KR20220119940A

KR20220119940A - 래디얼 에어포일 베어링

Info

Publication number: KR20220119940A
Application number: KR1020210023437A
Authority: KR
Inventors: 김철규; 강찬혁
Original assignee: 유한회사 아르젠터보
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-30
Also published as: KR102521820B1

Abstract

본 발명은 베어링 하우징과 탑 포일 사이에 배치되며, 범프와 래디얼 범프 커버를 구비하는 래디얼 범프 유닛이 복수개로 구성되되, 복수개의 래디얼 범프 유닛은 래디얼 플레이트의 내주면에서 원주방향 및 길이방향으로 이격되어 배치됨으로써, 열팽창에 의한 변형을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가지는 래디얼 에어포일 베어링에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 원통형으로 형성되는 베어링 하우징과, 원통형으로 형성되며 상기 베어링 하우징의 내주면으로부터 일정 간격 이격되어 배치되는 탑 포일과, 원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징과 상기 탑 포일 사이에 배치되는 래디얼 범프 포일과, 링형상으로 형성되어 상기 래디얼 범프 포일과 상기 탑 포일이 상기 베어링 하우징의 외부로 이탈되지 않도록 상기 베어링 하우징의 길이방향 단부에 결합되는 이너 스토퍼를 포함하되, 상기 래디얼 범프 포일은 원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징에 접촉되는 래디얼 플레이트와, 상기 래디얼 플레이트의 내주면에 결합되되, 복수의 범프와 상기 복수의 범프를 덮는 래디얼 범프 커버로 이루어진 래디얼 범프 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링을 제공한다.

Description

래디얼 에어포일 베어링{Radial airfoil bearing}

본 발명은 래디얼 에어포일 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베어링 하우징과 탑 포일 사이에 배치되며, 범프와 래디얼 범프 커버를 구비하는 래디얼 범프 유닛이 복수개로 구성되되, 복수개의 래디얼 범프 유닛은 래디얼 플레이트의 내주면에서 원주방향 및 길이방향으로 이격되어 배치됨으로써, 열팽창에 의한 변형을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가지는 래디얼 에어포일 베어링에 관한 것이다.

베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키며 동시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축이 회전될 수 있도록 하는 기계요소이다.

이러한 베어링 중 에어 포일 베어링은 로터의 고속 회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 하중을 지지하는 베어링이다.

이때, 일반적인 에어 포일 베어링은 베어링 하우징의 중공의 원주방향을 따라 범프 포일이 설치되며, 범프 포일의 내측에 탑 포일이 배치되도록 구성되고, 탑 포일의 내측에 로터가 배치되어 탑 포일의 내주면과 로터의 외주면이 이격된 상태로 로터가 회전될 수 있도록 구성된다.

그리고 탑 포일에는 원주방향의 한 쪽 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 형태의 절곡부가 형성되며, 절곡부는 베어링 하우징에 형성된 홈에 삽입되도록 결합되어, 로터의 회전 시 범프 포일 및 탑 포일이 원주방향으로 회전되거나 밀려나지 않고 베어링 하우징에 고정되어 진동 및 하중을 지지하도록 한다.

여기에서 에어 포일 베어링은 회전축이 고속으로 회전됨에 따라 열이 발생하므로 적절한 냉각이 필요하며, 일반적으로 축방향으로 냉각 공기를 유입시켜 냉각 공기가 베어링 하우징과 회전축 사이의 빈 공간을 통해 유동되도록 함으로써 에어 포일 베어링을 냉각시키고 있다.

