KR100260665B1 - 자기 베어링 장치용 전원 회로 - Google Patents

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Abstract

AC 입력 전압은 변압기(1)에서 더 낮아지고, 정류 회로(2)에서 정류되고 나서 평활 회로(3)에서 평활되어, 그 결과 발생된 DC 전압은 모터(25)를 구동하는 인버터(4)에 공급된다.
정류된 DC 전압은 자기 베어링용 전원을 생성하기 위해 DC/DC 변환기(10)에 공급되며, 상기 베어링을 제어하는 DC 전원은 DC/DC 변환기(9)에서 생성된다. 정전시 모터(25)로부터의 재생 전력은 자기 베어링용 전력 전압을 생성키 위해 DC/DC 변환기(10)에 공급되며, 또한 자기 베어링 제어용 DC 전압은 DC/DC 변환기(9)로부터 공급된다.

Description

자기 베어링 장치용 전원 회로
제1도는 종래의 자기 베어링 스핀들(spindle)과 이 스핀들의 제어부에 대한 블록도를 도시하는 단면도.
제2도는 종래의 자기 베어링 장치에 대한 전원 회로를 도시하는 개략적인 블록도.
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 회로를 도시하는 블록도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 회로를 도시하는 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
7 : AC/DC 조정기 8 : 절환 회로
10 : DC/DC 변환기 41 : 모터 구동 회로
본 발명은 자기 베어링 장치용 전원 회로에 관한 것이다. 특히 본 발명은 터보 분자 펌프(turbo molecular pump)에 사용하기 위한 자기 베어링 스핀들(spindle)에 있어서, 정전시에 백업 배터리를 사용하지 않고 모터의 회전에 의해 발생된 전력을 재생하여 자기 베어링의 기능을 유지할 수 있는 자기 베어링 장치용 전원 회로(power supply circuit)에 관한 것이다.
[종래 기술]
제1도는 종래의 자기 베어링 스핀들과 이 스핀들의 제어부에 대한 블록도의 단면도를 나타낸다. 제1도에서, 하우징(21)내에는 상위 래디얼 자기 베어링(22)과, 하위 래디얼 자기 베어링(23) 및, 스핀들(31) 지지용 스러스트(thrust) 자기 베어링(24)이 제공된다. 스핀들(31)을 회전시키기 위해 상위 래디얼 자기 베어링(22) 및 하위 래디얼 자기 베어링(23)간의 하우징(21)내에 모터(25)가 제공된다. 래디얼 방향으로 스핀들(31)의 변위를 검출하는 래디얼 위치 센서(26 및 27)는 상위 래디얼 자기 베어링(22)과 하위 래디얼 자기 베어링(23)의 공간에 제공된다.
스러스트(thrust)의 방향으로 스핀들(31)의 변위를 검출하는 스러스트 위치센서(28)는 비교적 하위부에 제공된다. 또한, 스핀들(31)이 어떤 비정상인 것으로 인하여 자기 베어링들에 의해 자기적으로 지지되지 못하는 경우에, 하우징(21)내에 스핀들(31)을 지지하기 위한 베어링(29와 30)이 제공된다. 래디얼 위치 센서(26, 27) 및 스러스트 위치센서(28)로부터의 검출 출력은 자기 베어링 제어 회로(42)에 제공되는데, 이 자기 베어링 제어 회로는 상위 래디얼 자기 베어링(22), 하위 래디얼 자기 베어링(23) 및 스러스트 자기 베어링(24)을 제어한다.
자기 베어링 제어 회로(42)에는 통상적으로 이용가능한 AC 전압(통상의 교류 전압)을 정류 및 평활하여 생성된 DC 전압이 공급되는데, 상기 DC 전압은 상위 래디얼 자기 베어링(21), 하위 래디얼 자기 베어링(23) 및 스러스트 자기 베어링(24)을 구동력시키고, 스핀들(31)은 전자석의 자기력에 의해 자기적으로 지지되고, 모터(25)의 구동력에 의해 회전된다.
하지만, 통상적으로 이용가능한 전원 공급이 중단되면, 전자석의 자기력은 손실된다. 따라서, 백업 배터리는 정전시에 전자석의 자기력을 유지하기 위해 사용되고 있다. 드러나, 이런 백업 배터리의 이용은, 이 배터리의 저하(수명 시간의 종료)로 인해 배터리를 규칙적으로 교환 유지하는 것이 필요하다. 이런 이유로, 정전시에 모터(25)의 초기 회전에 의해 발생된 재생 전력으로 전자석의 자기력을 유지할 수 있는 전원 회로가 최근 이용되고 있다.
