KR102163168B1 - Linear system with air bearing and linear evaluation system having the same - Google Patents

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이규석
이성호
박정형
김민석
오희재
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한국생산기술연구원
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Abstract

According to the present invention, provided is a linear system to which an air bearing is applied in which the air bearing is applied between a stator and a mover constituting the linear system such as a generator to maintain a predetermined air gap between the air bearing and a cylindrical shaft formed on the center of the mover, thereby, as a result, maintaining an air gap on a permanent magnet reciprocating between an outer stator and an inner stator. Moreover, an evaluation system for the linear system enables natural reciprocating motion by minimizing noise and mechanical losses which can occur when converting rotational motion into linear motion through the air bearing coupled to a crank part.

Description

에어 베어링을 적용한 선형 시스템 및 이를 갖는 선형 평가 시스템{Linear system with air bearing and linear evaluation system having the same}Linear system with air bearing and linear evaluation system having the same}

본 발명은 에어 베어링을 적용한 선형 시스템 및 선형 평가 시스템에 관한 것으로서, 선형 시스템을 구성하는 고정자와 이동자 간의 결합축 사이에 에어 베어링을 적용하여 고정자의 내외부 코어 사이에서 왕복 운동을 하는 영구 자석 상에서의 공극을 유지함으로써 고정자를 구성하는 외부 코어와 내부 코어 사이에서 운동하는 영구 자석의 마찰을 방지하는 방안에 관한 것이다.The present invention relates to a linear system and a linear evaluation system to which an air bearing is applied, wherein an air bearing is applied between a coupling shaft between a stator and a mover constituting the linear system to form a void on a permanent magnet that reciprocates between the inner and outer cores of the stator. It relates to a method of preventing friction of the permanent magnet moving between the outer core and the inner core constituting the stator by maintaining the.

또한, 선형 발전기와 같은 선형 시스템의 평가를 위해 크랭크 파트에 결합된 에어 베어링을 통해 회전 운동을 직선 운동으로 변환 시 발생할 수 있는 기계적 손실을 최소화하여 왕복 운동을 가능하게 하는 방안에 관한 것이다.In addition, for evaluation of a linear system such as a linear generator, the present invention relates to a method of enabling reciprocating motion by minimizing mechanical loss that may occur when converting rotational motion into linear motion through an air bearing coupled to a crank part.

일반적으로 발전기는 회전형 발전기가 주를 이루지만, 장치 구성의 단순화와 경량화 및 효율성 향상을 위하여 널리 사용되는 직선 왕복형 내연기관의 출력을 크랭크 기구를 통해 회전 운동으로 변환할 필요 없이 직접 활용하기 용이하도록 리니어 발전기가 개발되었다.In general, the generator is mainly a rotary generator, but it is easy to use directly without the need to convert the output of a linear reciprocating internal combustion engine widely used to rotational motion through a crank mechanism to simplify the device configuration, reduce weight, and improve efficiency. A linear generator was developed to do so.

평판형 리니어 발전기는 평판형 고정자의 내측 돌출부에 코일이 권선되고, 양측 고정자의 사이 공간에 영구자석이 부착된 평판형 이동자가 위치된 구조로 이루어져, 상기 이동자를 다양한 동력발생장치에 의해 직선 왕복 이동시킴으로써 상기 코일에 유도전류가 발생될 수 있게 한다.A flat-type linear generator consists of a structure in which a coil is wound on the inner protrusion of a flat-type stator, and a flat-type mover with permanent magnets attached to the space between both stators is located, and the mover is linearly reciprocated by various power generating devices. By doing so, an induced current can be generated in the coil.

종래의 리니어 발전기는 영구자석을 포함한 이동자가 코일이 권선된 고정자의 내부에서 직선 왕복 운동할 수 있도록 되어 있고, 이동자는 연결 로드 및 크랭크 시스템을 통해 내연기관 등의 작동에 의해 발생된 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환해서 상기 고정자를 통해 인출할 수 있다.In a conventional linear generator, a mover including a permanent magnet can linearly reciprocate inside a stator in which a coil is wound, and the mover uses a connecting rod and crank system to absorb mechanical energy generated by the operation of an internal combustion engine, etc. It can be converted into electrical energy and drawn out through the stator.

