KR100613549B1 - 복합형 능동제어 자기 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은, 편의전류 대신에 냉각된 압축공기를 공급하여 회전축을 부상시킴으로써 상대적으로 열의 발생을 현저하게 줄임과 동시에 공급된 공기를 이용하여 발생된 열을 공랭시켜 줌으로써 회전축의 열변형을 억제할 수 있으며, 베어링 코어의 극의 끝부분에는 연장부를 형성함으로써 회전축에 작용하는 공기압을 극대화시키는, 복합형 능동제어 자기 베어링 장치에 관한 것으로서,

내측에 다수개의 극이 돌출형성되어 있으며 상기한 극에는 공기공급관로가 각각 형성되어 있는 베어링 코어와, 상기한 극에 권선되어 있는 코일과, 공극을 사이에 두고서 설치되어 회전축의 위치를 감지하기 위한 한쌍의 센서를 포함하여 이루어지는 자기 베어링 장치에 있어서, 인접한 극과의 간격을 최소화시키기 위하여 상기한 베어링 코어의 극의 끝부분이 회전축의 원주 둘레를 따라서 일체형으로 확장되는 연장부를 가지며, 상기한 연장부는 인접하는 연장부와의 간격이 최소화되어 간극이 형성됨으로써 서로 접촉되지 않는 것을 특징으로 한다.

자기 베어링, 코일, 극, 공극, 센서, 편의전류, 제어전류, 압축공기

Description

복합형 능동제어 자기 베어링 장치{Active control magnetic bearing}

도 1은 종래의 자기 베어링 장치의 구성도이다.

도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 복합형 능동제어 자기 베어링 장치의 구성도이다.

도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 복합형 능동제어 자기 베어링 장치의 베어링 코어의 사시 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 베어링코어 22 : 코일

23 : 극 24 : 공극

25 : 센서 26 : 회전축

27 : 공기공급관로 28 : 연장부

이 발명은 베어링 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 편의전류 대신에 냉각된 압축공기를 공급하여 회전축을 부상시킴으로써 상대적으로 열의 발생을 현저하게 줄임과 동시에 공급된 공기를 이용하여 발생된 열을 공랭시켜 줌으로써 회전축의 열변형을 억제할 수 있으며, 베어링 코어의 극의 끝부분에는 연장부를 형성함으로써 회전축에 작용하는 공기압을 극대화시키는, 복합형 능동제어 자기 베어링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 모터와 같이 회전축을 갖는 회전기기에는 회전축을 지지하면서 회전 마찰력을 감소시키기 위하여 베어링 장치를 사용하게 되며, 이와 같은 베어링 장치로서는 볼베어링, 공기베어링, 유체베어링, 자기베어링 등이 있다.

상기한 자기 베어링은 회전축이 기준 위치를 벗어난 정도를 센서로 감지하여 상기 회전축의 주변에 설치되어 있는 각각의 전자석에 공급되는 전류를 제어함으로써 전자석에 자기력을 발생시켜 회전축을 원하는 위치로 부상시키는 구조를 갖는다.

상기한 자기베어링은, 마모가 없으며, 반영구적이며, 마찰에 의한 에너지 손실이 거의 없으며, 별도의 윤활장치를 사용하지 않으므로 오염 문제를 제거할 수 있으며, 진공,고온에서도 사용가능하며, 피드백제어에 의해 축의 진동을 크게 억제 할 수 있는 장점 등이 있는 반면에, 동적 강성이 볼베어링이나 기름베어링에 비해 작아서 외력의 영향을 받기가 쉬우며, 센서, 앰프등이 사용되므로 기존의 베어링보다 가격이 비싼 단점 등이 있다.

도 1은 종래의 자기 베어링 장치의 구성도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 자기 베어링 장치는, 내측에 다수개의 극(13)이 돌출형성되어 있는 베어링 코어(11)와, 상기한 극(13)에 권선되어 있는 코일(12)과, 공극(14)을 사이에 두고서 설치되어 회전축(16)의 위치를 감지하기 위한 한쌍의 센서(15)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한 종래의 자기 베어링 장치는, 자력을 이용하여 회전축(16)을 부상시켜서 지지함으로써 회전축(16)의 회전시의 마찰을 없애고 회전축(16)의 회전궤적을 능동적으로 제어함으로써 고전적 형태의 베어링으로는 구현이 불가능한 고속 고정밀 회전을 가능하게 한다.

회전축(16)을 부상시키기 위해서 극(13)에 감겨 있는 코일(12)에 편의 전류(bias current)를 공급하게 되면, 서로 대응되는 위치에 있는 한쌍의 극(13)에는 각각 N극과 S극이 형성되어 전자석이 되는데, 이때 상기한 N극과 S극에 의해서 자기장이 형성됨으로써 한쪽 극의 N극에서 공극(14)을 통과하여 다시 다른쪽 극의 S극으로 통과하는 자기경로가 형성되어 흡입력에 의해서 회전축(16)을 부상하게 한다.

이와 같이 코일(12)에는 회전축(16)을 부상시키기 위한 편의 전류가 공급되고, 이와 같은 편의 전류의 공급과 함께 부하, 불평형 질량과 같은 외란에 의해서 회전축(16)의 위치가 변하는 것을 제어하기 위한 제어 전류(control current)도 극(13)을 감싸고 있는 코일(12)로 공급된다.

