KR20230030828A - 에어 포일 베어링 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시에 따른 에어 포일 베어링 조립체는, 내부의 중공에 회전축이 수용되는 베어링 하우징; 상기 중공 내에서 상기 회전축을 감싸도록 배치되는 탑 포일; 상기 중공 내에서 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되는 범프 포일;을 포함하고, 상기 베어링 하우징에는 유체 유입 도관 및 유체 배출 도관이 상기 중공의 축방향을 따라 베어링 하우징을 관통하도록 형성되고, 상기 탑 포일, 범프 포일 및 베어링 하우징을 상기 축방향을 가로지르는 방향으로 관통하는 복수의 유입홀 및 배출홀을 포함하며, 상기 유입홀은 상기 유체 유입 도관과 연통하고 상기 배출홀은 상기 유체 배출 도관과 연통하여, 상기 중공이 상기 베어링 하우징의 외부로 연통되는 것을 특징으로 한다.

Description

에어 포일 베어링 조립체{AIR FOIL BEARING ASSEMBLY}

본 발명은 에어 포일 베어링 조립체에 관한 것으로서, 특히 베어링 조립체의 중공으로 작동 유체를 공급하고 사용된 작동 유체를 베어링 조립체의 외부로 배출시키는 에어홀을 구비한, 에어 포일 베어링 조립체에 관한 것이다.

에어 포일 베어링은 고속 회전기기에서 회전체를 지지하기 위한 용도로 사용되고, 기존의 볼 베어링이나 유체막 베어링 등을 대체하여 터보 압축기나 터보 발전기와 같은 고속 회전기기의 회전축을 지지하는데 적용된다.

에어 포일 베어링은 외관을 형성하는 베어링 하우징이 회전축을 감싸도록 설치되고, 회전축과 하우징 사이에는 탑 포일, 범프 포일이 배치된다. 이들 포일은 일단이 하우징의 내측면에 고정되어 고정단을 이루고 타단은 하우징의 내측면을 따라 연장되어 자유단을 이룬다.

이러한 에어 포일 베어링은 회전축이 고속으로 회전하고 회전축과 베어링 하우장 간의 작은 갭에서 급격하게 속도 구배(공기 압력 구배)가 변화하기 때문에 동작 중 많은 열이 발생하게 된다. 이때, 발생되는 열을 적절하게 냉각시켜주지 않으면 안정적이고 원활한 회전축의 회전운동을 보장할 수 없을 뿐만 아니라 제품의 표면에 코팅된 소재들을 손상시킬 수 있다.

이에, 종래기술에서는 회전축과 베어링 하우징의 내측벽 사이의 공간으로 냉각을 위한 공기를 공급하는 방식을 적용하여 탑포일, 범프포일, 그리고 하우징을 냉각하였지만, 이러한 방식은 회전축의 냉각이 원활하지 못하여 회전축의 회전 안정성을 저해하는 요인으로 작용하기 때문에 이에 대한 보다 실질적인 구조의 개선이 요구된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 에어홀을 통해 작동 유체를 공급함으로써, 회전축의 부양 능력을 향상시키고 에어 포일 저널 베어링의 냉각 효율을 향상시키는 에어 포일 베어링 조립체를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시에 따른 에어 포일 베어링 조립체는, 내부의 중공에 회전축이 수용되는 베어링 하우징; 상기 중공 내에서 상기 회전축을 감싸도록 배치되는 탑 포일; 상기 중공 내에서 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되는 범프 포일;을 포함하고, 상기 베어링 하우징에는 유체 유입 도관 및 유체 배출 도관이 상기 중공의 축방향을 따라 베어링 하우징을 관통하도록 형성되고, 상기 탑 포일, 범프 포일 및 베어링 하우징을 상기 축방향을 가로지르는 방향으로 관통하는 복수의 유입홀 및 배출홀을 포함하며, 상기 유입홀은 상기 유체 유입 도관과 연통하고 상기 배출홀은 상기 유체 배출 도관과 연통하여, 상기 중공이 상기 베어링 하우징의 외부로 연통되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입홀은 상기 베어링 하우징의 외주면 일측으로부터 범프 포일 및 탑 포일을 관통하여 중공에 이르고, 상기 배출홀은 상기 베어링 하우징의 외주면 타측으로부터 범프 포일 및 탑 포일을 관통하여 중공에 이를 수 있다.

