KR20220035715A

KR20220035715A - 공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기

Info

Publication number: KR20220035715A
Application number: KR1020200117800A
Authority: KR
Inventors: 김태영; 오병화; 김종명
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-03-22
Also published as: US20220082127A1; CN114183459A; JP2022048073A; DE102021105879A1; US11519457B2

Abstract

공기 포일 베어링 및 압축기가 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하부에 구비되는 빔 플레이트(beam plate); 상기 빔 플레이트의 상부에 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(shim sheet); 및 상기 심 시트의 상부에 구비되는 탑 포일(top foil); 을 포함하고, 상기 빔 플레이트의 일 측은 고정되어 있고, 상기 빔 플레이트의 타 측은 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 공기 포일 베어링이 개시된다.

Description

공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기{Air foil bearing and compressor including the same}

본 발명은 신규한 구조를 갖는 공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기에 관한 것이다.

베어링(BEARING)은 회전체가 속해서 회전할 수 있도록 지지하는 구성으로서, 볼 베어링, 저널 베어링, 공기 포일 베어링 등 다양한 종류의 베어링이 있다. 이 중, 공기 포일 베어링은 베이스 플레이트, 범프 포일 및 탑 포일로 이루어지는 구성인데, 회전체의 회전에 의해 회전체와 공기 포일 베어링 사이에 공기 필름(air film)을 형성함으로써 냉각 및 회전체의 지지를 수행할 수 있다. 이러한 공기 포일 베어링은 다양한 산업 현장에 사용되는데, 예를 들어, 공기 포일 베어링은 연료 전지에 압축 공기를 제공하기 위한 압축기에 사용될 수 있다.

보다 상세하게, 종래 기술에 따르면, 회전체가 회전에 의해 공기가 유동함으로써 공기 포일 베어링 주변의 압력이 변하게 되면 탑 포일이 범프 포일을 가압하게 되고, 그에 따라 가압된 범프 포일의 형상이 변하게 된다. 그러다가 회전체가 회전을 멈추게 되면 범프 포일은 원래의 형상으로 돌아오게 된다. 즉, 종래 기술에 따르면 범프 포일은 외력에 따라 가역적으로 형상이 변하는 탄성 구조를 갖게 된다.

이를 위해, 종래 기술에 따르면, 범프 포일은 표면이 울퉁불퉁한 일종의 엠보싱 구조를 가졌다. 탄성 구조를 구현하기 위한 범프 포일의 이러한 구조는 공기 포일 베어링을 제조하는 데 필요한 시간을 증가시키는 요소로 작용하였다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래 기술보다 간단한 구조를 가지면서도 뛰어난 성능을 발휘하는 공기 포일 베어링 및 그러한 공기 포일 베어링이 탑재된 장비를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하부에 구비되는 빔 플레이트(beam plate); 를 포함하고, 상기 빔 플레이트의 일 측은 고정되어 있고, 상기 빔 플레이트의 타 측은 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 공기 포일 베어링이 제공된다.

상기 빔 플레이트의 상부에 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(shim sheet); 를 더 포함할 수 있다.

상기 심 시트의 상부에 구비되는 탑 포일(top foil); 을 더 포함할 수 있다.

상기 심 시트는 복수로 구비되고, 상기 복수의 심 시트는 상기 빔 플레이트의 상면의 둘레를 따라 구비될 수 있다.

상기 빔 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고, 상기 빔 플레이트의 중앙 영역에는 관통홀이 형성되고, 상기 빔 플레이트는, 상기 빔 플레이트의 둘레를 형성하되, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역; 상기 관통홀과 상기 둘레 영역 사이에 구비되고, 상기 원의 방사 방향(R)으로 상기 둘레 영역으로부터 이격되는 이격 영역; 및 상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 심 시트는, 상기 빔 플레이트의 상기 둘레 영역의 상부에 구비되는 제1 영역; 상기 제1 영역과 연결되고, 상기 빔 플레이트의 상기 이격 영역 및 상기 연결 영역의 상부에 구비되는 제2 영역; 및 상기 제2 영역과 연결되고 상기 이격 영역의 상부에 구비되는 제3 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 제3 영역은, 상기 원의 원주 방향(A)으로 연장되는 복수의 돌출부; 를 포함할 수 있다.

상기 복수의 돌출부 간에 상기 원의 방사 방향(R)으로 서로 이격되도록 상기 복수의 돌출부가 배치될 수 있다.