그러나 충분한 냉각이 수행되지 않는 경우, 에어 포일 베어링이 고속으로 회전하여 발생되는 열은 열팽창에 의하여 탑 포일, 범프 포일의 변형을 야기하며, 이는 불균일한 하중 분포와 고장의 원인이 되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0573384호 (발명의 명칭: 래디알 포일 베어링, 공고일: 2006. 04. 25)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베어링 하우징과 탑 포일 사이에 배치되며, 범프와 래디얼 범프 커버를 구비하는 래디얼 범프 유닛이 복수개로 구성되되, 복수개의 래디얼 범프 유닛은 래디얼 플레이트의 내주면에서 원주방향 및 길이방향으로 이격되어 배치됨으로써, 열팽창에 의한 변형을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가지는 래디얼 에어포일 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 원통형으로 형성되는 베어링 하우징과, 원통형으로 형성되며 상기 베어링 하우징의 내주면으로부터 일정 간격 이격되어 배치되는 탑 포일과, 원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징과 상기 탑 포일 사이에 배치되는 래디얼 범프 포일과, 링형상으로 형성되어 상기 래디얼 범프 포일과 상기 탑 포일이 상기 베어링 하우징의 외부로 이탈되지 않도록 상기 베어링 하우징의 길이방향 단부에 결합되는 이너 스토퍼를 포함하되, 상기 래디얼 범프 포일은 원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징에 접촉되는 래디얼 플레이트와, 상기 래디얼 플레이트의 내주면에 결합되되, 복수의 범프와 상기 복수의 범프를 덮는 래디얼 범프 커버로 이루어진 래디얼 범프 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링을 제공한다.

여기서, 상기 래디얼 범프 유닛은 복수개로 이루어져, 상기 래디얼 플레이트의 내주면에서 원주방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 래디얼 범프 유닛은 복수개로 이루어져, 상기 래디얼 플레이트의 내주면에서 길이방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 래디얼 범프 유닛은 크기가 서로 다른 복수개의 범프가 원주방향으로 배열될 수 있다.

또한, 상기 래디얼 범프 커버는 상기 래디얼 범프 커버의 일단부가 상기 래디얼 플레이트에 고정되며, 유체가 통과할 수 있는 슬롯이 형성될 수 있다.

또한, 상기 탑 포일은 무기재료를 포함하는 재질로 코팅될 수 있다.

또한, 상기 베어링 하우징은 원통형의 몸체에 반경방향으로 관통되는 쿨링홀을 포함하되, 상기 쿨링홀은 상기 원통형의 몸체의 원주방향으로 이격되어 복수개로 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 래디얼 범프 유닛 사이에는 상기 래디얼 플레이트에 고정부이 고정되고, 접촉부는 상기 래디얼 범프 유닛의 반경방향 높이보다 높게 형성되어 상기 복수개의 래디얼 범프 유닛이 상기 탑 포일에 접촉하기 전에 먼저 접촉하여 충격을 완화하는 댐퍼가 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링은 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 복수개의 범프와 래디얼 범프 커버가 래디얼 플레이트의 내주면에서 원주방향 및 길이방향으로 이격되어 배치됨으로써, 열팽창에 의한 변형을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가질 수 있는 이점이 있다.

둘째, 래디얼 범프 커버에 유체가 통과할 수 있는 슬롯이 형성됨으로써 슬롯을 통해 냉각 공기를 유입시켜 냉각 공기가 유동되도록 하여, 래디얼 에어포일 베어링을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.

셋째, 탑 포일이 무기재료를 포함하는 재질로 코팅됨으로써 충격에 의해 코팅이 쉽게 벗겨지지 않도록 하며, 습도에 잘 견디도록 하는 이점이 있다.

넷째, 베어링 하우징이 원통형의 몸체에 반경방향으로 관통되는 쿨링홀을 포함함으로써 쿨링홀을 통해 냉각 공기를 유입시켜 냉각 공기가 유동되도록 하여, 래디얼 에어포일 베어링을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 복수개의 래디얼 범프 유닛 사이에 댐퍼에 배치됨으로써 복수개의 래디얼 범프 유닛이 탑 포일에 접촉하기 전에 댐퍼가 먼저 접촉하여 충격을 완화하는 이점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 베어링 하우징을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 탑 포일을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 래디얼 범프 포일의 구성 및 여러가지 예시들을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 범프의 예시를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 래디얼 범프 커버의 예시를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 이너 스토퍼의 예시를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 댐퍼를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 명세서에서 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링이 이루는 원통형 형상을 원주방향으로 정의하며, 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링이 회전하는 회전축 방향을 길이방향으로 정의하고, 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 회전축으로부터 원주방향으로의 직선방향을 반경방향으로 정의하며, 본 명세서에서 사용되는 일면, 타면, 상단, 하단, 상면, 하면, 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적이 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이며, 여기서 일면 및 타면은 각각 도면상에서 구성요소의 좌측 및 우측방향을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 래디얼 에어포일 베어링을 설명하기 위하여 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링은 베어링 하우징(100), 탑 포일(200), 래디얼 범프 포일(300) 및 이너 스토퍼(400)를 포함하고, 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링을 도 1과 함께 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 베어링 하우징(100)을 설명하기 위해 도시한 도면으로, 도 1 및 도 2에 따르면, 상기 베어링 하우징(100)은 원통형으로 형성되며, 구체적으로 상기 베어링 하우징(100)은 몸체부(110), 키홈부(120) 및 이탈 방지부(130)를 포함한다.

