은 베어링 갭의 양측에 배열된다. 이것은 예를 들어 베어링 갭의 양쪽에 있는 캐리어 유체에 대해 동일한 부호의 전위를 유지하는 전기 필드 생성기들을 사용하고 반대 부호의 전하를 유지하는 입자들을 사용하여 달성할 수 있다. 대안으로, 양전하 입자들과 음전하 입자들의 혼합물이 베어링 갭의 반대쪽에 반대 부호의 전위를 유지하는 전기 필드 생성기와 함께 사용될 수 있다.

한 실시예에서, 하나 이상의 자기 필드 생성기들은 전자석이다. 전자석을 사용하면 베어링 장치에 영구 자석을 통합할 필요가 없고 전자석 코일의 전류를 제어하여 자기 필드를 제어할 수 있다.

한 실시예에서, 하나 이상의 자기 필드 생성기들은 영구 자석이다.

한 실시예에서, 자기 필드 생성기들은 유사한 자극을 갖는 베어링 갭을 향한다. 대안적인 실시예에서, 자기 필드 생성기들은 동일한 자극을 갖는 베어링 갭을 모두 대면하지 않는다.

한 실시예에서, 다수의 자기 필드 생성기들은 서로에 직접 인접하게 배치된다. 대안적인 실시예에서, 자기 필드 생성기들은 서로 직접 인접하게 배치되지 않는다. 추가 실시예에서, 바람직한 자기 특성의 재료가 인접한 자기 필드 생성기들 사이에 삽입된다. 이 물질은 강자성 물질일 수 있다. 이러한 물질을 이용하여 자기 필드의 공간적 형태를 최적화할 수 있다.

다른 실시예에서, 자기 필드 생성기들은 인접한 자기 필드 생성기들과는 다른 자극을 갖는 베어링 갭에 대면한다.

한 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 전극들이다.

한 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 유사한 전기 극들로 베어링 갭을 향한다. 대안적인 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 모두 유사한 전기 극들로 베어링 갭을 향하지 않는다.

한 실시예에서, 다수의 전기 필드 생성기들은 서로에 직접 인접하게 배치된다. 대안적인 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 서로 직접 인접하게 배치되지 않는다. 추가 실시예에서, 바람직한 전기 특성의 재료가 인접한 전기 필드 생성기들 사이에 삽입된다. 이 재료는 전기 전도성 재료일 수 있다. 대안적으로, 이 물질은 전기 절연 물질일 수 있다. 이러한 물질을 이용하여 전기 필드의 공간적 형태를 최적화할 수 있다.

한 실시예에서, 전기 필드 생성기들은 인접한 전기 필드 생성기들과 상이한 전기 극을 갖는 베어링 갭에 대면한다.

한 실시예에서, 필드 생성기들은 베어링 갭 높이의 20배 미만, 바람직하게는 10배 미만인 베어링 표면들의 상대 운동 방향으로의 폭을 갖는다.

한 실시예에서, 필드 생성기들은 베어링 갭 높이의 20배 미만, 바람직하게는 10배 미만인 베어링 갭 방향으로 깊이를 갖는다.

한 실시예에서, 베어링 표면들의 상대 운동 방향으로 필드 생성기들의 피치는 베어링 갭 높이의 20배 미만이다.

한 실시예에서, 필드 생성기들은 방해 구역이 베어링 갭 높이의 80% 미만, 특히 40% 미만, 더 특히 20% 미만인 높이를 갖는 개방 채널을 떠나도록 구성된다. 작은 열린 채널만 남겨두면 방해 구역들에서 직접 상류로 더 큰 압력 증가가 발생하여 베어링의 하중 지지 용량이 증가한다. 그러나 이것은 또한 베어링 표면들의 상대적인 움직임에 대한 베어링의 저항을 증가시킨다.

별개의 독립적인 측면에서, 본 발명은 베어링 장치를 사용하여 서로에 대해 2개의 표면을 이동시키는 방법에 관한 것으로, 베어링 장치는 하기와 같이 구성된다:

- 서로 직면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면과,

- 제 1 또는 제 2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들 - 상기 필드 생성기들은 자기 필드 생성기들이며, 상기 방법은 하기와 같이 구성된다:

- 베어링 갭에 의해 제1 베어링 표면과 제2 베어링 표면이 분리되고,

- 캐리어 유체 및 자기 필드에 반응하는 입자들을 포함하는 윤활제로 베어링 갭을 채우고, 여기서 상기 입자들은 자기 필드의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고,

- 제2 베어링 표면에 대해 제1 베어링 표면이 이동하고,

상기 방법은 입자들에 자기력을 가함으로써 현탁으로부터 입자들을 국부적으로 제거하기 위해 자기 필드 생성기들을 사용하여 국부적으로 변하는 자기 필드를 발생시키는 단계를 포함하고, 이전에 현탁된 응집체 형태의 국부적 흐름 방해물을 생성한다. 베어링 갭 방향의 국부적 흐름 방해물의 두께는 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭 높이의 일부이며, 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하는 입자 방해 구역이다.

별개의 독립적인 측면에서, 본 발명은 베어링 장치를 사용하여 서로에 대해 2개의 표면을 이동시키는 방법에 관한 것으로, 베어링 장치는 하기를 포함한다:

- 서로 직면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면과,

- 제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들, 상기 필드 생성기들은 전기 필드 생성기들,

상기 방법은 다음 단계를 포함한다:

- 베어링 갭에 의해 제1 베어링 표면과 제2 베어링 표면이 분리되고,

- 캐리어 유체 및 전기 필드에 반응하는 입자들을 포함하는 윤활제로 베어링 갭을 채우고, 여기서 상기 입자들은 전기 필드의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고,

- 제2 베어링 표면에 대해 제1 베어링 표면 이동하고,

상기 방법은 입자에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자들을 국부적으로 제거하기 위해 전기 필드 생성기들을 사용하여 국부적인 전기 필드를 발생시키는 단계를 포함하고, 이에 의해 이전에 현탁된 입자들의 응집체 형태로 국부적 흐름 방해물을 생성하고, 베어링 갭 방향의 국부적 흐름 방해물의 두께는 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭 높이의 일부이며, 이에 의해 방해 구역의 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해한다.

한 실시예 방법에서, 필드 생성기들에 의해 생성된 필드는 입자들에 필드력을 가하고, 여기서 제1 베어링 표면과 제2 베어링 표면의 상대 운동은 제1 베어링 표면에 대한 캐리어 유체의 흐름을 생성하고, 캐리어 유체의 흐름이 입자에 견인력을 가하고, 필드력과 견인력으로 인한 유효력이 입자들이 제1 베어링 표면 중 하나에 미리 현탁된 입자들의 응집체를 형성하게 하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면을 포함하며, 상기 응집체는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면 중 하나에 대해 고정되어 있다.

한 실시예 방법에서, 방법은 베어링 갭의 방향으로 방해물 높이를 갖는 국부적 유동 방해물을 형성하기 위해 하나 이상의 필드 생성기들을 사용하는 단계를 포함하고, 여기서 장애물 높이는 베어링 갭 높이보다 더 작다.

한 실시예 방법에서, 국부적 흐름 방해물의 적어도 하나의 방해 구역은 베어링 단부를 통해 베어링으로부터의 윤활제 흐름을 방해한다.

한 실시예 방법에서, 국부적 흐름 방해물의 적어도 하나의 방해 구역은 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동하는 방향으로 윤활제 흐름을 방해하고, 따라서 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키는 국부적인 압력 증가를 생성한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 베어링 갭의 한 측면에만 방해 구역들을 배열하는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 베어링 갭의 양측에 방해 구역들을 배열하는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 방사 또는 축 베어링 하중, 베어링 표면의 상대 이동 속도, 베어링 부품의 상대 위치, 베어링 마모 및 방해 구역 상태와 같은 조건에 따라 베어링에 공급되는 윤활제의 조성을 변화시키는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 베어링의 제1 작동 단계에서 캐리어 유체 및 그 안에 현탁된 입자들을 포함하는 윤활제를 베어링에 공급하는 단계 및 제2 작동 단계에서 윤활 유체를 포함하고 현탁 입자들이 없는 윤활제를 공급하는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 베어링의 제1 작동 단계에서 캐리어 유체 및 그 안에 부유 입자들을 포함하는 윤활제를 베어링에 공급하는 단계 및 베어링의 제2 작동 단계에서 상기 캐리어 유체와 상이한 윤활 유체를 포함하고 부유 입자들이 없는 윤활제를 공급하는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 입자들을 함유하는 유체를 베어링에 주기적으로 공급하는 단계를 포함하고, 베어링에 공급되는 윤활제는 현탁된 입자들을 포함하지 않는다.

한 실시예 방법에서, 방법은 베어링이 공급되는 윤활제 공급 입구에 따라 베어링에 공급되는 윤활제의 조성을 변화시키는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 방사 방향 또는 축 방향 베어링 하중, 베어링 표면의 상대 이동 속도, 베어링 부품의 상대 위치 및 베어링 마모와 같은 조건에 따라 국부적 흐름 방해물의 두께를 변경하는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 자기 필드 또는 전기 필드의 공간적 구배를 변화하는 단계를 포함한다.

한 실시예 방법에서, 방법은 자기 필드 또는 전기 필드의 공간적 구배를 변화시킴으로써 응집체의 크기를 변화시키는 단계를 포함한다.

필드 생성기들의 독립적인 제어

더 유리한 효과를 달성하기 위해, 전술한 바와 같은 베어링 장치 및 방법의 필드 생성기는 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 당업자는 자기 필드 생성기를 독립적으로 제어하는 측면이 자기유변학 및 전기유변학 베어링, 뿐만 아니라 윤활제의 점도가 윤활제 온도를 국부적으로 제어함으로써 국부적으로 제어되는 베어링 또는 슬립 속도가 윤활제는 국부적으로 통제된다. 따라서 자기 필드 생성기의 독립적인 제어는 베어링에서 이전에 부유 입자들의 응집체 형태로 국부적 흐름 방해물을 형성하는 개념과 독립적으로 볼 수 있는 측면이다. 이러한 측면에서, 본 발명은 활성제에 의해 제어가능한 윤활제를 갖는 베어링 장치에 관한 것으로, 베어링 장치는 다중 활성제를 포함한다.

