KR100792792B1 - 이중 댐퍼를 갖는 자기베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 댐퍼를 갖는 자기베어링에 관한 것으로, 더 상세하게는 전자석을 이용한 1차 댐퍼와 상기 전자석의 외측으로 2차댐퍼를 형성하여 고속회전에 따라 회전축에 발생되는 진동을 이중 댐퍼 구조에 의해 흡수/완충하도록 하거나, 회전안정성을 향상시키도록 하는 이중 댐퍼를 갖는 자기베어링에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자기베어링은 내부에 축공이 형성되고, 코일이 감긴 전자기부가 내주연에 등간격으로 다수 설치된 내부하우징과; 상기 내부하우징을 내포하고 내부하우징과 접하는 면에 댐퍼수단이 장착된 댐퍼하우징;을 포함하여 구성된다.

이와같이 구성된 자기베어링은 전자기부가 형성된 하우징의 외측으로 댐퍼를 갖도록 하여 하우징의 진동을 일정부분 댐퍼에서 완화시키게 함으로써 완충된 크기만큼 진동이 급증하는 시점을 지연시켜 고속에서도 안정적으로 회전력을 전달할 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

자기베어링, 댐퍼, 방진고무, 판스프링, 이중댐퍼

Description

이중 댐퍼를 갖는 자기베어링{Magnetic bearing With Double Damper}

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시일예에 따른 자기베어링의 단면도.

도 1b는 방진고무에 통공이 형성된 자기베어링을 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 제2실시일예에 따른 자기베어링의 단면도.

도 3은 본 발명의 제3실시일예에 따른 자기베어링의 단면도.

도 4는 본 발명의 제4실시일예에 따른 자기베어링의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 ~ 13 : 자기베어링 20 : 내부하우징

21 : 전자기부 22 : 축공

30 : 댐퍼하우징 31 : 방진고무

32 : 판스프링 33 : 패드

34 : 금속시트 40 : 회전축

301 : 고정홈 311 : 통공

331 : 돌기

본 발명은 이중 댐퍼를 갖는 자기베어링에 관한 것으로, 더 상세하게는 전자석을 이용한 1차 댐퍼와 상기 전자석의 외측으로 2차댐퍼를 형성하여 고속회전에 따라 회전축에 발생되는 진동을 이중 댐퍼 구조에 의해 흡수/완충하도록 하거나, 회전안정성을 향상되도록 하는 이중 댐퍼를 갖는 자기베어링에 관한 것이다.

일반적으로 산업기기나 자동차등의 기계장치에는 회전하는 축이 진동되어 요동치는 것을 방지하기 하도록 베어링을 사용하여 지지하고 있다. 상기 베어링은 다양한 종류가 있으며 대개 접촉면적을 최소화하거나, 윤활유를 이용해 마찰계수를 낮추는 방법이 적용되고 있다. 하지만 고속회전을 요구하는 부분에는 일반적인 베어링을 사용할 경우 상기 회전축과 접하는 베어링의 마찰에 의해 원하는 속도 이상을 구현하기 힘들기 때문에 접촉면적이 없는 자기베어링이 주로 사용되고 있으며, 상기 자기베어링은 고속 뿐만 아니라 동력손실을 최소화함으로 에너지 손실을 줄이는 정밀기기에 적용시에도 사용되고 있다.

이러한 자기베어링은 반영구적인 수명을 갖고 있으면, 다수의 전자기부를 개별적으로 컨트롤하는 제어를 통해 진동을 억제할 수 있는 장점을 갖고 있다. 상기 회전축의 회전오차가 발생하는 원인으로는 회전체 불균형, 강제 진동 등에서 기인하는 외부가진과, 유연모드에 의한 공진응답과 축의 형상오차, 모터의 노이즈 등에 기인하는 런아웃 등이 있으며, 상기 자기베어링은 상술한 원인으로 발생된 진동을 자기력에 의해 완충하도록 하는 것이다.

또한, 상기 자기베어링은 일반적인 베어링이 갖는 강성과 댐핑에 의해 회전손실이 발생되는 것을 방지하여 에너지의 전달이 용이하게 이루어지도록 한 것이다. 즉, 회전축이 일정속도 이상으로 회전될 경우 회전축의 강성이 저하되어 회전오차범위가 커지고, 이에 따라 댐핑이 크게 증가되어 회전손실이 기하급수적으로 증가되는 것이다.