상기 몸체부(110)는 도 2의 (a)와 같이 외주면에 베어링이 장착되도록 원통형상으로 형성될 수도 있지만, 도 2의 (b)와 같이, 원통형으로 형성된 몸체부(110)는 반경방향으로 관통되는 쿨링홀(111)을 포함할 수 있다.

상기 쿨링홀(111)은 복수개로 구성되어 상기 원통형의 몸체의 원주방향으로 이격되어 배치되는 것이 바람직하며, 상기 몸체부(110)가 상기 쿨링홀(111)을 포함함으로써 쿨링홀(111)을 통해 냉각 공기를 유입시켜 냉각 공기가 유동되도록 하여, 회전에 의해 발생되는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

상기 키홈부(120)는 상기 몸체부(110)의 일단면으로부터 돌출형성되되, 원통형상으로 형성되고, 이때, 상기 키홈부(120)의 내경은 상기 몸체부(110)의 내경과 동일하고, 상기 키홈부(120)의 외경은 상기 몸체부(110)의 외경보다 작게 형성된다.

여기서, 상기 키홈부(120)의 외주면에는 상기 이너 스토퍼(400)가 결합되며, 상기 키홈부(120)와 상기 몸체부(110)의 외경이 단차지게 형성됨에 따라, 상기 이너 스토퍼(400)가 상기 키홈부(120)를 거쳐 상기 몸체부(110)로 이동하지 않게 된다.

또한, 상기 키홈부(120)의 원주방향 중 일부 영역에는 상기 탑 포일(200)의 단부 영역이 삽입될 수 있도록 키홈(121)이 형성되며, 이는 탑 포일(200)을 설명할 때 함께 후술하도록 한다.

상기 이탈 방지부(130)는 상기 몸체부(110)의 타단면에 결합되되, 외경이 상기 몸체부(110)의 외경보다 크게 형성되어, 상기 몸체부(110)의 외주면에 장착되는 베어링이 상기 몸체부(110)의 길이방향으로 이동하며 상기 몸체부(110)로부터 이탈하지 않도록 한다.

상기 탑 포일(200)은 원통형으로 형성되며 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 삽입되되, 상기 베어링 하우징(100)의 내주면으로부터 일정 간격 이격되어 배치된다.

도 3은 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 탑 포일(200)을 설명하기 위해 도시한 도면으로, 도 1 및 도 3에 따르면 상기 탑 포일(200)은 완충부(210)와 절곡 삽입부(220)를 포함한다.

즉, 상기 탑 포일(200)은 제작시 도 3의 (a)와 같이 플레이트로 형성되며, 이때, 상기 완충부(210)는 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 삽입되면서 도 3의 (b)와 같이, 원형으로 말려 장착되어, 회전시 반경방향으로 발생되는 하중을 상기 완충부(210)가 지지할 수 있도록 한다.

상기 절곡 삽입부(220)는 상기 완충부(210)의 일측 단면이 절곡되어 상기 완충부(210)와 일정 각도 꺾인 형상으로 형성된 것으로, 상기 절곡 삽입부(220)는 상기 키홈(121)의 일측에서 타측방향으로 삽입되는 동시에 상기 완충부(210)가 원형으로 말려 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 삽입된다. 여기서, 상기 절곡 삽입부(220)와 상기 완충부(210)의 단부가 서로 접촉되지 않도록, 일정 간격으로 간극부(230)가 형성된다.

