KR20230072190A - 에어 포일 저널 베어링 - Google Patents

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KR20230072190A
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foil
rotating shaft
journal bearing
air foil
air
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KR1020210158678A
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조진우
황웅
김경동
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삼성전자주식회사
주식회사 뉴로스
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Abstract

에어 포일 저널 베어링이 개시된다. 다양한 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링은, 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축이 삽입되는 중공을 포함하는 베어링 하우징, 상기 중공의 내주면 및 상기 회전축의 외주면 사이에 배치되는 에어 포일을 포함하고, 상기 에어 포일은, 상기 회전축의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되는 제1포일 영역, 상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 제1포일 영역의 양단에 각각 연결되고, 상기 회전축의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되고, 표면에 상기 원주 방향을 따라 형성되는 복수의 탄성 범프가 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고, 상기 에어 포일의 제1포일 영역 및 제2포일 영역은 일체로 연결될 수 있다. 이 외에 다양한 실시 예들이 가능할 수 있다.

Description

에어 포일 저널 베어링{AIR FOIL JOURNAL BEARING}
본 문서에 개시된 다양한 실시 예는 에어 포일 저널 베어링에 관한 것이다.
베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키는 동시에, 회전축의 회전에 따른 하중을 지지하면서 회전축을 회전시킬 수 있다. 회전축을 지지하는 다양한 종류의 베어링, 예를 들어, 볼 베어링, 저널 베어링, 포일 베어링 등이 있다. 에어 포일 저널 베어링은 회전축의 축 방향에 수직한 반경 방향으로의 하중을 지지할 수 있다.
청소기, 컴프레서와 같은 기계 장치는 로터를 회전시키기 위한 모터를 포함하고 있다. 기계 장치는 모터의 작동 과정에서 회전축의 위치를 일정하게 유지하는 동시에 회전축의 회전을 지지하기 위한 베어링을 포함하고 있다. 에어 포일 저널 베어링은 회전축의 외면에 유체층을 형성하는 에어 포일을 포함하며, 에어 포일은 유체층의 압력을 통해 회전축에 비 접촉된 상태로 회전축의 하중을 지지할 수 있다. 종래의 에어 포일 저널 베어링은, 범프 포일과 탑 포일을 별개의 분리된 형태로 형성한 후, 범프 포일과 탑 포일을 겹쳐서 베어링 하우징의 내부에 삽입하여 조립하는 구조로 형성된다. 그러나, 종래의 구조는 범프 포일 및 탑 포일이 분리된 형태이므로, 각 부품을 개별적으로 조립한 후 베어링 하우징에 장착해야 하므로, 부품 관리가 어렵고, 오 조립에 따른 문제점을 야기할 수 있다. 또한, 각 포일이 겹쳐진 상태로 베어링 하우징에 삽입되므로, 포일의 두께 증가를 야기하게 된다. 한편, 최근에는 소비자의 구매 욕구를 충족시키기 위해 소형화된 기계 장치가 요구되고 있으며, 이러한 기계 장치의 소형화 요구는 모터 및 베어링과 같은 부속 부품의 소형화를 요구한다. 따라서, 제작공차를 최소화하면서도 협소한 조립 공간의 해결을 위해 단순화된 구조의 부품 제조 기술이 개발되고 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 에어 포일 저널 베어링을 포함하는 기계 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 회전축의 회전에 따른 하중을 작용받는 제1포일 영역과, 범퍼 기능을 수행하는 제2포일 영역을 에어 포일의 동일 평면상에 형성할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 에어 포일의 두께를 최소화함으로써 에어 포일 저널 베어링을 소형화 할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예를 통해 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 문서에 기재된 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링은, 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축이 삽입되는 중공을 포함하는 베어링 하우징, 상기 중공의 내주면 및 상기 회전축의 외주면 사이에 배치되는 에어 포일을 포함하고, 상기 에어 포일은, 상기 회전축의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되는 제1포일 영역, 상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 제1포일 영역의 양단에 각각 연결되고, 상기 회전축의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되고, 표면에 상기 원주 방향을 따라 형성되는 복수의 탄성 범프가 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고, 상기 에어 포일의 제1포일 영역 및 제2포일 영역은 일체로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링은 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축이 삽입되는 중공을 포함하는 베어링 하우징, 및 제1단부가 상기 베어링 하우징에 고정되고, 상기 제1단부에 반대되는 제2단부가 상기 회전축의 외면을 따라 원주 방향으로 연장되고, 상기 회전축의 외면으로부터 소정의 간격을 형성하도록 상기 중공에 배치되는 에어 포일을 포함하고, 상기 에어 포일은 상기 회전축의 축 방향을 기준으로, 상기 회전축의 회전에 따른 압력을 작용받는 제1포일 영역, 및 상기 제1포일 영역의 양 단에 각각 배치되고, 상기 회전축의 회전에 따른 압력에 따라 형태가 변화하는 복수의 탄성 범프가 상기 원주 방향을 따라 각각 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고, 상기 에어 포일은 단일 부재로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 기계 장치는, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되고, 축 방향으로 연장되는 회전축을 포함하는 모터, 상기 회전축에 결합되고, 상기 모터의 작동에 따라 회전하는 임펠러, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 저널 베어링을 포함하고, 상기 에어 포일 저널 베어링은, 상기 회전축이 삽입되는 중공이 형성된 베어링 하우징, 상기 중공에 배치되고, 상기 회전축의 외면과의 사이에서 공기층을 형성하며 상기 중공의 내주면을 따라 연장되는 에어 포일을 포함하고, 상기 에어 포일은 상기 축 방향을 기준으로, 제1포일 영역, 및 상기 제1포일 영역의 양단에 각각 배치되고, 상기 회전축의 회전에 따라 탄성력을 발생시키는 복수의 탄성 범프가 상기 원주 방향을 따라 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고, 상기 제1포일 영역 및 제2포일영역은 일체로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 에어 포일에서 압력을 작용받는 제1포일 영역과, 탄성 작용을 하는 제2포일 영역을 회전축의 축 방향을 따라 나란히 형성할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 에어 포일의 두께를 최소화함으로써, 에어 포일 저널 베어링을 소형화하고, 조립 난이도를 저감할 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 기계 장치의 사시도이다.