또한, 상기 복수의 유입홀 및 배출홀은 상기 에어 포일 베어링 조립체의 일단에서 타단을 향해 일렬로 배열될 수 있다.

또한, 상기 복수의 유입홀은, 탑 포일을 관통하고 탑 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 탑 포일 유입홀과, 범프 포일을 관통하고 범프 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 범프 포일 유입홀과, 베어링 하우징을 관통하고 베어링 하우징의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 하우징 유입홀이 서로 관통하도록 정렬되어 구성되고, 상기 복수의 배출홀은, 탑 포일을 관통하고 탑 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 탑 포일 배출홀과, 범프 포일을 관통하고 범프 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 범프 포일 배출홀과, 베어링 하우징을 관통하고 베어링 하우징의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 하우징 배출홀이 서로 관통하도록 정렬되어 구성되는 있다.

상기 하우징 유입홀은 상기 유체 유입 도관의 중심축을 지나되 유체 유입 도관에서 중공의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축의 회전 방향으로 경사 배향되고, 상기 하우징 배출홀은 상기 유체 배출 도관의 중심축을 지나되 유체 배출 도관에서 중공의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축의 회전 반대 방향으로 경사 배향될 수 있다.

또한, 상기 유입홀은 공기층 압력 범위의 전단으로부터 30% 영역 내에 존재하고, 상기 배출홀은 공기층 압력 범위의 후단으로부터 30% 영역 내에 존재할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 에어홀을 통해 작동 유체를 공급함으로써, 회전축의 부양 능력을 향상시키고 에어 포일 저널 베어링의 냉각 효율을 향상시키는 효과가 있다. 특히, 종래 기술은 기사용된 고온의 작동 유체를 재유입시켜 사용하는데 반해, 본 발명은 기사용된 작동 유체를 배기하고 새로운 작동 유체를 사용함으로써, 에어 포일 베어링의 냉각성을 확보할 수 있다.

또한, 종래 기술은 회전축과 중공 사이의 간극에 존재하는 공기를 이용하여 회전 초기 공기층을 형성하여 회전축을 부양해야 하는데 비해, 본 발명은 기존의 공기층 형성 지점에 유입홀을 적용하여 보다 많은 공기층을 이용함으로써 시동성을 확보하는 이점이 있다.

또한, 종래 기술은 별도의 장치(컴프레서, 펌프, 노즐 등)로 작동 유체를 공급하는데 반해, 본 발명은 회전체가 회전하는 동안 상대적으로 저온의 작동 유체를 외부로부터 자가 흡입 가능하고, 이에 따라 동일 체적 대비 높은 감쇠와 강성을 갖는 이점이 있다.

또한, 베어링의 냉각성이 향상됨에 따라 베어링의 내구성을 향상시키는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 에어 포일 베어링 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 에어 포일 베어링 조립체의 단면도이다.
도 4는 도 1의 에어 포일 베어링 조립체의 베어링 하우징의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링 조립체의 작동 매커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 유입홀/배출홀의 위치를 설명하기 위하여 도시한 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다. 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 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

에어 포일 베어링 조립체의 구조

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링 조립체의 사시도, 도 2는 도 1의 에어 포일 베어링 조립체의 분해 사시도, 도 3은 도 1의 에어 포일 베어링 조립체의 단면도, 도 4는 도 1의 에어 포일 베어링 조립체의 베어링 하우징의 단면도이다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)에 대하여 설명한다.

본 발명의 에어 포일 베어링 조립체(100)는 내부의 중공(S)에 회전축(10)이 수용되는 베어링 하우징(110), 중공(S) 내에서 회전축(10)을 감싸도록 배치되는 탑 포일(130), 중공(S) 내에서 탑 포일(130)을 둘러 감싸도록 배치되는 범프 포일(150)을 포함한다. 베어링 하우징(110)의 내주면에는 중공(S)의 축방향을 따라 키홈이 형성되는데, 탑 포일(130)과 범프 포일(150)은 각각 그 일단의 고정단이 키홈에 삽입됨으로써 베어링 하우징(110)에 고정된다. 탑 포일(130)은 회전축(10)으로부터 미리 정해진 간격만큼 이격 배치되도록 설계되며, 회전축(10)과 탑 포일(130) 사이의 이격 공간에는 공기가 존재하여 일종의 윤활막을 구성한다. 회전축(10)이 회전을 시작하면 회전축(10)이 부상하고 윤활막에 회전축(10)의 반경방향 외측으로 동압이 작용한다. 이때, 회전축(10)에 의한 진동이 탑 포일(130)에 작용하며 범프 포일(150)이 원주 방향으로 밀려나는데, 탄성을 지닌 범프 포일(150)이 압력을 흡수하여 진동을 저감한다.

