KR100576768B1 - 영구자석 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 베어링에 관한 것으로서, 특히 베어링의 회전자의 편심을 방지하여 안정적인 회전이 이루어지도록 하는 영구자석 베어링에 관한 것이다. 이의 달성을 위해 본 발명에서는, 회전축을 지지하는 영구자석 베어링에 있어서, 하나 이상의 원호형상의 영구자석을 회전축에 이격하여 고정시키는 영구자석고정휠과; 상기 영구자석의 외주연부를 지지하는 지지링과; 중심부가 상기 회전축에 고정결합되고 둘레부가 상기 지지링에 고정결합되어, 상기 회전축의 회전시 상기 지지링에 원심력을 고르게 분포시키는 탄성휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 베어링이 개시된다.

베어링, 영구자석, 플라이휠, 에너지저장

Description

영구자석 베어링{Magnet Bearing}

도 1은 본 발명에 따른 영구자석 베어링의 일 실시예를 나타내는 단면도,

도 2는 도 1의 탄성휠을 나타내는 사시도,

도 3은 도 1의 일 적용례를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 회전축 110: 영구자석고정휠

115: 영구자석 120: 지지링

130: 탄성휠 131: 축고정부

132: 아암 133: 헤드

140: 섬유복합재 지지링 150: 고정자석베어링

155: 고정영구자석 210: 초전도 베어링

310: 플라이휠 허브 320,330: 플라이휠

본 발명은 회전축에 사용되는 영구자석 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링의 회전자의 편심을 방지하는 구조를 갖는 영구자석 베어링에 관한 것이다.

종래 발전소 등에서의 에너지 저장수단으로 양수발전, 심야전력 이용기기 등이 사용되어 왔으며, 최근에는 또다른 대안수단으로서 플라이휠(Flywheel) 에너지 저장장치를 사용하고 있다.

플라이휠 에너지 저장장치란 모터/발전기, 휠, 베어링으로 이루어지며, 모터를 이용하여 휠을 회전시켜 전기에너지를 휠의 관성에너지로 저장하였다가, 필요시에 휠에 연결된 발전기로 다시 전기를 발전시켜 사용하는 장치이다.

이와 같은 플라이휠 에너지 저장장치에 적용되었던 베어링으로서 종래에는 주로 기계식 베어링을 사용하거나, 초전도 베어링 내지 전자석을 이용한 무접촉 베어링 등을 사용하여 왔다.

그러나, 기계식 베어링을 사용하는 경우에는 고속운전이 곤란하여 저속으로 운전하였으므로 저용량이라는 단점이 있을 뿐 아니라 마찰에 의한 회전손실이 크다는 문제점이 있었다.

한편, 전자석 베어링을 이용하는 경우에는 전자석과 영구자석의 반발을 이용하여 휠을 부양하고 부양상태를 유지하기 위해 전자석을 세밀하게 조절해주어야 하는 형태로서, 플라이휠을 부양시키기 위해서는 전자석에 사용되는 에너지가 비교적 커서 효율이 떨어진다는 문제가 있었다.

초전도 베어링을 이용한 방법은 초전도체와 자석의 부양력과 고정력을 이용하여 휠을 부양시키고, 무접촉이므로 고속회전이 가능하기 때문에 작은 부피로 큰 에너지를 저장할 수 있다는 장점이 있으나, 휠을 부양시키기 위해서는 고가의 초전 도체가 다량으로 필요하고, 초전도체와 자석간의 면적에 비례하여 와류손실이 커지기 때문에 대용량화하기가 용이하지 않다는 문제가 있었다.

한편, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한국공개특허공보 제2003-0076769호에는 초전도 베어링과 영구자석 베어링을 함께 채용한 복합형 베어링이 개시되어 있다. 이 발명에 의하면, 상부에 영구자석 베어링을 사용하고 하부에 저널형 초전도 베어링을 사용하여, 원심력의 작용방향으로 안정성을 높이고 초전도 베어링의 부피를 대폭 감소시켜 냉각손실을 개선함과 동시에 안정적인 부양이 이루어지도록 하였다. 그러나, 상기 특허는 중공형 형태의 축에만 적용할 수 있음에 따라, 중실축을 갖는 플라이휠 에너지 저장장치에는 사용될 수 없다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 중실축의 플라이휠의 경우에 적용가능하고 안정적인 회전이 이루어지도록 하는 영구자석베어링을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 회전축을 지지하는 영구자석 베어링에 있어서, 하나 이상의 원호형상의 영구자석을 회전축에 이격하여 고정시키는 영구자석고정휠과; 상기 영구자석의 외주연부를 지지하는 지지링과; 중심부가 상기 회전축에 고정결합되고 둘레부가 상기 지지링에 고정결합되어, 상기 회전축의 회전시 상기 지지링에 원심력을 고르게 분포시키는 탄성휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 베어링을 제공한다.

여기서, 상기 탄성휠의 둘레부는 다수의 아암으로 분할형성되는 것으로 할 수 있다. 그리고, 상기 다수의 아암은 상기 회전축의 반지름 방향으로 탄성변형하도록 형성된 것으로 할 수도 있다.