도 2a은 일 실시 예에 따른 모터 어셈블리의 사시도이다.
도 2b는 일 실시 예에 따른 모터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 2b는 일 실시 예에 따른 모터 어셈블리의 단면도이다.
도 3a는 다양한 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링이 회전축을 지지하는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 3b는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 사시도이다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 4b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 롤링된 상태를 도시하는 도면이다.
도 5a는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 축 방향으로 바라본 상태에서, 제1포일 영역이 위치한 부위를 도시하는 단면도이다.
도5b는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 축 방향으로 바라본 상태에서, 제2포일 영역이 위치한 부위를 도시하는 단면도이다.
도 6a는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 6b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 7a는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 단면도이다.
도 7b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 8a은 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 8b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 롤링된 상태를 도시하는 도면이다.
이하, 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들은 본 문서에 개시된 기술적 특징의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 기재된 것이다. 본 문서에 다양한 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정 실시 예로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예에 다양한 변경 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 본 문서에 개시된 도면의 설명과 관련하여, 유사 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다른 것으로 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시 예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시 예들은 기기(machine)로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 기기(예: 기계 장치의 프로세서)는 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명렁어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 기계 장치의 사시도이고, 도 2a은 일 실시 예에 따른 모터 어셈블리의 사시도이고, 도 2b는 일 실시 예에 따른 모터 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 2c 도 2a의 A-A라인에 따른 모터 어셈블리의 단면도이다.
도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 기계 장치(1)는 고속으로 회전하는 회전축(212)을 지지하기 위한 베어링(220)을 포함할 수 있다. 본 문서에 개시된 실시 예에서는 설명의 편의상 청소기의 모터 회전축(212)에 에어 포일 저널 베어링(예: 도 3a의 에어 포일 저널 베어링(320))이 설치된 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 본 문서에 개시된 에어 포일 저널 베어링은 회전축을 포함하는 다양한 기계 장치(1) 어디에나 적용될 수 있다.
일 실시 예에서, 기계 장치(1)는 모터 어셈블리(100)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 장치(1)는 모터 어셈블리(100)의 동작을 통해 공기압을 발생시키는 청소기일 수 있다. 일 실시 예에서, 청소기는 본체(10), 흡입 헤드(30), 스틱(20), 및 손잡이부(40)를 포함할 수 있다.
손잡이부(40)는 본체(10)에 결합되는 부분으로서, 사용자가 청소기(1)를 조작할 수 있도록 사용자에게 파지되는 기능을 수행한다. 손잡이부(40)에는 사용자가 청소기(1)를 제어할 수 있도록 조작 정보가 입력되는 조작부가 배치될 수 있다.
흡입 헤드(30)는 본체(10)에 연결되고, 후술하는 모터 어셈블리(100)로부터 발생하는 흡입력을 통해 피청소면으로부터 먼지 또는 오염 물질을 흡입하는 기능을 수행할 수 있다. 흡입 헤드(30)는 피청소면에 접촉할 수 있다.
스틱(20)은 본체(10) 및 흡입 헤드(30)를 연결하고, 내부에는 흡입 헤드(30)를 통해 흡입된 이물질이 본체(10)로 이동하기 위한 관로가 형성될 수 있다.
본체는 내부에 배치되는 집진장치(11) 및 구동장치(12)를 포함할 수 있다. 집진장치(11)는 흡입 헤드(30)에서 흡입된 공기로부터 먼지 또는 오염 물질과 같은 이물질을 분리하여 집진하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예에서, 구동장치(12)는 청소기(1)의 흡입 동작을 위한 동력을 발생시킬 수 있다. 구동장치(12)는 내부에 배치되는 모터 어셈블리(100)를 포함하며, 모터 어셈블리(100)는 전력를 인가받아 동력을 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 모터 어셈블리(100)는 모터(210), 모터 하우징(250, 260), 임펠러(240), 모터 하우징(260), 디퓨저(290) 및 기판(270)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 모터(210)는 고정자(211)와, 고정자(stator)(211)에 인가되는 전자기력을 통해 회전 작동하는 회전자(rotor)(213) 및, 회전자(213)에 연결되는 회전축(shaft)(212)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 회전축(212)은 축을 중심으로 회전할 수 있다.
일 실시 예에서, 모터 하우징(250, 260)은 모터 어셈블리(100)의 외관을 형성할 수 있다. 모터 하우징(250, 260)은 회전축(212)을 사이에 두고 연결되는 제1 모터 하우징(250) 및, 제2 모터 하우징(260)을 포함할 수 있다. 제1 모터 하우징(250) 및 제2모터 하우징(260)은 결합 부재(263)를 통해 고정 결합될 수 있다.
일 실시 예에서, 임펠러(240)는 회전축(212)과 결합하여 회전할 수 있다. 임펠러(240)는 회전축(212)의 회전에 따른 회전 동작을 통해 공기의 유동 흐름을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 임펠러(240)는 제1 모터 하우징(250)과 결합되어, 회전에 따라 발생한 공기의 흐름을 설정된 방향으로 가이드할 수 있다.