채널의 흐름은 슬립 경계 조건을 사용하여 모델링 할 수 있다. 이 슬립 경계 조건은 제로 슬립 경계 조건에서 완벽한 슬립 조건까지 다양할 수 있다(예: Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics 2008 Edition | Editors: Dongqing Li 참조). 슬립 경계 조건의 이러한 변화를 설명하는 데 사용할 수 있는 메커니즘 중 하나는 겉보기 슬립 경계 조건이며, 이는 벽에 인접한 두께의 여러 분자들의 얇은 경계 영역은 상기 벽으로부터 견인력을 경험하고, 벌크 흐름의 분자들은 인접한 유체 분자의 끌림만 경험한다. 벽에 직접 인접한 분자들은 벽에 대해 고정되어 있다. 경계 영역은 일반적으로 채널 두께에 비해 매우 얇기 때문에 경계층 두께를 무시하고 벌크 흐름만 모델링하여 흐름 모델링을 단순화 할 수 있다. 이 접근 방식이 선택되면 경계층의 속도 구배는 경계층에 대한 속도 차이인 슬립 속도를 모델에 통합하여 설명할 수 있다. 이 슬립 속도는 제어될 수 있다. 슬립 경계 조건의 이러한 변화를 설명하는 또 다른 방법은 실제 슬립 경계 조건이다. 표면에 직접 인접한 유체 분자는 슬립 속도와 동일한 속도 차이로 표면에서 실제로 미끄러진다.

슬립 속도가 제어될 수 있는 방법의 예는 윤활제가 소수성 측면과 친수성 측면을 포함하는 양극성 분자들 또는 입자들을 포함하는 소수성 베어링 표면을 갖는 베어링 장치에 있다. 소수성 측면이 베어링 표면을 향하도록 분자들 또는 입자들을 배향하기 위해 외부 필드가 적용되면 분자들 또는 입자들은 베어링 표면에 달라붙는 경향이 있다. 이것은 베어링 표면 근처의 흐름 저항을 증가시켜 슬립 속도를 감소시킨다. 그 대신 반대 외부 필드가 적용될 때 분자들 또는 입자들은 친수성 표면이 베어링 표면을 향하도록 배향된다. 분자들 또는 입자들은 베어링 표면에 의해 반발되어 베어링 표면 근처의 흐름 저항을 감소시킨다. 이것은 슬립 속도를 증가시킨다. 소수성 대신 베어링 표면이 친수성일 수도 있다. 베어링 표면의 소수성 및 친수성 영역의 조합도 가능하다.

필드는 전기 필드 또는 자기 필드 일 수 있다. 배향 대신에 또는 배향에 추가하여 분자들 또는 입자들은 또한 필드력에 의해 베어링 표면으로 끌리거나 반발할 수 있다.

따라서, 본 발명은 또한 하기를 포함하는 베어링 장치에 관한 것이다:

- 서로에 대해 이동 가능하고 서로 직면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면, 상기 제1 베어링 표면과 제2 베어링 표면은 윤활제로 채워진 베어링 갭에 의해 분리되고,

- 제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 다중 활성제:

윤활제는 자기유변학적 액체이고 활성제는 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 윤활제의 점도를 국부적으로 증가시키도록 구성된 자기 필드 생성기들이고, 따라서 상기 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하고, 또는

윤활제는 전기유변학적 액체이고 활성제는 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 윤활제의 점도를 국부적으로 증가시키도록 구성된 전기 필드 생성기들이고, 따라서 상기 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하거나, 또는

윤활제는 온도 의존적 점도를 갖고, 활성제들의 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 윤활제의 점도를 국부적으로 증가시키기 위해 윤활제를 국부적으로 가열 및/또는 냉각하도록 구성된 가열 및/또는 냉각 요소이고, 따라서 상기 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하고, 또한

윤활제는 제어 가능한 슬립 속도를 가지며 활성제들은 윤활제의 슬립 속도를 국부적으로 제어하도록 구성되거나, 또한

윤활제는 캐리어 유체 및 자기 필드에 반응하는 입자들을 포함하고, 여기서 상기 입자는 자기 필드의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고, 활성제는 입자들에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자들을 국부적으로 제거하도록 구성된 공간적으로 국부적인 변화하는 자기 필드를 생성하도록 구성된 자기 필드 생성기들이고, 따라서 상기 현탁된 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물을 형성하고, 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성되어 있고, 또는

윤활제는 전기 필드에 반응하는 캐리어 유체 및 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 전기 필드의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고, 활성제는 입자들에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하도록 구성된 국부적인 전기 필드를 생성하도록 구성된 전기 필드 생성기들이고, 따라서 이전에 현탁된 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나의 국부적 흐름 방해물을 형성하고, 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성되어 있고,

- 적어도 하나의 활성제는 적어도 하나의 다른 활성제와 독립적으로 제어 가능하다.

한 실시예에서, 활성제들은 베어링 표면 상에 활성화된 활성제들의 다수의 상이한 패턴들을 형성하도록 제어가능하고, 다수의 상이한 패턴들은 제1 형상을 갖는 제1 패턴 및 제1 형상과 상이한 제2 형상을 갖는 제2 패턴을 포함한다.

한 실시예에서, 활성제들은 다중 활성제 그룹들로 분할되고, 상기 활성제 그룹들은 적어도 제1 활성제 그룹 및 제2 활성제 그룹을 포함하고, 상기 활성제 그룹의 활성제는 다른 활성제 그룹의 활성제와 독립적으로 제어가능하고, 상기 제1 활성제 그룹은 활성화된 활성제의 제1 패턴을 형성하도록 제어가능하고, 상기 제2 활성제 그룹의 활성제는 활성화된 활성제의 제2 패턴을 형성하도록 제어가능하다.

한 실시예에서, 제1 형상은 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 평행한 방향으로 연장되며, 제1 활성제 그룹의 활성제 중 적어도 하나의 제1 방해 구역은 베어링 단부를 통해 베어링 외부로의 윤활제 흐름을 차단하도록 구성되는 베어링이다.

한 실시예에서, 제2 형상은 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 수직인 방향 및 베어링 표면들에 수직인 방향으로 연장되고, 제2 활성제 그룹의 활성제들 중 적어도 하나의 제2 방해 구역은 제1 및 제2 베어링 표면들이 서로에 대해 이동하는 방향으로 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되고, 따라서 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키는 국부적인 압력 증가를 생성한다.

한 실시예에서, 제1 형상은 제1 형상 방향으로 지향되는 상부를 정의하고, 여기서 제1 활성제 그룹의 활성제들과 연관된 방해 구역은, 윤활제가 방해 구역을 통해 제1 형상 방향으로 흐르도록 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동할 때, 각 차단 구역의 상류에 위치하는 비-방해 구역, 특히 각 상단의 바로 상류에 위치한 피크 구역에서 베어링 갭 내 윤활유 압력의 국부적 상승, 제2 형상은 제2 형상 방향으로 지향되는 상부를 정의하고, 제2 활성제 그룹의 활성제와 관련된 방해 구역은, 윤활제가 방해 구역을 통해 제2 형상 방향으로 흐르도록 제1 및 제2 베어링 표면이 서로에 대해 이동할 때, 각 방해 구역의 상류에 위치하는 비-방해 구역, 특히 각 상단의 바로 상류에 위치한 피크 구역에서 베어링 갭 내 윤활유 압력의 국부적 상승.

한 실시예에서, 각각의 방해 구역은 좌측 섹션 및 우측 섹션을 포함하고, 상기 좌측 및 우측 섹션은 윤활유를 피크 구역으로 향하게 한다.

한 실시예에서, 제1 형상은 제1 형상 방향을 가리키는 하나 이상의 제1 화살표를들을 포함하고, 제2 형상은 제2 형상 방향을 가리키는 하나 이상의 제2 화살표를들을 포함하고, 2 형상 방향은 제 1 형상 방향의 반대 방향이다.

한 실시예에서, 각각의 활성제들은 개별적으로 제어 가능하다.

한 실시예에서, 베어링 장치는 활성제들을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 활성화된 필드 생성기들의 적어도 2개의 상이한 구성을 생성하도록 구성된다.

활성제들 또는 필드 생성기들의 독립적인 제어는 베어링 하중, 베어링 마모 상태, 베어링 속도, 베어링 이동 방향 및 베어링 갭 두께와 같은 다양한 조건을 설명하는 데 사용할 수 있다. 베어링 하중은 컨트롤러에 연결된 하중 센서에 의해 측정될 수 있으며, 제어 유닛은 활성제들 또는 필드 생성기들을 제어할 때 하중 센서의 신호를 고려한다. 베어링 속도는 컨트롤러에 연결된 베어링 속도 센서에 의해 측정될 수 있다. 베어링 이동 방향은 컨트롤러에 연결된 베어링 이동 방향 센서에 의해 측정될 수 있다. 베어링 갭 두께는 컨트롤러에 연결된 하나 이상의 갭 센서들에 의해 측정될 수 있다. 베어링 마모 상태는 컨트롤러에 연결된 회전 카운터 및/또는 컨트롤러에 연결된 베어링 하중 센서 및/또는 컨트롤러에 연결된 베어링 속도 센서를 사용하여 추정할 수 있으며, 상기 베어링 마모 상태는 하중 센서 및/또는 회전 카운터 및/또는 베어링 속도 센서의 이력 데이터에 기초하여 결정된다.

예를 들어, 하중 센서를 포함하는 베어링에서, 컨트롤러는 낮은 하중 시나리오에서 베어링의 낮은 저항을 제공하도록 활성제들 또는 필드 생성기들을 제어할 수 있는 반면, 컨트롤러는 높은 하중 시나리오에서 높은 하중 베어링 용량을 제공하기 위해 활성제들 또는 필드 생성기들을 제어할 수 있다.

갭 센서를 포함하는 베어링에서, 컨트롤러는 베어링 갭 높이를 미리 결정된 값으로 유지하기 위해 활성제 또는 필드 생성기를 제어할 수 있다. 회전 베어링 주변의 다양한 위치에서 갭 센서를 사용하여 컨트롤러는 내부 베어링 구성 요소를 외부 베어링 구성 요소의 중앙에 유지하도록 활성제들 또는 필드 생성기들을 제어할 수 있다.

베어링 이동 방향 센서를 포함하는 베어링에서, 컨트롤러는 측정된 베어링 이동 방향에 대해 활성화된 활성제들 또는 필드 생성기들의 최적화된 패턴을 제공하기 위해 활성제들 또는 필드 생성기들을 제어할 수 있다.

