KR100946537B1 - 하이브리드형 자기축받이 - Google Patents

Abstract

제어성이 우수하고, 더욱 한층의 고강성화ㆍ고효율화ㆍ소형화를 실현할 수 있는 하이브리드형 자기축받이를 제공한다. 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 하이브리드형 자기축받이에 있어서, 전자석은 주극과 보극용 영구자석을 갖는 보극을 소정의 간격으로 대략 평행으로 로터의 지름방향 또는 축방향으로 돌출 설치한 코어에 제어코일을 감아 붙이고, 지름방향의 자기축받이에 있어서는, 2개의 전자석은 로터를 사이에 두고 대략 수평으로 대향해서 배치하는 동시에, 로터와 주극 및 보극이 소정의 갭을 갖도록 배치 설치하며, 서로 이웃하는 전자석의 주극과의 사이에 영구자석을 설치하는, 축방향의 자기축받이에 있어서는, 2개의 전자석은 대략 수평으로 평행하게 배치하는 동시에, 로터와 주극 및 보극이 소정의 갭을 갖도록 배치 설치하며, 서로 이웃하는 전자석의 주극과의 사이에 영구자석을 설치하는 하이브리드형 자기축받이다.

로터, 스테이터, 보극, 제어코일, 주극, 영구자석, 바이어스자속, 센서

Description

하이브리드형 자기축받이{HYBRID MAGNETIC BEARING}

본 발명은 자기력에 의해서 로터를 비접촉으로 지지하는 하이브리드형 자기축받이에 관련되며, 특히 영구자석에 의한 바이어스자속을 이용해서 전자석의 소비전력의 저감, 제어응답성 향상의 기술에 관한 것이다.

근래, 회전체를 비접촉으로 지지하는 자기축받이의 기술발전에 동반하여 자기축받이가 각종 축받이에 이용되고 있다. 자기축받이는 전자석을 사용하는 것인데, 전자석을 사용할 경우, 로터를 부상시키기 위해 큰 전류를 필요로 하기 때문에 소비전력이 커진다. 그로 인해, 적은 전류로 자기력을 크게 하기 위해서는 로터와 스테이터의 간극이 좁은 것이 요구된다. 또한 높은 공작 정밀도가 필요하다. 그래서, 영구자석의 바이어스자속을 이용한 하이브리드형 자기축받이가 사용되고 있다.

하이브리드형 자기축받이의 기본구성은 로터의 회전축방향으로 간격을 두고 배치된 2개의 래디얼 자기축받이의 사이에 축방향으로 착자된 영구자석을 끼우고, 한쪽의 래디얼 축받이를 N극으로 한다. 또, 다른 쪽의 래디얼 축받이를 S극으로 바이어스 자화한다. 이와 같이 하여 발생한 바이어스자속을 여자(勵磁) 코일에 의해서 래디얼방향의 한쪽에서는 강하게, 다른 쪽에서는 약하게 함으로써 래디얼 흡 인력을 제어하는 것이다.

또, 소형화를 도모하기 위해 단일의 래디얼 자기축받이를 하이브리드형으로 한 것도 알려져 있다. 특허문헌 1에 개시된 자기축받이는, 축방향으로 착자된 영구자석을 축방향에서 자성재로 끼워 넣도록 해서 구성된 링 형상 로터의 상기 자성재의 1개의 바깥둘레면을 제 1 자극면(磁極面)으로 하고 있다. 또, 다른 한쪽의 자성재의 바깥둘레면을 제 2 자극면으로 하고 있다. 그리고, 로터의 바깥둘레에 4개의 전자석으로 이루어지는 스테이터를 구비하고, 4개의 전자석의 각각은 상기 로터의 자극면에 대향 배치되는 구조로 한다. 이와 같이 하는 것으로, 로터와 스테이터 사이를 강한 자기력으로 결합하고, 로터의 축방향 및 경사를 수동적으로 자기 지지하는 제안이 되어 있다.

또, 특허문헌 2에는 중심의 로터를 コ자 형상의 전자석을 둘레방향에 등간격으로 배치하고, 상기 전자석을 둘레방향으로 착자된 영구자석으로 자화방향을 서로 다르도록 배치해서 결합한 자기축받이 구조의 자기축받이가 제안되어 있다.

또, 특허문헌 3에는 복수의 돌출 전극을 갖는 스테이터의 선단을 덮도록 하여 지름방향으로 착자된 영구자석을 설치해서 바이어스자속을 부여하는 구조의 자기축받이가 제안되어 있다.