이때, 상기 탑 포일(200)의 절곡 삽입부(220)가 상기 키홈(121)에 삽임됨에 따라 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링의 회전시 상기 완충부(210)가 상기 베어링 하우징(100)의 원주방향으로 회전하여 탑 포일(200)이 접히거나 구겨지는 것을 방지하여 안정적으로 하중을 지지할 수 있도록 한다.

또한, 상기 탑 포일(200)은 무기재료를 포함하는 재질로 코팅된다.

예를 들어, 상기 탑 포일(200)은 테프론층, 무기질층 및 테프론층의 순서대로 코팅층을 포함함으로써, 습도에 잘 견디며, 진동에 의해 코팅층이 쉽게 벗겨지지 않도록 한다.

또는, 상기 탑 포일(200)은 코팅층 상부에 고체 왁스 또는 필름과 같은 간극유지층을 더 포함할 수 있으며, 상기 간극유지층은 정지상태일때는 고체상태를 유지하며 상기 래디얼 범프 포일(300)간의 간극을 조절하다가 회전시 열에 의하여 녹으면서 래디얼 범프 포일(300)과의 마찰을 줄여 회전에 의한 진동 및 충격을 완화시킬 수 있다.

상기 래디얼 범프 포일(300)은 원통 형상으로 형성되어, 상기 베어링 하우징(100)과 상기 탑 포일(200) 사이에 배치되어 충격을 완화한다.

도 4 및 도 5는 상기 래디얼 범프 포일(300)의 구성과 실시예들을 도시한 도면으로, 도 1, 도 4 및 도 5에 따르면 상기 래디얼 범프 포일(300)은 래디얼 플레이트(310) 및 복수개의 래디얼 범프 유닛(320)을 포함한다.

상기 래디얼 플레이트(310)는 원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징(100)과 상기 탑 포일(200) 사이에 개재되며, 이때, 상기 래디얼 플레이트(310)가 개재될 때, 상기 절곡 삽입부(220) 및 상기 간극부(230)가 배치되도록 상기 래디얼 플레이트(310)에는 길이방향으로 플레이트 슬롯(311)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 래디얼 범프 유닛(320)은 상기 래디얼 플레이트(310)의 내주면, 즉 상기 래디얼 플레이트(310)와 상기 탑 포일(200)이 마주보는 면에 결합되며, 상기 래디얼 범프 유닛(320)은 복수개의 범프(321)와 복수개의 래디얼 범프 커버(322)를 포함한다.

먼저, 상기 범프(321)는 상기 래디얼 플레이트(310)의 내주면에 결합되어 회전에 의한 진동 및 충격을 흡수하며, 상기 범프(321)는 서로 다른 크기로 형성되어 연결될 수 있고, 상기 범프(321)가 연결된 결합체를 범프결합체(3210)로 정의한다.

상기 래디얼 범프 커버(322)는 상기 범프(321) 각각을 덮도록 복수개로 구성되며, 상기 래디얼 범프 커버(322)의 일측단부는 상기 래디얼 플레이트(310)에 스팟 용접되며, 일측단부를 제외한 타부는 상기 범프(321)의 상부에 배치되어, 상기 범프(321)의 상면을 덮으며, 이 외, 상기 범프(321)와 상기 래디얼 범프 커버(322)의 형상에 대한 여러가지 예시의 상세 설명은 후술하도록 한다.

상술한 바와 같이, 복수개로 구성된 상기 래디얼 범프 유닛(320)은 상기 래디얼 플레이트(310) 내주면의 원주방향 또는 길이방향 중 적어도 한 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 래디얼 범프 유닛(320)은 도 4의 (a)에 따르면, 길이방향으로 서로 이격되어 3개가 배치되고, 원주 방향으로 서로 이격되어 8개가 배치되어, 총 24개로 구성됨으로써 상기 래디얼 플레이트(310)의 내주면 상에 격자 형상으로 이격되어 배치될 수 있지만, 도 4의 (b)와 같이 상기 래디얼 범프 유닛(320)의 배치가 지그재그 형상으로 배치됨에 따라 상기 래디얼 범프 유닛(320)의 이격된 틈 또한 지그재그 형상으로 형성되며, 이에 따라 상기 탑 포일의 원주방향으로 전 영역을 상기 래디얼 범프 유닛(320)이 지지할 수 있게 되므로, 보다 안정적인 회전이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

또는, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 래디얼 범프 유닛(320)은 복수개로 구성되되, 서로 다른 폭 또는 길이로 구성되어 퍼즐 형상으로 상기 래디얼 플레이트(310)의 내주면상에 이격되어 배치될 수도 있다.

