KR101187892B1 - Air foil bearing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베어링의 강성이 증가되고 감쇠 능력이 향상되는 개선된 구조의 에어 포일 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an airfoil bearing of improved construction in which the rigidity of the bearing is increased and the damping ability is improved.

본 발명에 관한 에어 포일 베어링은 하우징; 상기 하우징의 내측면에 원주 방향으로 배치되는 탑 포일; 및 상기 하우징과 상기 탑 포일 사이에 배열되며, 서로 대응되는 요철 형상으로 결합되며, 탄성력을 갖는 상부 범프 포일 및 하부 범프 포일을 포함한다. Air foil bearing according to the present invention is a housing; A top foil disposed circumferentially on an inner surface of the housing; And an upper bump foil and a lower bump foil, which are arranged between the housing and the top foil, are coupled in a concave-convex shape corresponding to each other, and have elasticity.

에어 포일 베어링, 범프, 피치 Air foil bearing, bump, pitch

Description

에어 포일 베어링{Air foil bearing}Air foil bearing

도 1은 일반적인 에어 포일 베어링의 구조를 나타내는 평면도이다.1 is a plan view showing the structure of a general air foil bearing.

도 2는 도 2의 범프 포일의 구조를 나타내는 전개도이다.FIG. 2 is a developed view illustrating a structure of the bump foil of FIG. 2.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 에어 포일 베어링의 구조를 나타내는 평면도이다.3 is a plan view showing the structure of an air foil bearing according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 에어 포일 베어링의 범프 포일의 구조를 나타내는 전개도이다.FIG. 4 is a developed view illustrating a structure of a bump foil of the air foil bearing of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 에어 포일 베어링의 범프 포일의 구조를 나타내는 전개도이다.5 is a developed view showing the structure of the bump foil of the air foil bearing according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 에어 포일 베어링 110: 하우징100: air foil bearing 110: housing

120: 탑포일 130: 상부 범프 포일120: top foil 130: upper bump foil

140: 하부 범프 포일140: lower bump foil

본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로서, 상세하게는 베어링의 강성이 증가되고 감쇠 능력이 향상되는 개선된 구조의 에어 포일 베어링에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an air foil bearing, and more particularly, to an air foil bearing of an improved structure in which the rigidity of the bearing is increased and the damping ability is improved.

통상적으로 회전체를 축 방향 또는 반경 방향으로 지지하기 위해서 에어 포일 베어링이 적용될 수 있다. 에어 포일 베어링은 기존의 볼 베어링이나 저널 베어링과 같이 유막을 이용하여 축을 지지하는 방식이 아니고, 에어 포일과 축 사이에 고압의 공기층을 형성하여 축을 지지하는 방식이다. Typically an air foil bearing can be applied to support the rotor in an axial or radial direction. The air foil bearing is not a method of supporting the shaft by using an oil film like a conventional ball bearing or a journal bearing, but a method of supporting the shaft by forming a high-pressure air layer between the air foil and the shaft.

에어 포일 베어링은 특히 고속으로 회전하는 회전체의 축을 지지하는데 효과적이다. 보통 50,000rpm 이상부터 150,000rpm까지의 고속 터보 기기의 베어링으로 사용되며, 기존의 볼 베어링, 유체막 베어링(fluid film bearing)을 대체할 수 있다. 특히 고속으로 회전하기 때문에, 소형, 경량의 터보기기의 베어링으로 사용되며, 산업상으로는 소형 터보기기, 공기 압축기, 가스 압축기, 냉매 압축기, 터보 블로워, 공기 사이클 기계에 적용될 수 있다.Air foil bearings are particularly effective for supporting the shaft of a rotating body rotating at high speed. It is usually used as a bearing for high speed turbomachineries from 50,000 rpm to 150,000 rpm, and it can replace the existing ball bearing and fluid film bearing. In particular, since it rotates at a high speed, it is used as a bearing of a small and light turbo machine, and industrially, it can be applied to a small turbo machine, an air compressor, a gas compressor, a refrigerant compressor, a turbo blower, and an air cycle machine.

이러한 에어 포일 베어링에서는 회전축의 회전속도가 임계 속도를 통과하는 경우 진동과 충격이 매우 심하게 발생되어 에어 포일 베어링을 손상시킬 수도 있다. In such an air foil bearing, when the rotational speed of the rotating shaft passes through the critical speed, vibration and shock are generated very severely, which may damage the air foil bearing.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 도 1 및 도 2에 나타난 에어 포일 베어링과 같은 구조가 제안되었다. 도 1 및 2를 참조하면, 에어 포일 베어링(1)은, 회전축(미도시)이 회전 가능하도록 내부에 원통형의 회전축 수용부(11)가 형성되는 하우징(10)과 탑 포일(20) 및 범프 포일(30)로 이루어져 있다.In order to solve this problem, a structure such as an air foil bearing shown in FIGS. 1 and 2 has been conventionally proposed. Referring to FIGS. 1 and 2, the air foil bearing 1 includes a housing 10, a top foil 20, and bumps having a cylindrical rotation shaft receiving portion 11 formed therein such that a rotation shaft (not shown) is rotatable. It consists of a foil (30).