그러나, 특허문헌 1, 3에 개시된 자기축받이는, 제어코일의 자속이 통과하는 자로중에 영구자석을 배치한 구조이며, 제어자속에 있어서 영구자석은 갭이 되기 때문에 영구자석의 두께를 증가시켜서 바이어스자속을 증가시켜 제어력을 증가시키기 위해서는 한계가 있다.

또, 특허문헌 2에 개시된 자기축받이에서는 X축 또는 Y축방향 단독의 제어이면 강한 제어력을 발생할 수 있는데, X축과 Y축의 제어를 동시에 실행하면, 제어자속이 간섭하여 버려 강한 제어력은 발생할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또, 자기축받이는 회전체를 비접촉으로 지지하기 때문에, 자기 부상은 본래 불안정하고, 부상량을 검출하여, 피드백 제어에 의해서 안정화할 필요가 있다. 그래서 부상량을 검출하는 센서로서 와전류 센서, 인덕턴스 센서 등을 이용하고 있는데, 일반적으로 고가이다. 또한, 자기축받이와 센서를 사이를 두고 설치할 필요가 있는 경우, 피드백계의 안정영역이 좁고, 안정화에 고생하는 등의 문제도 있다. 특히, 최근에는 초소형 회전체용의 자기축받이가 요망되고 있으며, 센서의 설치공간이 한정되는 것은, 소형화를 하는데 있어서의 장해가 된다.

그래서, 자기축받이의 전자석을 센서로서 이용하는 셀프 센싱 기술을 이용한 자기축받이의 위치검출이 있다. 로터의 위치가 변화하면, 자기축받이의 자극에서 로터까지의 거리(갭)가 변화함으로써 자극의 인덕턴스가 변화한다. 이 인덕턴스의 변화를 어느 하나의 방법으로 검출함으로써 갭을 추정한다. 전자석의 여자코일에 고주파의 신호를 중첩시키고, 고주파 성분의 전류 및 전압으로부터 로터의 변위를 추정하는 방법이나, 로터 자기축받이계의 수학모델을 구축하고, 이에 따라 변위추정의 옵서버를 작성하는 방법 등이 시도되고 있다. 그런데, 셀프 센싱에 의한 자기축받이는 변위센서를 별도 사용하는 방법에 비하면, 위치의 추정 정밀도가 나쁘다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개 2005-121157호 공보

특허문헌 2: 일본국 특개 2001-41238호 공보

특허문헌 3: 일본국 특개평 11-101234호 공보

본 발명에 따르면, 제어성이 우수하고, 더욱 한층 고강성화ㆍ고효율화ㆍ소형화가 실현될 수 있는 하이브리드형 자기축받이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 형태에서는 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 하이브리드형 자기축받이에 있어서, 상기 전자석은 주극와 보극을 가지며, 상기 보극에는 보극용 영구자석을 갖고, 상기 주극과 상기 보극을 소정의 간격으로 대략 평행하게 상기 로터의 지름방향으로 돌출 설치하며, 상기 주극과 상기 보극으로 이루어지는 코어(철심)에 제어코일을 감아 붙이고, 2개의 상기 전자석은 상기 로터를 사이에 두고 대략 수평으로 대향해서 배치하는 동시에, 상기 로터와, 상기 주극 및 상기 보극이 소정의 갭을 갖도록 배치 설치하며, 서로 이웃하는 상기 전자석과의 사이에 상기 영구자석을 설치하는 구성으로 한다.

매우 적합하게는, 상기 보극용 영구자석은 대향해서 배치된 상기 전자석의 상기 보극의 극성이 같은 극성이 되도록 배치 설치하고, 서로 이웃하는 상기 전자석의 상기 보극의 극성은 다르도록 배치 설치하며, 상기 전자석을 사이에 두도록 배치 설치된 상기 영구자석의 극성은 상기 보극용 영구자석 선단의 극성과 다른 극성을 해당 전자석의 방향을 향해서 배치하는 구성으로 해도 좋다.

또 매우 적합하게는, 상기 제어코일은 상기 보극용 영구자석이 발생하는 제 1 바이어스자속과 상기 영구자석이 발생하는 제 2 바이어스자속과 동일방향 또는 역방향으로 제어자속을 발생하여 상기 로터위치를 제어하도록 해도 좋다.

또, 상기 제어자속은 상기 제 2 바이어스자속의 변화를 자속센서로 검지하고, 상기 검지한 결과에 따라 상기 제어코일의 전류를 조정해도 좋다.

또, 상기 제어자속은 상기 로터위치의 변화를 변위센서로 검지하고, 상기 검지한 결과에 따라 상기 제어코일의 전류를 조플러스방향해도 좋다.

