KR100873662B1 - 영구자석을 이용한 회전축 지지구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 회전축 지지구에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구는 회전축을 회전 가능하게 지지하는 회전축 지지구조에 있어서, 상기 회전축의 외주면에 구비되어 회전축과 같이 회전하는 영구자석으로 구성된 다수의 회전자석과 ; 상기 회전축을 감싸도록 설치된 하우징의 내면에 형성된 자석 설치홈에 구비되어 상기 회전자석들을 지지하는 영구자석으로 구성된 다수의 외부자석과 ; 상기 외부자석들 중 하나 이상의 외부자석의 바깥쪽에 설치되어 외부자석의 내면과 회전자석 사이의 거리를 조절하는 거리조절구를 포함하여 구성된다.

이와 같이 거리조절구를 이용하여 외부자석과 내부자석의 거리를 조절함에 의해 회전축과 베어링 하우징이 접촉되지 않은 상태에서 회전축이 지지됨으로서 진동흡수효율을 향상시킬 수 있고, 종래의 전자석을 구동시킴에 소요되는 전력보다 작은 전력으로 거리조절구를 작동시킬 수 있음으로서 전력 소비 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

회전체, 영구자석, 압전소자, 댐핑수단, 방진고무, 판스프링

Description

영구자석을 이용한 회전축 지지구{Supporter of shaft using permanent Magnet}

본 발명은 영구자석을 이용한 회전축 지지구에 관한 것으로, 더 상세하게는 발전기나 모터 축과 같은 회전체 중 회전축을 회전 가능하게 지지하는 축 지지구로서, 영구자석의 반발력을 이용하여 회전축이 축지지구에 의해 지지되데, 회전축과 축 지지구 사이가 접촉되지 않고 지지되게 함으로서 회전축과 축지지구 사이의 마찰력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 축 지지구에 설치된 영구자석과 회전축의 외주면에 설치된 영구자석 사이의 거리 조절이 가능하게 함으로서 회전축을 보다 안정적으로 지지할 수 있게 한 영구자석을 이용한 회전축 지지구에 관한 것이다.

또한, 상기 거리조절구를 압전소자로 구성하여 적은 소비전력을 작동될 수 있게 함으로서 종래의 전자석을 이용하여 회전축을 지지하는 자기베어링보다 전력소비를 줄일 수 있는 영구자석을 이용한 회전축 지지구에 관한 것이다.

일반적으로 모터나 발전기 등에 설치된 동력 전달용 회전축은 베어링이 장착되어 회전축이 회전 가능하게 지지된다. 이러한 회전축을 지지하는 지지 수단은 통상적으로 베어링이라 부르며, 이러한 베어링은 회전축의 회전시 마찰에 의해 회전력의 손실을 최소화하기 위해 다양한 종류의 베어링이 사용되고 있으나 이러한 베 어링은 대부분 회전축과의 마찰력을 줄이기 위해 회전축과의 접촉면적을 최소화하거나, 윤활유를 이용해 마찰계수를 낮추도록 하는 방법이 사용되고 있다.

하지만 근래에는 생산성 향상과 정밀가공을 위해 산업기기나 자동차 등에 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 주로 사용되고 있으며, 상기 자기베어링은 고속뿐만 아니라 동력손실을 최소화함으로 에너지 손실을 줄이는 정밀기기에도 사용되고 있다.

이러한 종래의 자기베어링의 개략적인 구성을 도 6에 도시하였다.

도시한 바와 같이 종래의 자기베어링은 회전축(100)을 중심으로 방사상으로 배열되고 코일(210)이 감겨진 전자석(200)을 구비하고 있다.

이렇게 구성된 종래의 전자석을 이용한 자기베어링은 다수의 전자석을 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, 이러한 진동을 자기베어링에 공급되는 전원을 제어하여 자기력을 달리함에 의해 회전안정성을 부여한다.

그러나 이러한 종래의 자기베어링은 코일이 감겨진 전자석의 설치와 이를 제어하는 제어장치의 설치가 부가적으로 이루어져야 함으로 설치비용이 상승됨은 물론 강성이 저하되는 회전속도 시점을 지연시키는데 한계가 있었다.

또한, 종래의 자기베어링의 경우 코일의 자화에 의해 발생되는 자력으로 회전축을 부상시키고 있으며, 이렇게 회전축을 부상시킬 수 있을 정도의 자력을 발생하기 위해서는 많은 전력이 요구되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 회전체의 회전축과 하우징의 서로 대향되는 면에 각각 영구자석을 설치하여 회전축이 하우징의 중앙에 위치되게 하여 회전축과 베어링 하우징이 접촉되지 않은 상태에서 회전축이 지지됨으로서 진동흡수효율을 증대시킨 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 영구자석을 축방향으로 이동시키는 거리조절수단을 소비전력이 낮은 압전소자로 구성함으로서 전체 소비전력을 절감할 수 있는 영구자석을 이용한 회전축 지지구를 제공함을 목적으로 한다.