디퓨저(290)는 제1 모터 하우징(250)과 연결되고, 임펠러(240)를 통해 유동하는 공기를 설정된 방향으로 가이드할 수 있다. 일 실시 예에서, 디퓨저(290)는 외면을 따라 원주 방향으로 형성되는 복수의 디퓨저 깃을 포함하고, 디퓨저 깃(291)을 통해 디퓨저(280)를 통과하는 공기의 방향이 가이드될 수 있다.
일 실시 예에서, 회전축(212)에는 하나 이상의 베어링(220)이 연결될 수 있다. 베어링(220)은 회전축(212)의 위치를 고정하는 동시에, 회전축(212)의 회전에 따른 하중을 지지하면서 회전축(212)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 베어링(220)은 회전축(212)의 제1부분에 연결되는 제1베어링(220a) 및, 회전축(212)의 제2부분에 연결되는 제2베어링(220b)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1베어링(220a)은 회전축(212) 및 제1 모터 하우징(250) 사이에 배치되고, 제2베어링(220b)은 회전축(212) 및 제2 모터 하우징(261) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 각각의 베어링(220)은 베어링 안착부(280a, 280b)를 통해 모터 하우징(250, 260)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1베어링(220a)은 제1베어링 안착부(280a)에 연결되고, 제2베어링(220b)은 제2베어링 안착부(280b)에 연결될 수 있다. 이 경우, 제1베어링 안착부(280a)는 제1 모터 하우징(250)에 연결되고, 제2베어링 안착부(280b)은 제2 모터 하우징(261)에 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 회전축(212)을 지지하는 베어링(220) 중 하나는 에어 포일 저널 베어링일 수 있다. 예를 들어, 제1베어링(220a) 및 제2베어링(220b) 중 하나는 에어 포일 저널 베어링일 수 있다. 이 경우, 다른 하나의 베어링은 볼 베어링일 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1베어링(220a)이 에어 포일 저널 베어링인 경우를 가정하여 설명하도록 한다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 제2베어링이 에어 포일 저널 베어링인 경우나, 제1베어링 및 제2베어링 모두가 에어 포일 저널 베어링인 실시 예도 가능함을 밝힌다.
도 3a는 다양한 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링이 회전축을 지지하는 상태를 도시하는 사시도이고, 도 3b는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 단면 사시도이고, 도 4a는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이고, 도 4b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 롤링된 상태를 도시하는 도면이며, 도 5a는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 축 방향으로 바라본 상태에서, 제1포일 영역이 위치한 부위를 도시하는 단면도이고, 도5b는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 축 방향으로 바라본 상태에서, 제2포일 영역이 위치한 부위를 도시하는 단면도이다.
도 3a 내지 도 5b를 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링(320)은 회전축(311)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일 저널 베어링(320)은 회전축(311)의 일 부분의 외면을 감싸도록 지지하고, 회전축(311)의 회전에 따른 하중을 지지하면서 회전축(311)을 일정한 위치에 위치시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일 저널 베어링(320)은 회전축(311)의 외주면과의 사이에 공기층을 형성하고, 공기층을 통한 압력을 통해 회전축(311)에 비 접촉된 상태로 회전축(311)의 반경 방향(D) 하중을 지지할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 회전축(311)의 길이 방향을 축 방향(A)이라 지칭하고, 축 방향(A)에 수직하고 회전축(311)의 외주면을 회전하는 방향을 원주 방향(R)이라 지칭할 수 있다. 또한, 회전축(311)의 단면을 기준으로, 회전축(311)의 중심으로부터 외주면을 향하는 방향을 반경 방향(D)이라 지칭할 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일 저널 베어링(320)은 베어링 하우징(321) 및 에어 포일(322)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 베어링 하우징(321)은 회전축(311이 삽입되는 중공(3211)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 중공(3211)은 회전축(311)이 관통 삽입될 수 있도록 회전축(311)의 축 방향(A)을 따라 베어링 하우징(321)의 양면을 관통하여 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 중공(3211)은 회전축(311)의 단면 형상에 실질적으로 대응하는 형상, 예를 들어, 원형의 단면 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 중공(3211)의 내주면 직경은 회전축(311)의 외주면 직경보다 크게 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 에어 포일(322)은 회전축(311)의 외주면 및 중공(3211)의 내주면 사이에 위치하도록 중공(3211)에 배치될 수 있다. 이 경우, 에어 포일(322) 및 회전축(311) 사이에는 유체층, 예를 들어, 얇은 공기층이 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일(322)은 회전축(311)의 외면을 따라 원주 방향(R)으로 연장되도록 중공(3211) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5a와 같이 축 방향(A)에 수직한 단면을 기준으로, 에어 포일(322)은 원주 방향(R)을 따라 회전축(311)의 외면을 180도 이상 360도 이하 범위로 둘러쌀 수 있다. 다른 실시 예에서, 에어 포일(722)은 도 7b와 같이 원주 방향(R)을 따라 회전축(711)의 외면을 전체, 예를 들어, 실질적으로 360도 범위로 둘러싸도록 연장될 수 있다.