한편, 연결 로드를 통해 지지되는 이동자를 반복적으로 고정자 상으로 운동하게 하는 구조에서, 상기 연결 로드 및 이동자에는 하중이 집중될 수 밖에 없고, 고속 왕복 운동시에는 고정자와 이동자 사이, 연결 로드 또는 크랭크 시스템 상에 마찰이 심하게 발생하게 된다. 상기와 같은 마찰로 인해 마모가 크게 발생되는 경우엔 이동자의 안정적인 작동경로를 확보하기 어렵게 된다는 문제점이 있다. 또한, 리니어 발전기의 용량이 커져서 이동자의 길이가 길어지게 되는 경우에는 이동자에 처짐이 발생하는 등의 구조적 안정성 문제가 대두된다.On the other hand, in a structure in which a mover supported by a connecting rod repeatedly moves on the stator, the load is inevitably concentrated on the connecting rod and the mover. There is severe friction in the image. When abrasion occurs largely due to friction as described above, there is a problem in that it is difficult to secure a stable operating path of the mover. In addition, when the capacity of the linear generator increases and the length of the mover becomes longer, structural stability problems such as sagging occurs in the mover arise.

발전기 및 전동기와 같은 종래의 선형 시스템은 단품 평가를 하기 위하여 기계식 선형 베어링 및 선형 가이드를 적용하여 평가를 하는데, 기계식 선형 베어링의 속도 사양에 의해 고속 운전이 불가하다는 점 및 선형 베어링을 구성하는 볼에 의한 마찰에 의해 소음, 진동, 기계적 손실이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 왕복 운동을 하는 선형 시스템의 특성 상 선형 시스템을 평가하기 위한 별도의 표준화된 평가 장치가 존재하지 않는다.Conventional linear systems such as generators and motors are evaluated by applying a mechanical linear bearing and a linear guide to evaluate a single unit, and the fact that high-speed operation is impossible due to the speed specifications of the mechanical linear bearing and the ball constituting the linear bearing. There is a problem that noise, vibration, and mechanical loss occur due to friction. In addition, there is no separate standardized evaluation device for evaluating a linear system due to the characteristics of a linear system that performs reciprocating motion.

상기한 문제점을 해결하고자 하는 차원에서, 본 발명은 발전기와 같은 선형 시스템을 구성하는 고정자의 중심에 관통 형성된 축 결합공과 이동자의 중심에 형성된 원통축 사이에 에어 베어링을 적용한 상태에서 공압을 제공하여 상기 에어 베어링과 원통축 간에 소정의 공극을 유지함으로써 결과적으로 외부 고정자 및 내부 고정자 사이에서 왕복 운동을 하는 영구 자석 상에서의 공극을 유지하게 하는 에어 베어링을 적용한 선형 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention provides pneumatic pressure in a state in which an air bearing is applied between a shaft coupling hole formed through the center of a stator constituting a linear system such as a generator and a cylindrical shaft formed at the center of the mover. It is characterized by providing a linear system employing an air bearing that maintains a predetermined air gap between the air bearing and the cylindrical shaft, and consequently maintains the air gap on a permanent magnet that reciprocates between the outer stator and the inner stator.

이를 통해 고정자를 구성하는 외부 코어와 내부 코어 사이에서 운동하는 상기 영구 자석의 마찰을 방지하는 것을 특징으로 한다.Through this, it is characterized in that the friction of the permanent magnet moving between the outer core and the inner core constituting the stator is prevented.