이러한 회전에 따른 손실을 줄이기 위해 자기베어링을 적용하여 댐퍼를 갖도록 함으로써 강성저하와 댐핑증가없이 고속의 회전력 전달이 가능하도록 한 것이다. 그러나, 상기 자기베어링도 강성이 저하되는 회전속도 시점을 지연시키는데 한계가 있으므로, 좀 더 안정적으로 고속의 회전을 전달할 수 있는 자기베어링의 연구가 절실히 필요한 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

전자기부가 형성된 하우징의 외측으로 댐퍼를 갖도록 하여 하우징의 진동을 일정부분 댐퍼에서 완화시키게 함으로써 완충된 크기만큼 진동이 급증하는 시점을 지연시켜 고속에서도 안정적으로 회전력을 전달할 수 있는 자기베어링의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이중댐퍼를 갖는 자기베어링은,

내부에 축공이 형성되고, 내주연에는 등간격으로 코일이 감긴 전자기부가 다수 설치된 내부하우징과; 상기 내부하우징을 내포하고 내부하우징과 접하는 내주면에 댐퍼수단이 장착된 댐퍼하우징;을 포함하여 구성된다.

상기 댐퍼수단은 방진고무로 형성하여 내부하우징의 진동을 흡수하도록 할 수 있다.

다른 방법의 댐퍼수단은 일단이 댐퍼하우징의 내주면에 결합되고, 타단은 내부하우징의 외주면에 접해 지지하는 판스프링으로 형성하여 내부하우징과 댐퍼하우징 사이에 일정크기의 완충틈이 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 댐퍼수단은 댐퍼하우징의 내주면과 동일한 곡률반경을 갖는 다수의 패드로 이루어지되, 상기 패드는 외주면의 중앙에 돌기가 형성되고, 상기 댐퍼하우징의 내주면에는 상기 패드의 돌기와 대응되는 고정홈이 형성되어 돌기가 고정홈에 일부 내입되어 위치가 고정된 상태에서 유동이 가능하도록 할 수 있다.

이하, 상기한 바와 같은 이중댐퍼를 갖는 자기베어링을 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시일예에 따른 자기베어링의 단면도이고, 도 1b는 방진고무에 통공이 형성된 자기베어링을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시일예에 따른 자기베어링의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제3실시일예에 따른 자기베어링의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제4실시일예에 따른 자기베어링의 단면도이다.

본 발명에 따른 자기베어링(10, 11, 12, 13)은 내부하우징(20)과 상기 내부하우징을 내포하는 댐퍼하우징(30)으로 구성된다.

상기 내부하우징(20)은 중심에 축공(22)이 형성되어 회전축(40)이 삽통되도록 하고, 축공의 내주연에는 다수의 전자기부(21)가 등간격으로 설치된다.

여기서 전자기부(21)는 바 형태로 외면에 코일이 감겨 있어 전기를 가했을 때 자력이 발생되어 회전축을 밀도록 할 수 있다. 물론 회전축에는 전자기부와 극을 달리하는 회전자극을 형성하여 반발이 이루어지도록 한다.

이와같이 각 전자기부(21)를 제어하게 되면 센서에 의해 회전축의 정렬상태를 감지하여 회전축의 정렬이 어긋났을 때 즉각적인 자장발생 또는 세기조절로 회전축의 회전오차가 보정되도록 하는 것이다.

다음으로 상기 일정크기 이상의 진동을 흡수시키기 위해 상기 내부하우징의 외측으로는 댐퍼하우징(30)이 구비된다. 상기 댐퍼하우징은 내주면에 댐퍼수단을 구비하여 내부하우징으로부터 전달되는 진동을 완충되도록 한다.

이러한 댐퍼수단으로는 도 1에 도시된 바와같이 방진고무(31)로 형성할 수 있다. 상기 방진고무는 하나의 관형태로 형성하여 댐퍼하우징(30)의 내부에 부착시키거나, 내부하우징(20)과 댐퍼하우징(30) 사이에 충전되어 양측 모두에 부착되도록 하는 방법이 사용될 수 있다. 또한, 상기 방진고무(31)는 방진고무외에 일반고무등 탄성복원력이 우수한 재질로 충전 사용하는 것이 가능하다. 이와같이 방진고무를 댐퍼수단으로 사용할 경우에는 내부하우징에서 발생된 진동을 일정량 방진고무에서 흡수제거하도록 함으로써 안정적인 회전력의 전달이 가능하게 하는 것이다. 아울러 상기 방진고무(31)는 도 1b를 참조한 바와같이 축방향으로 관통된 통공(311)을 다수 형성하여 탄성력을 향상시키도록 할 수 있으며, 상기 통공의 형태는 원형 또는 다각형등 다양한 크기로 형성하는 것이 가능하다.