일 실시 예에서, 중공(3211)의 원주 방향(R)을 기준으로, 에어 포일(322)은 제1단부(322A)가 베어링 하우징(321)에 고정단으로 연결되고, 제1단부(322A)에 반대되는 제2단부(322B)가 자유단으로 형성될 수 있다. 이 경우, 중공(3211)의 내주면에는 삽입홈(3212)이 형성되고, 에어 포일(322)의 제1단부(322A)는 삽입홈(3212)에 삽입 고정될 수 있다. 예를 들어, 에어 포일(322)은 제1단부(322A)에 형성되고, 삽입홈(3212)에 삽입되도록 중공(3211)의 반경 방향(D) 외측으로 절곡되는 삽입부분(3220)을 포함할 수 있다. 이 경우, 에어 포일(322)의 제2단부(322B)는 원주 방향(R)을 따라 회전축(311)의 외주면을 감싸도록 연장될 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일(322)은 회전축(311)의 외주면과 소정의 간격을 형성할 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일(322)은 두께가 얇은 판형의 단일 부재가 원주 방향(R)으로 롤링(rolling)되어 일체로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어 포일은 제1포일 영역(A1) 및 제1포일 영역(A1)의 양단에 배치되는 한 쌍의 제2포일 영역(A2)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1포일 영역(A1) 및 제2포일 영역(A2)은 축 방향(A)을 따라 중공(3212)에 위치한 회전축(311) 외면의 서로 다른 부위를 지지할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1포일 영역(A1) 및 제2포일 영역(A2)은 원주 방향(R)으로 연장 길이가 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1포일 영역(A1)은 회전축(311)의 회전에 따른 압력을 작용받을 수 있다. 일 실시 예에서, 제1포일 영역(A1)은 회전축(311)의 외주면과의 사이에 형성된 공기층을 통해 회전축(311)의 외주면으로부터 소정 간격 이격되어 비접촉 상태를 유지할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1포일 영역(A1)은 회전축(311)의 회전에 따른 공기층의 압력을 작용받을 수 있도록, 표면이 매끄러운 만곡면으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 회전축의 외면을 마주보는 제1포일 영역(A1)의 내면에는 테프론(PETE, polytetrafluorethylene) 재질을 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다. 코팅층은 회전축(311)의 회전 과정에서 제1포일 영역(A1) 및 회전축이 접촉하는 경우, 접촉에 따른 마찰을 감소시킬 수 있다. 따라서, 회전축(311)이 회전하는 과정에서, 공기의 압력을 통해 제1포일 영역(A1)이 회전축(311)의 외면으로부터 이격된 상태가 유지되어, 회전축(311)이 원활하게 회전할 수 있다.
일 실시 예에서, 한 쌍의 제2포일 영역(A21, A22)은 회전축(311)의 축 방향을 따라 제1포일 영역(A1)의 양단에 각각 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 한 쌍의 제2포일 영역(A21, A22)에는 길이 방향(예: 도 4b의 원주 방향)을 따라 볼록하게 돌출된 복수의 탄성 범프(4221)가 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 제2포일 영역(A2)에 형성된 탄성 범프(4221)는 회전축(311)의 회전에 따라 탄성력을 작용하도록 형태가 변형될 수 있다. 일 실시 예에서, 도 5a와 같이 에어 포일(322)이 롤링된 상태, 즉, 중공에 배치된 상태에서, 제2포일 영역(A2)에 형성된 복수의 탄성 범프(4221)는 회전축(311)의 외주면으로부터 중공(3211)의 내주면을 향해 돌출되는 형상을 포함할 수 있다. 이 경우, 탄성 범프(4221)는 제2포일 영역(A2)의 적어도 일부가 절개됨으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4a와 같이, 탄성 범프(4221)는 제2포일 영역(A2)에 해당하는 부위가 원주 방향(R)을 따라 절개되고, 절개된 부위가 다른 영역에 비해 상대적으로 큰 곡률(curvature)을 가지도록 프레싱(pressing) 성형되어 형성될 수 있다. 다만, 이는 탄성 범프(4221)를 형성하는 하나의 예시에 불과하며, 탄성력을 가지는 다양한 형태의 탄성 범프(4221)가 알려진 다양한 방법으로 제2포일 영역(A2)에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 탄성 범프(4221)는 제2포일 영역(A2)의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예시에 불과하며, 복수의 탄성 범프(4221) 사이의 간격을 설계 조건에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 에어 포일(322)은 복수의 탄성 범프(4221)에 의한 댐핑 작용을 설계 조건에 따라 조절하기 위해, 복수의 탄성 범프(4221) 사이의 거리가 상대적으로 멀게 형성된 부분을 포함할 수 있다. 또한, 도면에 개시된 실시 예에서는, 에어 포일(322)의 축 방향(A)을 따라 제2포일 영역(A2)에 하나의 탄성 범프(4221)가 형성된 경우를 에시하였으나, 이와 달리 에어 포일(322)의 축 방향(A)을 따라 복수의 탄성 범프(4221)가 제2포일 영역(A2)에 형성되는 실시 예도 가능하다.