또한, 본 발명은 선형 시스템이 안착된 평가 베드 상에 회전 운동을 하는 서보 모터 내지 엔진과 같은 동력 형성부, 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키도록 에어 베어링이 적용된 크랭크 축, 및 선형 시스템과 크랭크 축을 정렬시켜면서 연결해주는 유니버셜 커플링을 포함한 선형 평가 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention includes a servo motor or a power forming unit such as an engine that performs rotational motion on an evaluation bed on which a linear system is seated, a crankshaft to which an air bearing is applied to convert rotational motion into linear motion, and a linear system and a crankshaft. It is characterized by providing a linear evaluation system including universal coupling that connects while aligning.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어 베어링을 적용한 선형 시스템은 원통 형상을 갖는 고정자; 상기 고정자의 축 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 배치되며, 상기 고정자와 전자기적으로 상호작용하는 이동자; 및 상기 고정자와 이동자 사이에 배치되는 에어 베어링;을 포함하고, 상기 고정자는 외부 고정자, 상기 고정자가 결합되는 고정자 브라켓의 반경 방향을 따라서 상기 외부 고정자의 내측으로 이격배치되는 내부 고정자 및 상기 외부 고정자의 내부 상에 수용되는 방식으로 구비되는 코일을 포함하며, 상기 이동자는, 상기 축 결합공에 삽입 배치되는 이동자 축 및 상기 이동자 축과 이동자 요크를 통해 이격 배치되는 영구 자석을 포함하고, 상기 에어 베어링은 상기 축 결합공과 이동자 축 사이에 배치된 상태에서, 공압을 인가하는 과정을 통해 상기 에어 베어링과 이동자 축 간에 소정 간격의 공극을 유지함으로써, 상기 외부 코어와 내부 코어 사이에서 왕복운동하는 이동자에서의 기계적 손실을 최소화할 수 있으며 자연스러운 왕복운동이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.The linear system to which the air bearing according to the present invention is applied for achieving the above object comprises: a stator having a cylindrical shape; A mover disposed to reciprocate along the axial direction of the stator and electromagnetically interacting with the stator; And an air bearing disposed between the stator and the mover, wherein the stator includes an external stator, an inner stator disposed spaced apart from the inside of the outer stator along a radial direction of a stator bracket to which the stator is coupled, and the outer stator. And a coil provided in a manner accommodated therein, and the mover includes a mover shaft inserted into the shaft coupling hole and a permanent magnet spaced apart through the mover shaft and the mover yoke, and the air bearing In a state disposed between the shaft coupling hole and the mover shaft, by maintaining a predetermined gap between the air bearing and the mover shaft through the process of applying pneumatic pressure, the mechanical in the mover reciprocating between the outer core and the inner core It is characterized in that loss can be minimized and natural reciprocating motion is possible.

또한, 선형 발전기 내지 선형 전동기와 같은 선형 시스템에 대한 평가 시스템의 구성은 다음과 같다. In addition, the configuration of an evaluation system for a linear system such as a linear generator or a linear motor is as follows.

평가 시스템은 선형 발전기 및 전동기와 같은 선형 시스템의 직선 운동을 위해 서보 모터 및 엔진의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 파트;를 더 포함하고, 상기 크랭크 파트는 상기 선형 시스템과 이격 배치되는 동력 형성부에 직접적으로 연결되는 제1 크랭크 로드, 상기 제1 크랭크 로드 상에 슬라이딩 운동 가능하게 결합된 제2 크랭크 로드, 상기 제1 크랭크 로드와 제2 크랭크 로드 간에 배치되는 제2 에어 베어링 및 상기 제2 크랭크 로드와 상기 이동자 간을 연결하는 유니버셜 커플링을 갖는다.The evaluation system further includes a crank part for converting a rotational motion of a servo motor and an engine into a linear motion for linear motion of a linear system such as a linear generator and an electric motor, wherein the crank part forms a power spaced apart from the linear system. A first crank rod directly connected to the unit, a second crank rod slidably coupled on the first crank rod, a second air bearing disposed between the first crank rod and the second crank rod, and the second It has a universal coupling connecting the crank rod and the mover.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.According to the present invention, all the objects of the present invention described above can be achieved.