그리고, 상기 하우징(10)의 내부에 형성된 블럭(50)에는 유연성이 있는 탑 포일(20)의 일단부가 고정되는데, 상기 탑 포일(20)이 하우징(10)의 원주방향으로 운동이 가능하게 된다. 상기 탑 포일(20)과 하우징(10)의 내부면 사이에는 물결모양의 범프 포일(30)이 개재되어 상기 탑 포일(20)을 지지하게 된다. 여기서, 상기 범프 포일(30)은 소정의 탄성을 가지는 부재로서, 평행한 배열로 정렬되어 있고, 양단부가 자유롭다. In addition, one end of the flexible top foil 20 is fixed to the block 50 formed inside the housing 10, and the top foil 20 is movable in the circumferential direction of the housing 10. . A wavy bump foil 30 is interposed between the top foil 20 and the inner surface of the housing 10 to support the top foil 20. Here, the bump foil 30 is a member having a predetermined elasticity, is arranged in a parallel arrangement, and both ends are free.

상술한 구성을 가지는 에어 포일 베어링(1)에 있어서, 상기 하우징(10) 내에 회전축(미도시)이 서서히 회전하게 되면, 회전축과 상기 회전축과 접촉하는 탑 포일(20) 사이로 고압의 공기층이 형성되고, 상기 공기의 압력은 회전축의 회전력으로 인하여 급속하게 상승하게 되어, 반경 방향으로 큰 하중이 가해지게 된다. 이때 상기 하중은 탑 포일(20)이 일차적으로 지지하게 된다. In the air foil bearing 1 having the above-described configuration, when a rotating shaft (not shown) rotates slowly in the housing 10, a high-pressure air layer is formed between the rotating shaft and the top foil 20 in contact with the rotating shaft. The pressure of the air rises rapidly due to the rotational force of the rotating shaft, and a large load is applied in the radial direction. In this case, the load is primarily supported by the top foil 20.

또한, 반경 방향의 하중이 상기 탑 포일(20)로 가해지면, 상기 탑 포일(20)은 원주방향으로 움직일 수 있고, 범프 포일(30)과 미끄럼 마찰이 발생된다. 상기 발생된 미끄럼 마찰에 의하여 반경 방향으로 가해지는 하중이 댐핑된다.In addition, when a radial load is applied to the top foil 20, the top foil 20 can move in the circumferential direction, and sliding friction with the bump foil 30 occurs. The radial load is damped by the generated sliding friction.

그러나, 상기와 같은 종래의 에어 포일 베어링은 다음의 문제점이 있다.However, the conventional air foil bearing as described above has the following problems.

먼저, 범프 포일(30) 상의 범프의 개수는 범프의 강성과 비례하는 동시에 탑 포일(20)과 범프 포일(30) 간의 접촉면의 수를 좌우하므로, 범프의 개수는 베어링의 강성 및 감쇠와 밀접하게 관련된다. 그런데, 상기와 같이 범프 포일(30)이 한 겹으로 구성되는 경우, 범프 포일(30)에 성형 가능한 범프의 개수가 제한될 수밖에 없고, 따라서 베어링의 강성 및 감쇠 역시 제한될 수밖에 없는 문제점이 있다. 더욱이 이는 회전 기기가 고속화 소형화되어가는 현 추세에 비추어 볼 때 더욱 심각한 문제점이 될 수 있다.First, since the number of bumps on the bump foil 30 is proportional to the stiffness of the bumps and at the same time the number of contact surfaces between the top foil 20 and the bump foils 30, the number of bumps is closely related to the stiffness and damping of the bearing. Related. By the way, when the bump foil 30 is configured as a single layer as described above, the number of bumps that can be formed on the bump foil 30 is inevitably limited, and thus the rigidity and damping of the bearing may be limited. Moreover, this may be a more serious problem in light of the current trend of increasing speed and miniaturization of rotary machines.

다음으로, 만약 인위적으로 범프의 개수를 증가시키기 위하여는 범프의 높이를 줄일 수밖에 없는데, 이 경우 범프의 높이가 낮으면 베어링을 통과하는 냉각 공기의 유량에 제한을 주어 냉각이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 존재한다.Next, in order to artificially increase the number of bumps, the bump height can only be reduced. In this case, if the bump height is low, the cooling flow through the bearing is limited and cooling is not smoothly performed. This exists.