한편, 본 발명에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)는 베어링 조립체(100)의 중공(S)으로 작동 유체를 공급하고 사용된 작동 유체를 베어링 조립체(100)의 외부로 배출시키는 에어홀을 구비한다. 이하에서는 에어홀에 관하여 구체적으로 설명한다.

에어홀은 유체 유입 도관(160)과 복수의 유입홀(170)로 이루어진 작동 유체 공급용 에어홀과, 유체 배출 도관(180)과 복수의 배출홀(190)로 이루어진 작동 유체 배출용 에어홀을 포함하는 개념이다.

유체 유입 도관(160) 및 유체 배출 도관(180)은 중공(S)의 축방향을 따라 베어링 하우징(110)을 일단으로부터 타단에 이르기까지 관통하도록 형성된다. 즉, 유체 유입 도관(160) 및 유체 배출 도관(180)은 중공(S)의 축과 동축으로 연장된다. 유체 유입 도관(160)은 후술하는 복수의 유입홀(170)을 통해 중공(S)과 연통하고 있고, 작동 유체는 베어링 조립체(100)의 외부에서 유체 유입 도관(160)으로 유입된 후 이들 유입홀(170)을 경유하여 중공(S)으로 공급된다. 마찬가지로, 유체 배출 도관(180)은 후술하는 복수의 배출홀(190)을 통해 중공(S)과 연통하고 있고, 사용을 마친 고온의 작동 유체는 배출홀(190)과 유체 배출 도관(180)을 통해 외부로 배출된다. 이와 같이 유체 유입 도관(160)과 유체 배출 도관(180)은 작동 유체가 경유하여 흐르는 파이프이며 각각 유입홀(170)과 배출홀(190)에 연통하여 있다면 그 배치 위치는 특별한 제한이 없다. 다만, 유입홀(170)과 배출홀(190)의 인근에 배치되는 것이 구조의 단순화 측면에서 바람직하다. 예컨대 도 3에 도시된 것처럼, 유체 유입 도관(160)은 베어링 하우징(110)의 키홈과 중공(S)의 축을 관통하는 가상의 축을 기준으로 좌측 반구에 배치되고 유체 배출 도관(180)은 키홈과 중공(S)의 축을 관통하는 가상의 축을 기준으로 우측 반구에 배치될 수 있다.

한편, 복수의 유입홀(170) 및 복수의 배출홀(190)이 탑 포일(130), 범프 포일(150) 및 베어링 하우징(110)을 축방향을 가로지르는 방향으로 관통한다. 다시말해, 유입홀(170)은 베어링 하우징(110)의 외주면 일측으로부터 범프 포일(150) 및 탑 포일(130)을 관통하여 중공(S)에 이르고, 배출홀(190)은 베어링 하우징(110)의 외주면 타측으로부터 범프 포일(150) 및 탑 포일(130)을 관통하여 중공(S)에 이른다. 이렇게 하여, 복수의 유입홀(170)은 유체 유입 도관(160)과 연통하고 복수의 배출홀(190)은 유체 배출 도관(180)과 연통하여, 중공(S)이 베어링 하우징(110)의 외부로 연통된다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 복수의 유입홀(170)은, 탑 포일(130)을 관통하고 탑 포일(130)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 탑 포일 유입홀(171)과, 범프 포일(150)을 관통하고 범프 포일(150)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 범프 포일 유입홀(172)과, 베어링 하우징(110)을 관통하고 베어링 하우징(110)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 하우징 유입홀(173)이 서로 관통하도록 정렬되어 구성된다. 그리고, 복수의 유입홀(170)은 에어 포일 베어링 조립체(100)의 일단에서 타단을 향해 일렬로 배열된다. 한편, 복수의 배출홀(190)은, 탑 포일(130)을 관통하고 탑 포일(130)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 탑 포일 배출홀(191)과, 범프 포일(150)을 관통하고 범프 포일(150)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 범프 포일 배출홀(192)과, 베어링 하우징(110)을 관통하고 베어링 하우징(110)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 하우징 배출홀(193)이 서로 관통하도록 정렬되어 구성된다. 그리고, 복수의 배출홀(190)은 에어 포일 베어링 조립체(100)의 일단에서 타단을 향해 일렬로 배열된다.