상기 복수의 돌출부 중 상기 원의 방사 방향(R)으로 외측에 구비된 돌출부는 상기 복수의 돌출부 중 상기 원의 방사 방향(R)으로 내측에 구비된 돌출부보다 길게 형성될 수 있다.

상기 연결 영역의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭은 상기 제2 영역 중 상기 둘레 영역과 상기 이격 영역 사이에 구비되는 부분의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭과 동일할 수 있다.

상기 빔 플레이트의 두께는 0.8mm 이상 3.5mm 이하일 수 있다.

상기 탑 포일은, 상기 빔 플레이트의 상기 둘레 영역의 상부에 구비되는 둘레부; 상기 방사 방향(R)으로 상기 둘레부의 내측으로 이격되게 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상기 이격 영역의 상부에 구비되는 내측부; 및 상기 둘레부와 상기 내측부를 연결하고, 상기 빔 플레이트의 연결 영역의 상부에 구비되는 제1 연결부; 를 포함할 수 있다.

상기 내측부는, 상기 원주 방향(A)을 따라 서로 이격되어 있는 복수의 내측 부재; 를 포함하고, 상기 탑 포일은, 상기 복수의 내측 부재를 서로 연결하는 제2 연결부; 를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 연결부의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭은 상기 연결 영역의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭보다 작을 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하우징; 및 상기 하우징의 일면에 결합되는 공기 포일 베어링; 을 포함하고, 상기 공기 포일 베어링은, 일부가 상기 하우징의 상기 일면에 결합되는 빔 플레이트(beam plate); 를 포함하고,상기 빔 플레이트는, 상기 하우징에 고정되는 고정단 영역; 및 상기 하우징에 대해 상대적인 이동이 가능한 자유단 영역; 을 포함하는 압축기가 제공된다.

상기 빔 플레이트를 사이에 두고 상기 하우징과 마주보도록 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(shim sheet); 를 더 포함할 수 있다.

상기 심 시트를 사이에 두고 상기 빔 플레이트와 마주보도록 구비되는 탑 포일(top foil); 을 더 포함할 수 있다.

상기 빔 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고, 상기 빔 플레이트의 중앙 영역에는 관통홀이 형성되고, 상기 빔 플레이트는, 상기 빔 플레이트의 둘레를 형성하되, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역; 및 상기 관통홀과 상기 둘레 영역 사이에 구비되고, 상기 원의 방사 방향(R)으로 상기 둘레 영역으로부터 이격되는 이격 영역; 및 상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함하고, 상기 고정단 영역은 상기 둘레 영역이고, 상기 자유단 영역은 상기 이격 영역 및 상기 연결 영역일 수 있다.

상기 심 시트는, 상기 빔 플레이트의 상기 둘레 영역과 마주보는 제1 영역; 상기 제1 영역과 연결되고, 상기 빔 플레이트의 상기 이격 영역 및 상기 연결 영역과 마주보는 제2 영역; 및 상기 제2 영역과 연결되고 상기 이격 영역과 마주보는 제3 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 공기 포일 베어링의 양면 중 상기 하우징과 마주보는 일면의 반대측 면과 마주보도록 구비되는 회전부; 를 더 포함하고, 상기 회전부는 상기 이격 영역과 마주보도록 구비될 수 있다.

상기 회전부는 상기 회전부의 방사 방향으로 상기 둘레 영역과 이격되도록 구비될 수 있다.

상기 자유단 영역은 상기 회전부의 길이 방향으로 상기 하우징과 이격됨으로써, 상기 자유단 영역은 상기 하우징 방향으로 휘어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래 기술보다 간단한 구조를 가지면서도 뛰어난 성능을 발휘하는 공기 포일 베어링 및 그러한 공기 포일 베어링이 탑재된 장비를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 적층 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링에서 빔 플레이트와 심 시트의 적층 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 빔 플레이트의 일부 영역의 구조 및 빔 플레이트의 영역별 변위량을 색깔로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 압축기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 압축기에서 공기 포일 베어링, 하우징 및 회전부 간의 배치 관계를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 압축기에서 회전부가 회전하지 않을 때 공기 포일 베어링의 형상을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 압축기에서 회전부가 회전할 때 공기 포일 베어링의 형상을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

이하, 도면을 참고하면, 본 발명에 따른 공기 포일 베어링 및 압축기를 설명한다.