또는, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 래디얼 범프 유닛(320)은 복수개로 구성되어 서로 이격되어 배치되되, 상기 래디얼 범프 커버(322)의 하부에는 복수개의 범프결합체(3210) 또는 복수개의 범프(321)가 배치되어 하중을 지지할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 상기 래디얼 범프 유닛(320)는 여러가지 형상, 배치 및 개수로 구성될 수 있으며, 이는 래디얼 에어포일 베어링의 크기, 견뎌야 하는 하중, 최대 회전 속도 등에 따라 변경될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 래디얼 범프 유닛(320)은 상기 범프(321)와 상기 래디얼 범프 커버(322)를 포함하되, 상기 범프(321)는 복수개로 구성되어, 상기 래디얼 플레이트(310)에 원주방향 또는 길이방향 중 적어도 한 방향으로 일정 간격 이격되어 배치됨으로써, 상기 탑 포일(200)이 회전축의 하중이나 공기의 압력에 의해 가압되더라도, 상기 탑 포일(200)을 탄성 지지하면서 충격을 흡수하며, 회전에 의해 발생되는 열에 의해 열팽창이 이루어진다고 하더라도, 상기 범프(321) 각각의 단부가 이웃한 범프(321)에 접촉되지 않을 뿐만 아니라, 상기 절곡 삽입부(220)에 닿아 변형될 수 있는 문제를 방지할 수 있으며, 이에 따라 균일한 하중 분포를 가질 수 있게 된다.

또한, 상기 래디얼 범프 커버(322)가 상기 범프(321)의 상면에 배치됨에 따라, 상기 탑 포일(200)이 회전축의 하중이나 공기의 압력이 상기 범프(321)에 가압되기 전에, 상기 래디얼 범프 커버(322)에 먼저 도달한 후 범프(321)에 도달하게 되므로, 진동 및 충격이 감쇄된다.

뿐만 아니라, 상기 래디얼 범프 커버(322)가 상기 범프(321) 각각에 대응되도록 복수개로 구성되어 이격되어 배치됨으로써 회전에 의해 발생되는 열에 의해 열팽창이 이루어진다고 하더라도, 상기 래디얼 범프 커버(322) 각각의 단부가 이웃한 래디얼 범프 커버(322)에 접촉되지 않을 뿐만 아니라, 상기 절곡 삽입부(220)에 닿아 변형될 수 있는 문제를 방지할 수 있으며, 이에 따라 균일한 하중 분포를 가질 수 있게 된다.

또한, 회전에 의한 진동 및 충격을 완화하기 위하여, 상기 범프(321)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 이를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 범프(321)는 제1 반경을 가지는 제1 범프(321a) 또는 제1 반경보다 작은 제2 반경을 가지는 제2 범프(321b)로 구성될 수 있고, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 범프결합체(3210)는 2개의 제1 범프(321a)과 1개의 제1 범프(321a)가 번갈아가면서 연속적으로 이어진 형상으로 형성될 수도 있으며, 또는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 1개의 제1 범프(321a)와 2개의 제2 범프(321b)가 번갈아가면서 연속적으로 이어진 형상으로 형성될 수 있다.