또한 상기 댐퍼수단은 도 2에 도시된 바와같이 판스프링(32)으로 형성할 수 있다. 상기 판스프링(32)은 일단이 댐퍼하우징(30)에 결합되고, 타단은 내부하우징에 접하여 지지하도록 함으로써 내부하우징과 댐퍼하우징 사이에 일정한 유격이 형성되도록 하여 내부하우징으로부터 전달되는 진동을 판스프링이 전달받아 완화되도록 하는 것이다. 따라서, 상기 판스프링(32)은 댐퍼하우징(30)보다 곡률반경을 크게 형성하여 중심부분으로 구부려지는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 일측단부가 내부하우징을 지지하게 함으로, 안정적인 지지가 가능하도록 상기 판스프링은 적어도 3개 이상이 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 판스프링(32)은 플라스틱이나 고무, 금속재 등 탄성력을 갖는 다양한 재질로 형성하는 것이 가능하다. 예컨대, 플라스틱과 고무재질을 사용할 경우에는 내열성을 갖는 것으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 고무재질의 경우에는 형태유지를 위해서 금속재질의 코어에 고무를 피복시켜 사용할 수 있다.

한편 상기 댐퍼하우징(30)의 댐퍼수단으로는 패드가 적용될 수 있다. 도 3을 참조한 바와같이 상기 패드(33)는 댐퍼하우징(30)의 내주면과 동일한 곡률반경을 갖으며 둘 또는 다수개로 분리구성될 수 있다.

상기 패드(33)는 외주면의 중앙에 돌기(331)가 형성되고, 상기 돌기와 대응되는 고정홈(301)은 댐퍼하우징(30)의 내주면에 형성되어 돌기(331)의 일부가 고정홈(301)에 삽입되도록 장착되는 것이다.

이와같이 패드(33)가 장착되면 돌기(331)와 고정홈(301)의 접지 부분을 중심으로 패드(33)가 일정각 회동가능하게 됨으로 내부하우징(20)의 편심진동을 흡수하도록 하는 것이다. 물론 내부하우징과 접하는 패드(33)의 내측면에는 고무를 코팅하여 진동흡수가 더 용이하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

또한, 도 4를 참조한 바와같이 상기 댐퍼하우징(30)의 내주면에는 금속사로 제조된 금속시트(34)를 부착하여 내부하우징(20)으로부터 전달되는 진동을 흡수하도록 할 수 있다. 상기 금속시트(34)는 내부에 미세한 금속사가 엉켜있는 상태이므로, 내부하우징의 진동에 의해 가압되면, 금속사 고유의 탄성력과 금속사 사이의 공간 메워짐(충진밀도 증가)에 의해 진동을 흡수한다. 따라서 금속사의 강성과 탄성력이 클수록 진동흡수력이 증가된다. 그리고, 시트는 금속재질 이외에 탄성력이 우수한 플라스틱등의 합성수지를 사용하는 것도 가능하다.

그리고 상기 금속시트(34)는 도시된 바와같이 다수의 층으로 형성하거나 두께를 증가시킨 단일층으로 형성할 수 있으며, 시트형상 이외에 메쉬형태의 망으로 형성해 이를 다수 적층하여 완충이 이루어지도록 할 수 있다.

이와같이 내부하우징(20)의 전자력에 의해 1차적으로 완충이 이루어지고 상기 내부하우징(20)의 진동을 댐퍼하우징(30)에서 완충하게 함으로써 기존보다 큰 속도의 회전력을 안정적으로 전달하는 것이 가능하게 된 것이다.

이상과 같은 본 발명의 이중댐퍼를 갖는 자기베어링은,

전자기부가 형성된 하우징의 외측으로 댐퍼를 갖도록 하여 하우징의 진동을 일정부분 댐퍼에서 완화시키게 함으로써 완충된 크기만큼 진동이 급증하는 시점을 지연시켜 고속에서도 안정적으로 회전력을 전달할 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 내부에 축공(22)이 형성되고, 내주연에는 등간격으로 코일이 감긴 전자기부(21)가 다수 설치된 내부하우징(20)과; 상기 내부하우징(20)을 내포하고 내부하우징과 접하는 내주면에 댐퍼수단이 장착된 댐퍼하우징(30);을 포함하여 구성되데;

   상기 댐퍼수단은 댐퍼하우징(30)의 내주면과 동일한 곡률반경을 갖는 다수의 패드(33)로 이루어지되, 상기 패드는 외주면의 중앙에 돌기(331)가 형성되고, 상기 댐퍼하우징의 내주면에는 상기 패드의 돌기와 대응되는 고정홈(301)이 형성되어 돌기가 고정홈에 일부 내입되어 위치가 고정된 상태에서 유동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 이중댐퍼를 갖는 자기베어링.
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