본 발명에 따른 에어 베어링을 적용한 선형 시스템은 발전기와 같은 선형 시스템을 구성하는 고정자와 이동자 사이에 에어 베어링을 적용하여 상기 에어 베어링과 상기 이동자의 중심 상에 형성된 원통축 간에 소정의 공극을 유지함으로써 결과적으로 외부 고정자 및 내부 고정자 사이에서 왕복 운동을 하는 영구 자석 상에서의 공극을 유지하게 한다.The linear system to which the air bearing according to the present invention is applied is a result of maintaining a predetermined air gap between the air bearing and the cylindrical shaft formed on the center of the mover by applying an air bearing between a stator and a mover constituting a linear system such as a generator. It maintains the void on the permanent magnet which reciprocates between the outer stator and the inner stator.

이를 통해 고정자를 구성하는 외부 코어와 내부 코어 사이에서 운동하는 영구 자석 간의 마찰을 방지함으로써 결과적으로는 고정자와 이동자가 일정 공극을 유지하게 한다. This prevents friction between the outer core constituting the stator and the permanent magnet moving between the inner core, and consequently allows the stator and the mover to maintain a certain air gap.

본 발명은 크랭크 파트에 결합된 에어 베어링을 통해 회전 운동을 직선 운동으로 변환 시 발생할 수 있는 소음 및 기계적 손실을 최소화하여 자연스러운 왕복 운동을 가능하게 한다.The present invention enables natural reciprocating motion by minimizing noise and mechanical loss that may occur when converting rotational motion into linear motion through an air bearing coupled to a crank part.

본 발명에 따른 선형 시스템 상에서 이동자의 스트로크는 크랭크 파트의 일측에 결합된 서보 모터에 연결된 캠의 길이에 의해 조절하고, 주파수는 서보 모터의 속도로 조절 가능하다.In the linear system according to the present invention, the stroke of the mover is adjusted by the length of the cam connected to the servo motor coupled to one side of the crank part, and the frequency can be adjusted by the speed of the servo motor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 에어 베어링을 적용한 선형 시스템의 전체적인 구성을 보인다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 에어 베어링을 적용한 선형 시스템의 단면을 보인다.
도 3은 도 1의 에어 베어링을 적용한 선형 시스템 상에 동력 형성부 및 크랭크 축을 결합한 상태의 선형 평가 시스템을 보인다.
도 4는 도 3의 선형 평가 시스템을 상부에서 바라본 상태를 보인다.1 shows the overall configuration of a linear system to which an air bearing is applied according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a linear system to which an air bearing is applied according to an embodiment of the present invention.
3 shows a linear evaluation system in a state in which a power forming unit and a crankshaft are combined on the linear system to which the air bearing of FIG. 1 is applied.
FIG. 4 shows a state as viewed from the top of the linear evaluation system of FIG. 3.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 에어 베어링을 적용한 선형 시스템 및 상기 선형 시스템에 대한 선형 평가 시스템을 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A linear system to which an air bearing according to the present invention is applied and a linear evaluation system for the linear system will be described.

도 1 및 도 2를 참조하면, 에어 베어링을 적용한 선형 시스템(100)은 고정자 브라켓(110), 고정자 브라켓(110) 상에 결합되는 고정자(120), 고정자 브라켓(110)의 중심에 관통 형성된 축 결합공(112)을 통해 분리 가능하게 결합되는 이동자(130) 및 이동자(130)를 구성하는 이동자 축(131)을 둘러싼 상태에서 축 결합공 상에 끼움 결합되는 제1 에어 베어링(140)을 포함한다.1 and 2, the linear system 100 to which the air bearing is applied includes a stator bracket 110, a stator 120 coupled to the stator bracket 110, and a shaft formed through the center of the stator bracket 110. Including a first air bearing 140 that is fitted on the shaft coupling hole while surrounding the mover 130 detachably coupled through the coupling hole 112 and the mover shaft 131 constituting the mover 130 do.