베어링 마모 상태 센서를 포함하는 베어링에서, 컨트롤러는 측정된 마모 상태에 대해 활성화된 활성제들 또는 필드 생성기들의 최적화된 패턴을 제공하기 위해 활성제들 또는 필드 생성기들을 제어할 수 있다.

활성제들 또는 필드 생성기들은 다른 입력, 예를 들어 사용자 또는 다른 장치가 저-저항 프로그램, 저-마모 프로그램, 저-누출 프로그램 또는 고-하중 프로그램을 선택함으로써 활성화 및 비활성화될 수도 있다.

당업자는 적어도 하나의 활성제가 적어도 하나의 다른 활성제와 독립적으로 제어 가능한 베어링 장치의 임의의 실시예의 특징이 베어링 장치의 임의의 실시예의 특징과 결합될 수 있음을 인식하고 필드 생성기들은 국부적인 공간적으로 변화하는 자기 필드를 생성하도록 구성된 자기 필드 생성기들이고, 베어링 장치의 임의의 실시예에서, 필드 생성기들은 국부적인 전기 필드를 생성하도록 구성된 전기 필드 생성기들이다.

별개의 독립적인 측면에서, 본 발명은 베어링 장치를 사용하여 서로에 대해 2개의 표면들을 이동시키는 방법에 관한 것으로, 베어링 장치는 하기를 포함한다:

- 서로 직면하는 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면,

- 제1 또는 제2 베어링 표면을 포함하는 다중 활성제들,

- 베어링 갭에 의해 제1 베어링 표면 및 제2 베어링 표면을 분리하고,

- 제2 베어링 표면에 대해 제1 베어링 표면 이동하고,

- 베어링 갭을 윤활제로 채우고, 여기서:

윤활제는 자기유변학적 액체이고 활성제들은 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 윤활제의 점도를 국부적으로 증가시키도록 구성된 자기 필드 생성기들이고, 따라서 상기 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하고, 또는

윤활제는 전기유변학적 액체이고 활성제들은 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 윤활제의 점도를 국부적으로 증가시키도록 구성된 전기 필드 생성기들이고, 따라서 상기 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하고, 또는

윤활제는 온도 의존적 점도를 갖고 활성제들은 베어링 갭의 적어도 하나의 방해 구역에서 윤활제의 점도를 국부적으로 증가시키기 위해 윤활제를 국부적으로 가열 및/또는 냉각하도록 구성된 가열 및/또는 냉각 요소이고, 따라서 상기 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하고, 또는

윤활제는 제어 가능한 슬립 속도를 가지며 활성제들은 윤활유의 슬립 속도를 국부적으로 제어하도록 구성되고, 또는

윤활제는 캐리어 유체 및 자기 필드들에 반응하는 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 자기 필드가 없는 상태에서 캐리어 유체에 현탁되고, 활성제들은 입자들에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자들을 국부적으로 제거하도록 구성된 국부적인 공간적으로 변화하는 자기 필드를 생성하도록 구성된 자기 필드 생성기들 이고, 따라서 이전에 현탁된 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물을 형성하고, 여기서 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성되어 있고, 또는

윤활제는 전기 필드들에 반응하는 캐리어 유체 및 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 전기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고, 활성제들은 입자들에 필드력을 가함으로써 현탁액으로부터 입자들을 국부적으로 제거하도록 구성된 국부적인 전기 필드를 생성하도록 구성된 전기 필드 생성기들이고, 따라서 이전에 현탁된 입자들의 응집체 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나의 국부적 흐름 방해물을 형성하고, 여기서 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성되어 있고,

- 적어도 하나의 다른 활성제와 독립적으로 적어도 하나의 활성제를 제어한다.

한 실시예에서, 방법은 베어링 표면 상에 활성화된 활성제들의 다수의 상이한 패턴들을 형성하도록 활성제를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 다수의 상이한 패턴들은 제1 형상을 갖는 제1 패턴 및 상기 제1 형상과 상이한 제2 형상을 갖는 제2 패턴을 포함한다.

한 실시예에서, 방법은 하기를 포함한다:

- 활성제들을 여러 활성제 그룹들로 나누고, 상기 활성제 그룹들은 적어도 제1 활성제 그룹 및 제2 활성제 그룹을 포함하고, 활성제 그룹의 상기 활성제들은 다른 활성제 그룹의 활성제들과 독립적으로 제어되고,

- 활성화된 활성제들의 제1 패턴을 형성하도록 제1 활성제 그룹의 활성제들을 제어하고 활성화된 활성제들의 제2 패턴을 형성하도록 제2 활성제 그룹의 활성제들을 제어한다.

한 실시예에서, 제1 형상은 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 평행한 방향으로 연장되며, 제1 활성제 그룹의 활성제 중 적어도 하나의 제1 방해 구역은 베어링 단부를 통해 베어링 외부로 흐르는 윤활제 흐름을 차단한다.

한 실시예에서, 제2 형상은 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 수직인 방향 및 베어링 표면들에 수직인 방향으로 연장되고, 제2 활성제 그룹의 활성제들 중 적어도 하나의 제2 방해 구역은 제1 및 제2 베어링 표면들이 서로에 대해 이동하는 방향으로 윤활제 흐름을 방해하고, 따라서 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키는 국부적인 압력 증가를 생성한다.

한 실시예에서, 제1 형상은 제1 형상 방향으로 지향되는 상부를 정의하고, 제1 활성제 그룹의 활성제들과 관련된 방해 구역이 원인이고, 윤활제가 방해 구역을 통해 제1 형상 방향으로 흐르도록 제1 및 제2 베어링 표면들이 서로에 대해 이동할 때, 각 방해 구역의 상류에 위치하는 비-방해 구역, 특히 각 상단의 바로 상류에 위치한 피크 구역에서 베어링 갭 내 윤활유 압력의 국부적 상승이고, 제2 형상은 제2 형상 방향으로 지향되는 상부를 정의하고, 제2 활성제 그룹의 활성제들과 관련된 방해 구역이 원인이고, 윤활제가 방해 구역을 통해 제2 형상 방향으로 흐르도록 제1 및 제2 베어링 표면들이 서로에 대해 이동할 때, 각 방해 구역의 상류에 위치하는 비-방해 구역, 특히 각 상단의 바로 상류에 위치한 피크 구역에서 베어링 갭 내 윤활유 압력의 국부적 상승이다.

일 실시예에서, 각각의 방해 구역은 좌측 섹션 및 우측 섹션을 포함하고, 상기 좌측 및 우측 섹션은 윤활제를 피크 구역으로 향하게 한다.

한 실시예에서, 제1 형상은 제1 형상 방향을 가리키는 하나 이상의 제1 화살표들을 포함하고, 제2 형상은 제2 형상 방향을 가리키는 하나 이상의 제2 화살표들을 포함하고, 2 형상 방향은 제 1 형상 방향의 반대 방향이다.

한 실시예에서, 방법은 각각의 활성제들을 개별적으로 제어하는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 방법은 컨트롤러를 사용하여 활성제들을 제어하는 단계를 포함한다.

당업자는 적어도 하나의 활성제가 적어도 하나의 다른 활성제와 독립적으로 제어되는 방법의 임의의 실시예의 특징이 국부적인 공간적으로 변화하는 자기 필드가 다음과 같은 국부적인 전기 필드가 생성되는 방법의 임의의 실시예의 특징과 결합될 수 있음을 인식할 수 있다.

상기에서, 자기 필드 또는 전기 필드를 사용하는 실시예가 설명되었다. 전기 필드와 자기 필드를 모두 사용하고 결과적으로 전기 필드들에 반응하는 입자들과 자기 필드들에 반응하는 입자들을 모두 사용하는 베어링 장치도 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 자기 필드와 전기 필드 모두에 반응하는 입자들을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 실시예는 또한 본 개시내용의 범위 내에 속한다.

자기유변학적 액체 또는 전기유변학적 액체, 온도 의존적 점도를 갖는 윤활제, 또는 제어가능한 슬립 속도를 갖는 윤활제와의 조합도 본 개시내용의 범위 내에 속한다.

본 발명의 이들 및 다른 측면은 동일한 참조 부호가 유사한 부분을 지정하는 첨부 도면과 관련하여 고려되고 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 때 더 쉽게 이해될 것이다.

도 1A - D는 자기 필드 생성기들을 포함하는 베어링에서 캐리어 유체와 입자들을 포함하는 윤활제의 거동을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2A - 2L은 본 발명에 다른 다양한 실시예에 대한 자기 필드 생성기들 및 형성된 응집체의 레이아웃 측면도의 개략도를 도시한다.
도 3A - 3C는 본 발명에 다른 다양한 실시예에 대한 베어링 표면 및 형성된 퇴적물을 따른 자기 필드 생성기들의 레이아웃의 개략도를 도시한다.
도 4A, 4B는 본 발명에 따른 실시예의 베어링 표면의 평면도를 도시한다.
도 5A - 5C는 전기 필드 생성기들을 포함하는 베어링의 입자들과 캐리어 유체를 포함하는 윤활제의 거동을 개략적으로 보여준다.
도 6A - 6B는 본 발명에 따른 유체역학적 저널 베어링의 외부 베어링 부품들을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 저널 베어링의 내부 베어링 부품을 도시한다.
도 8A - 8D는 본 발명에 따른 베어링 부품들을 도시한다.
도 9A - 9B는 본 발명에 따른 베어링의 축 방향 단면을 도시한다.
도 10A - 10B는 본 발명에 따른 유체정역학적 트러스트 베어링을 도시한다.
도 11A - 11B는 본 발명에 따른 베어링 장치를 도시한다.
도 12A - 12D는 본 발명에 따른 트러스트 베어링의 베어링 부품을 도시한다.
도 13A - 13C는 본 발명에 따른 트러스트 베어링의 베어링 부품을 도시한다.
도 14A 및 14B는 본 발명에 따른 저널 베어링의 외부 베어링 부품을 도시한다.

도 1A - D는 자가 치유 베어링(10)의 작동 원리의 개략도를 도시한다. 베어링은 서로에 대해 이동 가능하고 서로를 향하는 2개의 베어링 표면들(200, 300)을 포함한다. 캐리어 유체(110) 및 그 안에 매달려 있는 입자들(120)을 포함하는 윤활제(100)은 베어링 갭 높이(420)을 갖는 베어링 갭(400)의 베어링 표면들(200, 300) 사이에 배치된다. 베어링 갭 중심(410)은 베어링 표면(200, 300) 사이의 중간 영역이다. 즉, 두 베어링 표면들(200, 300)으로부터 같은 거리에 있는 영역이다.

