KR100839890B1 - 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 회전장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 발전기나 모터 축과 같은 회전장치 중 회전축을 지지하는 베어링부분에 영구자석을 설치하여 마찰없이 동력의 전달이 가능하도록 하되, 상기 베어링의 외측으로는 댐퍼를 구비해 고속회전으로 발생되는 진동을 흡수/완충하여 회전안정성을 향상되도록 하는 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치에 관한 것이다.

본 발명은 중심에 축공이 형성된 베어링과, 상기 축공에 삽입되어 회전하는 회전축을 구비한 회전장치에 있어서, 상기 베어링의 내주면과, 상기 내주면과 대응되는 회전축의 외주면에는 영구자석이 설치되어 회전축이 무접촉으로 지지됨을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 구성을 갖는 본 발명은, 회전장치의 회전축과 베어링에 각각 영구자석을 이용하여 접촉없이 동력의 전달이 용이하게 이루어지도록 하되, 상기 영구자석은 다수개로 분리구성하고 분리된 개별자석은 같은 극성을 갖는 면이 접하도록 축방향으로 적층한 폴페이싱타입으로 형성하여 연구자석의 극성배치를 변경해 진동흡수효율을 증대시켰다.

또한 상기 베어링의 외측으로 댐퍼구조를 갖도록 하여 발생된 진동을 댐퍼에서 완화시키게 함으로써 고속에서도 안정적으로 회전력을 전달할 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

회전장치, 영구자석, 댐퍼, 방진고무, 판스프링

Description

외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치{Revolution Device using Permanent Magnet with Damper}

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시일예에 따른 회전장치의 개략도.

도 1b는 도 1a의 A-A부분을 단면도시한 종단면도.

도 1c는 도 1b의 B-B부분을 단면도시한 횡단면도.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전장치의 횡단면도.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 회전장치의 횡단면도.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 회전장치의 횡단면도.

도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 회전장치의 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 회전장치 20 : 베어링

21 : 축공 22 : 고정삽입홈

30 : 회전축 31 : 회전삽입홈

40 : 영구자석 41 : 개별자석

42 : 내관 43 : 외관

50 : 댐퍼하우징 51 : 고정홈

60 : 방진고무 70 : 금속시트

80 : 판스프링 90 : 패드

91 : 돌기

본 발명은 영구자석을 이용한 회전장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 발전기나 모터 축과 같은 회전장치 중 회전축을 지지하는 베어링부분에 영구자석을 설치하여 마찰없이 동력의 전달이 가능하도록 하되, 상기 베어링의 외측으로는 댐퍼를 구비해 고속회전으로 발생되는 진동을 흡수/완충하여 회전안정성을 향상되도록 하는 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치에 관한 것이다.

일반적으로 모터축이나 발전기 동력 전달축 등과 같은 회전체에는 베어링이 장착되어 회전을 지지하고, 동력의 손실을 최소화하고 있다. 이와같이 사용되는 베어링은 다양한 종류가 사용되고 있으나 대개 접촉면적을 최소화하거나, 윤활유를 이용해 마찰계수를 낮추도록 하는 방법이 적용되고 있다.

하지만 근래에는 생산성 향상과 정밀가공을 위해 산업기기나 자동차 등의 사용되는 기계장치에 고속의 회전을 필요로 하고 있다. 이러한 고속회전을 요구하는 부분에 일반적인 베어링을 사용할 경우 상기 회전축과 접하는 베어링의 마찰에 의해 원하는 속도 이상을 구현하기 힘들기 때문에 접촉면적이 없는 자기베어링이 주 로 사용되고 있으며, 상기 자기베어링은 고속 뿐만 아니라 동력손실을 최소화함으로 에너지 손실을 줄이는 정밀기기에 적용시에도 사용되고 있다.

상기 자기베어링은 반영구적인 수명을 갖고 있으면, 다수의 전자기부를 개별적으로 컨트롤하는 제어를 통해 진동을 억제하고 있다. 즉, 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 하여 회전안정성을 부여하기 위한 것이다.