또한, 상기와 같이 범프 포일(30)이 한 겹으로 구성되는 경우, 탑 포일(20)과 범프 포일(30) 간의 접촉면적이 제한됨으로써 지지 하중이 집중될 수 있고, 이 경우 유막의 두께가 골고루 분포되지 않게 되어서 회전축이 특정 두께의 유막 쪽으로 쏠리게 됨으로써, 회전축이 안정적으로 지지되지 않는 문제점이 있다. In addition, when the bump foil 30 is configured as a single layer as described above, the support area may be concentrated by limiting the contact area between the top foil 20 and the bump foil 30, in which case the thickness of the oil film is evenly distributed. There is a problem that the rotation axis is not supported stably because it is not distributed so that the rotation axis is directed toward the oil film of a certain thickness.

본 발명은 피치가 대폭 감소되고 탑 포일과 범프 포일 간의 접촉 면적이 증가되어, 베어링의 강성이 증가되고 감쇠 능력이 향상되는 에어 포일 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide an air foil bearing in which the pitch is greatly reduced and the contact area between the top foil and the bump foil is increased, thereby increasing the rigidity of the bearing and improving the damping ability.

본 발명에 관한 에어 포일 베어링은 하우징; 상기 하우징의 내측면에 원주 방향으로 배치되는 탑 포일; 및 상기 하우징과 상기 탑 포일 사이에 배열되며, 서로 대응되는 요철 형상으로 결합되며, 탄성력을 갖는 상부 범프 포일 및 하부 범프 포일을 포함한다. Air foil bearing according to the present invention is a housing; A top foil disposed circumferentially on an inner surface of the housing; And an upper bump foil and a lower bump foil, which are arranged between the housing and the top foil, are coupled in a concave-convex shape corresponding to each other, and have elasticity.

이러한 구성에 의하여 본 발명은 베어링의 강성이 증가되고 감쇠 능력이 향상되는 동시에 범프 포일과 탑 포일의 접촉 면적이 넓어짐으로써 지지하중이 분산되고 균일한 처짐을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.By such a configuration, the present invention has the effect of increasing the bearing rigidity and improving the damping ability and at the same time widening the contact area between the bump foil and the top foil, thereby maintaining the supporting load and maintaining a uniform deflection.

본 발명에 있어서, 상기 상부 범프 포일 및 상기 하부 범프 포일은 각각 돌 출부와 평면부가 반복적으로 형성될 수 있다.In the present invention, each of the upper bump foil and the lower bump foil may be repeatedly formed with a protrusion and a flat portion.

본 발명에 있어서, 상기 탑 포일과 상기 상부 범프 포일은 서로 면 접촉될 수 있다.In the present invention, the top foil and the upper bump foil may be in surface contact with each other.

본 발명의 다른 측면에 관한 에어 포일 베어링은 내부에 회전축 수용부를 갖는 하우징; 상기 하우징의 일 단부에 설치되고, 돌출부와 평면부가 반복되는 형상을 갖는 제1 범프 포일; 상기 제1 범프 포일의 일 단부에 결합되고, 상기 제1 범프 포일의 돌출부 및 평면부와 서로 대응되는 돌출부와 평면부가 반복되는 형상을 갖는 제2 범프 포일; 및 상기 제2 범프 포일의 일 단에 형성되고, 상기 회전축을 지지하는 탑 포일을 포함한다. Air foil bearing according to another aspect of the present invention is a housing having a rotating shaft receiving portion therein; A first bump foil installed at one end of the housing and having a shape in which the protrusion and the flat part are repeated; A second bump foil coupled to one end of the first bump foil, the second bump foil having a shape in which protrusions and flat portions corresponding to each other and protrusions and flat portions of the first bump foil are repeated; And a top foil formed at one end of the second bump foil and supporting the rotating shaft.

본 발명에 있어서, 상기 제2 범프 포일의 돌출부는 상기 제1 범프 포일의 평면부와 접하고, 상기 제2 범프 포일의 평면부는 상기 제1 범프 포일의 돌출부와 접하도록 형성될 수 있다.In the present invention, the protrusion of the second bump foil may be formed to be in contact with the planar portion of the first bump foil, and the planar portion of the second bump foil may be formed to be in contact with the protrusion of the first bump foil.

본 발명에 있어서, 상기 제2 범프 포일의 돌출부의 높이와 상기 제1 범프 포일의 돌출부의 높이는 실질적으로 동일하도록 형성될 수 있다. In the present invention, the height of the protrusion of the second bump foil and the height of the protrusion of the first bump foil may be formed to be substantially the same.

본 발명에 있어서, 상기 제2 범프 포일의 돌출부의 높이와 상기 제1 범프 포일의 돌출부의 높이는 서로 다르도록 형성될 수 있다. In the present invention, the height of the protrusion of the second bump foil and the height of the protrusion of the first bump foil may be formed to be different from each other.