공기 포일 베어링

도 1은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 적층 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링에서 빔 플레이트와 심 시트의 적층 구조를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 빔 플레이트의 일부 영역의 구조 및 빔 플레이트의 영역별 변위량을 색깔로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)은 서로 다른 복수의 구성이 상방으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 보다 상세하게, 공기 포일 베어링(10)은 공기 포일 베어링의 하부에 구비되는 빔 플레이트(beam plate, 100), 빔 플레이트(100)의 상부에 적층 구비되고, 빔 플레이트(100)의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(200), 및 심 시트(200)의 상부에 구비되는 탑 포일(top foil, 300)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)은 하부에서 상방으로 순차적으로 빔 플레이트(100), 심 시트(200) 및 탑 포일(300)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 한편, 본 발명에 따르면 공기 포일 베어링(10)을 구성하는 빔 플레이트(100), 심 시트(200) 및 탑 포일(300)은 모두 매끈한 표면을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 공기 포일 베어링(10)을 제조하기 위해 울퉁불퉁한 표면, 즉, 엠보싱 구조를 형성하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않을 수 있다.

이때, 매끈한 표면을 갖는지 여부는 사람의 육안을 기준으로 판단할 수 있다.

명칭에서도 알 수 있듯, 본 발명에 따르면 빔 플레이트(100)의 두께와 비교하여 심 시트(200) 및 탑 포일(300)의 두께는 현저하게 얇을 수 있다. 따라서, 빔 플레이트(100)의 강성과 비교하여 심 시트(200) 및 탑 포일(300)의 물리적 강성 역시 현저하게 약할 수 있다. 후술할 바와 같이, 빔 플레이트(100)는 빔 플레이트 주변의 압력 변화에 따라 가역적으로 휘어질 수 있는 구성일 수 있다. 이를 위해, 빔 플레이트(100)의 두께는 0.8mm 이상 3.5mm 이하일 수 있다. 빔 플레이트(100)의 두께가 0.8mm 미만인 경우에는, 빔 플레이트(100)의 강성이 지나치게 약해져 공기 포일 베어링(10)의 내구성에 문제가 발생할 수 있고, 빔 플레이트(100)의 두께가 3.5mm를 초과하는 경우에는, 압력의 변화에 따라 빔 플레이트(100)가 충분히 휘어지지 않을 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 빔 플레이트(100) 및 탑 포일(300)의 외측 둘레는 원 형상을 가질 수 있고, 빔 플레이트(100) 및 탑 포일(300)의 중앙 영역에는 관통홀(H)이 형성될 수 있다. 또한, 빔 플레이트(100) 및 탑 포일(300)은 각각 하나의 구성으로 이루어질 수 있다.

반면, 도 2에 도시된 바와 같이, 심 시트(200)는 복수로 구비될 수 있다. 도 2에는 일 예로서, 6개의 심 시트(200)가 빔 플레이트(100)의 상면의 둘레를 따라 등 간격으로 구비된 모습이 도시되어 있다. 보다 상세하게, 복수의 심 시트(200)는 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3를 참고하면, 공기 포일 베어링(10)을 구성하는 빔 플레이트(100), 심 시트(200) 및 탑 포일(300)은 각각 복수의 영역으로 구분될 수 있다. 이하, 빔 플레이트(100), 심 시트(200) 및 탑 포일(300)를 구성하는 복수의 영역에 대해 살펴보도록 한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 빔 플레이트(100)는 빔 플레이트의 외측 둘레를 형성하되, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역(110), 관통홀(H)과 둘레 영역(110) 사이에 구비되고 상기 원의 방사 방향(R)으로 둘레 영역(110)으로부터 이격되는 이격 영역(120) 및 둘레 영역(110)과 이격 영역(120)을 연결하는 연결 영역(130)을 포함할 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3을 참고하면, 심 시트(200)는 빔 플레이트(100)의 둘레 영역(110)의 상부에 구비되는 제1 영역(210), 제1 영역(210)과 연결되고 빔 플레이트(100)의 이격 영역(120)과 연결 영역(130)의 상부에 구비되는 제2 영역(220) 및 제2 영역(220)과 연결되고 이격 영역(120)의 상부에 구비되는 제3 영역(230)을 포함할 수 있다.