일 실시 예에서, 회전축(311)의 축 방향(A)을 기준으로, 제1포일 영역(A1)은 한 쌍의 제2포일 영역(A21, A22) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 축 방향에 나란한 폭을 기준으로, 제1포일 영역(A1)의 폭(t11)은 각각의 제2포일 영역(A21, A22)의 폭(t21, t22)보다 넓을 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일(322)은 제1포일 영역(A1)을 통해 회전축(311)의 회전에 따른 반경 방향(D) 하중을 작용받고, 제2포일 영역(A2)을 통해 반경 방향(D) 하중에 따른 탄성 작용을 통해 회전축(311)의 외주면과의 비접촉 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 회전축(311)에 수직한 단면을 기준으로, 에어 포일(322)의 특정 영역에 상대적으로 높은 하중이 가해지면, 상기 특정 영역에 해당하는 제1포일 영역(A1)은 공기층의 압축에 따른 하중을 작용받아 양 단에 연결된 제2포일 영역(A2)으로 하중을 전달하고, 제2포일 영역(A2)으로 전달된 하중은 탄성 범프(4221)의 스프링 동작을 야기할 수 있다. 이 경우, 하중에 가해진 특정 영역에 해당하는 에어 포일 영역은 탄성 범프(4221)의 압축에 따라 회전축(311)으로부터 멀어지는 방향, 다시 말해, 중공(3211)의 내주면 방향으로 이동할 수 있다. 이후, 특정 영역에 가해지는 반경 방향(D) 하중이 감소하면, 탄성 범프(4221)는 저장된 탄성력에 의해 형태가 원복되면서 특정 영역의 위치를 중공(3211)의 중심 방향으로 원 위치시킬 수 있다. 다시 말하면, 에어 포일(322)은 탄성 범프(4221)의 스프링 동작을 통해, 회전축(311)의 외주면과의 간격을 유지하면서 회전축(311)의 회전을 지지할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1포일 영역(A1) 및 한 쌍의 제2포일 영역(A2)은 일체로 연결될 수 있다. 예를 들어, 에어 포일(322)은 판형의 단일 부재를 가공하여, 제2포일 영역(A2)에 탄성 범프(4221)를 형성한 후, 원주 방향(R)으로 롤링 가공하는 방식으로 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 에어 포일(322)은 회전축(311)으로부터 반경 방향(D1) 하중을 작용받는 제1포일 영역(A1)과, 하중에 따른 탄성 동작을 수행하는 제2포일 영역(A2)이 하나의 단일 부재에 형성됨으로써, 제1포일 영역(A1) 및 제2포일 영역(A2)을 연결하기 위한 별도의 조립 과정이 생략되고, 베어링 하우징(311)에 쉽게 장착할 수 있다. 특히, 종래의 범프 포일 및 탑 포일을 개별적으로 제조하여 겹쳐진 상태로 베어링 하우징에 삽입되는 구조와 달리, 일 실시 예에 따른 에어 포일(322)은 제1포일 영역(A1) 및 제2포일 영역(A2)이 중첩되지 않고, 회전축(311)의 축 방향(A)을 따라 나란히 형성되기 때문에 반경 방향으로의 두께를 최소화함으로써, 에어 포일 저널 베어링(320)을 소형화 할 수 있다.
도 6a는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이고, 도 6b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어 포일(622)에는 다양한 형태의 탄성 범프(6221A, 6221B)가 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 에어 포일(622)은 제1단부(622A)와, 제1단부(622A)에 반대되는 제2단부(622B)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1단부(622A)는 베어링 하우징(예: 도 3b의 베어링 하우징(320))에 고정될 수 있다. 예를 들어, 제1단부(622A)에는 베어링 하우징의 중공 내에 형성된 삽입홈(예: 도3b의 삽입홈(3212)에 삽입 고정되도록 절곡되는 삽입부분(6220)이 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 에어 포일(622)은 제1포일 영역(A1) 및 제1포일 영역(A1)의 폭 방향 양단에 배치되는 한 쌍의 제2포일 영역(A2)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 한 쌍의 제2포일 영역(A2) 각각에는 회전축(예: 도 3a의 회전축(311))의 회전에 따른 반경 방향 하중에 따라 탄성 작용을 수행하기 위한 복수의 탄성 범프(6221A, 6221B)가 형성될 수 있다. 복수의 탄성 범프(6221A, 6221B)는 일 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 복수의 탄성 범프는 에어 포일(622)이 베어링 하우징에 삽입된 상태(예: 도 4b)에서, 회전축(311)의 외주면을 감싸도록, 원주 방향(R)을 따라 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 탄성 범프(6221A)는 도 6a와 같이 제2포일 영역(A2)의 적어도 일부가 엠보싱(embossing) 가공되어 형성될 수 있다. 이 경우, 탄성 범프(6221A)는 엠보싱 가공을 통해 표면적이 넓어지기 때문에, 탄성 범프(6221A)가 형성되지 않은 제2포일 영역(A2)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 따라서, 탄성 범프(6221A)는 두께 방향으로 가해지는 외력에 따라 형태가 변형하면서 탄성 작용을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 탄성 범프(6221B)는 도 6b와 같이 제2포일 영역(A2)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성 범프(6221B)는 제2포일 영역(A2)의 폭 방향 단부가 길이 방향으로 절개되고, 절개된 부위가 다른 영역에 비해 상대적으로 높은 곡률을 가지도록 프레스(press) 성형될 수 있다. 이 경우, 돌출된 탄성 범프(6221B)는 폭 방향으로 일부가 절개됨으로써 스프링 작용에 따른 강성이 조절될 수 있다.