본 발명에 있어서, 상기 제1 범프 포일과 상기 제2 범프 포일 중 적어도 하나는 높이가 다른 돌출부들을 포함할 수도 있다. In the present invention, at least one of the first bump foil and the second bump foil may include protrusions having different heights.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 사상은 이러한 실시예로 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업 자가 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 것으로서 구성요소의 용이 부가, 삭제, 추가 및 변형에 의해서 쉽게 제안할 수 있는 다른 실시예들도 본 발명의 사상에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The spirit of the present invention is not limited to these embodiments, and other embodiments that can be easily proposed by easy addition, deletion, addition, and modification of components as those skilled in the art who understand the spirit of the present invention fall within the scope of the same idea. Examples will also be included in the spirit of the invention.

도 3은 본 발명에 따른 에어 포일 베어링의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 에어 포일 베어링의 범프 포일의 구조를 나타내는 전개도이다.3 is a plan view showing the structure of an air foil bearing according to the present invention, Figure 4 is a development view showing the structure of the bump foil of the air foil bearing according to the present invention.

도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 관한 에어 포일 베어링(100)은 하우징(110), 탑 포일(120), 상부 범프 포일(130) 및 하부 범프 포일(140)을 포함한다. The air foil bearing 100 according to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 includes a housing 110, a top foil 120, an upper bump foil 130 and a lower bump foil 140.

탑 포일(120)은 하우징(110)의 내측면에 그 일부가 고정되어 원주 방향으로 배치된다. 상부 범프 포일(130) 및 하부 범프 포일(140)은 하우징(110) 및 탑 포일(120)의 사이에 개입되고, 서로 대응되는 형상으로 형성되어 상호 간에 요철 결합 구조를 이룬다. The top foil 120 is disposed in the circumferential direction with a portion thereof fixed to the inner side surface of the housing 110. The upper bump foil 130 and the lower bump foil 140 are interposed between the housing 110 and the top foil 120 and are formed in a shape corresponding to each other to form an uneven structure.

하우징(110)은 회전축(미도시)이 회전 가능하도록 그 내부에 회전축 수용부(111)가 형성된다. 탑 포일(120)은 하우징(110)의 내측면에 그 일부가 고정되고 원주 방향으로 배치된다. 여기서, 하우징(110) 내에 탑 포일(120)이 고정되는 기구의 하나의 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(110)은 그 내주면 일측에 블럭(150)이 형성되어 있으며, 탑 포일(120)이 블럭(150)에 일 단부가 고정 배치될 수 있다. 이 경우, 탑 포일(120)은, 실질적으로 사각형의 평면인 마찰부 및 마찰부의 일 단부에 형성되며 사각 형상으로 절곡되어 있는 고정부를 구비한다. 그리고, 탑 포일(120)의 전체가 하우징(110)의 원주 방향 또는 길이 방향으로 이동되는 것을 방지하기 위하여, 고정부가 블럭(150)에 고정된다. 그러나, 본 발명은 이에 한 정되는 것은 아니고 하우징(110)에 블럭(150) 대신 슬롯이 형성되고 탑 포일들이 이 슬롯에 고정될 수도 있고 이와 다른 고정 구조를 가질 수도 있다. The housing 110 has a rotation shaft accommodating part 111 formed therein so that a rotation shaft (not shown) can rotate. A portion of the top foil 120 is fixed to the inner side of the housing 110 and disposed in the circumferential direction. Here, as an example of a mechanism in which the top foil 120 is fixed in the housing 110, as shown in FIG. 3, the housing 110 has a block 150 formed on one side of its inner circumferential surface. One end of the foil 120 may be fixed to the block 150. In this case, the top foil 120 includes a friction portion that is a substantially rectangular plane and a fixing portion that is formed at one end of the friction portion and is bent in a square shape. In addition, in order to prevent the entirety of the top foil 120 from moving in the circumferential direction or the longitudinal direction of the housing 110, the fixing part is fixed to the block 150. However, the present invention is not limited thereto, and a slot may be formed in the housing 110 instead of the block 150, and the top foils may be fixed to the slot or have a different fixing structure.