베어링 표면들 중 적어도 하나는 전기 필드 또는 자기 필드를 생성하거나 전기 필드 또는 자기 필드를 생성하도록 구성 가능한 필드 생성기(500)을 포함한다. 필드 생성기(500)은 서로 직접 인접하게 배치되거나 배치되지 않을 수 있다. 바람직하게는, 베어링 표면들(200, 300)의 상대 운동 방향으로 필드 생성기들의 피치(503)은 베어링 갭 높이(420)의 20배 미만이다. 도 1A - D는 필드 생성기(500)이 서로 직접 인접하게 배치되지 않은 실시예를 도시한다. 자기 필드 또는 전기 필드는 윤활제(100)의 현탁액으로부터 입자들(120)을 국부적으로 제거하여 베어링 표면에 응집체(121)을 형성할 수 있다. 이러한 응집체(121)은 흐름 방해물들(122)를 형성할 수 있다.

윤활제가 흐름 방해물(122)를 지나 흐를 때 압력 증가는 흐름 방해물(122)로부터 직접 상류에서 생성된다. 이는 베어링(10)에 베어링 표면들(200, 300)에 수직인 하중이 가해질 때 베어링 표면들(200, 300) 사이의 접촉을 방지함으로써 베어링(10)의 하중 지지 능력을 증가시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 유동 방해물(122)는 베어링 단부를 따라 위치될 수 있어, 베어링으로부터의 윤활제 유동이 억제된다. 이것은 윤활제(100)의 누출을 감소시키고 베어링(10) 내부의 윤활제(100)의 더 높은 압력을 유지하는 것을 보조할 수 있어 베어링의 하중 지지 능력을 증가시킨다.

도 1A는 전기 필드 또는 자기 필드가 없는 상태에서 베어링 표면들(200, 300)이 서로에 대해 고정되어 있는 상황을 도시한다. 입자들(120)은 윤활제(100)에 균일하게 분포된다.

도 1B는 베어링 표면들(200, 300)이 필드 생성기(500)에 의해 생성된 전기 필드 또는 자기 필드의 존재 하에 서로에 대해 고정되어 있는 상황을 도시한다. 입자들(120)은 필드 생성기에 의해 끌어당겨지고 그 주위에 클러스터링되어 윤활제(100)에서 분포의 균질성을 깨뜨린다.

도 1C는 제1 베어링 표면(200)이 필드 생성기(500)에 의해 생성된 전기 필드 또는 자기 필드의 존재 하에 제2 베어링 표면(300)에 대해 왼쪽으로 속도 u로 이동하는 상황을 도시한다. 베어링 표면들의 상대적인 움직임과 베어링 표면들에서의 미끄럼 방지 경계 조건은 속도가 베어링 갭에 걸쳐 변하는 윤활제(100)의 속도 분포를 발생시킨다. 윤활제(100)은 오른쪽에서 왼쪽으로 흐를 것이다. 입자들(120)은 필드 생성기(500)을 향해 그들을 끌어당기는 필드력(800) 뿐만 아니라 윤활제 흐름으로 인한 견인력(810)을 경험한다. 이 힘들 사이의 상호작용은 효과적인 힘(820)을 산출하고, 도 1C에 도시된 거동을 초래하며, 상기 입자 (120)의 국부적 응집체(121)은 방해 구역들에서 유동 방해물들(122)를 형성하는 베어링 표면들(200, 300) 중 하나에 형성된다. 유효력(820)은 베어링 표면들(200, 300) 및 다른 입자들(120)에 의해 입자들에 가해지는 반응력(830)에 의해 상쇄된다. 유효력(820)과 입자들(120)에 가해지는 반응력(830)의 합은 입자들이 응집체(121) 내에서 정지 상태를 유지하기위해 0이다. 이 균형이 예를 들어 충돌하는 입자 (120) 또는 다른 섭동에 의해 깨지면 입자 (120)은 응집체(121)을 떠날 것이다. 그런 다음 이 입자(120)는 윤활제 흐름에 의해 동반될 수 있고 다른 응집체(121)과 충돌 및/또는 결합하여 응집체들(121)의 자가 치유 효과가 달성될 수 있다.

자기 필드에 의해 입자들(120)에 가해지는 필드력(800)은 흐르는 윤활제(100)의 견인력(810)에 대항하여 입자들(120)을 제자리에 유지하기 위해 특정 임계값 이상이어야 한다. 필드력(800)의 이 임계값은 적어도 베어링 장치(10)의 rpm 및 윤활제(100)의 점도에 의존한다는 것이 이해될 것이다. 베어링 장치(10)이 더 빨리 회전하면 윤활유(100)은 더 빨리 흐를 것이고 - 그에 따라 Stokes법칙에 따라 고정 입자들(120)에 더 높은 견인력(810)을 가할 것이다. 따라서 더 높은 rpm에서 응집체들(121)을 형성하기 위해서는 필드에 의해 각 입자(810)에 가해지는 필드력(800)이 더 높아야 한다. 윤활제(100)의 더 높은 점도에 대해서도 동일하게 적용된다.

응집체(121)은 이들이 형성되는 베어링 표면에 대해 고정되어 있다. 입자들(120)은 윤활제 흐름에 의해 응집체(121)에 지속적으로 공급 및 제거되며, 도 1D는 도 1C의 확대도를 나타내고, 필드력(800), 견인력(810) 및 유효 힘(820)을 추가로 나타낸다.

응집체(121)은 베어링 갭(400)의 높이(420)의 일부인 방해 높이(123)을 갖는 흐름 방해물(122)를 생성하여 윤활제(100)이 흐름 방해물(122) 위로 흐를 수 있도록 한다. 베어링 표면들(200, 300)의 주어진 상대 속도 및 주어진 베어링 갭 높이(420)에 대해, 더 큰 방해물 높이(123)은 윤활제 흐름 방향으로 방해물 위에 더 큰 압력 차를 유도하고 방해물을 통과하는 윤활제(100)의 더 큰 속도를 유도한다. 이것은 차례로 장애물(122)를 구성하는 입자들(120)에 더 큰 견인력을 유발하여, 장애물 높이(123)을 증가시키는 것은 증가된 견인력(810)에 대항하기 위해 훨씬 더 큰 필드력(800)을 더 필요로 한다. 다른 한편으로, 주어진 베어링 갭 높이(420)에 대해, 베어링 표면들(200, 300)의 더 큰 상대 속도는 방해물(122)를 통과하는 윤활제(100)의 더 큰 속도를 유도한다. 이는 차례로 방해물(122)를 구성하는 입자들(120)에 더 큰 견인력을 유발하여 더 낮은 방해물 높이(123)을 초래한다. 베어링 표면들(200, 300) 사이의 윤활제(100)의 흐름이 베어링 표면들(200, 300)의 상대 속도 및 이들 베어링 표면들 사이의 거리(베어링 갭 높이(420))에 의존한다는 것을 알면, 이 메커니즘은 베어링 표면들(200, 300)의 상대 속도 및 베어링 갭 높이(420)에 의존하는 유동 방해물(122)의 평형 높이(123)으로 이어질 수 있다.

필드력(800)은 응집체의 크기를 변화시키기 위해 변화될 수 있다. 이를 달성하기 위해 자기 필드 또는 전기 필드의 공간적 구배가 변할 수 있다. 전기 필드의 경우, 전기 필드 세기는 전하를 띤 입자들을 사용하는 경우에도 변화될 수 있다. 응집체의 크기를 변경함으로써 베어링 장치는 낮은 저항, 높은 하중 지지 용량 및/또는 베어링 외부로의 낮은 윤활제 누출과 같은 다양한 시나리오 및/또는 사용자 요구에 맞게 조정할 수 있다.

유동 방해물(122)는 베어링 갭 높이의 80% 미만인 베어링 갭(400)을 통해 개방 채널을 남길 수 있다. 이 채널은 베어링 갭 높이에 비해 더 작을 수 있지만 이 채널의 높이는 베어링의 작동 조건에 따라 달라질 수 있다. 흐름 방해물(122)의 바로 상류에서 압력 증가는 베어링 표면들(200, 300) 사이에서 전달되는 하중을 운반하는 베어링(10)의 능력을 증가시킨다.

베어링(10)에 공급되는 윤활제(100) 내의 입자들(120)의 농도는 유동 방해 높이(123)을 제어하기 위한 목적으로 변경될 수 있다. 일반적으로 자기유변학적 또는 전기유변학적 베어링 장치들보다 더 낮은 입자 농도가 필요하다. 이는 입자들이 윤활제의 전체 부피에 걸쳐 분산되지 않고 응집체를 형성하는 데만 필요하기 때문이다. 유동 방해 높이(123)은 방사방향 또는 축방향 베어링 하중, 베어링 표면의 상대 이동 속도, 베어링 부품들의 상대 위치 및 베어링 마모와 같은 조건에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 입자들(120)의 농도가 높은 윤활제(100)은 초기에 베어링(10)에 공급될 수 있고, 반면에 흐름 방해물들(122)가 베어링(10) 내에 설정되면 입자들(120)의 농도가 더 낮거나 심지어 0인 윤활제(100)가 베어링(10)에 공급된다. 고농도의 입자들(120)을 갖는 윤활제(100)은 또한 주기적으로 또는 부수적으로 베어링(10)에 공급될 수 있는 반면, 입자들(120)이 없거나 실질적으로 없는 윤활제(100)은 입자 공급의 이러한 순간 사이에 베어링(10)에 공급된다. 이러한 시간과 이러한 시간 동안 베어링(10)에 공급되는 입자들(120)의 수 사이의 시간은 예를 들어 베어링 하중, 베어링 표면들의 상대 속도, 베어링 갭 높이(420), 베어링의 작동 시간 또는 이러한 요소들의 조합에 따라 미리 결정된다.

캐리어 유체(110) 자체는 또한 예를 들어 현탁액에 많은 입자들(120)을 보유할 수 없지만 더 나은 윤활 특성을 갖는 유체로 변경될 수 있다. 입자 농도 및 캐리어 유체 유형은 또한 베어링 하중, 베어링 표면들(200, 300)의 상대 이동 속도, 베어링 부품들의 상대 위치, 베어링 간극 높이(420), 베어링 마모 및 방해 구역 상태와 같은 베어링(10)의 작동 조건에 기초하여 제어될 수 있다. 이러한 방식으로 장애물 높이(123)은 베어링의 작동 조건에 맞게 조정되어 낮은 하중 시나리오에서 베어링 저항을 최소화하고 높은 하중 시나리오에서 베어링 마모를 최소화할 수 있다.