매우 적합하게는, 상기 보극용 영구자석은 상기 보극의 선단에서 상기 주극과 상기 보극 사이의 코어부까지의 사이에 배치 설치해도 좋다.

또, 상기 보극과 상기 로터간의 거리는, 상기 주극과 상기 로터간의 거리보다 긴 구성으로 해도 좋다.

본 발명의 다른 형태에서는 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 하이브리드형 자기축받이에 있어서, 상기 하이브리드형 자기축받이는 상기 로터 회전축의 축방향 상하에 상측 자기축받이와 하측 자기축받이를 상기 로터를 사이에 두도록 소정의 갭을 갖게 배치 설치하고, 상기 상측 자기축받이와 상기 하측 자기축받이는 복수개의 상기 전자석을 가지며, 상기 전자석은 주극과 보극을 갖고, 상기 보극에는 보극용 영구자석을 가지며, 상기 주즉과 상기 보극용 영구자석을 갖는 보극을 소정의 간격으로 대략 평행하게 돌출 설치하고, 상기 주극과 상기 보극으로 이루어지는 코어(철심)에 제어코일을 감아 붙이며, 상기 상측 자기축받이에 설치된 전자석의 사이에 상기 영구자석을 설치하는 동시에, 상기 하측 자기축받이에 설치된 전자석의 사이에도 상기 영구자석을 설치하고, 상기 상측 자기축받이의 상기 주극의 단부 평면과 하측 자기축받이의 상기 주극의 단부 평면이, 상기 로터를 사이에 두고 대향하도록 배치 설치하는 구성이다.

매우 적합하게는, 서로 이웃하는 상기 전자석의 상기 보극 선단의 극성은 다르도록 배치 설치하고, 상기 전자석의 상기 주극을 사이에 두도록 배치 설치된 상기 영구자석의 극성은 상기 보극용 영구자석 선단의 극성과 다른 극성을 해당 전자석의 상기 주극방향을 향해서 배치해도 좋다.

또, 상기 제어코일은 상기 보극용 영구자석이 발생하는 제 1 바이어스자속과 상기 영구자석이 발생하는 제 2 바이어스자속과 동일방향 또는 역방향으로 제어자속을 발생하여 상기 로터위치를 제어해도 좋다.

상기 구성에 의해 각 전자석에 돌려 감아진 여자코일에 의해서 제어자속을 제어하여 축방향의 자기력을 제어한다.

또, 바이어스자속에 의해 한층 더 제어력을 높일 수 있고, 약간의 전류로 강한 제어력을 발생시킬 수 있으므로 고효율화가 도모된다.

또, 자속센서가 설치된 공간의 자속의 변화를 검출하는 것으로 로터위치를 추정할 수 있어 하이브리드형 자기축받이의 소형화가 도모된다.

매우 적합하게는, 상기 로터는 상기 주극 및 상기 보극과 서로 마주보는 측면에, 상기 주극 및 상기 보극에 대향하도록 상기 로터의 상기 측면에 2개의 돌기부를 설치해도 좋다.

본 발명의 다른 형태에서는 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉 상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 자기부상펌프용 하이브리드형 자기축받이에 있어서, 상기 전자석은 주극과 보극을 갖고, 상기 보극에는 보극용 영구자석을 가지며, 상기 주극과 상기 보극용 영구자석을 갖는 보극을 소정의 간격으로 대략 평행하게 상기 로터의 지름방향에 돌출 설치하고, 상기 주극과 상기 보극으로 이루어지는 코어(철심)에 제어코일을 감아 붙이며, 2개의 상기 전자석은 상기 로터를 사이에 두고 대략 수평으로 대향해서 배치하는 동시에, 상기 로터와, 상기 주극 및 상기 보극이 소정의 갭을 갖도록 배치 설치하고, 서로 이웃하는 상기 전자석과의 사이에 상기 영구자석을 설치하는 구성이다.

본 발명에 따르면, 바이어스자속의 강도를 제어자속으로 제어함으로써, 한층의 고강성화ㆍ고효율화ㆍ소형화가 실현될 수 있다.

도 1은 실시예 1의 전개도이다. (a)는 보극측에서 본 도면이다. (b)는 제어코일(4c)측으로부터의 측면도이다. (c)는 제어코일(4b)측으로부터의 측면도이다. (d)는 주극측에서 본 도면이다.

도 2의 (a)는 실시예 1의 주극측에서 본 도면이다. (b)는 A-A′선에 있어서의 단면도이다. (c)는 B-B′선에 있어서의 단면도이다.