탑 포일(120)과 범프 포일(130)(140)은, 서로 미끄럼 접촉하여 마찰되는 지점이 늘어남으로써 댐핑 효과가 증가될 수 있다. 이 경우, 범프 포일(130)(140)은 파동 형상이나 이와 다른 단면을 가질 수 있다. 다시 말하면, 탑 포일(120)과 범프 포일(130)(140)은 회전체로부터 힘이 발생하였을 경우, 지지작용을 하여 상기 발생된 힘을 흡수 및 완충하는 기능을 수행한다.The top foil 120 and the bump foils 130 and 140 may have an increased damping effect by increasing sliding points in sliding contact with each other. In this case, the bump foils 130 and 140 may have a wave shape or a different cross section. In other words, the top foil 120 and the bump foils 130 and 140 serve to support and absorb and cushion the generated force when a force is generated from the rotating body.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 관한 에어 포일 베어링(100)은, 서로 대응되는 형상으로 형성되어 상호 간에 요철 결합 구조를 이루는 상부 범프 포일(130) 및 하부 범프 포일(140)이 결합되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 다시 말하면, 종래의 범프 포일은 한 겹으로 구성되었기 때문에 범프 포일에 성형 가능한 범프의 개수가 제한될 수밖에 없고, 따라서 베어링의 강성 및 감쇠 역시 제한될 수밖에 없는 문제점이 존재하였다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 에어 포일 베어링(100)은 범프 포일이 상부 범프 포일(130)과 하부 범프 포일(140)의 두 겹으로 구성되어, 범프의 강성이 증가되고 감쇠 능력이 향상되고 지지 하중이 분산되도록 한다.Here, the air foil bearing 100 according to an embodiment of the present invention, the upper bump foil 130 and the lower bump foil 140 is formed in a shape corresponding to each other to form an uneven coupling structure between each other is configured It is characterized by. In other words, the conventional bump foil has a problem in that the number of bumps moldable to the bump foil is limited because the bump foil is formed in one layer, and thus the rigidity and damping of the bearing are also limited. In order to solve the above problems, the air foil bearing 100 of the present invention, the bump foil is composed of two layers of the upper bump foil 130 and the lower bump foil 140, so that the rigidity of the bump is increased and the damping ability This is improved and the supporting load is distributed.

위와 같은 에어 포일 베어링(100)은 돌출부(131)(141)와 평면부(132)(142)가 반복되는 상부 범프 포일(130) 및 하부 범프 포일(140)이 결합되어 구성된다. 그리고, 상부 범프 포일(130)과 하부 범프 포일(140)은 상호 간의 요철 구조가 서로 대응되도록 결합된다. 즉, 하부 범프 포일(140)의 돌출부(141) 상단에는 상부 범프 포일(130)의 평면부(132)가 위치하고, 하부 범프 포일(140)의 평면부(142) 상단에는 상부 범프 포일(130)의 돌출부(131)가 위치하도록 형성된다. 위와 같은 두 겹의 범프 포일 구조에 의하여, 본 발명의 에어 포일 베어링(100)의 피치(pitch)는 한 겹의 범프 포일 구조에 비해 절반으로 줄어든다.The air foil bearing 100 as described above is configured by combining the upper bump foil 130 and the lower bump foil 140 in which the protrusions 131 and 141 and the flat parts 132 and 142 are repeated. In addition, the upper bump foil 130 and the lower bump foil 140 are coupled to each other so that the uneven structures correspond to each other. That is, the flat portion 132 of the upper bump foil 130 is positioned at the upper end of the protrusion 141 of the lower bump foil 140, and the upper bump foil 130 is disposed at the upper end of the flat portion 142 of the lower bump foil 140. The protrusion 131 is formed to be located. By the two-ply bump foil structure as described above, the pitch of the air foil bearing 100 of the present invention is reduced by half compared to the one-ply bump foil structure.

일반적으로 피치(pitch)란 나사산의 서로 대응하는 두 점을 축선(軸線)에 평행하게 측정한 거리, 즉 나사의 경우는 이웃하는 나사산의 대응하는 점의 축 방향의 거리를 말한다. 그러나, 베어링의 포일에서 말하는 피치(pitch)란 이와는 다른 의미로 사용된다. 다시 말하면, 베어링의 포일에서의 피치는 단순히 피크(peak)와 피크 사이의 거리가 아니라 지지점과 지지점 사이의 거리를 의미한다. In general, a pitch is a distance measured between two corresponding points of a thread in parallel to an axis, that is, in the case of a screw, in the axial direction of a corresponding point of a neighboring thread. However, the pitch used in the foil of the bearing is used in a different meaning. In other words, the pitch in the foil of the bearing means not simply the distance between the peak and the peak, but the distance between the support point and the support point.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 관한 에어 포일 베어링의 범프 포일의 피치는 종래 범프 포일의 피치의 1/2가 된다. 왜냐하면, 본 발명의 범프 포일의 지지점은 하부 범프 포일(140)의 돌출부(141)의 피크점과 상부 범프 포일(130)의 돌출부(131)의 피크점 둘 다 해당되기 때문이다. 다시 말하면, 하부 범프 포일(140)의 돌출부(141)의 피크점은 상부 범프 포일(130)의 평면부(132) 및 이에 접촉되는 탑 포일(120)을 지지하고, 상부 범프 포일(130)의 돌출부(131)의 피크점은 하부 범프 포일(140)의 평면부(142) 및 이에 접촉되는 하우징(110)을 지지하게 된다.Therefore, the pitch of the bump foil of the air foil bearing which concerns on one Embodiment of this invention becomes 1/2 of the pitch of the conventional bump foil. This is because the support point of the bump foil of the present invention corresponds to both the peak point of the protrusion 141 of the lower bump foil 140 and the peak point of the protrusion 131 of the upper bump foil 130. In other words, the peak point of the protrusion 141 of the lower bump foil 140 supports the flat portion 132 of the upper bump foil 130 and the top foil 120 in contact with the upper bump foil 130. The peak point of the protrusion 131 supports the flat part 142 of the lower bump foil 140 and the housing 110 in contact with the flat part 142.

