KR100363245B1

KR100363245B1 - Magnetic bearing assembly with deceleration unit

Info

Publication number: KR100363245B1
Application number: KR1019950023517A
Authority: KR
Inventors: 신명호
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2003-03-19
Also published as: KR970006955A

Abstract

PURPOSE: A magnetic bearing assembly with a deceleration unit is provided to rapidly reduce the rotation force by the inertia and reduce the supporting force of the rotation shaft applied to an auxiliary bearing, thereby extending the lifespan of the auxiliary bearing and promoting the mechanical stability. CONSTITUTION: A magnetic bearing assembly with a deceleration unit includes a magnetic bearing(100), a rotation shaft(50) supported by the magnetic bearing, an electromotive force abandon element(61) mounted on the outer peripheral surface of the rotation shaft for abandon the electromotive force by magnetic fields, and a coil unit(62) apart from the outer peripheral surface of the electromotive force abandon element and applied with electric potentials when the lifting force of the rotation shaft is lost by the magnetic bearing.

Description

Magnetic bearing assembly with reduction gear

본 발명은 자기 베어링 어셈블리에 관한 것으로, 더 상세하게는 감속장치를 갖는 자기 베어링 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic bearing assembly, and more particularly to a magnetic bearing assembly having a speed reduction device.

일반적으로, 자기 베어링은 통상의 볼베어링과는 달리 축과의 직접적인 접촉없이 비접촉방식으로 축의 외주를 감싼 채 대칭구조 혹은 등각 배치구조로 여자극을 마련하여 이 여자극에 의해 형성되는 자기력에 의해 축을 허공에 부상시켜 축을 비접촉식으로 회전 또는 직선운동이 가능하도록 지지하는 기계요소의 하나이다. 즉, 각각의 자기 포울 (pole)의 액츄에이터 코일에 전류를 흘려주면 그에 의한 자기장이 형성되고, 이에의해 각 쌍의 포울에 균등한 흡인력(혹은 반발력)이 발생함에 따라 축이 부상하게 된다. 이와 같은 자기 베어링에는 수동 자기 베어링 (passive magnetic bearing), 능동 자기 베어링(active magnetic bearing) 및 혼합형 자기 베어링(hybrid magnetic bearing) 등이 있다.In general, magnetic bearings, unlike ordinary ball bearings, provide an excitation pole in a symmetrical or conformal arrangement with the outer circumference of the axis in a non-contact manner without direct contact with the axis, thereby leaving the shaft hollow due to the magnetic force formed by the excitation pole. It is one of the mechanical elements supporting the shaft to be able to rotate or linear movement in a non-contact manner. In other words, when a current flows through the actuator coils of the magnetic poles, a magnetic field is formed. As a result, an even suction force (or repulsive force) is generated on each pair of poles, and the shafts rise. Such magnetic bearings include passive magnetic bearings, active magnetic bearings, and hybrid magnetic bearings.

상술한 바와 같은 자기 베어링 어셈블리에는 자기 베어링에 전원이 차단되거나 자기 베어링에 고장이 발생하였을 경우 고속으로 회전하는 축을 정지시키기 위한 별도의 감속장치가 마련되어 있다.The magnetic bearing assembly as described above is provided with a separate deceleration device for stopping the shaft rotating at high speed when the magnetic bearing is cut off power or a failure occurs in the magnetic bearing.

제1도에는 이러한 감속장치가 마련된 자기 베어링 어셈블리의 일실시예를 나타내 보였다.Figure 1 shows an embodiment of a magnetic bearing assembly provided with such a reduction device.

이것은 자기 베어링(100)에 의해 지지된 회전축(10)의 일측과 이 제1드라이 베어링부재(11)가 설치되고 이 제1 드라이 베어링 부재(11)의 외주면에는 이를 감싸며 하우징(13)에 지지된 제2드라이 베어링 부재(12)가 설치된다. 그리고 상기 제1,2 드라이 베어링 부재(11)(12)의 사이에는 마모방지부재 (14)가 설치된다.It is installed on one side of the rotating shaft 10 supported by the magnetic bearing 100 and the first dry bearing member 11 and the outer peripheral surface of the first dry bearing member 11 and supported by the housing 13. The second dry bearing member 12 is installed. The wear preventing member 14 is installed between the first and second dry bearing members 11 and 12.