고정자 브라켓(110)은 선형 시스템(100)의 전체적인 윤곽을 형성하게 하는 것으로서, 그 내측에 고정자(120)를 삽입 배치한 상태에서 브라켓 커버(114)를 통해 이탈을 방지한다.The stator bracket 110 forms the overall contour of the linear system 100 and prevents separation through the bracket cover 114 in a state in which the stator 120 is inserted and disposed inside the linear system 100.

고정자(120)는 외부 고정자(121), 고정자 브라켓(110)의 반경 방향을 따라서 외부 고정자(121)의 내측으로 이격배치되는 내부 고정자(123) 및 외부 고정자(121)의 내부 상에 수용되는 방식으로 구비되는 코일(125)을 포함한다.The stator 120 is accommodated on the inside of the outer stator 121 and the inner stator 123 and the outer stator 121 which are spaced apart from each other in the outer stator 121 along the radial direction of the stator bracket 110 It includes a coil 125 provided as.

이동자(130)는 축 결합공(112)을 통해 결합된 상태에서 축 방향을 따라 왕복 운동하는 이동자 축(131), 이동자 축(131)의 외주면 상에서 반경 방향을 따라 형성되는 요크(132), 요크(132) 상에 형성되되 이동자 축(131)의 축 방향을 따라 나란히 형성되는 요크 날개(133), 이동자 축(131)을 중심으로 하여 요크 날개(133) 상에 방사상을 배치되는 메인 영구자석(134) 및 메인 영구자석(134)을 중심으로 하여 메인 영구자석(134)의 전후방 상에 배치되는 보조 영구자석(135)을 포함한다.The mover 130 is a mover shaft 131 that reciprocates along the axial direction in a state coupled through the shaft coupling hole 112, a yoke 132 formed along the radial direction on the outer circumferential surface of the mover shaft 131, and a yoke The main permanent magnets formed on 132 and arranged radially on the yoke wing 133 with the yoke wing 133 formed in the axial direction of the mover shaft 131 and the mover shaft 131 as the center ( It includes an auxiliary permanent magnet 135 disposed on the front and rear of the main permanent magnet 134 with the main permanent magnet 134 as the center.

제1 에어 베어링(140)은 고정자 브라켓(110)의 축 결합공(112) 상에 삽입 결합된다. 상기 제1 에어 베어링(140)의 내측으로는 축방향을 따라 이동자(130)의 이동자 축(131)이 전후방을 따라 반복적으로 이동 가능하게 결합된다.The first air bearing 140 is inserted into and coupled to the shaft coupling hole 112 of the stator bracket 110. Inside the first air bearing 140, the mover shaft 131 of the mover 130 is coupled to be repeatedly movable along the front and rear directions along the axial direction.

상기 제1 에어 베어링(140)을 적용한 상태에서 공압을 제공하여 제1 에어 베어링(140)과 이동자 축(131) 간에 소정의 공극을 유지한다.In the state in which the first air bearing 140 is applied, air pressure is provided to maintain a predetermined air gap between the first air bearing 140 and the mover shaft 131.

상기의 공압 제공을 통해 공극을 유지하는 방식을 설명한다. 이동자 축(131)과 제1 에어 베어링(140) 사이에 고압의 공기를 공급한 상태에서 소정 간격을 형성하게 함으로써 회전 부분인 이동자 축(131)의 마모를 방지한다.A method of maintaining the air gap through the provision of the pneumatic pressure will be described. By forming a predetermined gap while supplying high-pressure air between the mover shaft 131 and the first air bearing 140, abrasion of the mover shaft 131, which is a rotating part, is prevented.