즉, 종래의 범프 포일의 피치는 특정 돌출부의 피크점부터 다음 돌출부의 피크점까지의 거리(도 2의 '2L' 참조)가 되는데 반하여, 본 발명의 범프 포일의 피치는 상부 범프 포일(130)의 돌출부(131)의 피크점부터 하부 범프 포일(140)의 돌출부(141)의 피크점까지의 거리(도 4의 'L' 참조)가 된다.That is, the pitch of the conventional bump foil is a distance from the peak point of the specific protrusion to the peak point of the next protrusion (see '2L' in FIG. 2), whereas the pitch of the bump foil of the present invention is the upper bump foil 130. The distance from the peak point of the protrusion 131 to the peak point of the protrusion 141 of the lower bump foil 140 (see 'L' in FIG. 4).

이러한 범프 포일을 구비함으로써, 범프 포일의 피치가 기존 범프 포일의 피치(pitch)의 절반으로 줄어들기 때문에 범프의 강성 및 베어링 자체의 강성이 증가되고, 베어링의 감쇠 또한 현저하게 증가되는 장점이 있다. 또한, 상부 범프 포일(130)의 평면부(132)와 탑 포일(120)이 면 접촉을 하게 되어 접촉 면적이 넓어짐으로써, 지지하중이 분산되고 따라서 균일한 처짐을 유지할 수 있는 효과를 가질 수 있다. By providing such a bump foil, since the pitch of the bump foil is reduced to half the pitch of the existing bump foil, the rigidity of the bumps and the rigidity of the bearing itself is increased, and the damping of the bearing is also significantly increased. In addition, the planar portion 132 of the upper bump foil 130 and the top foil 120 are brought into surface contact so that the contact area is widened, so that the supporting load is dispersed and thus the uniform deflection can be maintained. .

이하에서는 상술한 바와 같이 구성되는 에어 포일 베어링의 동작에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the air foil bearing configured as described above will be described.

본 발명의 일 실시예에 관한 에어 포일 베어링(100)은 다양한 회전기기(미도시)에 설치될 수 있으나, 고속으로 회전하는 회전기기(미도시)에 이용되는 것이 일반적이다. 따라서, 에어 포일 베어링(100)의 내측에 형성된 공간으로 회전축(미도시)이 삽입되어 회전하게 된다.The air foil bearing 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may be installed in various rotary devices (not shown), but is generally used in a rotary device (not shown) that rotates at high speed. Therefore, a rotating shaft (not shown) is inserted into the space formed inside the air foil bearing 100 to rotate.

회전기기가 작동될 때, 회전축은 에어 포일 베어링(100)에서 회전 운동을 하게 되는데, 에어 포일 베어링(100)은 회전축의 자중을 지지할 뿐만 아니라, 회전축의 회전이 원활하도록 돕는다. 특히, 회전축이 진동 등에 의하여 편심될 경우, 에어 포일 베어링은 회전축의 진동을 흡수하기 위하여, 회전축과 하우징 사이에서 미끄럼 접촉에 의한 마찰을 발생시켜 반경 방향의 하중을 댐핑시키는 기능을 한다.When the rotary machine is operated, the rotating shaft is in a rotary motion in the air foil bearing 100, the air foil bearing 100 not only supports the weight of the rotating shaft, but also facilitates the rotation of the rotating shaft smoothly. In particular, when the rotating shaft is eccentric by vibration or the like, the air foil bearing functions to generate friction by sliding contact between the rotating shaft and the housing in order to absorb the vibration of the rotating shaft, thereby damping the radial load.

회전축이 서서히 회전하게 되면, 회전축과 탑 포일(120) 사이에 고압의 공기층이 형성되고, 이러한 공기의 압력에 의해 회전축이 부상(浮上)하게 됨으로써, 회전축이 탑 포일과 일정한 간격을 유지한 상태로 회전 가능하게 된다.When the rotating shaft rotates slowly, a high pressure air layer is formed between the rotating shaft and the top foil 120, and the rotating shaft floats due to the air pressure, so that the rotating shaft is kept at a constant distance from the top foil. It becomes rotatable.