이때, 제3 영역(230)은 원주 방향(A)으로 연장되는 복수의 돌출부(232)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 돌출부(232) 간에 방사 방향(R)으로 서로 이격되도록 복수의 돌출부(232)가 배치될 수 있다. 도 2에는 일 예로서, 복수의 심 시트(200)의 제3 영역(230)에 각각 3개의 돌출부(232)가 방사 방향(R)으로 서로 이격되도록 배치된 모습이 도시되어 있다.

계속해서 도 2를 참고하면, 심 시트(200)의 제3 영역(230)에 구비되는 복수의 돌출부(232)의 길이는 서로 다를 수 있다. 이는 복수의 돌출부(232) 중 어느 하나의 원주 방향(A)의 길이는 복수의 돌출부(232) 중 다른 하나의 원주 방향(A)의 길이와 다르다는 것을 의미할 수 있다.

보다 상세하게, 본 발명에 따르면, 복수의 돌출부(232) 중 방사 방향(R)으로 외측에 구비된 돌출부는 복수의 돌출부(232) 중 방사 방향(R)으로 내측에 구비된 돌출부보다 길게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 방사 방향(R)으로 외측에 구비되는 돌출부일수록 길 수 있다.

또한, 도 1을 참고하면, 탑 포일(300)은 빔 플레이트(100)의 둘레 영역(110)의 상부에 구비되는 둘레부(310), 방사 방향(R)으로 둘레부(310)의 내측으로 이격되게 구비되고, 빔 플레이트(100)의 이격 영역(120)의 상부에 구비되는 내측부(320) 및 둘레부(310)와 내측부(320)를 연결하고 빔 플레이트(100)의 연결 영역(130)의 상부에 구비되는 제1 연결부(330)를 포함할 수 있다. 이때, 내측부(320)는 원주 방향(A)을 따라 서로 이격되어 있는 복수의 내측 부재(322)를 포함할 수 있다. 도 1에는 일 예로서, 내측부(320)가 6개의 내측 부재(322)로 이루어진 모습이 도시되어 있다. 보다 바람직하게, 둘레부(310)는 심 시트(200)의 제1 영역(210) 및 빔 플레이트(100)의 둘레 영역(110) 상부에 구비됨으로써, 심 시트(200)의 제1 영역(210), 그리고 빔 플레이트(100)의 둘레 영역(110)과 마주보도록 구비될 수 있다. 또한, 내측부(320)는 심 시트(200)의 제2 영역(220) 및 제3 영역(230), 그리고 빔 플레이트(100)의 이격 영역(120)과 마주보도록 구비될 수 있다. 또한, 내측 부재(322)의 개수는 심 시트(200)의 개수와 동일할 수 있다.

또한, 탑 포일(300)은 복수의 내측 부재(322)를 서로 연결하는 제2 연결부(340)를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 탑 포일(300)의 크기의 대부분을 차지하는 둘레부(310) 및 내측부(320)는 방사 방향(R)으로 서로 이격되어 있을 수 있고, 내측부(320)의 구성들(즉, 내측 부재)은 원주 방향(A)으로 서로 이격되어 있을 수 있으나, 둘레부(310)와 내측부(320)를 연결하는 제1 연결부(330)와 복수의 내측 부재(322)를 서로 연결하는 제2 연결부(340)에 의해, 탑 포일(300)은 하나의 구성이 될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 빔 플레이트(100)의 연결 영역(130)의 원주 방향(A)으로의 폭은 심 시트(200)의 제2 영역(220) 중 둘레 영역(110)과 이격 영역(120) 사이에 구비되는 부분의 원주 방향(A)으로의 폭과 동일할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 연결 영역(130) 전체는 제2 영역(220)에 의해 오버랩될 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 탑 포일(300)의 제1 연결부(330)의 원주 방향(A)으로의 폭은 연결 영역(130)의 원주 방향(A)으로의 폭보다 작을 수 있고, 탑 포일(300)의 제1 연결부(330)의 원주 방향(A)으로의 폭은 제2 영역(220) 중 둘레 영역(110)과 이격 영역(120) 사이에 구비되는 부분의 원주 방향(A)으로의 폭보다 작을 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)을 위에서 바라보았을 때, 제1 연결부(330)는 제2 영역(220)의 일부만을 가리게 될 수 있다.