상기와 같이 구성된 자기 베어링 어셈블리는 도면에 도시되지 않은 구동수단에 의해 고속으로 회전하는 도중 자기 베어링(100)에 공급되는 전원이 차단되는 경우 자기 베어링(100)에 의해 부상되어 있던 축이 하강하면서 상기 제2 드라이 베어링부재(12)에 의해 지지된 상태로 회전축(10)의 관성력에 의해 회전하게 된다. 따라서 상기 회전축(10)의 회전력은 제1,2드라이 베어링 부재(11)(12)와 마찰방지부재(14)의 마찰에 의해 열에너지로 변환되고 이 열은 회전축의 단부에 설치된 방열된 방열휜(15)을 통하여 방출됨으로써 상실된다.In the magnetic bearing assembly configured as described above, when the power supplied to the magnetic bearing 100 is interrupted while rotating at a high speed by a driving means not shown in the drawing, the shaft injured by the magnetic bearing 100 is lowered. In the state supported by the second dry bearing member 12 is rotated by the inertial force of the rotary shaft 10. Accordingly, the rotational force of the rotary shaft 10 is converted into thermal energy by friction between the first and second dry bearing members 11 and 12 and the anti-friction member 14, and the heat is radiated heat radiation 설치된 15) is lost through release.

그러나 상기와 같이 회전축(10)이 감속되어 정지되는 것은 회전력을 마찰열로 모두 방출시켜야 되므로 상기 제1,2 드라이 베어링부재(11)(12)의 마모로 인해 분진이 발생되고, 결과적으로 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.However, as the rotation shaft 10 is decelerated and stopped as described above, dusts are generated due to wear of the first and second dry bearing members 11 and 12 since the rotational force must be released as friction heat. As a result, durability decreases. There was a problem.

그리고 상기 자기 베어링 어셈블리의 다른 실시예는 제2도에 도시된 바와 같이 자기 베어링에 의해 지지된 회전축(20)을 하우징(21)에 지지된 구름베어링(22)에 의해 지지되고 이 구름 베어링(22)의 내주면과 회전축(20)의 외주면 사이에 별도의 마찰부재(23)가 설치된다.And another embodiment of the magnetic bearing assembly is supported by a rolling bearing 22 supported on the housing 21 by a rotating shaft 20 supported by the magnetic bearing as shown in FIG. A separate friction member 23 is installed between the inner circumferential surface of the rotation axis and the outer circumferential surface of the rotation shaft 20.

상술한 바와 같은 자기 베어링 어셈블리는 구름베어링(22)의 내주면과 회전축(20)의 외주면 사이에 마찰부재(23)가 개재되어 있으므로 이 마찰부재(23)의 마모시 내구성이 좋지 않게 되는 문제점은 여전히 내재되어 있다.As described above, the magnetic bearing assembly has a friction member 23 interposed between the inner circumferential surface of the rolling bearing 22 and the outer circumferential surface of the rotating shaft 20, so that the problem that the durability of the friction member 23 becomes poor during wear is still a problem. It is inherent.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 관성력에의해 회전되는 회전축에 직접적인 마찰접속없이 감속시킬 수 있는 감속장치를 가진 자기 베어링 유니트를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a magnetic bearing unit having a deceleration device capable of decelerating without a direct frictional connection to a rotating shaft rotated by an inertial force.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

자기 베어링과, 이 자기 베어링에 의해 지지되는 회전축과, 이회전축의 일측 외주면에 설치되는 자장에 의해 기전력이 유기되는 기전력 유기부재와, 이 기전력 유기부재의 외주면과 소정간격 이격되며 상기 지기베어링에 의한 회전축의 부상력이 상실될 때에 소정의 전위가 인가되는 복수개의 코일 유니트를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.The electromotive force organic member induces electromotive force by a magnetic bearing, a rotating shaft supported by the magnetic bearing, and a magnetic field provided on one outer peripheral surface of the second rotating shaft, and an outer circumferential surface of the electromotive force organic member and is spaced a predetermined distance from the magnetic bearing. It is characterized by including a plurality of coil units to which a predetermined potential is applied when the floating force of the rotating shaft is lost.

