空气箔片轴承以及包括空气箔片轴承的压缩机

相关申请的引证

本申请要求于2022年6月22日提交的韩国专利申请第10-2022-0076417号的优先权和权益，出于在本文中阐述的所有目的，该申请通过引证结合于此。

技术领域

本申请涉及具有新结构的空气箔片轴承(air foil bearing)以及包括该空气箔片轴承的压缩机。

背景技术

轴承是用于支撑旋转主体以允许旋转主体连续旋转的部件，并且有各种类型的轴承，诸如滚珠轴承、轴颈轴承和空气箔片轴承。在这些轴承中，空气箔片轴承包括基板、波箔片(bump foil)以及顶箔片(top foil)。空气膜通过旋转主体的旋转形成在旋转主体和空气箔片轴承之间，从而使得不仅可以支撑旋转主体而且可以冷却旋转主体。空气箔片轴承用于各种工业场所。例如，空气箔片轴承可以用于向燃料电池提供压缩空气的压缩机中。

更具体地，根据相关技术，当空气箔片轴承周围的压力由于旋转主体的旋转产生的气流而改变时，顶箔片按压波箔片，并且因此，被按压的波箔片的形状改变。然后，当旋转主体停止旋转时，波箔片回复至其原始形状。即，根据相关技术，波箔片具有根据外力可逆地改变形状的弹性结构。

在一些情况下，波箔片具有例如有不平坦表面的凹凸结构。用于形成弹性结构的波箔片的这种结构成为增加制造空气箔片轴承的时间的因素。

在一些情况下，空气箔片轴承包括顶箔片、波箔片和基板，并且因此，需要在空气箔片轴承的制造过程期间控制所有三个部件的质量。因此，根据相关技术，在控制构成空气箔片轴承的部件方面也存在困难。

在一些情况下，可以考虑用于制造具有简单形式的空气箔片轴承的方法，从该空气箔片轴承中去除了具有凹凸结构的波箔片。然而，在一些情况下，构成空气箔片轴承的板可能由于使用空气箔片轴承的环境中的干扰而产生振动和噪音。

发明内容

本公开的示例性实施方式提供在减小由干扰引起的振动和噪音的同时具有比相关技术中更简单的结构的空气箔片轴承，以及安装有该空气箔片轴承的设备。

根据本申请中描述的主题的一个方面，空气箔片轴承包括：轴承板，具有板的形状，以及材料层，联接并固定至轴承板并且由与轴承板不同的材料制成，其中，材料层的粘弹性大于轴承板的粘弹性。

根据这一方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，材料层可以与轴承板的下表面紧密接触并固定至轴承板的下表面。

在一些实施方式中，轴承板的外周缘可以具有圆形的形状。轴承板可以包括：周向区域，形成轴承板的周缘并且在圆的周向方向(A)上延伸；独立区域，在圆的径向方向(R)上从周向区域向内间隔开；以及连接区域，构造成将周向区域连接至独立区域。

独立区域在周向方向(A)上的宽度可以大于连接区域在周向方向(A)上的宽度。

材料层可以与独立区域的下表面紧密接触并固定至独立区域的下表面，并且材料层可以在径向方向(R)上与周向区域的下表面间隔开。

空气箔片轴承还可以包括下加强构件，该下加强构件与材料层的下表面紧密接触并固定至材料层的下表面。

轴承板还可以包括：阶梯部，形成在轴承板的上表面上并且具有阶梯形状，其中，轴承板的厚度在阶梯部处改变。

阶梯部可以形成在独立区域中。

独立区域的基于阶梯部而与连接区域间隔开的部分的厚度可以小于独立区域的基于阶梯部而邻近于连接区域的部分的厚度。

阶梯部可以包括在与周向方向(A)相交的方向上延伸的第一阶梯部。

阶梯部还可以包括第二阶梯部，该第二阶梯部从第一阶梯部的在径向方向(R)上位于外侧的外端延伸，其中，第二阶梯部在与径向方向(R)相交的方向上延伸。

阶梯部还可以包括第三阶梯部，该第三阶梯部从第一阶梯部的在径向方向(R)上位于内侧的内端延伸，其中，第三阶梯部在与径向方向(R)相交的方向上延伸。

第一阶梯部可以将第二阶梯部在周向方向(A)上的两端中的邻近于连接区域的一端连接至第三阶梯部在周向方向(A)上的两端中的邻近于连接区域的一端。

阶梯部可以包括：突出区段，朝向连接区域突出；以及凹陷区段，连接至突出区段的一端并且在远离连接区域的方向上凹陷。

突出区段和凹陷区段可以在径向方向(R)上彼此间隔开。

突出区段可以包括：第一突出区段，连接至凹陷区段的在径向方向(R)上位于外侧的外端；以及第二突出区段，连接至凹陷区段的在径向方向(R)上位于内侧的内端，其中，第一突出区段在周向方向(A)上的宽度大于第二突出区段在周向方向(A)上的宽度。