또한, 상기 영구자석 베어링은 상기 지지링의 외주연부를 지지하는 섬유복합재 지지링을 더 구비할 수도 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 영구자석 베어링은 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(10)에 결합되고 외주연부에 다수의 영구자석(115)을 고정시키는 영구자석고정휠(110)과, 상기 영구자석(115)의 외주연부를 지지하는 지지링(120)과, 상기 회전축(10)에 고정결합되고 외주단부가 상기 지지링(120)에 고정결합되는 탄성휠(130) 및 지지링(120)의 외주연부를 지지하는 섬유복합재 지지링(140)으로 이루어져 있다.

영구자석고정휠(110)은 원반형상으로서 중심부에 회전축(10)이 삽입 및 고정되어 있으며, 상면의 외주연부에는 영구자석(115)이 삽입되도록 다수의 원호형상의 홈부(H)가 형성되어 있다. 각 홈부(H)에는 영구자석(115)이 삽입되어 지지된다.

지지링(120)은 금속재질로서 상기 영구자석고정휠(110)의 외주면을 감싸고 있으며, 하단부가 내측으로 돌출된 턱을 이루어 상기 영구자석고정휠(110)을 하부에서 지지하는 형태를 취하고 있다.

탄성휠(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 회전축(도 1의 10)이 삽입되는 축고정부(131)와, 축고정부(131)의 상부에 연장형성되는 다수의 아암(132) 및 각 아암(132)으로부터 반지름 방향으로 연장형성되는 다수의 헤드(133)로 이루어져 있 다. 아암(132)은 축고정부(131)보다 더 큰 내경을 가지도록 돌출형성되어 있다. 탄성휠(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 축고정부(131)에 회전축(10)이 삽입되고, 축고정부(131)의 상단부는 영구자석고정휠(110)의 하단부를 지지하고 있다. 그리고, 헤드(133)는 영구자석고정휠(110)의 외주연부의 하단면을 지지하고 있으며, 헤드(133)의 단부면은 상기 지지링(120)의 하단부 돌출된 턱부분에 부착된다.

섬유복합재 지지링(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, 지지링(120)의 외주연부를 지지하고 있으며, 탄소섬유 복합재로 이루어져 있다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 영구자석 베어링의 일 실시예의 기능을 설명하면, 회전축(10)의 회전시 영구자석고정휠(110)상에 지지된 다수의 영구자석(115)은 원심력을 받아 지지링(120)에 반지름 방향의 힘을 가하게 된다. 이 때, 탄성휠(130)은 지지링(120)을 반지름 방향으로 지지하고 있으므로 상기 원심력에 의한 지지링(120)의 변형을 방지하도록 한다. 섬유복합재 지지링(140)은 내측의 지지링(120)을 외부에서 받치고 있으며, 탄성휠(130)의 지지력을 보완하는 기능을 한다.

이러한 지지구조에 의하면, 회전축(10)의 회전시 영구자석(115)의 원심력에 의해 지지링(120)에 반지름 방향으로 불균일한 힘을 받게 되는데, 이 경우 지지링(120)의 변형으로 편심이 발생될 수 있으며, 이에 의해 회전시 진동 및 소음이 유발될 수 있는 바, 상기 탄성휠(130)은 이를 방지하는 기능을 한다. 즉, 회전축(10)의 회전시 탄성휠(130)의 각 아암(132)은 골고루 반지름 방향으로 원심력을 받아 변형하게 되고, 이에 따라 이에 연결된 지지링(120)에도 반지름 방향으로 골고루 변형이 일어나게 되어 편심발생이 방지되는 것이다.

이러한 본 발명의 영구자석 베어링은 도 3에 도시된 바와 같이, 초전도 베어링(210)과 함께 회전축(10)에 사용되어질 수 있다. 여기서, 회전축(10)에는 본 발명의 영구자석 베어링의 영구자석(115)에 대향되도록 고정영구자석(155)을 지지하는 고정자석베어링(150)이 더 구비된다.

따라서, 초전도 베어링(210)은 영구자석 베어링과 함께 사용하게 됨에 따라 그 크기를 축소시킬 수 있다는 장점이 있다. 도 3에서 도면번호 310은 플라이휠 허브를, 320 및 330은 플라이 휠을 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 영구자석 베어링에 의하면, 중실축의 플라이휠의 경우에 적용가능하고 회전축의 회전시 편심이 발생하지 않는 안정적인 회전이 이루어지게 한다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전축을 지지하는 영구자석 베어링에 있어서,

   하나 이상의 원호형상의 영구자석을 회전축에 이격하여 고정시키는 영구자석고정휠과;

   상기 영구자석의 외주연부를 지지하는 지지링과;

   중심부가 상기 회전축에 고정결합되고 둘레부가 상기 지지링에 고정결합되어, 상기 회전축의 회전시 상기 지지링에 원심력을 고르게 분포시키는 탄성휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 베어링.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 탄성휠의 둘레부는 다수의 아암으로 분할형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 베어링.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 다수의 아암은 상기 회전축의 반지름 방향으로 탄성변형하도록 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 베어링.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지링의 외주연부를 지지하는 섬유복합재 지지링을 더 구비한 것을 특 징으로 하는 영구자석 베어링.

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