압축기

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 구조를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 압축기에서 공기 포일 베어링, 하우징 및 회전부 간의 배치 관계를 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기는 압축기의 외면 중 적어도 일부를 형성하는 하우징(20) 및 하우징(20)의 일면에 결합되는 공기 포일 베어링(10)을 포함할 수 있다. 도 4에는 하우징(20)의 내측면에 공기 포일 베어링(10)이 결합된 모습이 도시되어 있다.

이때, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 공기 포일 베어링(10)은 일부가 하우징(20)의 일면에 결합되는 빔 플레이트(100), 빔 플레이트(100)를 사이에 두고 하우징(20)과 마주보도록 구비되고, 빔 플레이트(100)의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(200) 및 심 시트(200)를 사이에 두고 빔 플레이트(100)와 마주보도록 구비되는 탑 포일(300)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 플레이트(100)의 둘레 영역(110, 도 3 참조)에는 하나 이상의 관통 영역이 형성될 수 있고, 상기 관통 영역에 볼트가 결합됨으로써 빔 플레이트(100)와 하우징(20)이 서로 결합될 수 있다.

전술한 내용을 토대로 본 발명에 따른 공기 포일 베어링 및 압축기를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)에서 빔 플레이트(100)의 일 측은 고정되어 있을 수 있고, 빔 플레이트(100)의 타 측은 도 1을 기준으로 지면을 뚫고 나오거나 들어가는 방향, 즉, 상하 방향으로 이동 가능하게 구비될 수 있다.

보다 상세하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 빔 플레이트(100)는 본 발명에 따른 압축기의 하우징(20)에 고정되는 고정단 영역(E) 및 하우징(20)에 대해 상대적인 이동이 가능한 자유단 영역(F)을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 고정단 영역(E)은 빔 플레이트의 둘레 영역(110, 도 3 참조)일 수 있고, 자유단 영역(F)은 빔 플레이트의 이격 영역(120, 도 3 참조) 및 연결 영역(130, 도 3 참조)일 수 있다. 한편, 도 5에는 빔 플레이트(100)의 자유단 영역(F)과 하우징(20)이 마주보는 경우가 도시되어 있지만, 이와 달리, 하우징(20)은 빔 플레이트(100)의 자유단 영역(F)과 마주보지 않을 수도 있다. 예를 들어, 하우징(20)은 빔 플레이트(100)의 고정단 영역(E)과만 마주볼 수 있다.

계속해서 도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 압축기는 공기 포일 베어링(10)의 양면 중 하우징(20)과 마주보는 일면의 반대측 면과 마주보도록 구비되는 회전부(30)를 더 포함할 수 있다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전부(30)는 심 시트 및 탑 포일을 사이에 두고 빔 플레이트(100, 도 3 참조)의 이격 영역(120, 도 3 참조)과 마주보도록 구비될 수 있다.

보다 상세하게, 회전부(30)는 회전부의 중심에 구비되는 축(32)과 축(32)으로부터 축(32)의 방사 방향으로 연장되는 연장부(34)를 포함할 수 있는데, 이격 영역(120, 도 3 참조)은 연장부(34)와 마주보도록 구비될 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전부(30)는 회전부의 방사 방향으로 둘레 영역(110, 도 3 참조)과 이격되도록 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 회전부(30)의 연장부(34)가 빔 플레이트의 둘레 영역과 이격되도록 구비될 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 빔 플레이트(100)의 자유단 영역(F)은 회전부(30)의 방사 방향으로 축(32)과 이격되어 있을 수 있다. 따라서, 자유단 영역(F)과 축(32) 간에는 소정의 빈 공간이 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 빔 플레이트(100)의 자유단 영역(F)은 회전부(30)의 길이 방향으로 하우징(20)과 이격되어 있을 수 있다. 따라서, 자유단 영역(F)과 하우징(20) 간에는 소정의 빈 공간이 형성될 수 있다. 이 경우, 자유단 영역(F) 하우징(20) 방향(도 5를 기준으로 우측 방향)으로 원활하게 휘어질 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 압축기에서 회전부가 회전하지 않을 때 공기 포일 베어링의 형상을 개략적으로 나타낸 측단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 압축기에서 회전부가 회전할 때 공기 포일 베어링의 형상을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

이하, 도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 압축기의 작동 상태에 따른 공기 포일 베어링의 형상 변화를 설명한다.