도 7a는 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 단면도이고, 도 7b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링(720)은 베어링 하우징(721) 및, 에어 포일(722)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 베어링 하우징(721)은 회전축(711)이 관통 삽입되는 중공(7211)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 베어링 하우징(721)은 중공(7211)의 내주면에 형성되고, 에어 포일(722)이 삽입 고정되기 위한 삽입홈(7212)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 에어 포일(722)은 베어링 하우징(721) 및 회전축(711) 사이에 위치하도록, 중공(7212) 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일(722)은 축 방향에 수직한 회전축(711)의 단면을 기준으로, 원주 방향(R)을 따라 회전축(711)의 외면 전체를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 도 7a와 같이 에어 포일(722)은 회전축(711)의 외면을 한 바퀴 감싸는 형태로 중공(7212) 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 에어 포일(722)은 축 방향에 수직한 단면을 기준으로 양 단이 중공에 고정될 수 있다. 예를 들어, 에어 포일(722)은 제1단부(722A)에 연결되고 삽입홈(7212)에 삽입되도록 절곡되는 제1삽입부분(7220)과, 제2단부(722B)에 연결되고 삽입홈(7212)에 삽입되기 위한 제2삽입부분(7223)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 에어 포일(722)은 도 7a와 같이 제1삽입부분(7220)이 삽입홈(7212)에 삽입된 상태에서, 회전축(711)의 외면을 한 바퀴 감싸도록 롤링될 수 있다. 이 경우, 중공(7211)의 반경 방향을 기준으로 삽입홈(7212)에 중첩되는 에어 포일(722) 부위에는 제2단부(722B)에 형성된 제2삽입부분(7223)이 반경 방향으로 통과하여 삽입홈(7212)에 끼워질 수 있도록 관통구(7224)가 형성될 수 있다. 따라서, 제2삽입부분(7223)은 관통구(7224)를 통과하여 삽입홈(7212)에 끼워질 수 있다. 따라서, 에어 포일(722)은 중공(7212) 내에 보다 견고하게 장착될 수 있다.
도 8a은 일 실시 예에 따른 에어 포일이 펼쳐진 상태를 도시하는 도면이고, 도 8b는 일 실시 예에 따른 에어 포일이 롤링된 상태를 도시하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어 포일(822)은 제1포일 영역(A1), 한 쌍의 제2포일 영역(A2) 및 제3포일 영역(A3)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 한 쌍의 제2포일 영역(A21, A22)은 에어 포일(822)의 길이 방향에 수직한 폭 방향 양단에 각각 형성될 수 있다. 에어 포일(822)이 도 3b와 같이 베어링 하우징(321)의 중공(3211) 내에 배치된 경우, 한 쌍의 제2포일 영역(A21, A22)은 제1포일 영역(A1)의 축 방향 양단에 위치할 수 있다. 제2포일 영역(A2)에는 길이 방향을 따라 형성되고, 탄성 작용을 하는 복수의 탄성 범프(8221)가 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 제3포일 영역(A3)은 한 쌍의 제2포일 영역(A2) 사이에 간격을 두고 형성될 수 있다. 이 경우, 제3포일 영역(A3)은 제1포일 영역(A1)을 길이 방향으로 가로지르도록 형성될 수 있다. 제3포일 영역(A3)은 길이 방향을 따라 형성되는 복수의 탄성 범프(8221)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에서는, 제3포일 영역(A3)에 형성된 탄성 범프가 제2포일 영역(A2)에 형성된 탄성 범프와 동일한 형태를 가지는 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 제3포일 영역(A3)에 형성된 탄성 범프의 형태 및 배치는 에어 포일의 설계 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
일 실시 예에서, 제3포일 영역(A3)은 에어 포일(822)에 작용하는 반경 방향 하중에 따른 탄성 작용을 보조할 수 있다. 따라서, 에어 포일(822)은 제1포일 영역(A1)을 통해 회전축의 회전에 따른 반경 방향 하중을 작용받고, 제2포일 영역(A2) 및 제2포일 영역(A2)을 통해 댐핑 및 탄성 작용을 함으로써, 회전축과의 비접촉 상태를 유지하면서 회전축의 회전을 지지할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 에어 포일 저널 베어링(320)은, 회전축(311)을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축(311)이 삽입되는 중공(3211)을 포함하는 베어링 하우징(321), 및 상기 중공(3211)의 내주면 및 상기 회전축(311)의 외주면 사이에 배치되는 에어 포일(322)을 포함하고, 상기 에어 포일(322)은, 상기 회전축(311)의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되는 제1포일 영역(A1), 및 상기 회전축(311)의 축 방향(A)을 따라 상기 제1포일 영역(A1)의 양단에 각각 배치되고, 상기 원주 방향(R)을 따라 복수의 탄성 범프(4221)가 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역(A21, A22)을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 에어 포일(322)의 제1포일 영역(A1) 및 제2포일 영역(A2)은 일체로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 회전축(311)에 수직한 단면을 기준으로, 상기 탄성 범프(4221)는 상기 회전축(311)의 외주면으로부터 상기 중공(3211)의 내주면을 향해 돌출되는 형상을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 탄성 범프(4221)는 상기 제2포일 영역(A2)의 적어도 일부가 상기 원주 방향(R)을 따라 절개되어 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 탄성 범프(4221)는 상기 제2포일 영역(A2)의 적어도 일부가 엠보싱(embossing) 가공되어 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 탄성 범프(4221)는 상기 제2포일 영역(A2)의 적어도 일부가 다른 영역에 비해 상대적으로 큰 곡률(curvature)을 