필드 생성기들(500)은 자기 필드 생성기들(510) 또는 전기 필드 생성기(520), 또는 둘 모두의 조합일 수 있으며, 입자들(120)은 이러한 필드들에 응답한다. 당업자는 자기 필드 생성기들의 경우 필드력이 자기력이 될 것이고 전기 필드 생성기의 경우 필드력이 전기력이 될 것임을 이해할 것이다.

자기 모노폴은 존재하지 않는 반면 전기 모노폴은 존재하기 때문에, 그리고 쌍극자는 공간적으로 균일한 필드에서 알짜 필드력을 경험하지 않기 때문에, 자기 필드 생성기(510)은 공간적으로 변화하는 자기 필드가 베어링 갭(400) 내에서 생성되도록 구성되는 반면, 전기 필드 생성기(520)은 베어링 갭(400) 내에서 공간적으로 균일한 전기 필드 또는 공간적으로 변화하는 전기 필드를 생성하도록 구성될 수 있다. 입자들(120)은 예를 들어 영구 자기 또는 전기 쌍극자 모멘트를 가질 수 있거나 자기 또는 전기 쌍극자가 외부 필드에 의해 유도될 수 있다. 입자들(120)은 또한 전하를 보유할 수 있다. 자기 쌍극자 모멘트가 유도 가능한 자화성 입자들(120)의 경우, 입자들(120)은 양의 자화율을 가질 수 있다.

바람직하게는, 자기 필드 강도는 베어링 갭의 방향으로 변하며, 베어링 갭의 한 측면 상의 자기 필드 강도는 베어링 갭의 중심(410)보다 적어도 25% 더 높고, 바람직하게는 50%, 더 바람직하게는 2배, 훨씬 더 바람직하게는 5배 더 높지만, 10배 더 높은 것이 더 바람직하다. 이러한 변형은 베어링 갭 방향으로 자성 입자들(120)에 결과적인 자기력을 제공하여 입자들을 현탁액으로부터 국부적으로 잡아당긴다. 전기 필드 강도는 유사한 방식으로 변할 수 있다. 이것은 전기적으로 중성인 입자들에 필요하지만 전기적으로 하전된 입자들에도 바람직할 수 있다. 이러한 바람직한 이유는 그러한 변동이 하전 입자들이 베어링 표면 근처에서 더 큰 전기력을 경험한다는 것을 수반하기 때문이다. 이것은 이러한 입자들에 의해 형성된 응집체들(121)이 베어링 갭 중심(410)을 향하는 것보다 베어링 끝부분 근처에서 더 강하게 함께 유지된다는 것을 의미한다. 이것은 유동 방해물의 평형 높이(123)과 베어링 표면들(200, 300)의 상대 속도 및 베어링 갭 높이 사이에 유리한 관계로 이어질 수 있다.

바람직하게는, 자기 필드 강도는 베어링의 작동 시 윤활제가 흐르는 방향에서도 변하고, 상기 자기 필드 강도는 적어도 25%, 바람직하게는 50%, 보다 바람직하게는 2 요소, 더욱 더 바람직하게는 5 요소, 더욱 더 바람직하게는 10 요소만큼 변하고, 작동 중에 윤활제가 흐르는 방향을 따라 베어링 간극 높이(420)의 절반과 같은 거리에 있다. 이 변형은 유체 흐름 방향과 평행한 힘 성분을 자성 입자들에 제공한다. 이 힘 성분은 유체 항력의 영향을 상쇄하는 데 사용될 수 있습니다. 전기 필드는 유사한 방식으로 변할 수 있다. 전기적으로 중성인 입자들 또는 순전하와 쌍극자 모멘트(영구적 또는 유도성)가 모두 있는 입자들을 사용할 때, 이것은 베어링(10)의 작동 동안 윤활제(100)이 흐르는 방향으로 입자들에 힘 성분을 인가하기에 충분하다. 그러나 쌍극자 모멘트가 없는 입자들(영구적 또는 유도성)의 경우, 전기 필드 자체는 또한 이 방향으로 전기력 성분을 가하기 위해 베어링(10)의 작동 동안 윤활제(100)이 흐르는 방향의 성분을 가져야 한다.

도 2A - 2L은 본 발명에 따른 다양한 실시예의 베어링 표면의 섹션 내에 매립된 자기 필드 생성기들(510)의 레이아웃 측면도의 개략도를 도시한다. 자기 필드 생성기들(510)은 베어링 갭(400)의 한 측면에 위치하며, 도 2A, 2C, 2E, 2G, 2H 및 2K에서만 베어링 갭의 한쪽에 방해 구역들을 생성하고, 자기 필드 생성기들(510)은 도 2B, 2D, 2F, 2I, 2J 및 2L에서 양 측면에 위치된다. 자기 필드 생성기들(510) 대신 전기 필드 생성기들(520)을 사용하는 실시예의 경우, 도 2A 내지 도 2L에 도시된 유사한 레이아웃이 전기 필드 생성기들(520)에 대해 사용될 수 있다. 도 2A 내지 도 2C에서, 자기 필드 생성기들(510)은 베어링 갭 높이(420)의 10배 미만인 베어링 표면들(200, 300)의 상대 운동 방향을 따른 길이(501)을 갖는다. 이 길이(501)은 또한 더 클 수 있지만, 바람직하게는 베어링 갭 높이(420)의 20배 미만이다. 도 2A 내지 도 2C의 자기 필드 생성기들(510)은 베어링 갭 높이(420)의 10배 미만인 베어링 갭(400) 방향을 따라 깊이(503)을 갖는다. 이 깊이(503)은 또한 더 클 수 있지만, 바람직하게는 베어링 갭 높이(420)의 20배 미만이다.

도 2C, 2D, 2E, 2F, 2K 및 2L에서, 강자성 재료(600)은 자기 필드의 형태를 제어하기 위해 자기 필드 생성기들(510) 주위에 위치된다. 자기 필드 생성기들은 영구 자석 또는 전자석일 수 있다. 강자성 물질은 대부분의 물질보다 투과율이 높기 때문에 자기 필드 생성기(510) 근처에 강자성 물질(600)을 배치하면 자기 필드 생성기(510) 근처에 있지만 강자성 물질(600) 외부에 더 작은 자기 필드 및 자기 필드의 높은 공간적 구배가 생성된다. 전기 필드 생성기들을 사용하는 경우, 전기 특성이 양호한 물질을 전기 필드 발생기들(520) 사이에 위치시켜 유사한 효과를 분류할 수 있다. 유리한 자기 특성은 투과율이 높거나 낮을 수 있다. 유사하게, 유리한 전기 특성은 전기 유전율이 높거나 낮을 수 있다. 이러한 재료를 포함하면 각각 최적의 자기 필드 또는 전기 필드의 모양을 만들 수 있다. 예를 들어, 국부적 공간 구배의 크기는 그러한 재료를 통합함으로써 최대화될 수 있다. 구배의 방향도 제어할 수 있다.

자기 필드 생성기들(510) 내의 화살표는 자기 필드 생성기들(510)의 분극을 나타낸다. 도 2K 및 도 2L은 자기 필드 생성기들(510)이 모두 유사한 자극을 갖는 베어링 갭(400)을 향하는 실시예를 도시하는 반면, 도 2A 내지 2J는 자기 필드 생성기들(510)이 모두 유사한 자극을 갖는 베어링 갭(400)을 향하지 않는 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 입자들(120)은 자기 필드 생성기들(510) 쪽으로 끌어당겨진다. 이러한 입자들은 영구 자기 쌍극자 또는 양의 자화율을 갖는 물질일 수 있다.

도 3A 내지 도 3C는 본 발명에 따른 다양한 실시예의 베어링 표면의 섹션 내에 매립된 자기 필드 생성기들(510)의 레이아웃 개략도를 도시한다. 자기 필드 생성기(510) 내의 원형은 자기 분극 벡터가 도면의 평면 외부를 가리키는 반면, 자기 필드 생성기(510) 내의 십자형은 자기 분극 벡터가 도면의 평면을 가리키는 것을 나타낸다. 인접한 자기 필드 생성기들(510)이 동일하지 않거나 심지어 반대 자기 분극인 레이아웃은 자기 필드 생성기들(510) 근처에서 자기장의 큰 공간적 구배를 생성하고, 서로 다른 방향의 자화 벡터를 갖는 자기 필드 생성기들의 근접성 때문이다.

도 4A 및 도 4B는 본 발명에 따른 트러스트 베어링(10)의 베어링 표면의 평면도를 도시한다. 도 4A에서, 자기 필드 생성기들(510)은 방사상으로 위치되는 반면, 그들은 도 4B의 방사상 라인으로부터 각도 오프셋으로 위치된다. 도 4B에 도시된 실시예에서, 방해 구역들에 형성된 응집체(121)은 베어링 표면들의 상대 회전 운동 시 윤활제(100)을 안쪽으로 강제함으로써 베어링(10)으로부터 윤활제(100)의 방사 방향 외측 누출을 줄이는 것을 돕는 흐름 방해물들(122)를 형성하고, 또한 베어링(10)의 하중 지지 능력을 증가시킨다. 이 효과는 윤활제 흐름 방향에 대한 방해 영역의 방향이 수직이 아니라는 사실에 기인한다. 그 효과는 곡선 화살표로 표시된 바와 같이 도 4B에 도시된 베어링 표면(300)에 대해 윤활제가 반시계 방향으로 흐를 때 나타난다.

도 5A 내지 도 5C는 본 발명에 따른 3개의 상이한 실시예에 대한 베어링 갭(400)의 단면의 측면도의 개략도를 도시하고, 전기 필드 생성기들(500)은 전위가 전위 소스들(525)에 의해 제어되는 전기 필드 활성제들(520)이다. 모든 도면에서, 캐리어 유체(110)은 전기적으로 비전도성이고 0 전압으로 유지된다. 바람직하게는, 입자들(120)은 비전도성이거나 입자 사슬을 통한 전류 흐름을 방지하기 위해 비전도성 외부 층으로 코팅된다.