특히, 본 발명에서는 상호 대응되는 형상의 상부 범프 포일(130) 및 하부 범프 포일(140)이 결합되어 두 겹의 범프 포일을 구성함으로써, 피치가 1/2로 줄어들고 탑 포일과 범프 포일 간의 접촉 면적이 증가된다. 또한, 상기와 같이 피치가 감소하고 접촉 면적이 증가함으로써, 베어링의 강성이 증가하고 및 감쇠 능력이 향상되고, 범프가 하중을 지지하는 면이 증가하여 하중이 분산 지지된다.In particular, in the present invention, the upper bump foils 130 and the lower bump foils 140 having mutually corresponding shapes are combined to form two layers of bump foils, so that the pitch is reduced to 1/2 and the contact area between the top foil and the bump foils is reduced. Is increased. Further, as the pitch is reduced and the contact area is increased as described above, the rigidity of the bearing is increased, the damping ability is improved, and the surface on which the bump supports the load is increased so that the load is distributedly supported.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 에어 포일 베어링의 범프 포일의 구조를 나타내는 전개도이다.5 is a developed view showing the structure of the bump foil of the air foil bearing according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 실시예에 관한 에어 포일 베어링의 범프 포일은 상부 범프 포일(230)에 형성되는 돌출부(231)의 높이와 하부 범프 포일(240)에 형성되는 돌출부(241)의 높이가 서로 상이한 것을 특징으로 한다. The bump foil of the air foil bearing according to the embodiment illustrated in FIG. 5 is different from the height of the protrusion 231 formed in the upper bump foil 230 and the height of the protrusion 241 formed in the lower bump foil 240. It is characterized by.

다시 말하면, 상부 범프 포일(230)에 형성되는 돌출부(231)의 높이가 하부 범프 포일(240)에 형성되는 돌출부(241)의 높이보다 높도록 형성된다. 따라서, 회전축(미도시)의 회전 시 상부 범프 포일(230)의 평면부(232)가 하부 범프 포일(240)의 돌출부(241)에 접촉될 때까지는 범프 포일이 한 겹일 때와 동일하게 상부 범프 포일(230)이 부드럽게 가압된다. 그리고, 상부 범프 포일(230)의 평면부(232)가 하부 범프 포일(240)의 돌출부(241)에 접촉된 이후에는, 범프 포일이 두 겹으로 형성되어 보다 강하게 가압된다. 상기와 같은 구성에 의하여, 베어링의 강성, 감쇠 등의 특성이 제품의 특성에 맞도록 조절될 수 있는 장점이 있다. In other words, the height of the protrusion 231 formed on the upper bump foil 230 is formed to be higher than the height of the protrusion 241 formed on the lower bump foil 240. Accordingly, the upper bumps are the same as when the bump foils are one layer until the plane portion 232 of the upper bump foil 230 contacts the protrusion 241 of the lower bump foil 240 when the rotation shaft (not shown) is rotated. Foil 230 is gently pressed. In addition, after the planar portion 232 of the upper bump foil 230 contacts the protrusion 241 of the lower bump foil 240, the bump foil is formed in two layers and pressed more strongly. By the above configuration, there is an advantage that the characteristics such as the stiffness, damping of the bearing can be adjusted to match the characteristics of the product.

한편, 도면에는 상부 범프 포일(230)에 형성되는 돌출부(231)의 높이가 하부 범프 포일(240)에 형성되는 돌출부(241)의 높이보다 높도록 형성되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 도면과는 반대로 상부 범프 포일(230)에 형성되는 돌출부(231)의 높이가 하부 범프 포일(240)에 형성되는 돌출부(241)의 높이보다 낮도록 형성되는 것도 가능하다. 또는, 각각의 돌출부(231)(241)의 높이가 서로 다르도록 형성되어 다양한 강성 및 감쇠를 가지도록 형성될 수도 있다. 이와 같이 상기 상부 및 하부 범프 포일의 높이가 조절가능하도록 제공됨으로써, 베어링에 요구되는 다양한 제품 사양을 만족할 수 있는 장점이 있다.Meanwhile, the height of the protrusion 231 formed on the upper bump foil 230 is shown to be higher than the height of the protrusion 241 formed on the lower bump foil 240. However, the spirit of the present invention is not limited thereto, and in contrast to the drawing, the height of the protrusion 231 formed on the upper bump foil 230 is lower than the height of the protrusion 241 formed on the lower bump foil 240. It is also possible to form. Alternatively, the heights of the protrusions 231 and 241 may be formed to be different from each other so as to have various stiffness and attenuation. Thus, the height of the upper and lower bump foil is provided to be adjustable, there is an advantage that can satisfy the various product specifications required for the bearing.

본 발명은 피치가 대폭 감소하고 탑 포일과 범프 포일 간의 접촉 면적이 증가하여, 베어링의 강성이 증가하고 감쇠 능력이 향상되는 효과를 갖는다. The present invention has the effect of greatly reducing the pitch and increasing the contact area between the top foil and the bump foil, thereby increasing the rigidity of the bearing and improving the damping ability.