가지도록 프레싱(pressing)되어 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 축 방향(A)에 나란한 폭을 기준으로, 상기 제1포일 영역(A1)의 폭(t1)은 상기 각각의 제2포일 영역(A2)의 폭(t21, t22)보다 넓을 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 원주 방향(R)을 기준으로, 상기 에어 포일(322)의 제1단부(322A)는 상기 베어링 하우징(321)에 고정단으로 연결되고, 상기 제1단부(322A)에 반대되는 제2단부(322B)는 자유단으로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 베어링 하우징(311)은 상기 중공(3211)의 내주면에 오목지게 형성되는 삽입홈(3212)을 포함하고, 상기 에어 포일(322)의 제1단부(322A)에는 상기 중공(3211)의 반경 방향 외측으로 절곡되고, 상기 삽입홈(3212)에 삽입 고정되는 제1삽입부분(3220)이 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 에어 포일(722)은 상기 회전축(711)의 외면을 적어도 한번 이상 감싸도록 상기 원주 방향(R)을 따라 연장되고, 상기 중공(7211)의 반경 방향(D)을 기준으로 상기 삽입홈(7212)에 중첩되는 에어 포일(722) 부위에는 상기 제2단부(722B)에 형성된 제2삽입부분(7223)이 상기 반경 방향으로 통과할 수 있도록 관통 형성되는 관통구(7224)가 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 제1포일 영역(A1) 및 제2포일 영역(A2)은 상기 원주 방향(R)으로의 길이가 실질적으로 동일할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 축 방향(A)에 수직한 단면을 기준으로, 상기 에어 포일(322)은 상기 원주 방향(R)을 따라 상기 회전축(311)의 외면을 180도 이상 360도 이하 범위로 둘러싸도록 연장될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 축 방향(A)에 수직한 단면을 기준으로, 상기 에어 포일(322)은 상기 원주 방향(R)을 따라 상기 회전축(311)의 외주면 전체를 둘러싸도록 연장될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 에어 포일(322)은, 상기 회전축(311)의 외면을 마주보는 상기 제1포일 영역(A1)의 내면에 코팅되고, 테프론(PETE, polytetrafluoroethylene) 재질을 포함하는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 에어 포일(811)은, 상기 한 쌍의 제2포일 영역(A2) 사이에 간격을 두고 형성되고, 상기 원주 방향(R)을 따라 복수의 상기 탄성 범프(8221)가 형성되는 제3포일 영역(A3)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 회전축(311)을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 저널 베어링(320)은, 상기 회전축(311)이 삽입되는 중공(3211)을 포함하는 베어링 하우징(321), 및 제1단부(322A)가 상기 베어링 하우징(321)에 고정되고, 상기 제1단부(322A)에 반대되는 제2단부(322B)가 상기 회전축(311)의 외면을 따라 원주 방향(R)으로 연장되고, 상기 회전축(311)의 외주면으로부터 소정의 간격을 형성하도록 상기 중공에 배치되는 에어 포일(322)을 포함하고, 상기 에어 포일(322)은 상기 회전축(311)의 축 방향(A)을 기준으로, 상기 회전축(311)의 회전에 따른 압력을 작용받는 제1포일 영역(A1), 및 상기 제1포일 영역(A1)의 양 단에 각각 배치되고, 상기 회전축(311)의 회전에 따른 압력에 따라 형태가 변화하는 복수의 탄성 범프(4221)가 상기 원주 방향(R)을 따라 각각 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역(A2)을 포함하고, 상기 에어 포일(322)은 단일 부재로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 제1포일 영역(A1)은 표면이 매끄러운 만곡면으로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 베어링 하우징(321)은 상기 중공(3211)의 내주면에 형성되는 삽입홈(3212)을 포함하고, 상기 에어 포일(322)은 상기 제1단부(322A)에 형성되고, 상기 삽입홈(3212)에 삽입되도록 상기 중공의 반경 방향 외측으로 절곡되는 삽입부분(3220)을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 에어 포일(322)은 상기 단일 부재를 가공하여 상기 제2포일 영역(A2)에 상기 탄성 범프(4221)를 형성하고, 상기 원주 방향으로 롤링(rolling)하여 일체로 형성할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 기계 장치(1)는, 하우징(250, 260), 상기 하우징(250, 260) 내부에 배치되고, 축 방향으로 연장되는 회전축(311)을 포함하는 모터(210), 상기 회전축(311)에 결합되고, 상기 모터(210)의 작동에 따라 회전하는 임펠러(240), 상기 회전축(311)을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 저널 베어링(320)을 포함하고, 상기 에어 포일 저널 베어링(320)은, 상기 회전축(311)이 삽입되는 중공(3211)이 형성된 베어링 하우징(321), 상기 중공(3211)에 배치되고, 상기 회전축(311)의 외주면과의 사이에서 공기층을 형성하며 상기 중공(3211)의 내주면을 따라 연장되는 에어 포일(322)을 포함하고, 상기 에어 포일(322)은 상기 회전축(311)의 축 방향(A)을 기준으로, 제1포일 영역(A1), 및 상기 제1포일 영역(A1)의 양단에 각각 배치되고, 상기 회전축(311)의 회전에 따라 탄성력을 발생시키는 복수의 탄성 범프(4221)가 상기 원주 방향(R)을 따라 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역(A2)을 포함하고, 상기 제1포일 영역(A1) 및 제2포일영역은 일체로 형성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 저널 베어링에 있어서,
    상기 회전축이 삽입되는 중공을 포함하는 베어링 하우징;
    상기 중공의 내주면 및 상기 회전축의 외주면 사이에 배치되는 에어 포일을 포함하고,
    상기 에어 포일은,
    상기 회전축의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되는 제1포일 영역;