제2도는 종래의 자기 베어링 장치용 전원 회로를 도시하는 블록도이다. 제2도에서, 변압기(1)에 공급된 AC 입력 전압은 더 낮아지며, 이 낮아진 AC 전압은 정류 회로(2)에서 정류되고 평활 회로(3)에서 평활되어 DC 전압이 된다. 이 DC 전압은 제1도에서 도시된 모터 구동회로(41)에 포함된 인버터(4)에 공급되며, 이 인버터(4)는 모터(25)에 전원을 공급한다.
또한, AC 입력 전압은 절환 회로(8)에 입력하기 위하여 AC/DC 조정기(7)에 의해 DC 전압으로 변환된다. 평활 회로(3)에서 평활된 DC 전압은 DC/DC 변환기(10)에 공급된다. DC/DC 변환기(10)는 정전시에 모터(25)의 회전에 의해 발생된 재생 전력을 규정된 DC 전압으로 변환시킨다. DC/DC 변환기(10)로부터 나온 DC 전압 출력은 절환 회로(8)에 공급된다. 절환 회로(8)는 정상 동작시에 AC/DC 조정기(7)로부터 DC 전압을 선택하고, 정전의 검출시에 DC/DC 변환기(10)로부터 나온 DC 전압을 정전 검출 회로(11)로써 선택한다. 선택된 DC 전압은 전원으로서 제1도에 도시한 자기 베어링 제어 회로(42)를 통해 자기 베어링에 공급되며, DC/DC 변환기(9)에 의해 자기 베어링 제어 회로(42)에 인가되도록 DC 전압으로 변환된다.
제2도에 도시한 자기 베어링 장치용 전원 회로에 있어서, 정상 동작시에, AC 입력 전압은 변압기(1)에서 더 낮아지고, 정류 회로(2)에서 정류되며, 또한 회전용 모터를 구동하는 인버터(4)에 공급하기 위해 평활 회로(3)에 의해 DC 전압으로 평활된다. AC 입력 전압은 AC/DC 조정기(7)에 의해 DC 전압으로 변환되고, 전원과 같이 절환 회로(8)를 통해 자기 베어리에 공급되며, 또한 DC/DC 변환기(9)에 의해 자기 베어링 제어 회로(42)용 DC 전압으로 변환된다.
AC 입력 전압이 정전일 때, 정전 검출 회로(11)는 순간적으로 정전을 검출하며, 절환 회로(8)를 DC/DC 변환기(10)의 출력측으로 절환한다. 인버터(4)는 더 이상 공급되지 않은 AC 전압을 정류함으로써 발생된 DC 전압과 함께 동작을 멈추지만, 모터(25)는 관성 회전을 행하며 발전기로서 기능을 하고, 발생된 재생 전력은 인버터(4)를 통해 DC/DC 변환기(10)에 공급된다. DC/DC 변환기(10)로부터 나온 DC 전압 출력은 절환 회로(8)를 통해 전원으로 자기 베어링에 공급되며, 또한 DC 전압은 DC/DC 변환기(9)에 의해 자기 베어링 제어 회로에 공급된다.
제2도에 도시한 전원 회로에서, AC/DC 조정기(7)는 AC 입력 전압의 정전시 수 10msec에 대해서만 지정된 레벨로 DC 전압을 유지할 수 있기 때문에, 정전 시간 내에서, 검출 회로(11)는 정전임을 검출해야만 하고 절환 회로(8)는 DC/DC 변환기(9)의 입력이 DC/DC 변환기(10)의 출력측에 접속되도록 절환 되어야만 한다.정전 검출 회로(11)와 절환 회로(8)의 제공은 복잡한 구조를 만든다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명의 목적은 정전 검출 회로와 절환 회로를 제공하지 않고 정전시에 제어 전원 장치와 같이 모터의 회전에 의해 발생된 재생 전력을 이용할 수 있는 자기 베어링 장치용 전원 회로를 제공하는데 있다.