第一突出区段与连接区域之间的距离可以小于第二突出区段与连接区域之间的距离。

轴承板和下加强构件可以包含不锈钢，并且材料层可以包含环氧树脂。

根据另一个方面，压缩机包括：壳体；以及空气箔片轴承，固定至壳体的一个表面。空气箔片轴承包括：轴承板，具有板状形状；以及材料层，联接并固定至轴承板并且由与轴承板不同的材料制成，其中，材料层的粘弹性大于轴承板的粘弹性。轴承板包括：固定端区域，固定至壳体；以及自由端区域，与壳体间隔开并且相对于壳体移动。

轴承板的外周缘可以具有圆形的形状，其中，轴承板包括：周向区域，形成轴承板的周缘并且在圆的周向方向(A)上延伸；独立区域，在圆的径向方向(R)上从周向区域向内间隔开；以及连接区域，构造成将周向区域连接至独立区域。周向区域是固定端区域，并且独立区域是自由端区域。

附图说明

被包括以提供对本公开的进一步理解并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施方式，并且与描述一起用于解释本公开的原理。

图1是示出了空气箔片轴承的实例的平面图。

图2是示出了设置在空气箔片轴承中的多个独立区域中的一个独立区域及该独立区域的外围区域的放大图。

图3是示出了在空气箔片轴承变形之前的状态的截面图。

图4是示出了空气箔片轴承已经变形的状态的截面图。

图5是示出了当空气箔片轴承变形时周向区域、独立区域以及连接区域的变形量的视图。

图6是示出了设置在空气箔片轴承的轴承板中的阶梯部的实例的视图。

图7是示出了设置在空气箔片轴承的轴承板中的阶梯部的实例的视图。

图8是示出了设置在空气箔片轴承的轴承板中的阶梯部的实例的视图。

图9是示出了空气箔片轴承所安装至的压缩机的实例的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来描述空气箔片轴承和包括空气箔片轴承的压缩机。

图1是示出了空气箔片轴承的平面图，并且图2是示出了设置在空气箔片轴承中的多个独立区域中的一个独立区域及该独立区域的外围区域的放大图。图3是示出了在空气箔片轴承变形之前的状态的截面图，并且图4是示出了空气箔片轴承已经变形的状态的截面图。图5是示出了当空气箔片轴承变形时周向区域、独立区域以及连接区域的变形量的视图，并且图6是示出了设置在空气箔片轴承的轴承板中的阶梯部的第一实例的视图。图7是示出了设置在空气箔片轴承的轴承板中的阶梯部的第二实例的视图，并且图8是示出了设置在空气箔片轴承的轴承板中的阶梯部的第三实例的视图。

在一些实施方式中，空气箔片轴承10可以包括具有板状形状的轴承板100。轴承板100可以与独立于空气箔片轴承10设置的旋转主体(例如，稍后描述的压缩机的旋转单元3)间隔开一定距离。当旋转主体旋转时，形成存在于轴承板100与旋转主体之间的空间中的空气流(在下文中，称为“空气膜”)，因此，产生压力分布。由此，在一些实施方式中，当旋转主体旋转时，上述空气膜的压力分布可以支撑旋转主体。特别地，不同于其他类型的轴承，空气箔片轴承10可以在不与旋转主体直接接触的情况下支撑旋转主体。

例如，如图1中所示，轴承板100可以具有圆形的外周缘并且被划分成多个区域。然而，与上述不同，轴承板100的外周缘也可以具有除圆形形状之外的诸如三角形形状、四边形形状等的多边形形状，并且也可以具有不规则形状。

更具体地，轴承板100可以包括周向区域102，该周向区域形成轴承板100的周缘并且在圆的周向方向A上延伸。更具体地，周向区域102可以具有中央区域被穿孔的环形形状。