이때, 하우징 유입홀(173)은 유체 유입 도관(160)의 중심축을 지나되 유체 유입 도관(160)에서 중공(S)의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축(10)의 회전 방향으로 경사 배향된다. 하우징 유입홀(173)은 베어링 하우징(110)에 형성되므로 나머지 탑 포일 유입홀(171)과 범프 포일 유입홀(172)에 비해 그 홀 깊이가 상대적으로 깊으며, 이에 따라 작동 유체가 중공(S)에 유입될 때 그 유입 방향은 하우징 유입홀(173)의 관통 방향을 따른다. 이때, 도 4를 참조하면, 하우징 유입홀(173)은 중공(S)의 중심(O)을 향하는 방향(즉, 베어링 하우징(110) 내벽면의 법선 방향)에서 회전축(10)의 회전 방향으로 비스듬히 경사지도록 배향되는 것이 바람직하다. 하우징 유입홀(173)을 경사 배향하여 작동 유체가 베어링 하우징(110)의 내측벽의 접선 방향으로 중공(S)에 공급되도록 하여 작동 유체의 회전축(10)과의 반발을 최소화하도록 한다. 그리고, 탑 포일 유입홀(171)과 범프 포일 유입홀(172)의 홀 관통 방향은 하우징 유입홀(173)의 홀 관통 방향을 향하도록 가공되어 있다.

한편, 하우징 배출홀(193)은 유체 배출 도관(180)의 중심축을 지나되 유체 배출 도관(180)에서 중공(S)의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축(10)의 회전 반대 방향으로 경사 배향된다. 하우징 배출홀(193) 역시 그 홀 깊이가 상대적으로 깊으므로, 작동 유체가 중공(S)으로부터 배출될 때 그 배출 방향은 하우징 배출홀(193)의 관통 방향을 따른다. 이때, 도 4를 참조하면, 하우징 배출홀(193)은 중공(S)의 중심(O)을 향하는 방향에서 회전축(10)의 회전 방향의 반대 방향으로 비스듬히 경사지도록 배향되는 것이 바람직하다. 중공(S) 내의 작동 유체는 회전축(10)이 회전하는 방향으로 유동하는데, 하우징 배출홀(193)을 회전축(10)의 회전 방향의 반대 방향으로 경사 배향함으로서 중공(S) 내에서 유동하는 작동 유체가 하우징 배출홀(193) 안으로 용이하게 유입될 수 있도록 한다. 또한, 탑 포일 배출홀(191)과 범프 포일 배출홀(192)의 홀 관통 방향은 하우징 배출홀(193)의 홀 관통 방향을 향하도록 가공되어 있다.

한편, 유입홀(170) 및 배출홀(190)의 배치 위치는 중요한 설계 요소이다. 유입홀(170)/배출홀(190)의 배치 위치는 공기층 압력 범위를 기준으로 설정된다. 즉, 유입홀(170)의 배치 위치는 공기층 압력 범위의 전단(front end; FE)으로부터 30% 영역 내에 존재하고, 배출홀(190)의 배치 위치는 공기층 압력 범위의 후단(rear end; RE)로부터 30% 영역 내에 존재한다.

구체적으로, 본 발명에서는 공기층의 압력이 형성되는 공기층 압력 범위의 전단 30% 이내의 영역에 유입홀(170)을 배치시키고 작동 유체를 공급하도록 함으로써, 회전축(10) 부양을 용이하게 하였다. 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 회전축(10)이 정지 상태(무회전)에서는 중력에 의해 베어링 하우징(110)의 중공(S)의 저면에 접하고 있고, 회전 시작시에는 중공(S)의 저면과 마찰을 일으키면서 반시계 방향으로 회전한다. 이때 회전축(10)의 회전력이 중공(S)에 존재하는 공기에 압력을 가하면서 일정한 영역에 걸쳐 공기층에 압력이 인가되는 공기층 압력 범위가 정의된다. 공기층 압력 범위는 도 6에 도시된 범위를 지칭한다. 이때, 본 발명은 공기층의 압력이 형성되기 시작하는 전단에 유입홀(170)을 배치함으로써 회전축(10) 부양을 용이하게 한다.