도 5A에서, 전기 필드 발생기(520)은 베어링 갭(400)의 한 측면에만 위치되어, 베어링 갭(400)의 한 측면에만 입자들(120)의 응집체(121)을 포함하는 방해 구역을 생성한다. 본 실시예에서 사용되는 입자들(120)은 음으로 대전된 입자들, 영구 전기 쌍극자들, 외부 전기 필드 또는 이들의 조합에 의해 전기 쌍극자 모멘트가 유도될 수 있는 입자들일 수 있다. 영구 또는 유도 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들은 공간적으로 변화하는 전기 필드에서 알짜 전기력을 경험한다. 전하를 띤 입자들은 공간적으로 균일한 전기 필드에서도 알짜 전기력을 경험한다.

도 5B에서, 베어링 갭(400)의 반대편에 있는 2개의 전기 필드 생성기들(520)은 부호가 동일한 전압을 유지한다. 전압의 부호는 도시된 실시예에서 양이지만 음일 수도 있다. 이 실시예에서, 입자들(120)의 응집체(121)을 포함하는 방해 구역은 베어링 갭(400)의 양측에 유도된다. 전기장 발생기들(520) 사이의 필드는 무한 전기 필드 발생기들의 경우에도 공간적으로 균일하지 않은데, 이는 전기 필드 발생기들이 동일한 부호의 전압을 유지하기 때문이다. 따라서 영구 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들(120), 쌍극자 모멘트가 유도될 수 있는 입자들, 하전 입자들 또는 이들 입자들의 조합이 사용될 수 있다. 대전된 입자들은 이러한 전기 필드 생성기들(520) 쪽으로 끌어당기기 위해 윤활제 유체에 대한 전기 필드 생성기(520)의 전압과 반대인 부호로 전하를 유지해야 한다. 도 5B에 도시된 실시예에서, 대전된 입자는 음전하를 보유할 것이다.

도 5C에서, 반대 부호의 전압을 유지하는 2개의 전기 필드 생성기들(520)은 베어링 갭(400)의 반대 측면에 위치된다. 사용된 입자들(120)은 전기적으로 대전된다. 모든 입자들이 동일한 부호의 전하를 보유할 때 입자들(120)의 응집체(121)을 포함하는 방해 구역이 베어링 갭(400)의 한 면에 생성될 것이다. 양전하와 음전하의 입자들을 모두 사용하면 도면과 같이 베어링 갭(400)의 양쪽에 방해 영역이 생성된다. 두 개의 필드 생성기들(520)이 베어링의 작동 중에 윤활제(100)이 흐르는 방향으로 서로 변위되면, 베어링(10)의 작동 동안 윤활제(100)이 흐르는 방향의 전기 필드의 성분이 달성될 것이다.

도 6A 내지 도 6B는 본 발명에 따른 저널 베어링(10)의 외부 부분을 도시한다. 이 베어링은 베어링 축(11)을 중심으로 회전한다. 도 6A에서, 필드 생성기들(500)은 축방향 베어링 단부(12)에 배치된다. 따라서 유동 방해물(122)는 축방향 베어링 단부(12) 근처에 생성되어 베어링 외부로의 윤활제 누출을 제한하고 베어링 갭 내부의 윤활제의 압력을 증가시켜 베어링 장치(10)의 하중 전달 능력을 향상시킨다. 도 6B는 화살표 모양의 필드 생성기들(500)을 도시한다. 베어링 장치(10)은 바람직한 회전 방향이 존재하도록 구성되며, 상기 윤활제는 자기 필드 생성기(500)의 화살표가 가리키는 방향으로 흐른다. 흐름 방해물(122)이 필드 생성기들(500)을 따라 형성됨에 따라, 흐름 방해물에 수직인 윤활제 흐름이 방해된다.

베어링 표면들(200, 300)의 상대적인 회전 운동에 따라 윤활제는 화살표의 지점을 향하여 축방향 안쪽으로 힘을 가한다. 이것은 베어링 갭의 축 중심에서 압력 증가를 생성하고, 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키고 축 베어링 단부(12)로부터 윤활제(100)의 누출을 감소시킨다. 동일한 효과를 제공하는 필드 생성기들(500)의 다른 설계도 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이며, 예를 들어, 구 단면, 쌍곡선, 포물선 또는 베어링이 바람직한 방향으로 회전할 때 축방향 베어링 단부(12)로부터 윤활제가 강제로 멀어지는 다른 형상이 있다. 유사하게, 이러한 필드 생성기 모양들은 다른 필드 생성기 모양들과 결합될 수 있다, 예를 들어, 도 6B에 도시된 필드 생성기 레이아웃을 도 6A의 필드 생성기들(500)과 결합함으로써, 축 베어링 단부(12)로부터 윤활제(100)의 누출을 추가로 제한하기 위해.

도 6 - 11은 서로 일정 거리에 배치된 필드 생성기들(500)을 보여준다. 필드 생성기들(500)은 또한 서로 직접 인접하게 또는 서로 가깝게 배치될 수 있다. 강자성 재료(600)과 같은 바람직한 자기 특성의 재료 또는 전도체와 같은 바람직한 유전 특성의 재료는 자기 필드 생성기(510)과 전기 필드 생성기들(520) 사이에 각각 배치될 수 있다. 도 3A - 3C는 이러한 레이아웃의 예를 보여준다. 필드 생성기들(500)은 또한 베어링 표면(200)의 평면(베어링 표면의 상대 이동 방향과 베어링 표면의 상대 이동 방향에 수직인 방향 모두)에서 두 치수 모두 도 6 내지 도 11에 도시된 것보다 작을 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 유체정역학적 베어링 장치(10)의 내부 부분을 도시한다. 윤활제(100)은 윤활제 공급 입구(105)를 통해 베어링 갭(400)으로 공급된다. 윤활제 공급 입구(105)는 필드 생성기들(500)에 의해 둘러싸이고, 윤활제 공급 입구(105) 주위에 흐름 방해물들(122)를 생성한다. 이것은 윤활제가 둘러싸인 영역(124) 밖으로의 윤활제 흐름을 제한하여 윤활제가 둘러싸인 영역의 압력을 증가시킨다. 이러한 증가된 압력은 베어링 장치(10)의 하중 전달 용량을 증가시킨다.

도 8A 내지 도 8D는 본 발명에 따른 베어링 장치(10)의 베어링 표면(200) 상의 필드 생성기들(500)의 상이한 레이아웃을 도시한다. 도 8A는 도 6B에 도시된 저널 베어링 장치와 유사한 필드 생성기들(500) 레이아웃을 사용하는 선형 베어링 장치의 일부를 도시한다. 도 8B는 필드 발생기들(500)의 이러한 레이아웃을 사용하는 트러스트 베어링을 도시한다. 도 8C 및 8D는 본 발명에 따른 유체정역학적 트러스트 베어링의 부분을 도시한다.

도 8C에서, 필드 생성기는 방사 베어링 단부(13)에 위치된다. 도 6A에 도시된 장치와 유사하게, 이 레이아웃은 베어링 단부로부터 윤활제(100)의 누출을 감소시키고 베어링 갭(400)에서 윤활제(100)의 더 높은 압력을 생성한다. 이 레이아웃이 도시된 바와 같이 유체정역학적 베어링에 사용될 때, 윤활제 공급 입구(105)를 통한 윤활제(100)의 큰 압력 공급은 방사 베어링 단부(13)을 통한 윤활제(100)의 적은 누출과 함께 가능하다. 이것은 베어링(10)의 하중 전달 능력을 증가시킨다.

도 8D는 도 8C에 도시된 것과 유사한 베어링 장치(10)을 도시하고, 베어링 표면(200)의 평면에서 유체 흐름의 방향에 수직인 메인 흐름 차단 필드 생성기 섹션들(530)을 더 포함하고, 또한 베어링 표면의 평면에서 유체 흐름의 방향에 평행한 누출 차단 섹션(540)을 포함한다. 필드 생성기들(500) 및 이에 따른 유동 방해물들(122)가 윤활제 공급 입구(105)를 완전히 둘러싸기 때문에, 윤활제가 둘러싸인 영역(124) 로부터의 윤활제 유동은 억제된다. 주요 흐름 차단 섹션(530)은 윤활제가 통과할 때 윤활제 압력을 국부적으로 증가시켜 베어링의 하중 전달 용량을 증가시킨다. 누출 차단 섹션(540)은 방사 베어링이 종료되는 경우 윤활제(100)의 유출을 억제하여 윤활제 누출을 감소시키고 베어링 갭(400) 내의 윤활제 압력을 증가시켜 베어링의 하중 지지 능력을 더욱 증가시킨다.

도 9A 내지 도 9B는 축방향 윤활제 공급 입구(105)를 갖는 본 발명에 따른 트러스트 베어링(10)의 축방향 단면을 도시한다. 고리-형 필드 생성기(500)는 매립된 베어링 표면(200)과 동심이고 베어링 갭 높이(420)과 유사한 베어링 갭(503) 방향의 깊이를 갖는다. 필드 생성기들의 이 차원이 베어링 갭에 대해 클 때 베어링 갭 내에서 보다 균일한 필드가 생성된다. 윤활제(100)의 입자들(120)이 자성 또는 자화성일 때 또는 영구 또는 유도성 전기 쌍극자 모멘트를 포함하는 경우, 이들 입자들에 대한 각각의 자기 또는 전기력이 각각의 자기 필드 또는 전기 필드의 구배에 의존하기 때문에 이는 바람직하지 않다. 영구 또는 유도성 쌍극자 모멘트를 갖는 입자들(120)이 사용될 때, 필드 발생기들(500)은 최적의 결과를 위해 실질적으로 가능한 한 작게 만들어져야 한다. 실제로, 이것은 서로 인접한 불평등한 편파적인 작은 필드 생성기들(500)을 적용하는 것이 좋은 결과를 가져온다는 것을 수반한다. 예를 들어 참조 도 2G - 2J 및 3A - 3C. 결과적으로, 불균일한 편파적인 다수의 작은 고리-형 필드 발생기들(500)은 도 9A 내지 도 9B에 도시된 베어링 장치(10)에 동심으로 배치될 수 있다.

도 10A 내지 도 10B는 본 발명에 따른 유체정역학적 트러스트 베어링 장치(10)을 도시하며, 베어링 부품들 중 하나는 필드 생성기들(500)이 내장된 베어링 표면(200)을 보기 위해 반투명하다. 필드 생성기들(500) 및 이에 따른 유동 방해물들(122)가 윤활제 공급 입구(105)를 완전히 둘러싸기 때문에, 윤활제를 둘러싸는 영역(124)로부터의 윤활제 유동은 억제된다. 이는 윤활제 둘러싸는 영역(124)에서 베어링 갭(400)의 압력을 증가시켜 베어링의 부하 수용 능력을 증가시킨다.