에어 베어링은 작동 원리에 따라 동압(動壓) 베어링과 정압(靜壓) 베어링으로 구별되는데, 전자는 이동자 축의 회전에 따라 둘레의 공기를 베어링 사이에 끌어넣고 압력을 상승시켜서 부하능력을 얻는 형식이다. 후자인 정압 베어링은 외부 압축기로 압력을 넣은 공기를 강제로 베어링 사이에 공급하는 형식이다. 베어링의 세기를 높이기 위해 공기 공급로에 유체 조리개를 사용한다. 정압 베어링은 이동자 축이 돌지 않더라도 공급 압력의 분포에 의해 떠 있는 상태를 얻을 수 있기 때문에 저속운전에도 적합하고 회전 정밀도가 높다는 장점이 있다.Air bearings are classified into dynamic pressure bearings and static pressure bearings according to the principle of operation.The former is a type to obtain load capacity by drawing the surrounding air between the bearings and increasing the pressure according to the rotation of the shaft of the mover. . The latter, static pressure bearing, is a type of forcibly supplying air pressed by an external compressor between the bearings. A fluid stop is used in the air supply path to increase the strength of the bearing. The static pressure bearing has the advantage of being suitable for low speed operation and high rotational precision because it can obtain a floating state by the distribution of the supply pressure even if the mover shaft does not rotate.

구체적으로, 원통 형상을 갖는 이동자 축이 제1 에어 베어링(140) 내부로 조립되고 공압이 인가되면 제1 에어 베어링(140)과 원통 형상을 갖는 이동자 축은 4㎛의 공극으로 유지가 된다. 이로 인해서 선형 시스템의 외부 고정자(121)와 내부 고정자(123) 상에 이동자(130)의 메인 영구자석(134)이 위치하게 됨으로써 구동을 하게 된다. 이를 통해, 선형 시스템 상에서 고정자(120)와 이동자(130) 사이에 에어 베어링을 적용하여 선형 시스템 구동시 소음 및 기계적 손실을 저감하게 되어 자연스러운 왕복 운동을 가능하게 한다.Specifically, when the cylinder-shaped mover shaft is assembled into the first air bearing 140 and pneumatic pressure is applied, the first air bearing 140 and the cylinder-shaped mover shaft are maintained in a 4 μm gap. Accordingly, the main permanent magnet 134 of the mover 130 is positioned on the outer stator 121 and the inner stator 123 of the linear system, thereby driving. Through this, an air bearing is applied between the stator 120 and the mover 130 on the linear system to reduce noise and mechanical loss when driving the linear system, thereby enabling natural reciprocating motion.

한편, 에어 베어링을 적용할 시 에어 갭을 이중 공극으로 설계하는 이유는 이동자(130)의 무게를 최소화한 상태에서 에어 베어링에 의한 이동자의 구동시 마찰 손실을 최소화 할 수 있다.On the other hand, when the air bearing is applied, the reason for designing the air gap as a double air gap can minimize friction loss when the mover is driven by the air bearing while the weight of the mover 130 is minimized.

도 3 및 도 4를 참조하여, 에어 베어링을 적용한 선형 시스템(100)에 대한 선형 평가 시스템을 설명한다.A linear evaluation system for the linear system 100 to which an air bearing is applied will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

선형 평가 시스템은 선형 시스템(100)이 안착된 평가 베드(400) 상에서 상기 선형 시스템(100)과 이격 배치되는 동력 형성부(200), 선형 시스템(100)과 동력 형성부(200) 간에 동력을 연동하게 하는 기능을 하는 크랭크 파트(300)를 포함한다.The linear evaluation system generates power between the linear system 100 and the power generating unit 200, which is spaced apart from the linear system 100 on the evaluation bed 400 on which the linear system 100 is seated. It includes a crank part 300 that functions to interlock.

동력 형성부(200)는 회전 운동을 하는 서보 모터 내지 엔진과 같은 구조를 갖는 것으로서 선형 시스템(100)을 이루는 이동자(130)의 직선 운동을 가능하게 하도록 동력을 생성한다.The power generating unit 200 has a structure such as a servo motor or an engine that performs rotational motion, and generates power to enable linear motion of the mover 130 constituting the linear system 100.