간략히 말해서, 본 발명은 자기 베어링에 의해 스핀들을 지지하고 모터의 구동력에 의해 스핀들을 회전시키는 자기 베어링 장치에 전력을 공급하는 전원 회로에 관한 것인 바, AC 전압은 변압기에 의해 낮아지고, 정류 회로에서 정류되고 평활되며, 정류 회로로부터 나온 DC 전압 출력은 인버터에 공급되고 인버터에서 나온 전력은 정상 동작 동안에 모터에 공급된다. AC 전압이 정전이 될 때, 인버터는 모터의 회전에 의해 발생된 재생 전력을 DC 전압으로 출력하며, 또한 상기 DC 전압은 자기 베어링을 구동하기 위하여 DC 변환 회로에 의해 DC 전압으로 변환된다.
그러므로 본 발명에 따르면, 모터로부터 얻은 재생 전력은 정전 검출 회로 혹은 종래에 실행된 절환 회로를 제공하지 않고 자기 베어링 제어 회로에 대해 DC 전압으로 공급될 수이다
양호한 실시예에서, DC 전압 변환 회로로부터의 DC 전압 출력은 자기 베어링을 제어하는 제어 회로에 공급된다.
훨씬 더 양호한 실시예는 AC 전압을 DC 전압 변환 회로로부터의 DC 전압 출력보다 더 높은 DC 전압으로 변환하기 위한 AC/DC 조정기 회로와, DC 변환 회로로부터 나온 DC 전압 출력을 출력하는 카운터 플로워(counter flow) 보호 다이오드 및 AC/DC 조정기 회로로부터의 DC 전압 출력을 포함한다.
본 발명의 전술한 목적과 다른 목적, 특징, 측면 및 이점이 첨부 도면과 관련하여 획득될 때 본 발명의 다음 상세한 설명으로부터 더욱 명확해진다.
[발명의 구성]
[양호한 실시예의 설명]
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 회로를 도시하는 블록도이다. 제3도에 도시한 실시예에서, 제2도에 도시한 AC/DC 조정기(7), 절환 회로(8) 및, 정전 검출 회로(11)가 제공되지 않으며, 또한 DC/DC 변환기(10)의 출력은 DC/DC 변환기(9)를 포함하는 자기 베어링 제어 회로의 입력에 직접 제공된다.
따라서, 본 실시예에서, 정상 동작 동안에 AC 입력 전압은 변압기(1)에서 더 낮아지게 되어, 정류 회로(2)에서 정류되고, 동시에 인버터(4)와 DC/DC 변환기(10)에 공급되는 DC 전압을 발생하기 위해 평활 회로(3)에서 평활되며, 또한 모터(25)는 인버터(4)의 출력에 의해 구동된다. DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압은 자기 베어링 제어 회로(42)를 통해 전원 장치에 의해 자기 베어링에 공급되고, 또한 DC 전압은 DC/DC 변환기(9)에 의해 출력시 자기 베어링 제어 회로(42)에 인가되도록 DC 전압으로 변환된다.
정전시에, AC 입력 전압이 차단되기 때문에 인버터(4)는 정류된 DC 전압이 인가되지 못한 채로 동작을 멈춘다. 그러나, 모터(25)가 관성 회전을 함으로써 발전기로 기능을 하고, 그 결과 회전 에너지는 AC 전원으로 인버터(4)에 공급되며 인버터(4)MS DC/DC 변환기(10)에 인가하기 위해 AC 전압을 정류한다.
DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압은 전원 전압으로 자기 베어링에 공급되고 또한 DC/DC 변환기(9)에 공급되며, 자기 베어링 제어 회로(42)용 DC 전압으로 변환되어, 자기 베어링 장치의 동작을 유지하게 된다.
제3도에 도시한 실시예가 일련의 변압기(1)와 정류 회로(2)로서 제2도에 도시한 것들과 비교한 바로서 자기 베어링을 구동하기 위해 부하의 증가가 요구되고, 그 때문에 더 큰 캐패시터가 요구되기는 하지만, AC/DC 조정기(7), 절환 회로(8) 및 정전 검출 회로(11)는 필요하지 않으며, 따라서 이 구조는 유리하게 간단해진다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 회로를 도시하는 블록도이다. 제4도에 도시한 실시예에서, 제2도에 도시한 종래예에서 AC/DC 조정기(7)로부터의 DC 전압 출력 및 DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압 출력은 각각 카운터 플로워 보호 다이오드(11 및 12)를 통해 자기 베어링에 전원으로 인가되며, 또한 DC/DC 변환기(9)는 DC 전압으로 공급된다. 그러나, AC/DC 조정기(7)로부터의 DC 전압 출력은 DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압 출력보다 더 높게 설정된다.