더욱이, 본 발명은 상기 베어링 하우징의 외부에 댐핑장치를 더 설치하여 회전축의 진동을 흡수할 수 있도록 함으로서 회전축이 고속으로 회전할 때도 안정적으로 회전될 수 있도록 한 영구자석을 이용한 회전축 지지구를 제공함을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지 구는 회전축을 회전 가능하게 지지하는 회전축 지지구조에 있어서, 상기 회전축의 외주면에 구비되어 회전축과 같이 회전하는 영구자석으로 구성된 다수의 회전자석과 ; 상기 회전축을 감싸도록 설치된 하우징의 내면에 형성된 자석 설치홈에 구비되어 상기 회전자석들을 지지하는 영구자석으로 구성된 다수의 외부자석과 ; 상기 외부자석들 중 하나 이상의 외부자석의 바깥쪽에 설치되어 외부자석의 내면과 회전자석 사이의 거리를 조절하는 거리조절구를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 영구자석을 이용한 회전축 지지구는 회전체의 회전축과 축 지지구 사이에 설치된 영구자석에 의해 회전축이 하우징의 내부에 떠 있는 상태로 지지되게 하여 회전축과 하우징 사이의 접촉이 배제되어 마찰을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 하우징에 설치된 외부자석과 회전축에 구비된 회전자석 사이의 거리를 조절할 수 있게 함으로서 회전축의 회전시 발생되는 축의 진동에 능동적으로 대응하여 회전축을 지지할 수 있게 함으로서 보다 안정적으로 회전축을 지지할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 외부자석을 축방향으로 이동시키는 거리조절수단을 압전소자로 구성하여 적은 적력으로 외부자석을 이동시킬 수 있게 함으로서 종래의 전자석을 이용한 자기베어링보다 소비 전력을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 하우징의 외측으로 댐핑수단을 더 설치함으로서 회전축에서 발생된 진동이 외부로 전달되거나 외부에서 발생된 진동이 회전축에 전달되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기한 바와 같은 영구자석을 이용한 회전축 지지구를 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 일예를 도시한 횡단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 일예를 도시한 축방향 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 작동 상태를 도시한 횡단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 다른 일예를 도시한 횡단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 또 다른 일예를 도시한 횡단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구는 회전축과 베어링 하우징의 서로 대향되는 면에 각각 설치된 영구자석(1, 2)과 이들 영구자석들 중 하우징에 설치된 영구자석을 회전축방향으로 이동시킬 수 있게 하는 거리조절구(3)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 회전축(100)의 외주면에 구비되어 회전축(100)과 같이 회전하는 영구자석으로 구성된 다수의 회전자석(1)과 ; 상기 회전축(100)을 감싸도록 설치된 하우징(4)의 내면에 형성된 자석 설치홈(41)에 구비되어 상기 회전자석(1)들을 지지하는 영구자석으로 구성된 다수의 외부자석(2)과 ; 상기 외부자석(2)들의 바깥쪽에 각각 설치되어 외부자석(2)의 내면과 회전자석(1) 사이의 거리를 조절하는 거리조절구(3)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 회전축(100)에 고정된 영구자석인 회전자석(1)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 회전축(100)의 바깥쪽 즉, 외주면에 고정 설치되어 회전축(100)의 회전시 같이 회전하며, 상기 하우징(4)의 내면에 설치된 외부자석(2)은 상기 회전자석(1)와 일정한 거리를 유지하고 하우징(4)의 내면에 설치되데, 상기 회전축(100)을 중심으로 방사상으로 설치되어 있다.

상기 회전자석(1)과 외부자석(2)의 서로 대향되는 면은 호형상을 이루고 있으며, 각각의 회전자석(1)의 바깥쪽 단부에 형성되는 호형 면은 서로 동일한 지름을 갖을 뿐만 아니라 회전축의 중심을 원의 중심으로 한다.

상기 외부자석(2) 또한 내측의 호형 면이 서로 같은 지름을 갖는 호로 이루어지고, 이러한 호의 중심은 회전축의 중심과 동일하다.

상기 외부자석(2)은 상기한 바와 같이 하우징(4)의 내면에 설치되고 상기 회전축(100)의 중심 방향으로 방사상으로 이동될 수 있게 설치되어 있어서 상기 회전자석(1)과의 거리 조절이 가능하다.

상기 회전자석(1)과 외부자석(2)은 서로 같은 극이 마주하도록 구성되어 있어서 기계장치에 고정된 하우징(4)을 관통하여 형성된 구멍의 중앙에 회전축(100)이 떠 있는 상태로 회전축이 지지된다.

이와 같이 상기 외부자석(2)을 회전축(100)을 중심으로 방사상으로 이동시키기 위한 수단으로 상기 거리조절구(3)가 구비되어 있다.

상기 거리조절구(3)는 여러 가지의 구조로 구성될 수 있으나, 구성이 단순한 압전소자로 구성됨이 바람직하다.

상기 거리조절구(3)를 구성하는 압전소자는 공급되는 전원에 의해 신축되는 성질을 갖는 소자로서 일측 단부에는 상기 외부자석(2)이 부착되어 있고 타측 단부는 상기 하우징(4)에 형성된 자석설치홈(41)의 내면에 고정되어 있다.

