에어 포일 베어링(Air foil bearing)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2017-0058083
(43) 공개일자 2017년05월26일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F16C 17/04 (2006.01) F01D 25/12 (2006.01)
F04D 29/046 (2006.01) F04D 29/58 (2006.01)
F16C 27/02 (2006.01) F16C 37/00 (2006.01)
(52) CPC특허분류
F16C 17/042 (2013.01)
F01D 25/125 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2015-0161850
(22) 출원일자 2015년11월18일
심사청구일자 없음
(71) 출원인
한온시스템 주식회사
대전광역시 대덕구 신일서로 95 (신일동)
(72) 발명자
박치용
대전광역시 대덕구 신일서로 95 (신일동)
양현섭
대전광역시 대덕구 신일서로 95 (신일동)
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
특허법인 정안
전체 청구항 수 : 총 7 항
(54) 발명의 명칭 에어 포일 베어링
(57) 요 약
본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로, 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링(700)에 있어서,
상기 에어 포일 베어링(700)은, 원판형의 플레이트(702)와, 상기 플레이트(702) 상에 결합되는 복수의 범프 포일
(706)과, 상기 범프 포일(706)의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트(702)에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포
일(704)을 포함하며, 상기 플레이트(702)에는 냉각 공기가 이동할 수 있는 복수의 냉각 유로(710)가 일체로 형성
된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압력이 상대적으로 많이 가해져 발열되는 부위에 대응하여 냉각 유로가 에어 포일 베어링에
일체로 형성되므로 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.
대 표 도 - 도3
공개특허 10-2017-0058083
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(52) CPC특허분류
F04D 29/046 (2013.01)
F04D 29/58 (2013.01)
F04D 29/582 (2013.01)
F16C 27/02 (2013.01)
F16C 37/00 (2013.01)
F16C 2360/00 (2013.01)
F16C 2360/44 (2013.01)
(72) 발명자
박건웅
대전광역시 대덕구 신일서로 95 (신일동)
임차유
대전광역시 대덕구 신일서로 95 (신일동)
정현석
대전광역시 대덕구 신일서로 95 (신일동)
공개특허 10-2017-0058083
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명 세 서
청구범위
청구항 1
회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링(700)에 있어서,
상기 에어 포일 베어링(700)은, 원판형의 플레이트(702)와, 상기 플레이트(702) 상에 결합되는 복수의 범프 포
일(706)과, 상기 범프 포일(706)의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트(702)에 결합되고 타단이 자유단인 탑
포일(704)을 포함하며,
상기 플레이트(702)에는 냉각 공기가 이동할 수 있는 복수의 냉각 유로(710)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하
는 에어 포일 베어링.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 냉각 유로(710)는 직선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.
청구항 3
제2항에 있어서,
상기 냉각 유로(710)는 상기 범프 포일(706)을 향하는 상기 플레이트(702)의 판면 상에 요입 형성된 것을 특징
으로 하는 에어 포일 베어링.
청구항 4
제3항에 있어서,
상기 냉각 유로(710)는 상기 플레이트(702)의 반경 방향을 따라 방사상으로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포
일 베어링.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 냉각 유로(710)는 상기 복수의 범프 포일(706)의 사이에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베
어링.
청구항 6
제5항에 있어서,
상기 플레이트(702)에는 상기 냉각 유로(710)와 연통되는 복수의 유로홈(712)이 형성된 것을 특징으로 하는 에
어 포일 베어링.
청구항 7
제6항에 있어서,
상기 유로홈(712)은 상기 범프 포일(706)의 내측으로 요입 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각 성능이 향상된 에어 포일 베어링에 관한 것[0001]
이다.
공개특허 10-2017-0058083
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배 경 기 술
베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전 가능하게[0002]
지지하는 기계 요소이다. 볼 베어링이나 저널 베어링은 유막을 이용해 축을 지지하는 방식이고, 포일 베어링은
탑 포일과 축 사이에 고압의 공기층을 형성하여 축을 지지하는 방식의 베어링이다.
에어 포일 베어링은 로터가 고속 회전할 때 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 점성을 갖는 유체인[0003]
공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 축 하중을 지지한다.
에어 포일 베어링은 고속으로 회전하는 회전축을 지지하는데 효과적이므로, 터보 압축기나 터보 쿨러, 터보 발[0004]
전기, 공기 압축기 등의 회전기기 내에서 고속으로 회전하는 회전축에 적용할 수 있다.