在一些实施方式中，轴承板100还可以包括在圆的径向方向R上从周向区域102向内间隔开的独立区域104。上述独立区域104可以设置为多个。更优选地，多个独立区域104可以在圆的周向方向A上以等距间隔布置，并且多个独立区域104可以具有相同的形状。例如，可以在轴承板100中设置有4至6个独立区域104。图1示出了设置有6个独立区域104的状态。

继续参考图1，轴承板100可以包括连接区域106，该连接区域将周向区域102连接至独立区域104。连接区域106的数量可以对应于独立区域104的数量。例如，连接区域106可以与独立区域104一一对应。

在一些实施方式中，连接区域106可以将独立区域104在周向方向A上的一端连接至周向区域102。更具体地，如图1所示，设置在轴承板100中的多个连接区域106中的每个连接区域均可以将周向区域102连接至在多个独立区域104中的每个独立区域在两个周向方向A上的两端中的沿第一周向方向A1的一端。例如，如图1所示，当第一周向方向A1是逆时针方向时，设置在轴承板100中的多个独立区域104中的每个独立区域可以在顺时针方向(即，与第一周向方向A1相反的第二周向方向A2)上从连接区域106延伸。

在一些实例中，独立区域104在周向方向A上的宽度可以大于连接区域106在周向方向A上的宽度。因此，在周向区域102和独立区域104之间可形成一定的空置空间。如稍后将描述的，周向区域102可以是固定到一个部件的固定端区域，并且独立区域104可以是不固定到一个部件但是可变形的自由端区域。因此，当没有力作用在轴承板100上时，轴承板100保持如图3所示的未变形状态。然后，当力作用在轴承板100上时，例如，当由于旋转单元3旋转而在轴承板100与旋转单元3之间的空气膜中形成压力分布时，固定到一个部件的周向区域102保持未变形状态，但是独立区域104由于空气膜的压力分布而变形，如图4所示。更具体地，独立区域104的变形量随着距连接区域106的距离增加而增大。在这种情况下，轴承板100与旋转单元3之间的空间具有楔形形状，因此，产生压力分布的区域也会增大。因此，在一些实例中，随着压力分布的区域增大，可以支撑更多施加在旋转单元3上的载荷。

在一些实施方式中，参考图3和图4，空气箔片轴承10还可以包括：材料层200，联接并固定至轴承板100并且由与轴承板100不同的材料制成。

材料层200可以构造成减小由于空气箔片轴承10的操作环境中的干扰而在轴承板100中产生的振动和噪音。为了实现上述目的，在一些实施方式中，材料层200的粘弹性可以大于轴承板100的粘弹性。因此，在一些实施方式中，剪应变可能产生在可以在空气箔片轴承10的操作环境中具有相对较高的粘弹性的材料层200内部，由此，材料层200可以吸收在上述轴承板100中产生的振动和噪音。

在一些实施方式中，轴承板100可以包含金属材料。在一个实例中，轴承板100可以包含不锈钢，并且材料层200可以包含环氧树脂。(i)环氧树脂具有优异的耐热性，因此，即使当在高温环境下使用轴承板100时，损坏材料层200的风险也很小。(ii)可以自由地设计材料层200的厚度和形状，这是因为由于在环氧树脂的制造过程中由固化引起的形状变形的程度低而可以对其进行精密模制。(iii)环氧树脂由于由扭转等引起的低变形而具有优异的耐久性，因此可有助于在空气箔片轴承10的耐久性方面整体改善。然而，材料层200的材料不限于环氧树脂，而是可以对材料层200使用粘弹性比轴承板100的粘弹性高的各种材料。

更具体地，材料层200可以与轴承板100的下表面紧密接触并固定至轴承板的下表面。参考图3和图4，其中使用了空气箔片轴承10，这可以理解为如下。当轴承板100的面对旋转单元3且在它们间具有空气膜的表面被限定为轴承板100的上表面时，材料层200可以与在轴承板100的上表面相对的一侧上的下表面紧密接触并固定到该下表面。这可以理解为用于防止材料层200直接暴露至由空气形成的压力分布的方法，因此，可以防止材料层200被损坏。

继续参考图3和图4，空气箔片轴承10还可以包括下加强构件300，该下加强构件与材料层200的下表面紧密接触并固定至该材料层的下表面。下加强构件300可以构造成使材料层200暴露至外部的程度最小化，从而防止材料层200被损坏。