압축기의 회전부(30)가 회전하지 않을 때에는 도 6에 도시된 바와 같이, 공기 포일 베어링의 빔 플레이트(100)의 전 영역이 휘어지지 않고 회전부(30)와 나란하게 구비된다.

그러다가, 압축기의 회전부(30)가 회전하면 회전부(30)와 공기 포일 베어링 간에는 공기가 유동하게 되고 그에 따라 회전부(30)와 공기 포일 베어링 사이의 압력이 상승하게 되고, 그에 따라 공기 포일 베어링은 회전부(30)와 마주보는 방향의 반대 방향(도 7을 기준으로 하방)으로 힘을 받게 된다.

그러나, 전술한 바와 같이, 빔 플레이트(100)의 둘레 영역(110)은 하우징(20)에 결합되는 고정단 영역(E)일 수 있고, 빔 플레이트(100)의 이격 영역(120) 및 연결 영역(130)은 하우징(20)에 결합되지 않는 자유단 영역(F)일 수 있다. 따라서, 공기 포일 베어링이 회전부(30)와 마주보는 방향의 반대 방향으로 힘을 받더라도 고정단 영역(E)의 형상은 변형되지 않는 반면, 자유단 영역(F)의 형상은 변형되어 휘어지게 된다. 그러나, 빔 플레이트(100)가 자체적으로 갖고 있는 강성에 의해 자유단 영역(F)은 공기의 유동에 따른 압력과 빔 플레이트(100)가 갖는 복원력 간에 힘의 평형이 형성되는 지점까지만 휘어지게 된다. 이후, 압축기의 회전부(30)의 회전을 정지하게 되면 빔 플레이트(100)의 탄성에 의해 도 6과 같이 다시 원래 상태로 돌아오게 된다.

본 발명에 따르면, 외력에 의한 가역적인 형상 변형을 위해 표면이 울퉁불퉁한 일종의 엠보싱 구조를 형성하지 않고, 빔 플레이트(100)의 자체적인 강성을 이용하면서 빔 플레이트(100)를 고정단 영역 및 자유단 영역으로 구별되도록 함으로써 공기 포일 베어링의 기능을 수행할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 압축기는 연료 전지에 압축 공기를 제공하기 위한 압축기일 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

10 : 공기 포일 베어링
20 : 하우징
30 : 회전부
32 : 축
34 : 연장부
100 : 빔 플레이트
110 : 둘레 영역
120 : 이격 영역
130 : 연결 영역
200 : 심 시트
210 : 제1 영역
220 : 제2 영역
230 : 제3 영역
232 : 돌출부
300 : 탑 포일
310 : 둘레부
320 : 내측부
322 ; 내측 부재
330 : 제1 연결부
340 : 제2 연결부
H : 관통홀
A : 원주 방향
R : 방사 방향
E : 고정단 영역
F : 자유단 영역