상기 범프결합체(3210)에 여러가지 반경을 가지는 범프(321a, 321b)가 번갈아 배치됨에 따라, 하나의 범프결합체(3210)에서도 진동 및 충격의 전달이 단계적으로 이루지도록 함으로써 회전에 따라 진동 및 충격 전달을 감쇄시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 범프결합체(3210)에 반경이 작은 범프가 많이 포함될 수록, 강성이 높이져 변형이 어려워지고, 반경이 큰 범프가 많이 포함될수록 변형이 쉬워지므로, 상기 범프결합체(3210)가 가지는 범프의 크기 및 배치되는 갯수, 순서에 따라 상기 범프결합체(3210)가 가지는 강성을 변경시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 범프결합체(3210)는 도 6의 (c)와 같이, 제1 범프결합체(3211)와 제2 범프결합체(3212)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 래디얼 플레이트(310)에 길이방향으로 3개의 범프결합체(3210)가 이격되어 배치되되, 상기 래디얼 플레이트(310)의 길이방향을 기준으로 중심부에 위치한 제1 범프결합체(3211)는 도 6의 (a)에 도시된 범프결합체(3210)가 결합되고, 상기 래디얼 플레이트(310)의 길이방향을 기준으로 측부, 즉 상기 제1 범프결합체(3211)의 양측면에 이격되어 배치되는 2개의 제2 범프결합체(3212)는 도 6의 (b)에 도시된 범프결합체(3210)가 결합될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 래디얼 범프 유닛(320)에 포함되는 범프(321) 또는 범프 결합체(3210)가 서로 다른 강성을 가지도록 형성되며, 상기 래디얼 플레이트의 영역별로 배치되어 회전에 따른 진동이나 하중이 더 많이 발생하는 영역을 지지할 수 있도록 함으로써 안정적으로 회전이 이루어지도록 할 수 있다.

물론, 상기 범프(320)의 직경은 상술한 바에 한정되지 않고, 상기 범프는 제1 내지 제n 반경을 가지는 범프로 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 래디얼 범프 커버(322)의 예시를 도시한 도면으로, 도 7에 따르면 상기 래디얼 범프 커버(322)에는 유체가 통과할 수 있는 슬롯(322a)이 형성될 수 있다.

상기 래디얼 범프 커버(322)에 슬롯(322a)이 형성됨으로써 슬롯(322a)을 통해 냉각 공기를 유입시켜 냉각 공기가 유동되도록 함으로써 본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

도 8은 이너 스토퍼(400)의 예시를 도시한 도면으로, 상기 이너 스토퍼(400)는 링형상으로 형성되어 상기 래디얼 범프 포일(300)과 상기 탑 포일(200)이 상기 베어링 하우징(100)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 베어링 하우징(100)의 길이방향 단부, 즉 키홈부(120)에 결합된다.

구체적으로 상기 이너 스토퍼(400)는 링몸체(410) 및 링덮개(420)를 포함한다.

상기 링몸체(410)는 원형으로 형성되어, 상기 키홈부(120)의 외주면에 끼워진다.

상기 링덮개(420)는 원형으로 형성되되, 내주면의 직경이 상기 링몸체(410)의 내주면의 직경보다 작게 형성되어, 상기 몸체부(110)의 내측에 장착되는 상기 탑 포일(200)과 상기 래디얼 범프 포일(300)이 회전중에 상기 몸체부(110)의 길이방향으로 이동하며 상기 몸체부(110)로부터 이탈하지 않도록 한다.

본 발명에 따른 래디얼 에어포일 베어링은 댐퍼(500)를 더 포함할 수 있으며, 이를 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 댐퍼(500)는 복수개로 구성된 래디얼 범프 유닛(320) 사이, 예를 들어, 길이방향으로 이격된 상기 래디얼 범프 유닛(320) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 댐퍼(500)는 상기 래디얼 플레이트(310)에 고정되는 고정부(510)와, 상기 고정부(510)를 제외한 영역인 접촉부(520)를 포함하며, 상기 래디얼 범프 유닛(320)의 반경방향 높이보다 높게 형성되는 접촉부(520)를 포함한다.

예를 들어, 상기 댐퍼(500)는 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 댐퍼(500)의 한쪽 단부가 상기 고정부(510)로 정의되어 상기 래디얼 플레이트(310)에 고정되고, 이외의 영역은 접촉부(520)으로 정의되어 상기 래디얼 범프 유닛(320)의 반경방향 높이보다 높게 형성될 수 있다.

이 때, 상기 댐퍼(500)의 접촉부(520)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 플랫한 면을 가지며 상기 탑 포일(200)과 접촉될 수도 있지만, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 서로 같은 크기 또는 서로 다른 크기의 반경을 가지는 절곡면으로 형성되어 상기 탑 포일(200)과 접촉될 수도 있다.