이러한 에어 포일 베어링의 일 예가 한국특허등록 제1396889호에 개시되어 있다.[0005]
일반적으로 에어 포일 베어링은 한 쌍의 원판 형상의 플레이트 사이에 범프 포일 및 탑 포일이 배치되는 구조를[0006]
갖는다. 에어 포일 베어링은 구동 시 발생되는 진동에 의해 범프 포일이 탑 포일 및 플레이트에 접촉하면서 마
찰열이 발생된다. 지나친 마찰열의 발생은 에어 포일 베어링의 변형을 일으키는 원인이 되어 베어링 성능을 악
화시키는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 플레이트의 뒷면 케이스에 냉각 유로가 구비되고, 냉각 유로를 통해 냉각 공기가[0007]
탑 포일까지 공급되도록 프렐이트 상에 공기 출구가 관통 형성된다. 그러나 공기 출구가 작아 충분한 냉각 공기
를 전달하기 어려우며, 냉각 공기가 전도를 통해 플레이트와 연교환하여 냉각이 이루어지므로 압력과 온도가 높
은 범프 포일의 중앙부를 냉각하기에는 냉각 성능이 턱없이 부족한 문제가 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 한국특허등록 제1396889호(등록일: 2015. 05. 13) [0008]
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 목적은 냉각 성능이 향상된 에어 포일 베어링을 제공하는 것이다.[0009]
과제의 해결 수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 에어 포일 베어링은, 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포[0010]
일 베어링(700)에 있어서, 상기 에어 포일 베어링(700)은, 원판형의 플레이트(702)와, 상기 플레이트(702) 상에
결합되는 복수의 범프 포일(706)과, 상기 범프 포일(706)의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트(702)에 결합
되고 타단이 자유단인 탑 포일(704)을 포함하며, 상기 플레이트(702)에는 냉각 공기가 이동할 수 있는 복수의
냉각 유로(710)가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 유로(710)는 직선형으로 형성된 것을 특징으로 한다.[0011]
상기 냉각 유로(710)는 상기 범프 포일(706)을 향하는 상기 플레이트(702)의 판면 상에 요입 형성된 것을 특징[0012]
으로 한다.
상기 냉각 유로(710)는 상기 플레이트(702)의 반경 방향을 따라 방사상으로 형성된 것을 특징으로 한다.[0013]
상기 냉각 유로(710)는 상기 복수의 범프 포일(706)의 사이에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.[0014]
상기 플레이트(702)에는 상기 냉각 유로(710)와 연통되는 복수의 유로홈(712)이 형성된 것을 특징으로 한다.[0015]
상기 유로홈(712)은 상기 범프 포일(706)의 내측으로 요입 형성된 것을 특징으로 한다.[0016]
발명의 효과
공개특허 10-2017-0058083
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본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 압력이 상대적으로 많이 가해져 발열되는 부위에 대응하여 냉[0017]
각 유로가 에어 포일 베어링에 일체로 형성되므로 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 에어 포일 베어링이 설치된 예를 도시한 단면도,[0018]
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링에 대해 상세히 설명하기로 한다.[0019]
도 1은 본 발명의 에어 포일 베어링이 설치된 예를 도시한 단면도이다.[0020]
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 고속으로 회전하는 회전축이 구비[0021]
된 기계장치에 설치된다. 본 명세서에서는 편의상 공기 압축기(10)에 장착된 블로어 모터(600)의 회전축(650)을
지지하는데 에어 포일 베어링(700)이 설치된 것을 예로 들어 설명하고자 한다(그러나 이러한 설명은 하나의 실
시 예일 뿐, 회전하는 축을 가진 기계장치 어디에 적용되어도 무방하다).
차량용 공기 압축기(10)는 외관을 형성하는 하우징(100)과, 하우징(100)의 전방에 결합되어 공기를 압축하는 임[0022]
펠러(400)와, 임펠러(400)를 수용하는 임펠러 수용부(200) 및 임펠러 하우징(300)과, 하우징(100)의 후방에 결
합되는 리어 커버(500)와, 하우징(100)의 내부에 설치되어 임펠러(400)를 회전 구동시키는 블로어 모터(600)를
포함하여 구성된다.
임펠러 하우징(300)의 전방 중앙에는 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)가 형성되고, 전방 양측에는 공기[0023]
토출구(330)가 형성된다. 임펠러(400)는 임펠러 하우징(300)의 내부에 설치되며, 임펠러(400)를 관통하는 중공
에 후술할 블로어 모터(600)의 회전축(650)이 결합된다. 즉, 임펠러(400)는 회전축(650)에 의해 지지된다. 임펠
러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기는 임펠러(400)에 의해 압축되어 공기 토출구(330)로 배출
된다.
블로어 모터(600)는 하우징(100)의 내측에 삽입된 모터 하우징(600a)에 삽입된다. 블로어 모터(600)는 모터 하[0024]
우징(600a)의 내주면에 내주면에 인접하게 설치되며 중공을 관통하여 설치되는 회전축(650)과, 회전축(650)의
외주면에 결합되는 로터(610)로 구성된다. 회전축(650)에는 길이 방향을 따라 중공(650a)이 관통 형성된다.
회전축(650)은 일단이 임펠러(400)의 중공에 결합된 상태에서 임펠러(400)의 후방에 설치되는 트러스트 베어링[0025]
(thrust bearing, 700) 및 저널 베어링(750)에 의해 하우징(100)의 내측에 회전 가능하게 지지되고, 후방 단부
역시 후방 베어링(800)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링에 대해 상세히 설명하기로 한다.[0026]
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에[0027]
따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이다.