또한 상기 자기베어링은 회전축이 일정속도 이상으로 회전될 경우 회전축의 강성이 저하되어 회전오차범위가 커지고, 이에 따라 댐핑이 크게 증가되어 회전손실이 기하급수적으로 증가되는 것을 방지하여 에너지의 전달이 용이하게 이루어지도록 한 것이다.

그러나 상기 자기베어링도 코일이 감겨진 전자석의 설치와 이를 제어하는 제어장치의 설치가 부가적으로 이루어져야 함으로 설치비용이 상승됨은 물론 강성이 저하되는 회전속도 시점을 지연시키는데 한계가 있으므로, 좀 더 안정적으로 고속의 회전을 전달할 수 있는 베어링구조의 연구가 절실히 필요한 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

회전장치의 회전축과 베어링에 각각 영구자석을 이용하여 접촉없이 동력의 전달이 용이하게 이루어지도록 하되, 상기 영구자석은 다수개로 분리구성하고 분리된 개별자석은 같은 극성을 갖는 면이 접하도록 축방향으로 적층한 폴페이싱타입으로 형성하여 연구자석의 극성배치를 변경해 진동흡수효율을 증대시킨 회전장치의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 베어링의 외측으로 댐퍼구조를 갖도록 하여 발생된 진동을 댐퍼에서 완화시키게 함으로써 고속에서도 안정적으로 회전력을 전달할 수 있도록 하는 회전장치의 제공을 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치는,

중심에 축공이 형성된 베어링과, 상기 축공에 삽입되어 회전하는 회전축을 구비한 회전장치에 있어서, 상기 베어링의 내주면과, 상기 내주면과 대응되는 회전축의 외주면에는 영구자석이 설치되어 회전축이 무접촉으로 지지됨을 특징으로 한다.

상기 영구자석은 회전축의 외주면에 삽설되는 내관과 베어링의 내주면에 삽설되는 외관으로 구성되되, 상기 내관과 외관은 다수의 개별자석을 축방향으로 적층하여 구성하고, 상기 적층은 같은 극성이 서로 인접되도록 적층된다.

또한, 상기 베어링의 외주면에는 댐퍼수단을 구비한 댐퍼하우징이 더 장착될 수 있다.

상기 댐퍼수단은 방진고무 또는 금속사로 제조된 다층의 금속시트를 사용할 수 있다.

또한, 상기 댐퍼수단은 댐퍼하우징의 내주면과 베어링 외주면 사이에 판스프링을 장착하여 이루어지되, 상기 판스프링의 일단은 댐퍼하우징의 내주면에 고정되고, 타단은 베어링의 외주면에 접해 지지되도록 하여 댐퍼하우징과 베어링 사이에 완충틈이 형성되도록 할 수 있다.

이하, 상기한 바와 같은 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치를 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시일예에 따른 회전장치의 개략도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A부분을 단면도시한 종단면도이고, 도 1c는 도 1b의 B-B부분을 단면도시한 횡단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전장치의 횡단면도이고, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 회전장치의 횡단면도이고, 도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 회전장치의 횡단면도이고, 도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 회전장치의 횡단면도이다.

도 1a와 도 1b를 참조한 바와같이 본 발명의 회전장치(10)는 외부의 동력을 전달받아 회전하는 회전축(30)과, 상기 회전축을 내포하여 지지하는 베어링(20)으로 구성되며, 상기 회전축과 베어링에는 내관(42)과 외관(43)으로 구성된 영구자석(40)을 장착하여 접촉없이 회전이 진행될 수 있도록 하고 있다.

상기 베어링(20)은 내부에 회전축(30)을 내입할 수 있는 축공(21)이 형성되고, 축공의 내부에는 내주연을 따라 고정삽입홈(22)이 형성되어 영구자석 중 외관(43)이 삽설되도록 하는 것이다. 또한, 상기 회전축(30)에도 상기 고정삽입홈과 대응되는 부분의 외주연에 회전삽입홈(31)이 형성되어 영구자석 중 내관(42)이 삽설되어, 영구자석의 내관(42)과 외관(43)의 반발력에 의해 회전축(30)이 접촉없이 회전이 가능하도록 하는 것이다.