下加强构件300与材料层200的下表面紧密接触并固定至该材料层的下表面的特征可以理解为轴承板100和下加强构件300彼此面对且材料层200介于轴承板与下加强构件之间。下加强构件300可以包含不锈钢。当轴承板100和下加强构件300二者都包含不锈钢时，轴承板100和下加强构件300可以具有相同等级的不锈钢。例如，轴承板100和下加强构件300可以包含304不锈钢(SUS 304)，但是不锈钢的类型不限于304不锈钢。

在一些实施方式中，在稍后将描述的空气箔片轴承10的使用环境中，轴承板100的一侧是固定的，而轴承板100的另一侧是可移动的。即，轴承板100的一侧可以是固定端区域，并且轴承板100的另一侧可以是自由端区域。更具体地，周向区域102和连接区域106可以是固定端区域，并且独立区域104可以是自由端区域。因此，如图5中所示，当空气箔片轴承10变形时，固定端区域(即，周向区域102和连接区域106)可以不弯曲，而自由端区域(即，独立区域104)会弯曲。特别地，独立区域104的更远离连接区域106的部分具有更大的弯曲程度。

由此，在使用空气箔片轴承10期间在轴承板100中产生的噪音和振动主要产生在自由端区域中。因此，为了消除在自由端区域中产生的噪音和振动，材料层200需要与自由端区域紧密接触并固定至该自由端区域。

基于上述描述，材料层200可以与作为自由端区域的独立区域104的下表面紧密接触并固定至该下表面，材料层并且可以在径向方向R上与周向区域102的下表面和连接区域106的下表面间隔开。这可以理解为材料层200可以不设置在周向区域102的下表面上。然而，与上述不同，材料层200可以与周向区域102的下表面和连接区域106的下表面紧密接触并固定至周向区域的下表面和连接区域的下表面。在一些实施方式中，如上所述，下加强构件300可以与材料层200的下表面紧密接触并且固定至材料层的下表面。因此，空气箔片轴承10的设置有下加强构件300的区域可以对应于设置有材料层200的区域。

继续参考图3和图4，空气箔片轴承10的轴承板100还可以包括阶梯部110，该阶梯部形成在轴承板100的上表面上并且具有阶梯形状，并且轴承板100的厚度可以在阶梯部110处改变。

根据本公开，轴承板100与旋转单元3之间的距离(即，空气膜的宽度)在形成阶梯部110的区域中改变。在这种情况下，当旋转单元3开始在空气箔片轴承10的使用环境中旋转时，可以在空气膜中形成适当的压力分布。因此，轴承板100的自由端区域(即，独立区域104)可以沿远离空气膜的方向弯曲。即，阶梯部110可以构造成在旋转单元3的初始旋转期间在空气膜中形成适当的压力分布，因此，轴承板100的自由端区域被弯曲，并且空气膜具有特定楔形形状。

在一个实例中，阶梯部110可以通过刻蚀工艺形成。即，阶梯部110可以通过在轴承板100的表面上喷射化学溶液或气体而形成。

上面描述的阶梯部110可以形成在作为自由端区域的独立区域104中。这旨在使得空气膜的压力分布可以形成于空气膜在独立区域104附近的区域中，从而可以有效地弯曲独立区域104。

当更详细地描述阶梯部110时，独立区域104的基于阶梯部110而与连接区域106间隔开的部分的厚度可以小于独立区域104的基于阶梯部110而邻近于连接区域106的部分的厚度。这可以旨在使得空气膜在基于阶梯部110而邻近于连接区域106的区域中的厚度小于空气膜在基于阶梯部110而与连接区域106间隔开的区域中的厚度。因此，空气膜的压力分布形成于阶梯部110的附近。

在下文中，将参考图6至图8来描述阶梯部110的各种形状。

参考图6，阶梯部110可以包括在与周向方向A相交的方向上延伸的第一阶梯部111。更优选地，第一阶梯部111可以沿着平行于径向方向R的方向延伸。作为本公开的第一实例，图6示出了第一阶梯部111从独立区域104的在径向方向R上位于外侧的外端延伸到独立区域104的在径向方向R上位于内侧的内端的状态。