회전축(650)의 전방 쪽에는 원판 형상의 트러스트 디스크(700a) 및 베어링 서포터(700b)가 형성되며, 트러스트[0028]
디스크(700a)의 전방 쪽 일면 및 후방 쪽 타면에 인접하여 트러스트 베어링(700)이 삽입된다(도 1 참조).
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 트러스트 베어링(700)은 에어 포일(air foil)[0029]
베어링으로, 원판형의 플레이트(702)에 복수의 부채꼴 형상의 범프 포일(706)을 안착시키고 다시 탑 포일(704)
로 커버한 형태이다. 트러스트 베어링(700)의 중앙에는 회전축(650)이 삽입되는 원형의 홀이 형성된다. 회전축
(650)이 트러스트 베어링(700)의 홀에 삽입된 상태에서 범프 포일(706)의 일면은 탑 포일(704)이 트러스트 디스
크(700a)의 일면과 인접하고 타면은 플레이트(702)에 안착된다.
탑 포일(704)은 일단이 플레이트(702)에 고정되고 타단이 플레이트(702)와 이격되어 변형되는 자유단으로 형성[0030]
된다. 범프 포일(706)은 부채꼴의 판 형태로 형성되며, 탑 포일(704)의 고정단과 자유단의 사이에서 탑 포일
(704)과 접촉된다. 탑 포일(704)과 범프 포일(706)은 용접에 의해 플레이트(702)에 부착된다.
로터(610)의 고속회전에 따라 트러스트 디스크(700a)와 에어 포일 사이에 점성을 갖는 유체인 공기가 유입되어[0031]
공개특허 10-2017-0058083
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압력을 형성함으로써 회전 시 하중을 지지한다. 회전 시 높은 압력이 가해지는 영역은 회전 방향의 반대쪽 외경
부분 중 코너 쪽 및 외경의 코너 쪽에서 내경 쪽으로 향하는 중앙 부위까지로, 압력이 많이 가해지는 부분에 발
열량이 커지게 된다. 발열량이 큰 부분의 냉각 성능을 향상시키기 위해 본 발명에서는 압력이 높은 부분에 대응
하는 플레이트(702)에 냉각 유로(710)를 일체로 형성한다.
냉각 유로(710)는 복수의 범프 포일(706)의 사이에 플레이트(702)의 반경 방향을 따라 냉각 유로(710)가 방사상[0032]
으로 형성된다. 냉각 유로(710)는 직선형으로 구비되며, 범프 포일(706)을 향하는 플레이트(702)의 판면으로부
터 내측으로 요입 형성되어 냉각 공기가 지나가는 유로를 형성한다.
각각의 냉각 유로(710)에는 범프 포일(706)의 용접 부위 반대쪽 내측으로 요입 형성된 유로홈(712)이 추가로 구[0033]
비될 수 있다. 유로홈(712)의 형성을 위해 범프 포일(706)은 유로홈(712)에 대응되는 부분의 길이가 짧게 형성
될 수 있다.
냉각 유로(710)와 유로홈(712)은 상호 연통되며, 냉각 유로(710)가 플레이트(702)의 판면으로부터 요입 형성되[0034]
므로 플레이트(702)와 트러스트 디스크(700a)의 사이에 냉각 공기가 유동할 수 있는 공간이 형성된다.
따라서 플레이트(702)의 내경 쪽에서 냉각 유로(710)를 통해 냉각 공기가 유입된 후 유로홈(712)으로 공기가 유[0035]
입되고, 유로홈(712)에서 공기가 회전하여 범프 포일(706)을 냉각시킨 후 냉각 유로(710)를 통해 배출된다.
기존에 냉각 공기의 유동을 위한 유로가 형성되지 않았을 때보다 냉각 유로(710)가 형성된 후 공기가 유동할 수[0036]
있는 단면적이 증가되므로, 범프 포일(706)의 내로만 순환하던 공기를 범프 포일(706) 내부는 물론 냉각 유로
(710)로도 순환시킬 수 있다. 따라서 냉각 공기의 유동 면적이 증가되어 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다. 이
에 따라 열에 의한 트러스트 베어링(700)의 변형을 최소화할 수 있다.
전술한 실시 예에서는 일자형의 냉각 유로(710)와 냉각 유로(710)에 연결된 유로홈(712)이 구비된 것을 설명하[0037]
였으나, 냉각 유로(710)는 'D'자 형으로 형성될 수도 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서[0038]
는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상
의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한
개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
부호의 설명
10: 공기 압축기 100: 하우징[0039]
110: 임펠러 수용부 300: 임펠러 하우징
310: 공기 유입구 330: 공기 토출구
400: 임펠러 500: 리어 커버
600: 블로어 모터 600a: 모터 하우징
610: 로터 650: 모터 샤프트
650a: 중공 700: 트러스트 베어링
700a: 트러스트 디스크 702: 플레이트
704: 탑 포일 706: 범프 포일
710: 냉각유로 712: 유로홈
공개특허 10-2017-0058083
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도면
도면1
공개특허 10-2017-0058083
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도면2
공개특허 10-2017-0058083
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도면3
공개특허 10-2017-0058083
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