만일, 유입홀(170)이 공기층 압력 범위(작업 유체가 압력을 형성하는 위치) 내에 위치한다면 공기층의 지지면이 그만큼 적어지기 때문에 베어링의 성능에 악영향을 줄 수 있다. 또, 먼저 형성된 공기층의 압력으로 인해 조립체 외부의 새로운 작업 유체가 유입홀(170)을 통해 자가 흡입되지 못하는 문제도 있다. 오히려, 공기층 압력 범위가 고압으로 됨에 따라 유입홀(170)이 상대적으로 압력이 낮게 되어 유입홀(170)로 압력 손실이 발생하고 역류할 수도 있다.

반대로, 유입홀(170)/배기홀의 위치가 공기층 압력 범위로부터 너무 멀리 떨어지면 자가 흡입력이 저하되어 작업 유체의 유입이 어려워질 수 있다. 다시말해, 회전축(10)은 베어링 하우징(110)과 편심을 이룬채 회전하며 이 때문에 원주 방향으로 간극이 일정하지 않고 상대적으로 큰 부피와 작은 부피가 발생하게 된다(도 5 참조). 큰 부피가 형성되는 영역에 유입홀(170)이 위치하게 되면 점성에 의한 자연 흡입력이 떨어진다.

한편, 유입홀(170)/배출홀(190)의 홀의 모양은 원형, 타원형, 사각형 등 작동 유체가 흐를 수 있는 단면 형상을 가질 수 있다.

작동 매커니즘

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)의 작동 매커니즘을 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은 유입홀/배출홀의 위치를 설명하기 위하여 도시한 개념도이다. 이하에서는 유체 유입 도관(160)과 유입홀(170), 유체 배출 도관(180)과 배출홀(190)에 의한 작동 유체의 공급 및 배출, 그리고 중공(S) 내에서 작동 유체의 유동 등에 관한 매커니즘에 관하여 설명한다.

(1) 작동 유체 유입 및 공기층 형성

먼저, 유체 유입 도관(160) 및 복수의 유입홀(170)을 통해 작동 유체가 중공(S)에 유입된다. 특히, 전술한 바와 같이 유입홀(170)을 구성하는 하우징 유입홀(173)은 유체 유입 도관(160)에서 중공(S)의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축(10)의 회전 방향으로 경사 배향되어 있기 때문에, 회전축(10)의 회전으로 발생한 원래 공기층의 흐름에 거의 접하는 방향으로 중공(S)에 유입할 수 있게 된다.

이후, 회전축(10)이 회전하면서 중공(S) 내에는 속도 구배가 발생하며, 앞 단계에서 중공(S)에 흡입된 작동 유체는 베어링 하우징(110)의 내벽과 회전축(10)의 상대적으로 좁은 틈을 통과하면서 가압되고 그 힘으로 샤프트를 부양시킨다. 본래, 회전축(10)이 회전하기 시작하면 탑 포일(130)과 회전축(10) 사이의 갭에 존재하는 공기를 회전력으로 가압하여 기본적으로 공기층(air film)을 형성하게 되고, 이 공기층에 의해 회전축(10)이 스스로 부양한다. 그런데, 본 발명은 유체 유입 도관(160)과 유입홀(170)로 구성된 에어홀을 이용하여 작동 유체를 베어링 조립체(100)의 외부에서 중공(S)으로 공급함으로써 보다 많은 작동 유체로 공기층을 형성할 수 있으며, 따라서 회전축(10)의 부양 능력을 향상시킬 수 있다. 이때 본 발명은 전술한 바와 같이, 공기층 압력 범위의 전단에 유입홀(170)을 배치함으로써 회전축(10) 부양을 용이하게 하였다.

한편, 본 발명에 따르면, 작동 유체는 벤츄리관에 의한 베르누이 원리에 의해 중공(S) 내부로 자가 흡입이 가능하므로, 컴프레서나 노즐 등과 같은 별도의 장비나 보조 도구가 필요하지 않다.

참고로, 베어링 하우징(110)은 모터 하우징 커버(미도시)에 삽입되어 장착되므로, 베어링 하우징(110)의 외주면에 노출된 유입홀(170)이나 배출홀(190)은 모터 하우징 커버에 의해 막히게 되어 있어 작동 유체는 유체 유입 도관(160), 중공(S), 및 유체 배출 도관(180)을 경유하게 되고 예컨대 베어링 하우징(110)의 외주면으로 누출되지 않는다.