도 11A 내지 도 11B는 트러스트 베어링이 저널 베어링과 결합된 본 발명에 따른 결합된 베어링 장치(10)을 도시한다. 도 11B는 트러스트 베어링의 축방향 단면을 보여준다. 이 트러스트 베어링은 양방향의 축방향 하중에 저항한다. 저널 베어링과 트러스트 베어링 모두 윤활제 공급 입구(105)를 포함한다.

도 6 - 11은 WO2018212657A1에 개시된 도면과 유사한 것으로 보인다. 주요 차이점은 자기 필드 생성기들(500)의 크기와 모양에 있다. WO2018212657A1에서 베어링 장치(10)은 베어링 갭의 자기 필드 강도가 특정 값을 갖도록 설계된다. 본 발명에서 해당되는 양은 자기 필드의 세기가 아니라 자기 필드의 공간적 구배이다. 이것은 필드 생성기들 (500)에 대해 다른 설계를 필요로 한다. WO2018212657A1의 도면을 본 발명의 도면과 비교할 때 알 수 있는 바와 같이, 도 6 - 11의 필드 생성기들은 베어링 갭 방향으로 더 얇다.

도 12A - 12D는 본 발명에 따른 트러스트 베어링의 베어링 부분을 도시한다. 베어링 부품은 도 12A에 도시된 바와 같이 제1 베어링 표면(200) 상의 그리드와 같은 픽셀로 배치된 다중 필드 생성기들(500)을 포함한다.

필드 생성기들(500)은 도 12B, 12C 및 12D에 도시된 제1 베어링 표면(200) 상에 활성화된 필드 생성기들의 3가지 상이한 패턴을 형성하도록 제어가능하다. 특정 모양의 필드 생성기들(500)을 활성화하면 동일한 모양의 방해 구역들이 생성된다. 도 12C, 12B 및 12D에서는 활성화된 필드 생성기들만 표시된다. 필드 생성기들(500) 대신에, 활성제들(20)이 적절한 윤활제(100)과 조합되어 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어 온도 의존 점도를 갖는 윤활제와 결합된 가열 및/또는 냉각 요소 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 윤활제와 결합된 슬립 속도 제어 활성제(20)일 수 있다. 또한, 자기유변학적 윤활제 또는 전기유변학적 윤활제는 감지할 수 있는 공간적 구배가 없는 필드를 생성하는 필드 생성기들(500)과 조합하여 사용될 수 있다.

도 12B는 도 12A의 베어링 부품을 도시하며, 필드 생성기들(500)은 팬과 같은 형상을 형성하도록 제어된다. 사용시, 이것은 부채 모양의 국부적 흐름 방해물들을 생성하며, 이는 방사 베어링 단부(13)을 통한 윤활제(100)의 누출을 감소시키고 윤활제 압력을 국부적으로 증가시킴으로써 베어링의 하중 지지 능력을 증가시킨다.

도 12C는 도 12A의 베어링 부분을 도시하며, 필드 생성기들(500)은 방사 방향 베어링 단부(13)에서 원을 형성하도록 제어된다. 사용시, 이것은 원형 형태의 국부적 흐름 방해물들을 생성하고, 이는 방사 베어링 단부(13) 밖으로 윤활제(100)의 누출을 감소시킨다.

도 12D는 도 12C의 베어링 부분을 도시하며, 추가 필드 생성기들(500)은 별 모양을 형성하도록 제어된다. 사용 시, 이것은 별 모양의 국부적 흐름 방해물들을 생성하며, 이는 윤활제 압력을 국부적으로 증가시켜 베어링의 하중 전달 능력을 증가시킨다.

도 12A 내지 도 12D의 실시예에서, 필드 생성기들(500) 각각은 컨트롤러(900)에 의해 개별적으로 제어가능하다. 이러한 방식으로 다양한 모양의 방해 구역들이 생성될 수 있으며, 베어링 하중, 속도 및 마모 조건과 같은 다양한 조건들에 따라 달라진다. 대안적으로, 필드 생성기들(500)은 다수의 필드 생성기 그룹들로 분할될 수 있으며, 상기 필드 생성기 그룹들은 적어도 제1 필드 생성기 그룹(505) 및 제2 필드 생성기 그룹(506)을 포함한다. 필드 생성기 그룹의 필드 생성기(500)은 컨트롤러(900)에 의해 다른 필드 생성기 그룹의 필드 생성기(500)와 독립적으로 제어 가능하며, 제1 필드 생성기 그룹(505)의 필드 생성기들(500)은 활성화된 필드 생성기의 제1 패턴(700)을 형성하도록 제어가능하고, 제2 필드 생성기(506) 그룹의 필드 생성기(500)은 활성화된 필드 생성기의 제2 패턴(702)를 형성하도록 제어가능하다. 이것은 각 필드 생성기(500)을 개별적으로 제어하는 것보다 덜 유연성을 제공하지만, 특히 컨트롤러(900)의 베어링 장치(10)의 단순화된 구성 및 제어를 허용할 수 있다. 컨트롤러는 센서 입력 또는 사용자 입력에 기초하여 베어링 장치(10)를 제어할 수 있다.

이러한 베어링 장치(10)은 도 13A 내지 도 13C에 도시되어 있으며, 본 발명에 따른 스러스트 베어링의 베어링 부분이 도시되어 있다. 도 13A는 모든 필드 생성기들(500)이 도시된 본 발명에 따른 트러스트 베어링의 베어링 부품을 도시한다. 도 13B는 도 13A의 베어링 부품을 도시하며, 제1 필드 생성기 그룹(505)의 필드 생성기들(500)만이 도시된다. 도 13C는 도 13A의 베어링 부품을 도시하며, 제2 필드 생성기 그룹(506)의 필드 생성기들(500)만이 도시된다.

제1 형상(701)은 제1 형상 방향(705) 로 지향되는 상부(36)을 정의한다. 제1 활성제 그룹의 필드 생성기들(500)과 관련된 방해 구역은 비 방해 구역의 베어링 갭 내에서 윤활제의 압력의 국부적 상승을 유발하도록 구성되고, 이것은 각각의 방해 구역의 상류에, 특히 각각의 상부(36)의 바로 상류에 위치한 피크 구역(38)에 위치한다. 제2 형상(703)은 제2 형상 방향(706)으로 지향되는 상부(36)을 정의한다. 두 번째 필드 생성기 그룹의 필드 생성기들과 관련된 방해 구역은 비 방해 구역의 베어링 갭 내에서 윤활제의 압력을 국부적으로 상승시키도록 구성되고, 이것은 각각의 방해물 구역의 상류에, 특히 각각의 상부(36)의 바로 상류에 위치한 피크 구역(38)에 위치한다. 각각의 방해 구역은 좌측 섹션(42) 및 우측 섹션(40)을 포함하고, 상기 좌측 및 우측 섹션은 윤활제를 피크 구역(38)을 향해 지향시킨다.

제1 형상(701)은 제1 형상 방향(705)를 가리키는 하나 이상의 제1 화살표(704)를 포함하는 반면, 제2 형상(703)은 제2 형상 방향(707)을 가리키는 하나 이상의 제2 화살표(706)을 포함한다. 제2 형상 방향(707)은 제1 형상 방향(705)와 반대 방향이다. 제1 필드 생성기 그룹(505)와 제2 필드 생성기 그룹(506) 사이의 전환은 트러스트 베어링의 2개의 회전 방향들에 대한 조정을 허용하며, 화살표 헤드(704, 706)은 바람직하게는 윤활제 흐름 방향을 가리킨다. 이것은 방사 베어링 단부(13)을 통한 윤활제(100)의 누출을 감소시키고 윤활제 압력을 국부적으로 증가시킴으로써 베어링의 하중 전달 능력을 증가시킨다. 당업자는 화살표 이외의 형태들도 가능하다는 것을 이해할 것이다.

도 14A는 본 발명에 따른 저널 베어링의 외부 베어링 부분을 도시하며, 필드 생성기들(500)은 2개의 그룹들로 분할된다. 제1 필드 생성기 그룹(505)의 필드 생성기들(500)만이 도시된다.

제1 형상(701)은 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향과 평행한 방향으로 연장되어, 축 방향 베어링 단부(12)의 양쪽에 폐쇄 링이 형성된다. 제1 필드 생성기 그룹(505)의 필드 생성기들(500)은 적어도 하나의 국부적 흐름 방해물을 생성하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 국부적 흐름 방해물의 방해 구역은 베어링 단부, 이 경우에는 축 방향 베어링 단부(12)를 통한 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되어 있다.

도 14B는 도 14A의 외부 베어링 부분을 도시하며, 추가로 제2 필드 생성기 그룹(506)의 필드 생성기들(500)이 도시된다. 제2 형상(703)은 베어링 표면들 사이의 상대 이동 방향에 수직인 방향 및 베어링 표면에 수직인 방향으로 연장된다. 제2 형상(703)은 베어링 회전축(11)에 평행한 다수의 라인을 포함한다. 제 2 필드 생성기 그룹(506)의 필드 생성기들(500)은 적어도 하나의 국부적 흐름 방해물을 생성하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 국부적 흐름 방해물의 방해 구역은 제 1 및 제 2 베어링이 통과하는 방향으로 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되고, 표면들은 서로에 대해 이동하고, 따라서 베어링의 하중 전달 능력을 증가시키는 국부적인 압력 증가를 생성한다.

상기에서 논의된 도 12 내지 14는 윤활제(100)을 사용하는 실시예를 도시하며, 상기 윤활제는 자기 필드 또는 전기 필드에 반응하는 캐리어 유체(110) 및 입자들(120)을 포함한다. 당업자는 필드 생성기들의 제어와 관련하여 이들 도면을 참조하여 논의된 메커니즘이 윤활제가 자기유변학적 유체, 전기유변학적 유체, 온도 의존적 점도를 갖는 유체 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 유체를 포함하는 실시예에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 온도 의존적 점도를 갖는 유체 또는 제어 가능한 슬립 속도를 갖는 유체를 포함하고 윤활제를 사용하는 실시예에서, 필드 생성기들(500)은 활성제(20)으로 대체되고, 활성제(20)은 각각 윤활제를 가열 및/또는 냉각하거나 윤활제의 슬립 속도를 제어한다.