    상기 회전축의 축 방향을 따라 상기 제1포일 영역의 양단에 각각 연결되고, 상기 회전축의 둘레를 감싸도록 원주 방향으로 연장되고, 표면에 상기 원주 방향을 따라 형성되는 복수의 탄성 범프가 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고,
    상기 에어 포일의 제1포일 영역 및 제2포일 영역은 일체로 연결되는, 에어 포일 저널 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1포일 영역의 표면은 매끄러운 만곡면으로 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전축에 수직한 단면을 기준으로,
    상기 탄성 범프는 상기 회전축의 외주면으로부터 상기 중공의 내주면을 향해 돌출되는 형상을 포함하는, 에어 포일 저널 베어링.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성 범프는,
    상기 제2포일 영역의 적어도 일부가 상기 원주 방향을 따라 절개되어 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 탄성 범프는,
    상기 제2포일 영역의 적어도 일부가 엠보싱(embossing) 가공되어 형성되는, 에어 포일 저널 베어링
  6. 제3항에 있어서,
    상기 탄성 범프는,
    상기 제2포일 영역의 적어도 일부가 다른 영역에 비해 상대적으로 큰 곡률(curvature)을 가지도록 프레싱(pressing)되어 형성되는, 에어 포일 저널 베어링
  7. 제1항에 있어서,
    상기 축 방향에 나란한 폭을 기준으로,
    상기 제1포일 영역의 폭은 상기 각각의 제2포일 영역의 폭보다 넓은, 에어 포일 저널 베어링.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원주 방향을 기준으로,
    상기 에어 포일의 제1단부는 상기 베어링 하우징에 고정단으로 연결되고, 상기 제1단부에 반대되는 제2단부는 자유단으로 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은 상기 중공의 내주면에 오목지게 형성되는 삽입홈을 포함하고,
    상기 에어 포일의 제1단부에는 상기 중공의 반경 방향 외측으로 절곡되고, 상기 삽입홈에 삽입 고정되는 제1삽입부분이 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에어 포일은 상기 회전축의 외주면을 적어도 한번 이상 감싸도록 상기 원주 방향을 따라 연장되고,
    상기 중공의 반경 방향을 기준으로 상기 삽입홈에 중첩되는 에어 포일 부위에는 상기 제2단부에 형성된 제2삽입부분이 상기 반경 방향으로 통과할 수 있도록 관통 형성되는 관통구가 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1포일 영역 및 제2포일 영역은 상기 원주 방향으로의 길이가 실질적으로 동일한, 에어 포일 저널 베어링.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 축 방향에 수직한 단면을 기준으로,
    상기 에어 포일은 상기 원주 방향을 따라 상기 회전축의 외주면을 180도 이상 360도 이하 범위로 둘러싸도록 연장되는, 에어 포일 저널 베어링.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 축 방향에 수직한 단면을 기준으로,
    상기 에어 포일은 상기 원주 방향을 따라 상기 회전축의 외주면 전체를 둘러싸도록 연장되는, 에어 포일 저널 베어링.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 에어 포일은,
    상기 회전축의 외주면을 마주보는 상기 제1포일 영역의 내면에 코팅되고, 테프론(PETE, polytetrafluoroethylene) 재질을 포함하는 코팅층을 더 포함하는, 에어 포일 저널 베어링.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 에어 포일은,
    상기 한 쌍의 제2포일 영역 사이에 간격을 두고 형성되고, 상기 원주 방향을 따라 복수의 상기 탄성 범프가 형성되는 제3포일 영역을 더 포함하는, 에어 포일 저널 베어링.
  16. 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 저널 베어링에 있어서,
    상기 회전축이 삽입되는 중공을 포함하는 베어링 하우징; 및
    제1단부가 상기 베어링 하우징에 고정되고, 상기 제1단부에 반대되는 제2단부가 상기 회전축의 외주면을 따라 원주 방향으로 연장되고, 상기 회전축의 외주면으로부터 소정의 간격을 형성하도록 상기 중공에 배치되는 에어 포일을 포함하고,
    상기 에어 포일은 상기 회전축의 축 방향을 기준으로,
    상기 회전축의 회전에 따른 압력을 작용받는 제1포일 영역; 및
    상기 제1포일 영역의 양 단에 각각 배치되고, 상기 회전축의 회전에 따른 압력에 따라 탄성 작용하는 복수의 탄성 범프가 상기 원주 방향을 따라 각각 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고,
    상기 에어 포일은 단일 부재로 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1포일 영역은 표면이 매끄러운 만곡면으로 형성되는, 에어 포일 저널 베어링.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은 상기 중공의 내주면에 형성되는 삽입홈을 포함하고,
    상기 에어 포일은 상기 제1단부에 형성되고, 상기 삽입홈에 삽입되도록 상기 중공의 반경 방향 외측으로 절곡되는 삽입부분을 포함하는, 에어 포일 저널 베어링.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 에어 포일은,
    상기 단일 부재를 가공하여 상기 제2포일 영역에 상기 탄성 범프를 형성하고, 상기 원주 방향으로 롤링(rolling)하여 일체로 형성한, 에어 포일 저널 베어링.
  20. 기계 장치에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되고, 축 방향으로 연장되는 회전축을 포함하는 모터;
    상기 회전축에 결합되고, 상기 모터의 작동에 따라 회전하는 임펠러;
    상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 저널 베어링을 포함하고,
    상기 에어 포일 저널 베어링은,
    상기 회전축이 삽입되는 중공이 형성된 베어링 하우징;
    상기 중공에 배치되고, 상기 회전축의 외주면과의 사이에서 공기층을 형성하며 상기 중공의 내주면을 따라 연장되는 에어 포일을 포함하고,
    상기 에어 포일은 상기 회전축의 축 방향을 기준으로,
    제1포일 영역; 및
    상기 제1포일 영역의 양단에 각각 배치되고, 상기 회전축의 회전에 따라 탄성력을 발생시키는 복수의 탄성 범프가 상기 원주 방향을 따라 형성되는 한 쌍의 제2포일 영역을 포함하고,
    상기 제1포일 영역 및 제2포일영역은 일체로 형성되는, 기계 장치.
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