상기 코일 유니트는 기전력 유기부재의 외주면과 소정간격 이격되도록 돌출되는 코일 지지부 가진 코어와, 이 코어의 코일 지지부에 감긴 코일을 구비하여 구성되는데, 상기 코일 유니트는 축의 양측과 하면에 설치되도록 함이 바람직하다.The coil unit includes a core having a coil support projecting to be spaced apart from the outer circumferential surface of the electromotive force organic member by a predetermined distance, and a coil wound around the coil support of the core, wherein the coil unit is preferably installed at both sides and the bottom of the shaft. Do.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 감속장치를 가지는 자기 베어링 어셈블리를 제3도에 나타내보였다.A magnetic bearing assembly having a speed reduction device according to the invention is shown in FIG. 3.

이것은 자기 베어링(100)에 의해 회전축(50)이 지지되고, 이 회전축(50)은 자기 베어링(100)에 의한 지지력의 상실시 상기 회전축(50)을 지지하는 보조 베어링(51)이 설치된다. 그리고 상기 회전축(50)의 일측에는 상기 자기 베어링의 지지력 상실시 관성력에 의해 회전하는 회전축을 감속시키기 위한 감속장치(60)가 설치된다. 이 감속장치(60)는 상기 회전축(50)의 외주면에 기전력 유기부재(61)가 설치되고 이 기전력유기부재(61)의 외주면에는 이와 소정간격 이격되는 코일 유니트 (62)가 설치되는데, 이 코일 유니트(62)는 제4도에 도시된 바와 같이 내주면에 소정의 간격으로 복수개의 코일 지지부(62b)가 형성된 링형의 코어(62a)와, 이 코어(62a)의 코일 지지부(62b)에 감긴 코일(62c)을 구비하여 구성된다. 여기에서 상기 코어(62a)의 코일 지지부(62b)는 회전축(50)의 하면과 양측면에 위치되도록 함이 바람직하다. 상기 각 코일(62c)은 상기 자기 베어링(100)에 공급되는 전원의 차단시 이를 감지하여 상기 코일(62c)에 소정의 전위를 인가하는 제어수단(70)이 더 구비된다.The rotary shaft 50 is supported by the magnetic bearing 100, and the rotary shaft 50 is provided with an auxiliary bearing 51 supporting the rotary shaft 50 at all times of the bearing force by the magnetic bearing 100. And one side of the rotating shaft 50 is provided with a reduction device 60 for reducing the rotating shaft to rotate by the bearing force inertia force of the magnetic bearing. The deceleration device 60 is provided with an electromotive force organic member 61 on the outer circumferential surface of the rotary shaft 50, and a coil unit 62 is provided on the outer circumferential surface of the electromotive force organic member 61 and spaced apart from the predetermined interval by the coil unit 62. The unit 62 has a ring-shaped core 62a in which a plurality of coil supports 62b are formed at predetermined intervals on the inner circumferential surface as shown in FIG. 4, and a coil wound around the coil supports 62b of the core 62a. It is comprised with 62c. Here, the coil support 62b of the core 62a may be positioned on both bottom surfaces and both sides of the rotation shaft 50. Each of the coils 62c is further provided with control means 70 for detecting when the power supplied to the magnetic bearing 100 is cut off and applying a predetermined potential to the coils 62c.

이와 같이 구성된 감속장치를 가진 자기 베어링 어셈블리의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the magnetic bearing assembly having a reduction device configured as described above is as follows.

상기 자기 베어링(100)에 의해 지지된 회전축(50)이 고속으로 회전하고 있는 상태에서 정전 또는 비상상태가 발생되어 회전축을 지지하지 못하게 되면 상기 회전축(50)은 보조 베어링(51)에 의해 기계적으로 지지되어 회전하게 된다. 이때에 상기 제어수단(70)에 의해 상기 자기 베어링에 전위가 인가되지 않은 것을 감지하고 코일(62c)에 전위를 인가하기 위한 스위치를 작동시켜 코일(62c)에 소정의 전위를 인가한다.When the rotating shaft 50 supported by the magnetic bearing 100 is rotating at a high speed, when a power failure or emergency state occurs and the supporting shaft cannot be supported, the rotating shaft 50 is mechanically supported by the auxiliary bearing 51. Is supported and rotated. At this time, the control means 70 senses that no electric potential is applied to the magnetic bearing and operates a switch for applying electric potential to the coil 62c to apply a predetermined electric potential to the coil 62c.