압전소자로 만들어진 상기 거리조절구(3)의 양단에는 압전소자에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자(31, 32)가 각각 설치되어 있으며, 이 단자들(31, 32)로부터 전원선이 연결되어 하우징(4)의 외부로 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 영구자석을 이용한 회전축 지지구를 구성하는 상기 회전자석(1)과 외부자석(2)의 쌍(雙)은 도시한 바와 같이 짝수로 구성함이 바람직하다.

홀수로 구성할 경우 지지하는 방향이 서로 엇갈린 상태가 되어 축의 안정화를 위해서 보다 정밀한 제어가 요구되므로 짝수로 구성하여 서로 다른 쌍이 서로 마주보게 구성함으로서 제어도 용이하면서 안정적으로 회전축을 지지할 수 있게 함이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 구성된 회전축 지지구의 외부에는 회전축(100)의 진동을 완충시키기 위한 댐핑수단(5)이 더 구비될 수 있다.

상기 댐핑수단(5)은 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(4)의 외부를 감싸도록 설치된 방진고무이거나 또는 도 5에 도시한 바와 같이 일측 단부가 댐퍼하우징(51)의 내부에 고정된 판형스프링(52)으로 구성할 수 있다.

이렇게 축을 지지하는 하우징(4)의 외부에 또 다른 댐핑수단(5)을 설치함으로서 회전축(100)의 진동이 외부로 전달되거나 외부의 진동이 회전축(100)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 상기 댐핑수단(5)은 회전축(100)이 회전하여도 회전하 지 않아야 한다.

상기와 같이 구성된 영구자석을 이용한 회전축 지지구는 종래의 전자석을 이용한 회전축지지 수단과 같이 일측에 갭센서(미도시)등을 설치하여 회전축이 하우징에 형성된 관통 구멍의 중앙에 위치되는 지 여부를 감지하여 상기 거리조절구(3)를 작동시킴으로서 회전축(100)에 설치된 회전자석(1)과 하우징(4)의 내부에 설치된 외부자석(2) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

즉 도 3에 도시한 바와 같이 회전축(100)이 좌측으로 이동하면 우측의 외부자석(2)에 설치된 거리조절구(3)를 작동시켜 우측의 외부자석(2)은 회전축(100)의 중심을 향해 이동되게 하고, 좌측의 외부자석(2)은 회전축(100)으로부터 멀어지는 방향으로 이동시켜 좌우의 회전자석(1)과 외부자석(2)사이의 거리를 조절하여 회전축(100)이 안정적으로 지지되게 한다.

도 3에서는 좌, 우측의 거리조절구(3)만을 작동시킨 것을 일예로 도시하였으나 회전축(100)의 이동에 따라 서로 다른 외부자석(2)들에 설치된 거리조절구도 같이 작동하여 회전자석(1)과 외부자석(2)사이의 거리가 조절된다.

또한, 도면에서는 4개의 자석들(1, 2)로 구성된 것을 일예로 도시하였으나 이는 본 발명의 지지구에 대한 설명을 용이하게 하기 위한 것으로 이보다 많은 개수의 자석들을 설치하여 구성함으로서 보다 미세한 조절이 용이해 질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 일예를 도시한 횡단면도,

도 2는 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 일예를 도시한 축방향 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 작동 상태를 도시한 횡단면도,

도 4는 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 다른 일예를 도시한 횡단면도,

도 5는 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전축 지지구의 또 다른 일예를 도시한 횡단면도,

도 6은 종래의 전자석을 이용한 회전축 지지구의 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 회전자석

2 : 외부자석

3 : 거리조절구 31, 32 : 전원입력단자

4 : 하우징 41 : 자석 설치홈

5 : 댐핑수단 51 : 댐퍼하우징 52 : 판형스프링

Claims (6)

1. 회전축(100)을 회전 가능하게 지지하는 회전축 지지구조에 있어서,

   상기 회전축(100)의 외주면에 구비되어 회전축(100)과 같이 회전하는 영구자석으로 구성된 다수의 회전자석(1)과 ; 상기 회전축(100)을 감싸도록 설치된 하우징(4)의 내면에 형성된 자석 설치홈(41)에 구비되어 상기 회전자석(1)들을 지지하는 영구자석으로 구성된 다수의 외부자석(2)과 ; 상기 외부자석(2)들 중 하나 이상의 외부자석의 바깥쪽에 설치되어 외부자석(2)의 내면과 회전자석(1) 사이의 거리를 조절하는 거리조절구(3)를 포함하여 구성되고,

   베어링 하우징의 외주면에는 댐핑수단(5)이 더 구비됨을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전축 지지구.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 거리조절구(3)는 전원의 공급에 의해 신축되는 압전소자임을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전축 지지구.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 회전자석(1)과 외부자석(2)의 쌍은 짝수임을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전축 지지구.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서,

   상기 댐핑수단(5)은 방진고무임을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전축 지지구.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 댐핑수단(5)은 일측 단부가 댐퍼하우징(51)의 내부에 고정된 판형스프링(52)임을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전축 지지구.

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