상기한 회전축(16)의 위치는 상하 위치 변경 및 좌우 위치 변경을 각각 감지하기 위한 한쌍의 센서(15)에 의해서 감지되는데, 부하, 불평형 질량과 같은 외란에 의해서 회전축(16)의 위치가 변하게 되면, 이에따라 제어전류가 코일(22)로 공급되어 자기장을 발생시킴으로써 회전축(16)의 위치 보정을 하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 자기 베어링 장치는, 코일(12)을 통하여 편의전류와 제어전류가 함께 공급됨으로써 상대적으로 많은 열이 발생하게 되며, 이 열은 공극(14)을 통하여 회전축(16)에 전달됨으로써 회전축(16)의 열변형의 원인으로서 작용하게 되는 문제점 등이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 편의전류 대신에 냉각된 압축공기를 공급하여 회전축을 부상시킴으로써 상대적으로 열의 발생을 현저하게 줄임과 동시에 공급된 공기를 이용하여 발생된 열을 공랭시켜 줌으로써 회전축의 열변형을 억제할 수 있으며, 베어링 코어의 극의 끝부분에는 연장부를 형성함으로써 회전축에 작용하는 공기압을 극대화시키는, 복합형 능동제어 자기 베어링 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 내측에 다수개의 극이 돌출형성되어 있으며 상기한 극에는 공기공급관로가 각각 형성되어 있는 베어링 코어와, 상기한 극에 권선되어 있는 코일과, 공극을 사이에 두고서 설치되어 회전축의 위치를 감지하기 위한 한쌍의 센서를 포함하여 이루어진다.

이 발명의 구성은, 인접한 극과의 간격을 최소화시키기 위하여 상기한 베어링 코어의 극의 끝부분이 회전축의 원주 둘레를 따라서 일체형으로 확장되는 연장부를 가지며, 상기한 연장부는 인접하는 연장부와의 간격이 최소화되어 간극이 형성됨으로써 서로 접촉되지 않는 것을 특징으로 한다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바 람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 복합형 능동제어 자기 베어링 장치의 구성도이고, 도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 복합형 능동제어 자기 베어링 장치의 베어링 코어의 사시 구성도이다.

도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 복합형 능동제어 자기 베어링 장치의 구성은, 내측에 다수개의 극(23)이 돌출형성되어 있으며 상기한 극(23)에는 공기공급관로(27)가 각각 형성되어 있는 베어링 코어(21)와, 상기한 극(23)에 권선되어 있는 코일(22)과, 공극(24)을 사이에 두고서 설치되어 회전축(26)의 위치를 감지하기 위한 한쌍의 센서(25)를 포함하여 이루어진다.

상기한 베어링 코어(21)의 극(23)의 끝부분은 인접한 극과의 간격을 최소화시키기 위하여 회전축(26)의 원주 둘레를 따라서 일체형으로 확장되는 연장부(28)를 가지도록 한다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 복합형 능동제어 자기 베어링 장치의 작용은 다음과 같다.

회전축(16)을 부상시키기 위해서 공기공급관로(27)를 통하여 냉각된 압축 공 기를 삽입하면 공극(25) 사이에는 압력이 발생하게 되며, 이 반발력에 의해서 회전축(26)이 부상하게 된다.

이 경우에, 상기한 극(23)의 끝부분은 인접한 극과의 간격을 최소화시키기 위하여 회전축(26)의 원주 둘레를 따라서 확장되는 연장부(28)를 가짐으로써 회전축(26)에 작용하는 공기압을 극대화시킨다. 일반적으로 공기정압 베어링의 강성은 단면적에 비례하므로 이와 같은 극(23)의 끝부분의 연장부(28)에 의해서 공기압이 극대화될 뿐만 아니라 베어링의 강성도 증대된다.

이와 같은 공기의 공급과 함께, 부하, 불평형 질량과 같은 외란에 의해서 회전축(16)의 위치가 변하는 것을 제어하기 위한 제어 전류(control current)도 극(23)을 감싸고 있는 코일(22)로 공급된다.

상기한 회전축(26)의 위치는 상하 위치 변경 및 좌우 위치 변경을 각각 감지하기 위한 한쌍의 센서(25)에 의해서 감지되는데, 부하, 불평형 질량과 같은 외란에 의해서 회전축(26)의 위치가 변하게 되면, 이에따라 제어전류가 코일(22)로 공급되어 자기장을 발생시킴으로써 회전축(26)의 위치 보정을 하게 된다.

한편, 편의전류대신에 냉각된 압축공기가 공급되어 회전축(26)을 부상시킴으로써 제어전류에 의한 열만이 발생되어 상대적으로 열의 발생이 줄어들게 되는데, 회전축(26)을 부상시키는데 사용되는 냉각된 압축공기가 제어전류의 공급에 의해서 발생되는 열마저도 냉각시킴으로써 열의 발생을 현저하게 줄이게 된다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은, 편의전류 대신에 냉각된 압축공기를 공급하여 회전축을 부상시킴으로써 상대적으로 열의 발생을 현저하게 줄임과 동시에 공급된 공기를 이용하여 발생된 열을 공랭시켜 줌으로써 회전축의 열변형을 억제할 수 있으며, 베어링 코어의 극의 끝부분에는 연장부를 형성함으로써 회전축에 작용하는 공기압을 극대화시키는, 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 내측에 다수개의 극이 돌출형성되어 있으며 상기한 극에는 공기공급관로가 각각 형성되어 있는 베어링 코어와,

   상기한 극에 권선되어 있는 코일과,

   공극을 사이에 두고서 설치되어 회전축의 위치를 감지하기 위한 한쌍의 센서를 포함하여 이루어지는 자기 베어링 장치에 있어서,

   인접한 극과의 간격을 최소화시키기 위하여 상기한 베어링 코어의 극의 끝부분이 회전축의 원주 둘레를 따라서 일체형으로 확장되는 연장부를 가지며,

   상기한 연장부는 인접하는 연장부와의 간격이 최소화되어 간극이 형성됨으로써 서로 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 복합형 능동제어 자기 베어링 장치.

Images