필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시예가 여기에 개시된다; 그러나, 개시된 실시예는 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 예시일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 여기에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부사항은 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 청구범위에 대한 기초로서 그리고 실질적으로 임의의 적절하게 상세한 구조에서 본 발명을 다양하게 사용하도록 당업자를 교시하기 위한 대표적인 기본으로서 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 및 문구는 제한하고자 하는 것이 아니라, 본 발명을 이해할 수 있는 설명을 제공하기 위한 것이다.

본 명세서에 사용된 용어 "a" 또는 "an"은 하나 이상으로 정의된다. 본 명세서에 사용된 용어 다른 것은 적어도 두 번째 이상으로 정의된다. 여기에서 사용된 용어 포함 및/또는 갖는 것은 포함하는 것으로 정의된다(즉, 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는 공개 언어). 청구범위의 참조 부호는 청구범위 또는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

특정 조치가 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 사실이 이러한 조치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (24)

1. 하기를 포함하는 베어링 장치(10):
   - 서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300), 상기 제1 베어링 표면 및 상기 제2 베어링 표면은 윤활제(100)으로 채워진 베어링 갭(400)에 의해 분리되고, 상기 윤활제는 캐리어 유체(110) 및 자기 필드들에 반응하는 입자들(120)을 포함하고, 상기 입자들은 자기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되는 것과,
   - 제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기(500)들, 상기 필드 생성기들은 입자에 필드력(800)을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하도록 구성된 국부 공간적으로 변화하는 자기 필드들을 생성하여 이전에 현탁되었던 입자들의 응집체(121) 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물(122)를 형성하도록 구성되는 자기 필드 생성기들(510)이고, , 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성된다.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 필드 생성기들은 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300) 중 적어도 하나에 대해 응집체(121)을 위치시키도록 구성되고, 상기 하나 이상의 필드 생성기들은 응집체가 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300) 중 하나에 정지되도록 응집체(121)을 위치시키도록 구성되는, 베어링 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 필드 생성기들은 베어링 갭의 방향으로 방해물 높이(123)을 갖는 국부적 흐름 방해물을 형성하도록 구성되고, 상기 방해물 높이는 베어링 갭 높이(420)보다 작은 것인, 베어링 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 필드 생성기들에 의해 생성된 필드의 필드 강도는 베어링 갭의 방향으로 변하고, 베어링 갭의 한 측면 상의 필드 강도는 베어링 갭의 중심(410)에서보다 적어도 25% 더 높고, 바람직하게는 50% , 보다 바람직하게는 2배, 더욱 더 바람직하게는 5배, 더욱 더 바람직하게는 10배 더 높은, 베어링 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 필드 생성기들에 의해 생성된 필드의 필드 강도는 작동 동안 윤활제가 흐르는 방향을 따라 변하고, 상기 필드 강도는 윤활제가 흐르는 방향을 따라 베어링 갭 높이(420)의 절반과 동일한 거리에서 적어도 25 퍼센트, 바람직하게는 50퍼센트, 더 바람직하게는 계수 2로, 훨씬 더 바람직하게는 계수 5로, 더욱 더 바람직하게는 계수 10으로 변하는, 베어링 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 필드 생성기는 베어링 표면 사이의 상대적인 이동 방향에 평행한 방향으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 필드 생성기와 관련된 국부적 흐름 방해물들의 방해 구역들은 베어링 단부를 통해 베어링 외부로의 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되는 것인, 베어링 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   필드 생성기들은 서로 직접적으로 인접하게 배치되지 않고, 바람직한 자기 특성의 재료가 인접한 자기 필드 생성기들 사이에 개재되는, 베어링 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 베어링 표면들의 상대 운동 방향으로의 상기 필드 생성기들의 피치(504)는 베어링 갭 높이(420)의 20배 미만인, 베어링 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 필드 생성기들은 방해 구역들이 베어링 갭 높이(420)의 80% 미만, 특히 40% 미만, 더욱 특히 20% 미만인 개방 채널을 남기도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
   
10. 하기를 포함하는 베어링 장치(10):
    서로에 대해 이동 가능하고 서로 대면하는 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300), 여기서 상기 제1 베어링 표면 및 상기 제2 베어링 표면은 윤활제(100)으로 채워진 베어링 갭(400)에 의해 분리되고, 상기 윤활제는 캐리어 유체(110) 및 자기 필드들에 반응하는 입자(120)을 포함하고, 상기 입자는 자기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되는 것과,
    제1 또는 제2 베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들(500), 상기 필드 생성기들은 입자에 필드력(800)을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하도록 구성된 국부 공간적으로 변화하는 전기 필드들을 생성하도록 구성된 전기 필드 생성기들(520)이고, 따라서 상기 현탁된 입자들의 응집체(121) 형태로 베어링 표면 중 적어도 하나에 국부적 흐름 방해물(122)를 형성하고, 상기 국부적 흐름 방해물은 방해 구역에서 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 방해하도록 구성되어 있는 것으로 구성된다.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 필드 생성기들은 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300) 중 적어도 하나에 대해 응집체(121)을 위치시키도록 구성되고, 상기 하나 이상의 필드 생성기들은 응집체가 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300) 중 하나에 고정되도록 응집체(121)을 위치시키도록 구성되는 방법인, 베어링 장치.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 필드 생성기들은 베어링 갭의 방향으로 방해물 높이(123)을 갖는 국부적 흐름 방해물을 형성하도록 구성되고, 상기 방해물 높이는 베어링 갭 높이(420)보다 작은 것인, 베어링 장치.
    
13. 제10항에 있어서,
    적어도 하나의 필드 생성기는 베어링 표면 사이의 상대적인 이동 방향에 평행한 방향으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 필드 생성기와 관련된 국부적 흐름 방해물들의 방해 구역들은 베어링 끝부분을 통해 베어링 외부로의 윤활제 흐름을 방해하도록 구성되는 것인, 베어링 장치.
    
14. 제10항에 있어서,
    상기 필드 생성기들은 서로 직접적으로 인접하게 배치되지 않고, 바람직한 전기 특성의 재료가 인접한 전기 필드 생성기들 사이에 개재되는, 베어링 장치.
    
15. 제10항에 있어서,
    베어링 표면의 상대 운동 방향으로의 필드 생성기들의 피치(504)는 베어링 갭 높이(420)의 20배 미만인, 베어링 장치.
    
16. 제10항에 있어서,
    상기 필드 생성기들은 방해 구역들이 베어링 갭 높이(420)의 80% 미만, 특히 40% 미만, 더욱 특히 20% 미만인 개방 채널을 떠나도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
    
17. 베어링 장치(10)을 사용하여 서로에 대해 2개의 표면을 이동시키는 방법으로서, 하기를 포함하는 베어링 장치(10):
    - 서로 대면하는 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300),
    - 제1 또는 제2베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들, 상기 필드 생성기들은 자기 필드 생성기들이고, 다음 단계들을 포함하는 방법:
    - 베어링 갭(400)에 의해 분리되는 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300),
    - 캐리어 유체(110) 및 자기 필드들에 반응하는 입자들(120)을 포함하는 윤활제(100)으로 베어링 갭(400)을 채우고, 상기 입자들은 자기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고,
    - 제2 베어링 표면(300)에 대해 제1 베어링 표면(200)을 이동 시키는 단계를 포함하고,
    입자들에 필드력(800)을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하기 위해 자기 필드 생성기들(510)들을 사용하여 국부적으로 변하는 필드력을 발생시키는 단계를 포함하고, 상기 현탁된 입자들의 응집체(121) 형태로 적어도 하나의 베어링 표면들에 국부적 흐름 방해물(122)를 생성하고, 베어링 갭 방향의 국부적 흐름 방해물의 두께는 베어링 갭 내의 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭 높이(420)의 일부이고, 이에 의해 방해 구역의 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하는 것으로 구성된다.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 방법은 방사방향 또는 축방향 베어링 하중, 베어링 표면들의 상대 이동 속도, 베어링 부품들의 상대 위치 및 베어링 마모와 같은 조건에 따라 국부적 흐름 방해물의 두께를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
    
19. 제17항에 있어서,
    상기 방법은 자기장 또는 전기장의 공간적 구배를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
    
20. 제19항에 있어서,
    자기장 또는 전기장의 공간적 구배를 변화시켜 응집체의 크기를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
    
21. 베어링 장치(10)을 사용하여 서로에 대해 2개의 표면을 이동시키는 방법으로서, 하기를 포함하는 베어링 장치(10):
    - 서로 대면하는 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300),
    - 제1 또는 제2베어링 표면에 내장된 하나 이상의 필드 생성기들, 상기 필드 생성기들은 자기 필드 생성기들이고, 다음 단계들을 포함하는 방법:
    - 베어링 갭(400)에 의해 분리되는 제1 베어링 표면(200) 및 제2 베어링 표면(300),
    - 캐리어 유체(110) 및 전기 필드들에 반응하는 입자들(120)을 포함하는 윤활제(100)으로 베어링 갭(400)을 채우고, 상기 입자들은 전기 필드들의 부재 하에 캐리어 유체에 현탁되고,
    - 제2 베어링 표면(300)에 대해 제1 베어링 표면(200)을 이동 시키는 단계를 포함하고,
    입자들에 필드력(800)을 가함으로써 현탁액으로부터 입자를 국부적으로 제거하기 위해 전기 필드 생성기들(520)들을 사용하여 국부적으로 변하는 필드력을 발생시키는 단계를 포함하고, 상기 현탁된 입자들의 응집체(121) 형태로 적어도 하나의 베어링 표면들에 국부적 흐름 방해물(122)를 생성하고, 베어링 갭 방향의 국부적 흐름 방해물의 두께는 베어링 갭 내의 적어도 하나의 방해 구역에서 베어링 갭 높이(420)의 일부이고, 이에 의해 방해 구역의 베어링 갭을 통한 윤활제의 흐름을 국부적으로 차단하는 것으로 구성된다.
    
22. 제21항에 있어서,
    상기 방법은 방사방향 또는 축방향 베어링 하중, 베어링 표면들의 상대 이동 속도, 베어링 부품들의 상대 위치 및 베어링 마모와 같은 조건에 따라 국부적 흐름 방해물의 두께를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
    
23. 제21항에 있어서,
    상기 방법은 자기장 또는 전기장의 공간적 구배를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
    
24. 제19항에 있어서,
    자기장 또는 전기장의 공간적 구배를 변화시켜 응집체의 크기를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
    

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