상기한 바와같이 삽설되는 영구자석(40)은 내관(42)과 외관(43)간의 반발력을 상승시켜 회전시 발생되는 공진을 완충하도록 하고 있다. 상기 영구자석(40)은 각각 하나의 극성을 갖도록 하여 회전축과 직교되는 방향으로 자력이 형성되 반발하도록 하는 바(bar)타입보다는 도시된 바와같이 축방향으로 다수의 극성을 갖게 하되 동일한 극성이 접하게 형성된 폴페이싱(pole facing)타입으로 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 외관(43)과 내관(42)은 극성이 축방향으로 작용하도록 정렬하여 축과 직교되는 방향으로 강한 자기력이 발생되도록 하되, 적층되는 개별자석(41)은 축방향으로 N과 S극이 형성되도록 하고, 이를 동일한 극성이 접하도록 적층시켜 자기력이 축과 직교되는 방향으로 발생되어 반발이 이루어지도록 하는 것이다. 이러한 영구자석(40)의 자극배치는 상술된 바와같이 바타입과 폴페이싱타입 이외에 폴페이싱과 동일하게 다층으로 구성되되, 극성배치방향이 상하 또는 내외측으로 형성된 개별자석을 적층하여 형성되는 할베치(halbach)타입으로 적용할 수 있다.

상기 각 타입은 반발력에 의해 회전축(30)과 베어링(20) 사이가 이격되도록 하고 있으나, 요동력과 부양력을 측정한 경과 폴페이싱타입이 가장 안정적인 회전력 전달이 이루어짐을 알수 있다. 즉, 회전시 강성과 댐핑에 의해 발생되는 요동력은 폴페이싱타입이 가장 작았으며, 할베치타입이 가장크게 나타났다. 또한, 부양력은 할베치타입이 가장 크게 나타나고, 바타입이 작게 나타났다. 회전안정성을 제공하기 위해서는 첫 번째로 요동력이 작아야 하며, 둘째로 일정크기이상의 부양력을 갖고 있어야 하는점을 비추어볼때 상기 할베치타입은 부양력은 크나 이에 따른 요동력이 비례하여 큼으로 다소 적합하지 않으며, 요동력이 제일 작은 폴페이스타입은 바타입보다도 높은 부양력을 나타냄으로, 본 발명에서는 폴페이스타입으로 영구자석을 배치하는 것이 바람직하다.

상기한 바와같이 구성된 영구자석(40)의 외관(43)은 중심방향으로 내관(42)은 외측방향으로 각각 강한 반발력이 발생되도록 하여 접촉없이 회전축(30) 지지가 이루어지도록 함은 물론 회전시 발생되는 일정크기의 공진을 흡수 완충하여 회전안정성을 부여하도록 한다.

다음으로 상기 영구자석(40)간의 반발력을 통한 진동흡수 이외에 베어링(20)의 외주면에는 댐퍼수단을 구비한 댐퍼하우징(50)을 더 장착하여 이중으로 완충이 이루어지도록 할 수 있다.

도 2를 참조한 바와같이 베어링(20)의 외주면에는 방진고무(60)가 장착되어 댐퍼가 이루어지도록 할 수 있다. 상기 방진고무(60)는 베어링(20)이 외주면에 부착 또는 댐퍼하우징(50)의 내주면에 부착 또는 댐퍼하우징(50)과 베어링(20) 사이 에 충전되어 일체로 형성시키는 등 다양한 방법으로 장착될 수 있다.

또한, 도 3을 참조한 바와같이 상기 베어링(20)의 외주면에는 금속사로 제조된 금속시트(70)를 부착하여 베어링으로부터 전달되는 진동을 흡수하도록 할 수 있다.

상기 금속시트(70)는 내부에 미세한 금속사가 엉켜있는 상태이므로, 베어링(20)을 통한 진동으로 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(70)는 도시된 바와같이 다수의 층으로 구성되거나, 두께를 증폭시킨 단일층으로 형성할 수 있으며, 시트형상 이외에 메쉬형태의 망으로 형성해 이를 다수 적층하여 완충이 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로 도 4를 참조한 바와같이 댐퍼수단으로 판스프링(80)을 적용할 수 있다.