在一些实施方式中，参考图7，除了在与周向方向A相交的方向上延伸的第一阶梯部111之外，阶梯部110还可以包括从第一阶梯部111的在径向方向R上位于外侧的外端延伸的第二阶梯部112，并且第二阶梯部112在与径向方向R相交的方向上延伸。

在一些实例中，阶梯部110还可以包括从第一阶梯部111的在径向方向R上位于内侧的内端延伸的第三阶梯部113，并且第三阶梯部113在与径向方向R相交的方向上延伸。这可以理解为当从上方观察轴承板100时，阶梯部110总体上具有U形形状。更优选地，在本公开的第二实例中，第二阶梯部112和第三阶梯部113可以沿着平行于周向方向A的方向延伸。

更具体地，在一些实例中，第一阶梯部111可以将第二阶梯部112在周向方向A上的两端中的邻近于连接区域106的一端连接至第三阶梯部113在周向方向A上的两端中的邻近于连接区域106的一端。

此外，参考图8，根据本公开的第三实例，阶梯部110可以包括：突出区段114，朝向连接区域106突出；以及凹陷区段115，连接到突出区段114的一端并在远离连接区域106的方向上凹陷。更具体地，突出区段114和凹陷区段115可以在径向方向R上彼此间隔开。这可以理解为阶梯部110在径向方向R上具有大致波浪形状。

继续参考图8，突出区段114可以包括：第一突出区段114a，连接至凹陷区段115的在径向方向R上位于外侧的外端；以及第二突出区段114b，连接至凹陷区段115的在径向方向R上位于内侧的内端。在一个实例中，图8示出了第一突出区段114a在周向方向A上的宽度大于第二突出区段114b在周向方向A上的宽度的状态。第一突出区段114a和连接区域106之间在周向方向A上的距离小于第二突出区段114b和连接区域106之间在周向方向A上的距离。

在下文中，将基于空气箔片轴承10的上述描述来描述压缩机1。

图9是示出了空气箔片轴承所安装至的压缩机的截面图。

压缩机1可以包括：壳体2；空气箔片轴承10，固定到壳体2的一个表面；以及旋转单元3，与空气箔片轴承10间隔开并可相对于壳体2旋转。

如上所述，空气箔片轴承10可以包括：轴承板100，具有板状形状；以及材料层200，联接并固定至轴承板100并且由与轴承板100不同的材料制成(参见图1至图8)。在这里，材料层200的粘弹性可以大于轴承板100的粘弹性。

在一些实施方式中，轴承板100可以包括：固定端区域，固定至壳体2；以及自由端区域，与壳体2间隔开并且相对于壳体2可移动地设置。即，参考图9，以上描述的固定端区域可以面对壳体2，但是以上描述的自由端区域可以在朝向旋转单元3的方向上与壳体2间隔开。在这种情况下，自由端区域暴露至压缩机1内部的空置空间。因此，与自由端区域面对壳体2的情况相比，这种情况可以具有更高的冷却效率。

在一些实施方式中，如上所述，轴承板100的外周缘具有圆形形状。轴承板100包括：周向区域102，形成轴承板100的周缘并且在圆的周向方向A上延伸；独立区域104，在圆的径向方向R上与周向区域102向内间隔开；以及连接区域106，将周向区域102连接到独立区域104。在这里，周向区域102可以是上面描述的固定端区域，并且独立区域104可以是上面描述的自由端区域。更具体地，独立区域104可以面对旋转单元3，并且上面描述的空气膜可以形成于独立区域104和旋转单元3之间的空间中。在这里，图3和图4二者中的上下方向可对应于图9中的左右方向。

根据本公开，可以提供在减小由干扰引起的振动和噪音的同时具有比相关技术中更简单的结构的空气箔片轴承，以及安装有该空气箔片轴承的设备。

虽然已经利用具体示例性实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且显而易见的是，在本公开的技术构思和所附权利要求的同等范围内，本公开所属领域的技术人员可以做出各种变化和修改。

参考标记的描述：

1：压缩机

2：壳体

3：旋转单元

10：空气箔片轴承

100：轴承板

102：周向区域

104：独立区域

106：连接区域

110：阶梯部

111：第一阶梯部

112：第二阶梯部

113：第三阶梯部

114：突出区段

114a：第一突出区段

114b：第二突出区段

115：凹陷区段

200：材料层

300：下加强构件

R：径向方向

A：周向方向

A1：第一周向方向

A2：第二周向方向