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 내부에 회전축 수용부를 갖는 하우징;A housing having a rotation shaft receiving portion therein; 상기 하우징의 내측면에 원주방향으로 설치되고, 돌출부와 평면부가 반복되는 형상을 갖는 하부 범프 포일;A lower bump foil installed on an inner surface of the housing in a circumferential direction and having a shape in which the protrusion and the flat portion are repeated; 상기 하부 범프 포일의 내측면에 원주방향으로 설치되고, 상기 하부 범프 포일의 돌출부 및 평면부와 서로 대응되는 돌출부 및 평면부가 반복되는 형상을 갖는 상부 범프 포일; 및 An upper bump foil installed on an inner surface of the lower bump foil in a circumferential direction, the upper bump foil having a shape in which protrusions and flat portions corresponding to each other and protrusions and flat portions of the lower bump foil are repeated; And 상기 상부 범프 포일의 내측면에 원주방향으로 설치되고 상기 회전축을 지지하는 탑 포일을 포함하며, A top foil installed circumferentially on an inner surface of the upper bump foil and supporting the rotating shaft; 상기 하부 범프 포일의 돌출부는,The protrusion of the lower bump foil, 상기 하부 범프 포일의 평면부로부터 상기 하우징의 내측 공간을 향하여 돌출되며, Protrudes from the planar portion of the lower bump foil toward the inner space of the housing, 상기 상부 범프 포일의 돌출부는,The protrusion of the upper bump foil, 상기 상부 범프 포일의 평면부로부터 상기 하부 범프 포일의 평면부를 향하여 돌출되며, 상기 하부 범프 포일의 돌출부 사이에 삽입되며, Protrudes from the planar portion of the upper bump foil toward the planar portion of the lower bump foil, and is inserted between the protrusions of the lower bump foil, 상기 하부 범프 포일의 돌출부는 상기 상부 범프 포일의 평면부에 접하고,The protrusion of the lower bump foil abuts the flat portion of the upper bump foil, 상기 상부 범프 포일의 돌출부는 상기 하부 범프 포일의 평면부에 접하는 에어 포일 베어링.The protrusion of the upper bump foil abuts the flat portion of the lower bump foil. 삭제delete 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 상부 범프 포일의 돌출부의 높이와 상기 하부 범프 포일의 돌출부의 높이는 실질적으로 동일한 에어 포일 베어링.And a height of the protrusion of the upper bump foil and a height of the protrusion of the lower bump foil. 내부에 회전축 수용부를 갖는 하우징;A housing having a rotation shaft receiving portion therein; 상기 하우징의 내측면에 원주방향으로 설치되고, 돌출부와 평면부가 반복되는 형상을 갖는 하부 범프 포일;A lower bump foil installed on an inner surface of the housing in a circumferential direction and having a shape in which the protrusion and the flat portion are repeated; 상기 하부 범프 포일의 내측면에 원주방향으로 설치되고, 상기 하부 범프 포일의 돌출부 및 평면부와 서로 대응되는 돌출부와 평면부가 반복되는 형상을 갖는 상부 범프 포일; 및 An upper bump foil disposed on an inner surface of the lower bump foil in a circumferential direction, the upper bump foil having a shape in which protrusions and flat portions corresponding to each other and protrusions and flat portions of the lower bump foil are repeated; And 상기 상부 범프 포일의 내측면에 원주방향으로 설치되고 상기 회전축을 지지하는 탑 포일을 포함하며,A top foil installed circumferentially on an inner surface of the upper bump foil and supporting the rotating shaft; 상기 하부 범프 포일의 돌출부는,The protrusion of the lower bump foil, 상기 하부 범프 포일의 평면부로부터 상기 하우징의 내측 공간을 향하여 돌출되며, Protrudes from the planar portion of the lower bump foil toward the inner space of the housing, 상기 상부 범프 포일의 돌출부는,The protrusion of the upper bump foil, 상기 상부 범프 포일의 평면부로부터 상기 하부 범프 포일의 평면부를 향하여 돌출되며, 상기 하부 범프 포일의 돌출부 사이에 삽입되며, Protrudes from the planar portion of the upper bump foil toward the planar portion of the lower bump foil, and is inserted between the protrusions of the lower bump foil, 상기 하부 범프 포일의 돌출부 또는 상기 상부 범프 포일의 돌출부 중 어느 하나만이 대응되는 범프 포일의 평면부에 접하다가, 상기 하부 범프 포일과 상기 상부 범프 포일이 접근하는 방향으로 가압되면, 상기 하부 범프 포일의 돌출부 및 상기 상부 범프 포일의 돌출부 모두가 대응되는 범프 포일의 평면부에 접하도록, 상기 상부 범프 포일의 돌출부의 높이와 상기 하부 범프 포일의 돌출부의 높이는 서로 다른 에어 포일 베어링. When only one of the protrusions of the lower bump foil or the protrusion of the upper bump foil is in contact with the planar portion of the corresponding bump foil and is pressed in a direction in which the lower bump foil and the upper bump foil approach, The height of the protrusion of the upper bump foil and the height of the protrusion of the lower bump foil are different from each other so that both the protrusion and the protrusion of the upper bump foil abut on the corresponding flat portion of the bump foil. 삭제delete
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