(2) 배기

이상과 같이 공기층을 형성한 작동 유체는 상대적으로 큰 부피(도 5 참조)를 만나서면서 비산되고 압력을 잃게 되며, 높은 압력에 의해 고온의 기체가 된다. 종래의 에어 포일 베어링 구조에서는 회전축(10)이 회전함에 따라 이렇게 비산된 유체가 다시 공기층에 유입되었다. 본 발명은 이와 달리, 고온의 공기를 배기홀을 통해 외부로 배출함으로써 유체의 과열을 막고 공기층의 성능을 높게 유지한다.

본 발명에 따르면, 기존에 중공(S) 내의 공기층이 회전축(10)의 고속 회전 중에서 재순환되는 매커니즘과 달리, 사용 완료된 작동 유체는 배출되고 새로운 작동 유체가 에어홀을 통해 중공(S)에 공급되기 때문에, 베어링 조립체(100)의 냉각 성능이 향상되고 공기층에 의한 회전축(10) 부양 능력도 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 에어 포일 베어링 조립체(100)를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100: 에어 포일 베어링 조립체 110: 베어링 하우징
130: 탑 포일 150: 범프 포일
160: 유체 유입 도관 170: 유입홀
180: 유체 배출 도관 190: 배출홀

Claims (6)

1. 내부의 중공에 회전축이 수용되는 베어링 하우징;
   상기 중공 내에서 상기 회전축을 감싸도록 배치되는 탑 포일;
   상기 중공 내에서 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되는 범프 포일;
   을 포함하고,
   상기 베어링 하우징에는 유체 유입 도관 및 유체 배출 도관이 상기 중공의 축방향을 따라 베어링 하우징을 관통하도록 형성되고,
   상기 탑 포일, 범프 포일 및 베어링 하우징을 상기 축방향을 가로지르는 방향으로 관통하는 복수의 유입홀 및 배출홀을 포함하며,
   상기 유입홀은 상기 유체 유입 도관과 연통하고 상기 배출홀은 상기 유체 배출 도관과 연통하여, 상기 중공이 상기 베어링 하우징의 외부로 연통되는 것을 특징으로 하는, 에어 포일 베어링 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입홀은 상기 베어링 하우징의 외주면 일측으로부터 범프 포일 및 탑 포일을 관통하여 중공에 이르고, 상기 배출홀은 상기 베어링 하우징의 외주면 타측으로부터 범프 포일 및 탑 포일을 관통하여 중공에 이르는 것인, 에어 포일 베어링 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 유입홀 및 배출홀은 상기 에어 포일 베어링 조립체의 일단에서 타단을 향해 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는, 에어 포일 베어링 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 유입홀은, 탑 포일을 관통하고 탑 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 탑 포일 유입홀과, 범프 포일을 관통하고 범프 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 범프 포일 유입홀과, 베어링 하우징을 관통하고 베어링 하우징의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 하우징 유입홀이 서로 관통하도록 정렬되어 구성되고,
   상기 복수의 배출홀은, 탑 포일을 관통하고 탑 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 탑 포일 배출홀과, 범프 포일을 관통하고 범프 포일의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 범프 포일 배출홀과, 베어링 하우징을 관통하고 베어링 하우징의 길이 방향을 따라 일렬로 배열된 복수의 하우징 배출홀이 서로 관통하도록 정렬되어 구성되는 것인, 에어 포일 베어링 조립체.
5. 제4항에 있어서,
   상기 하우징 유입홀은 상기 유체 유입 도관의 중심축을 지나되 유체 유입 도관에서 중공의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축의 회전 방향으로 경사 배향되고,
   상기 하우징 배출홀은 상기 유체 배출 도관의 중심축을 지나되 유체 배출 도관에서 중공의 중심을 향하는 방향에 대하여 회전축의 회전 반대 방향으로 경사 배향되는 것을 특징으로 하는, 에어 포일 베어링 조립체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 유입홀은 공기층 압력 범위의 전단으로부터 30% 영역 내에 존재하고, 상기 배출홀은 공기층 압력 범위의 후단으로부터 30% 영역 내에 존재하는 것을 특징으로 하는, 에어 포일 베어링 조립체.

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