크랭크 파트(300)는 동력 형성부(200)에 직접적으로 연결되는 제1 크랭크 로드(310), 제1 크랭크 로드(310)와 상에 슬라이딩 운동 가능하게 결합된 제2 크랭크 로드(320), 제1 크랭크 로드(310)와 제2 크랭크 로드(320) 간에 배치되는 제2 에어 베어링(340) 및 제2 크랭크 로드(320)와 이동자(130) 간을 연결하는 유니버셜 커플링(330)을 포함한다. 유니버셜 커플링(330)은 선형 시스템의 이동자(130)와 크랭크 파트(300)를 정렬시켜면서 연결해주는 기능을 한다. 유니버셜 커플링(330)을 통해서, 이동자(130)와 크랭크 파트(300) 간의 결합 단차가 발생하는 경우에도 중단 없이 연속적인 구동을 가능하게 한다.The crank part 300 includes a first crank rod 310 directly connected to the power forming unit 200, a second crank rod 320 coupled to the first crank rod 310 so as to be slidably A second air bearing 340 disposed between the 1 crank rod 310 and the second crank rod 320 and a universal coupling 330 connecting the second crank rod 320 and the mover 130 . The universal coupling 330 functions to align and connect the mover 130 and the crank part 300 of the linear system. Through the universal coupling 330, even when a coupling step between the mover 130 and the crank part 300 occurs, continuous driving is possible without interruption.

상기 제2 에어 베어링(340)을 적용한 상태에서 공압을 제공하여 제1 크랭크 로드(310)와 제2 크랭크 로드(320) 간에 소정의 공극을 유지한다.In the state in which the second air bearing 340 is applied, pneumatic pressure is provided to maintain a predetermined air gap between the first crank rod 310 and the second crank rod 320.

상기와 같이 선형 시스템의 이동자를 구성하는 이동자 축(131) 및 영구자석이 외부 고정자와 내부 고정자 사이에서 왕복 운동 가능하도록 공극을 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하고, 크랭크 파트(300) 상에 설치된 에어 베어링을 통해서 동력 형성부(200)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환 시 크랭크 파트(300)의 안정적인 직선 운동을 수행하여 직선 운동 시의 마찰 손실을 최소화한다. As described above, the mover shaft 131 constituting the mover of the linear system and the permanent magnet serve to keep the air gap constant so that the reciprocating motion between the outer stator and the inner stator is possible, and air installed on the crank part 300 When converting the rotational motion of the power forming unit 200 into a linear motion through a bearing, a stable linear motion of the crank part 300 is performed to minimize friction loss during linear motion.

본 발명에 따른 에어 베어링을 적용한 선형 시스템은 발전기와 같은 선형 시스템을 구성하는 고정자와 이동자 사이에 에어 베어링을 적용하여 상기 에어 베어링과 상기 이동자의 중심 상에 형성된 원통축 간에 소정의 공극을 유지함으로써 결과적으로 외부 고정자 및 내부 고정자 사이에서 왕복 운동을 하는 영구 자석 상에서의 공극을 유지하게 한다.The linear system to which the air bearing according to the present invention is applied is a result of maintaining a predetermined air gap between the air bearing and the cylindrical shaft formed on the center of the mover by applying an air bearing between a stator and a mover constituting a linear system such as a generator. It maintains the void on the permanent magnet which reciprocates between the outer stator and the inner stator.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above embodiments, the present invention is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present invention.

100 : 선형 시스템
110 : 고정자 브라켓
120 : 고정자
130 : 이동자
140 : 제1 에어 베어링
200 : 동력 형성부
300 : 크랭크 파트
340 : 제2 에어 베어링
400 : 평가 베드100: linear system
110: stator bracket
120: stator
130: mover
140: first air bearing
200: power forming unit
300: crank part
340: second air bearing
400: evaluation bed

Claims (2)