상기 판스프링(80)은 일단이 댐퍼하우징의 내면에 결합되고, 타단은 베어링 외주면을 지지하도록 함으로써, 댐퍼하우징과 베어링 사이에 일정한 유격틈이 형성되도록 하여 베어링(20)으로부터 전달되는 진동을 판스프링(80)이 전달받아 흡수하여 완화되도록 하는 것이다. 따라서, 상기 판스프링(80)은 댐퍼하우징의 내주면보다 곡률반경을 크게 형성하여 중심부분으로 구부려지는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 일측단부가 베어링(20)을 지지함에 있어, 안정적인 지지가 가능하도록 상기 판스프링은 적어도 3개 이상이 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 판스프링(80)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.

또한, 미도시 되었지만 판스프링의 결합이 베어링에 이루어지고, 타측단부가 댐퍼하우징의 내면에 접하도록 하여 탄성반발력이 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

도 5를 참조한 바와같이 상기 댐퍼수단으로는 패드(90)가 적용될 수 있다. 상기 패드는 댐퍼하우징(50)의 내주면과 동일한 곡률반경을 갖으며, 둘 또는 다수개로 분리구성된다.

또한, 상기 패드의 외주면 중앙에는 돌기(91)가 형성되고 상기 돌기와 대응되는 고정홈(51)은 댐퍼하우징(50)의 내주면에 형성되어 돌기의 일부가 고정홈에 삽입되도록 장착되는 것이다.

이와같이 패드(90)가 장착되면 돌기(91)와 고정홈(51)의 접지 부분을 중심으로 패드(90)가 일정각 회동가능하게 됨으로 베어링의 편심진동을 흡수하도록 하는 것이다. 물론 패드(90)는 베어링과 접하는 내측면에 고무를 코팅하여 진동흡수가 더 용이하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

이와같이 영구자석의 반발력에 의해 1차적으로 완충이 이루어지고 상기 베어링에 전달되는 진동은 베어링의 외측에 설치되는 댐퍼수단에 의해 완충되도록 함으로써 기존보다 큰 속도의 회전력을 안정적으로 전달하는 것이 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.

이상과 같은 본 발명의 영구자석을 이용한 회전장치는,

회전장치의 회전축과 베어링에 각각 영구자석을 이용하여 접촉없이 동력의 전달이 용이하게 이루어지도록 하되, 상기 영구자석은 다수개로 분리구성하고 분리된 개별자석은 같은 극성을 갖는 면이 접하도록 축방향으로 적층한 폴페이싱타입으로 형성하여 연구자석의 극성배치를 변경해 진동흡수효율을 증대시켰다.

또한 상기 베어링의 외측으로 댐퍼구조를 갖도록 하여 발생된 진동을 댐퍼에서 완화시키게 함으로써 고속에서도 안정적으로 회전력을 전달할 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

Claims (6)

1. 중심에 축공(21)이 형성된 베어링(20)과, 상기 축공에 삽입되어 회전하는 회전축(30)을 구비한 회전장치에 있어서,

   상기 베어링(20)의 내주면과, 상기 내주면과 대응되는 회전축(30)의 외주면에는 영구자석(40)이 설치되어 회전축이 무접촉으로 지지되도록 하되;

   상기 영구자석(40)은 회전축의 외주면에 삽설되는 내관(42)과 베어링의 내주면에 삽설되는 외관(43)으로 구성되되, 상기 내관과 외관은 다수의 개별자석(41)을 축방향으로 적층하여 구성하고, 상기 적층은 같은 극성이 서로 인접되도록 적층된 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 베어링(20)의 외주면에는 댐퍼수단을 구비한 댐퍼하우징(50)이 더 장착됨을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 댐퍼수단은 방진고무(60)인 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 댐퍼수단은 금속사로 제조된 다층의 금속시트(70)인 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 댐퍼수단은 댐퍼하우징(50)의 내주면과 베어링(20) 외주면 사이에 판스프링(80)을 장착하여 이루어지되, 상기 판스프링(80)의 일단은 댐퍼하우징의 내주면에 고정되고, 타단은 베어링의 외주면에 접해 지지되도록 하여 댐퍼하우징과 베어링 사이에 완충틈이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전장치.

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