상기와 같이 코일에 소정의 전위가 인가되면 코일(62c)이 감긴 코어는 자속을 발생시키게 된다. 이 자속은 기전력 유기부재(61)와 회전축(50)을 통하여 흐르게 된다. 이때에 상기 회전축(50)은 고속으로 회전하고 있는 상태이므로 기전력 유기부재(61)에 흐르는 자속의 양은 변하게 되어 상기 기전력 유기부재(61)에는 와전류가 유기되고 이 와전류의 흐름에 의해 저항손이 발생되고 이 저항손은 열로 발산됨으로써 회전축의 회전관성에너지는 급격히 감소되어 회전축(50)이 정지되게 된다.As described above, when a predetermined potential is applied to the coil, the core on which the coil 62c is wound generates magnetic flux. This magnetic flux flows through the electromotive force organic member 61 and the rotating shaft 50. At this time, since the rotation shaft 50 is rotating at a high speed, the amount of magnetic flux flowing in the electromotive force organic member 61 is changed so that an eddy current is induced in the electromotive force organic member 61 and a resistance loss is generated by the flow of the eddy current. This resistance loss is dissipated by heat, so that the rotational inertia energy of the rotational shaft is rapidly reduced to stop the rotational shaft 50.

또한 상기 자속에 의해 기전력 유기부재(61)에 전류가 유기될 때 이유기전류와 코일에 흐르는 전류의 작용으로 코일과 기전력 유기 부재(61) 사이에는 반발력이 작용하게 되며, 이 반발력은 거리가 가까워 짐에 따라 급격히 커지는 성질을 가지고 있다. 이러한 성질에 의해서 비상 사태시 자기 베어링(100)의 지지력 상실로 회전축(50)이 하강하게 되면 회전축(50)은 하부에 위치된 코일(62c)과 가까와 지게 되는데, 이 경우 회전축과 코어에 작용하는 반발력이 급격히 커지게 되어 회전축(50)을 부상시키는 부상력으로 작용하게 된다. 따라서 보조 베어링(51)에 의한 회전축(50)의 지지력이 상대적으로 줄어들게 되어 보조 베어링(51)의 부담을 덜어주게 된다. 이러한 효과를 높이기 위해서는 상술한 바와같이 회전축의 하부와 양측에 코일이 위치되도록 하는 것이다.In addition, when the current is induced in the electromotive force organic member 61 by the magnetic flux, a repulsive force acts between the coil and the electromotive force organic member 61 by the action of the wetting current and the current flowing through the coil, and the repulsive force is close to the distance. It has a property that grows rapidly with load. Due to this property, if the rotating shaft 50 is lowered due to the loss of bearing capacity of the magnetic bearing 100 in an emergency, the rotating shaft 50 is brought closer to the coil 62c positioned below, in which case the rotating shaft 50 acts on the rotating shaft and the core. The repulsive force is rapidly increased to act as a floating force to injure the rotating shaft (50). Therefore, the bearing force of the rotating shaft 50 by the auxiliary bearing 51 is relatively reduced, thereby reducing the burden on the auxiliary bearing 51. In order to increase this effect, as described above, the coils are positioned at the lower side and both sides of the rotating shaft.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 감속장치를 갖는 자기 베어링 어셈블리는 관성력에 의해 회전되는 회전력을 급격히 감소시킬 수 있으며, 보조 베어링에 작용하는 회전축의 지지력을 줄여 보조 베어링의 수명을 연장시킬 수 있으며, 기구적인 안정성을 꽤할 수 있다.As described above, the magnetic bearing assembly having the present invention can reduce the rotating force rotated by the inertia force and can reduce the bearing force of the rotating shaft acting on the auxiliary bearing to extend the life of the auxiliary bearing. It can be quite stable.

Claims

The magnetic bearing, the rotating shaft supported by the magnetic bearing, the electromotive force organic member in which the electromotive force is induced by the magnetic field provided on one outer peripheral surface of the rotary shaft, and the outer circumferential surface of the electromotive force organic member and are separated from the rotation shaft by the magnetic bearing. And a coil unit to which an electric potential is applied when a floating force is lost.

The method of claim 1,

And the coil unit comprises a ring-shaped core having a coil support projecting from the outer circumferential surface of the electromotive force organic member, and a coil wound around the coil support of the core.

The method of claim 2,

Magnetic bearing assembly having a reduction device, characterized in that the coil support of the core is located on the lower surface and both sides of the rotation axis.