삭제delete 에어 베어링을 적용한 선형 시스템에 대한 선형 평가 시스템에 있어서,
상기 선형 시스템;
상기 선형 시스템과 이격 배치되는 동력 형성부; 및
상기 선형 시스템과 동력 형성부 간에 동력을 연동하게 하는 크랭크 파트;를 포함하고,
상기 선형 시스템은, 원통 형상을 갖는 고정자; 상기 고정자의 축 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 배치되며, 상기 고정자와 전자기적으로 상호작용하는 이동자; 및 상기 고정자와 이동자 사이에 배치되는 제1 에어 베어링;을 포함하고,
상기 고정자는 외부 고정자, 상기 고정자가 결합되는 고정자 브라켓의 반경 방향을 따라서 상기 외부 고정자의 내측으로 이격배치되는 내부 고정자 및 상기 외부 고정자의 내부 상에 수용되는 방식으로 구비되는 코일을 포함하며,
상기 이동자는, 상기 고정자 브라켓의 중심에 관통 형성된 축 결합공을 통해 결합된 상태에서 축 방향을 따라 왕복 운동하는 이동자 축 및 상기 이동자 축과 이동자 요크를 통해 이격 배치되는 영구 자석을 포함하고, 상기 제1 에어 베어링은 상기 축 결합공과 이동자 축 사이에 배치된 상태에서, 공압을 인가하는 과정을 통해 상기 제1 에어 베어링과 이동자 축 간에 소정 간격의 공극을 유지함으로써, 상기 외부 고정자와 내부 고정자 사이에서 운동하는 상기 영구 자석의 마찰을 방지하며,
상기 크랭크 파트는 상기 동력 형성부에 직접적으로 연결되는 제1 크랭크 로드, 상기 제1 크랭크 로드 상에 슬라이딩 운동 가능하게 결합된 제2 크랭크 로드, 상기 제1 크랭크 로드와 제2 크랭크 로드 간에 배치되는 제2 에어 베어링 및 상기 제2 크랭크 로드와 상기 이동자 간을 연결하는 유니버셜 커플링을 갖는, 에어 베어링을 적용한 선형 시스템에 대한 선형 평가 시스템. In the linear evaluation system for a linear system to which an air bearing is applied,
The linear system;
A power generating unit spaced apart from the linear system; And
Includes; a crank part for interlocking power between the linear system and the power forming unit,
The linear system includes a stator having a cylindrical shape; A mover disposed to reciprocate along the axial direction of the stator and electromagnetically interacting with the stator; And a first air bearing disposed between the stator and the mover,
The stator includes an external stator, an internal stator spaced apart from the inside of the external stator along a radial direction of a stator bracket to which the stator is coupled, and a coil provided in a manner received on the inside of the external stator,
The mover includes a mover shaft that reciprocates along an axial direction in a state coupled through a shaft coupling hole formed through the center of the stator bracket, and a permanent magnet spaced apart from the mover shaft and the mover yoke, and the first 1 The air bearing moves between the outer stator and the inner stator by maintaining an air gap at a predetermined distance between the first air bearing and the mover shaft through the process of applying pneumatic pressure while being disposed between the shaft coupling hole and the mover shaft. To prevent the friction of the permanent magnet,
The crank part includes a first crank rod directly connected to the power generating unit, a second crank rod coupled to the first crank rod so as to be slidable, and a first crank rod disposed between the first crank rod and the second crank rod. A linear evaluation system for a linear system to which an air bearing is applied, having an air bearing and a universal coupling connecting the second crank rod and the mover.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112303121A (en) * 2020-10-27 2021-02-02 浙江大学 Magnetic suspension pump with three-degree-of-freedom magnetic bearing
US11843301B2 (en) 2019-01-22 2023-12-12 Waters Technologies Corporation Linear motor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000083364A (en) * 1998-09-04 2000-03-21 Sanyo Electric Co Ltd Movable core linear motor
KR20040088472A (en) * 2001-12-03 2004-10-16 신꼬오덴끼가부시끼가이샤 Linear actuator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000083364A (en) * 1998-09-04 2000-03-21 Sanyo Electric Co Ltd Movable core linear motor
KR20040088472A (en) * 2001-12-03 2004-10-16 신꼬오덴끼가부시끼가이샤 Linear actuator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11843301B2 (en) 2019-01-22 2023-12-12 Waters Technologies Corporation Linear motor
CN112303121A (en) * 2020-10-27 2021-02-02 浙江大学 Magnetic suspension pump with three-degree-of-freedom magnetic bearing

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