또는, 상기 도 9의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 댐퍼(500)의 중심영역 또는 중심영역의 측부가 상기 고정부(510)로 정의되어 상기 래디얼 플레이트(310)에 고정되고, 이 외의 영역은 접촉부(520)으로 정의되어 상기 래디얼 범프 유닛(320)의 반경방향 높이보다 높게 형성될 수 있다.

이 때, 상기 댐퍼(500)의 접촉부(520)는 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 플랫한 면을 가지며 상기 탑 포일(200)과 접촉될 수도 있지만, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 서로 같은 크기 또는 서로 다른 크기의 반경을 가지는 절곡면으로 형성되어 상기 탑 포일(200)과 접촉될 수도 있다.

또한, 도 9의 (e)와 같이, 상기 댐퍼(500)의 접촉부(520) 중 상기 고정부(510)의 좌측에 배치된 제1 접촉부(521)과 우측에 배치된 제2 접촉부(522)는 서로 다른 높이를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 하나의 댐퍼(500)로 진동 및 충격의 전달이 단계적으로 이루짐에 따라 회전에 따라 진동 및 충격 전달을 감쇄시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 베어링 하우징
110: 몸체부
111: 쿨링홀
120: 키홈부
121: 키홈
130: 이탈 방지부
200: 탑 포일
210: 완충부
220: 절곡 삽입부
230: 간극부
300: 래디얼 범프 포일
310: 래디얼 플레이트
311: 플레이트 슬롯
320: 래디얼 범프 유닛
321: 범프
321a: 제1 범프
321b: 제2 범프
3210: 범프결합체
3211: 제1 범프결합체
3212: 제2 범프결합체
322: 래디얼 범프 커버
322a: 슬롯
400: 이너 스토퍼
410: 링몸체
420: 링덮개
500: 댐퍼
510: 고정부
520: 접촉부
521: 제1 접촉부
522: 제2 접촉부

Claims

원통형으로 형성되는 베어링 하우징;
원통형으로 형성되며 상기 베어링 하우징의 내주면으로부터 일정 간격 이격되어 배치되는 탑 포일;
원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징과 상기 탑 포일 사이에 배치되는 래디얼 범프 포일; 및
링형상으로 형성되어 상기 래디얼 범프 포일과 상기 탑 포일이 상기 베어링 하우징의 외부로 이탈되지 않도록 상기 베어링 하우징의 길이방향 단부에 결합되는 이너 스토퍼를 포함하되,
상기 래디얼 범프 포일은,
원통형으로 형성되어 상기 베어링 하우징에 접촉되는 래디얼 플레이트; 및
상기 래디얼 플레이트의 내주면에 결합되되, 복수의 범프와 상기 복수의 범프를 덮는 래디얼 범프 커버로 이루어진 래디얼 범프 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제1항에 있어서,
상기 래디얼 범프 유닛은 복수개로 이루어져, 상기 래디얼 플레이트의 내주면에서 원주방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제1항에 있어서,
상기 래디얼 범프 유닛은 복수개로 이루어져, 상기 래디얼 플레이트의 내주면에서 길이방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제1항에 있어서,
상기 래디얼 범프 유닛은,
크기가 서로 다른 복수개의 범프가 원주방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제1항에 있어서,
상기 래디얼 범프 커버는,
상기 래디얼 범프 커버의 일단부가 상기 래디얼 플레이트에 고정되며,
유체가 통과할 수 있는 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제1항에 있어서,
상기 탑 포일은 무기재료를 포함하는 재질로 코팅된 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제1항에 있어서,
상기 베어링 하우징은,
원통형의 몸체에 반경방향으로 관통되는 쿨링홀을 포함하되,
상기 쿨링홀은 상기 원통형의 몸체의 원주방향으로 이격되어 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.
제2항에 있어서,
상기 복수개의 래디얼 범프 유닛 사이에는 상기 래디얼 플레이트에 일부분인 고정부가 고정되고, 접촉부는 상기 래디얼 범프 유닛의 반경방향 높이보다 높게 형성되어 상기 복수개의 래디얼 범프 유닛이 상기 탑 포일에 접촉하기 전에 먼저 접촉하여 충격을 완화하는 댐퍼가 더 구비된 것을 특징으로 하는 래디얼 에어포일 베어링.