Claims

하부에 구비되는 빔 플레이트(beam plate); 를 포함하고,
상기 빔 플레이트의 일 측은 고정되어 있고, 상기 빔 플레이트의 타 측은 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 공기 포일 베어링.
청구항 1에서,
상기 빔 플레이트의 상부에 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(shim sheet); 를 더 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 2에서,
상기 심 시트의 상부에 구비되는 탑 포일(top foil); 을 더 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 3에서,
상기 심 시트는 복수로 구비되고,
상기 복수의 심 시트는 상기 빔 플레이트의 상면의 둘레를 따라 구비되는 공기 포일 베어링.
청구항 4에서,
상기 빔 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고,
상기 빔 플레이트의 중앙 영역에는 관통홀이 형성되고,
상기 빔 플레이트는,
상기 빔 플레이트의 둘레를 형성하되, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역;
상기 관통홀과 상기 둘레 영역 사이에 구비되고, 상기 원의 방사 방향(R)으로 상기 둘레 영역으로부터 이격되는 이격 영역; 및
상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 5에서,
상기 심 시트는,
상기 빔 플레이트의 상기 둘레 영역의 상부에 구비되는 제1 영역;
상기 제1 영역과 연결되고, 상기 빔 플레이트의 상기 이격 영역 및 상기 연결 영역의 상부에 구비되는 제2 영역; 및
상기 제2 영역과 연결되고 상기 이격 영역의 상부에 구비되는 제3 영역; 을 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 6에서,
상기 제3 영역은,
상기 원의 원주 방향(A)으로 연장되는 복수의 돌출부; 를 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 7에서,
상기 복수의 돌출부 간에 상기 원의 방사 방향(R)으로 서로 이격되도록 상기 복수의 돌출부가 배치되는 공기 포일 베어링.
청구항 8에서,
상기 복수의 돌출부 중 상기 원의 방사 방향(R)으로 외측에 구비된 돌출부는 상기 복수의 돌출부 중 상기 원의 방사 방향(R)으로 내측에 구비된 돌출부보다 길게 형성되는 공기 포일 베어링.
청구항 6에서,
상기 연결 영역의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭은 상기 제2 영역 중 상기 둘레 영역과 상기 이격 영역 사이에 구비되는 부분의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭과 동일한 공기 포일 베어링.
청구항 1에서,
상기 빔 플레이트의 두께는 0.8mm 이상 3.5mm 이하인 공기 포일 베어링.
청구항 6에서,
상기 탑 포일은,
상기 빔 플레이트의 상기 둘레 영역의 상부에 구비되는 둘레부;
상기 방사 방향(R)으로 상기 둘레부의 내측으로 이격되게 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상기 이격 영역의 상부에 구비되는 내측부; 및
상기 둘레부와 상기 내측부를 연결하고, 상기 빔 플레이트의 연결 영역의 상부에 구비되는 제1 연결부; 를 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 12에서,
상기 내측부는,
상기 원주 방향(A)을 따라 서로 이격되어 있는 복수의 내측 부재; 를 포함하고,
상기 탑 포일은,
상기 복수의 내측 부재를 서로 연결하는 제2 연결부; 를 더 포함하는 공기 포일 베어링.
청구항 12에서,
상기 제1 연결부의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭은 상기 연결 영역의 상기 원의 원주 방향(A)으로의 폭보다 작은 공기 포일 베어링.
하우징; 및
상기 하우징의 일면에 결합되는 공기 포일 베어링; 을 포함하고,
상기 공기 포일 베어링은,
일부가 상기 하우징의 상기 일면에 결합되는 빔 플레이트(beam plate); 를 포함하고,
상기 빔 플레이트는,
상기 하우징에 고정되는 고정단 영역; 및
상기 하우징에 대해 상대적인 이동이 가능한 자유단 영역; 을 포함하는 압축기.
청구항 15에서,
상기 빔 플레이트를 사이에 두고 상기 하우징과 마주보도록 구비되고, 상기 빔 플레이트의 상면 중 일부를 덮도록 구비되는 심 시트(shim sheet); 를 더 포함하는 압축기.
청구항 16에서,
상기 심 시트를 사이에 두고 상기 빔 플레이트와 마주보도록 구비되는 탑 포일(top foil); 을 더 포함하는 압축기.
청구항 17에서,
상기 빔 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고,
상기 빔 플레이트의 중앙 영역에는 관통홀이 형성되고,
상기 빔 플레이트는,
상기 빔 플레이트의 둘레를 형성하되, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역; 및
상기 관통홀과 상기 둘레 영역 사이에 구비되고, 상기 원의 방사 방향(R)으로 상기 둘레 영역으로부터 이격되는 이격 영역; 및
상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함하고,
상기 고정단 영역은 상기 둘레 영역이고,
상기 자유단 영역은 상기 이격 영역 및 상기 연결 영역인 압축기.
청구항 18에서,
상기 심 시트는,
상기 빔 플레이트의 상기 둘레 영역과 마주보는 제1 영역;
상기 제1 영역과 연결되고, 상기 빔 플레이트의 상기 이격 영역 및 상기 연결 영역과 마주보는 제2 영역; 및
상기 제2 영역과 연결되고 상기 이격 영역과 마주보는 제3 영역; 을 포함하는 압축기.
청구항 18에서,
상기 공기 포일 베어링의 양면 중 상기 하우징과 마주보는 일면의 반대측 면과 마주보도록 구비되는 회전부; 를 더 포함하고,
상기 회전부는 상기 이격 영역과 마주보도록 구비되는 압축기.
청구항 20에서,
상기 회전부는 상기 회전부의 방사 방향으로 상기 둘레 영역과 이격되도록 구비되는 압축기.
청구항 20에서,
상기 자유단 영역은 상기 회전부의 길이 방향으로 상기 하우징과 이격됨으로써, 상기 자유단 영역은 상기 하우징 방향으로 휘어질 수 있는 압축기.