본 실시예에서, 변압기(1)에서 더 낮아진 AC 입력은 정류 회로(2)에 의해 정류되며, 평활 회로(3)에 의해 인버터(4)와 DC/DC 변환기(10)에 공급되는 DC 전압으로 평활된다. 또한, AC 입력 전압은 AC/DC 조정기에 의해 DC 전압으로 변환되고, 카운터 플로워 보호 다이오드(11)를 통해 출력된다.
AC/DC 조정기(7)로부터의 DC 전압 출력은 DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압 보다 더 높게 선택되기 때문에, 자기 베어링용 전원 장치와 DC/DC 변환기(9)에 대한 DC 전압은 AC/DC 조정기(7)로부터 공급된다.
인버터(4)는 정전시에 공급되는 정류된 DC 전압이 없으면 동작을 멈추지만 모터(25)는 관성 회전을 계속하며 발전기로서 기능을 하고, 인버터(4)에 재생 전력을 공급한다.
한편, AC/DC 조정기(7)는 정전시에 기능을 멈춘다. AC/DC 조정기(7)의 출력에 대해서, DC 전압은 정전후에 짧은 시기 동안 지정된 레벨을 지속하므로서 점차 감소하기 시작한다.
이때에, DC/DC 변환기(10)는 모터(25)의 회전에 발생된 재생 전력에 의해 DC 전압을 출력하고, 자기 베어링으로의 전원 공급은 AC/DC 조정기(7)로부터의 DC 전압의 출력이 DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압 출력보다 더 낮아지는 지점에서 DC/DC 변환기(10)로부터의 DC 전압 출력으로 절환되며, 그 결과 자기 베어링 장치는 재생 전력에 의해 백업된다.
[발명의 효과]
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 자기 베어링은 정상 동작시 DC/DC 변환기(10)에 정류된 DC 전압을 공급해서 구동되는 반면에, 모터(25)로부터의 재생 전력은 정전시 자기 베어링을 구동하기 위해 DC/DC 변환기에 인가되거나, AC 전압은 정상 동작 동안에 AC/DC 조정기(7)에 의해 DC 전압으로 변환되고, 모터(25)로부터의 재생 전력은 정전시 자기 베어링을 구동하기 위해 DC/DC 변환기(10)에 인가되며, 그 결과 종래에 실행된 바와 같이 정전 검출 회로와 절환 회로를 제공하지 않고 정전시 백업이 허용된다.

Claims (4)

  1. 자기 베어링(22, 23, 24)에 의해 스핀들(31)을 지지하고 모터(25)의 구동력에 의해 상기 스핀들을 회전하는 자기 베어링 장치에 전력을 공급하기 위한 전원 회로에 있어서, AC 전압을 더 낮게 하는 변압기(1)와, 상기 변압기에 의해 낮아진 AC 전압을 정류하고 평활하는 정류 수단(2, 3)과, 정상 동작시 상기 모터에 공급하기 위해 상기 정류 수단으로부터 나온 DC 전압 출력을 변환하고, 상기 AC 정전일 때 DC 전압인 상기 모터에 의해 발생된 재생전력을 출력하는 인버터 수단(4) 및, 상기 정류 수단으로부터 나온 DC 전압 출력 또는 상기 인버터 수단으로부터 나온 DC 전압 출력을 상기 자기 베어링을 구동하는 DC 전압으로 변환하는 DC 전압 변환 수단(10)을 포함하는 자기 베어링 장치용 전원 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기 베어링을 제어하는 제어 수단(42) 및, 상기 DC 전압 변환 수단으로부터 나온 DC 전압 출력을 상기 제어 수단에 인가될 DC 전압으로 변환하는 변환수단(9)을 더 포함하는 자기 베어링 장치용 전원 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 AC 전압을, 상기 DC 전압 변환 수단으로부터 나온 DC 전압 출력보다 더 높은 DC 전압으로 변환하는 AC/DC 조정기 수단(7) 및, 상기 DC 전압 변환 수단으로부터 나온 DC 전압 출력 및 상기 AC/DC 조정기 수단으로부터 나온 DC 전압 출력을 출력하는 카운터플로워(counterflow) 보호 다이오드(11, 12)를 더 포함하는 자기 베어링 장치용 전원 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 자기 베어링을 제어하는 제어 수단(42) 및, 상기 DC 전압 변환 수단으로부터 나온 DC 전압을 상기 제어 수단에 인가될 DC 전압으로 변환하는 변환 수단(9)을 더 포함하는 자기 베어링 장치용 전원 회로.
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