도 3은 도 2의 A-A′선에 있어서의 사시 단면도에 자속선을 나타낸 도면이다.

도 4의 (a), (b)는 실시예 1의 축방향, 경사에 대한 수동안정성을 나타내는 도면이다.

도 5는 실시예 1의 제어블록을 나타낸 도면이다.

도 6은 실시예 1의 제어블록을 나타낸 도면이다.

도 7의 (a), (b)는 실시예 1의 영구자석의 위치를 나타내는 도면이다.

도 8은 실시예 2의 구성을 나타내는 도면이다.

도 9는 실시예 3의 전개도이다. (a)는 상부에서 본 도면이다. (b)는 제어코일(82c)측으로부터의 측면도이다. (c)는 제어코일(82b)측으로부터의 측면도이다. (d)는 하부에서 본 도면이다.

도 10의 (a)는 C-C′선에 있어서의 단면도에 자속선을 나타낸 도면이다. (b)는 제어코일(82c)측으로부터의 측면도에 자속선을 나타낸 도면이다.

도 11은 도 2의 C-C′선에 있어서의 사시 단면도에 자속선을 나타낸 도면이다.

도 12는 실시예 2의 지름방향의 수동안정성을 나타낸 도면이다.

도 13의 (a), (b)는 실시예 3의 영구자석의 위치를 나타내는 도면이다.

이하 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태에 대해 상세를 설명한다.

( 실시예 1)

도 1에 본 발명의 하이브리드형 자기축받이의 전개도를 나타낸다. 동일도면 (a)는 보극(3a∼3d)측에서 본 도면이다. 동일도면 (b)는 보극(3c)측으로부터의 측면도이다. 동일도면 (c)는 보극(3b)측으로부터의 측면도이다. 동일도면 (d)는 주극(7 a∼7d)측에서 본 도면이다.

도 1(a)∼(d)에 나타내는 본 발명의 하이브리드형 자기축받이는 스테이터 (1), 로터(2)로 구성된다. 스테이터(1)는 로터(2)를 향해서 돌출 설치되는 제 1 보극(3a), 제 2 보극(3b), 제 3 보극(3c), 제 4 보극(3d)과, 제 1 제어코일(4a), 제 2 제어코일(4b), 제 3 제어코일(4c), 제 4 제어코일(4d)과, 제 1 영구자석(5a), 제 2 영구자석(5b), 제 3 영구자석(5c), 제 4 영구자석(5d)과, 제 1 센서(6a), 제 2 센서(6b), 제 3 센서(6c), 제 4 센서(6d)와, 로터(2)를 향해서 돌출 설치되는 제 1 주극(7a), 제 2 주극(7b), 제 3 주극(7c), 제 4 주극(7d)과, 제 1 보극용 영구자석(8a), 제 2 보극용 영구자석(8b), 제 3 보극용 영구자석(8c), 제 4 보극용 영구자석(8d)으로 구성된다.

상기 보극(3a∼3d)은 각각이 보극용 영구자석(8a∼8d)을 구비하고 있다. 제 1 보극(3a)에는 제 1 보극용 영구자석(8a)을 가지며, 제 2 보극(3b)에는 제 2 보극용 영구자석(8b)을 갖고, 제 3 보극(3c)에는 제 3 보극용 영구자석(8c)을 가지며, 제 4 보극(3d)에는 제 4 보극용 영구자석(8d)을 갖고 있다.

상기 제어코일(4a∼4d)은 보극(3a∼3d)과 대략 평행하게 대향하는 주극(7a∼7d)의 사이에 감아져 있다. 제 1 제어코일(4a)은 제 1 보극(3a)과 제 1 주극(7a)의 사이에 설치되고, 제 2 제어코일(4b)은 제 2 보극(3b)과 제 2 주극(7b)의 사이에 설치되며, 제 3 제어코일(4c)은 제 3 보극(3c)과 제 3 주극(7c)의 사이에 설치되고, 제 4 제어코일(4d)은 제 4 보극(3d)과 제 4 주극(7d)의 사이에 설치되어 있다. 또한, 상기에 설명한 부위에 감아 붙이는 것으로 한정되는 것은 아니다.

상기 영구자석(5a∼5d)은 스테이터(1)를 구성하는 제 1∼4 주극(7a∼7d)의 사이에 설치되고, 주극(7a∼7d)의 양측으로 연장하는 코어부에 의해 고정된다. 제 1 영구자석(5a)은 주극(7a)과 주극(7b)의 사이에 설치되고, 제 2 영구자석(5b)은 주극(7b)과 주극(7c)의 사이에 설치되며, 제 3 영구자석(5c)은 주극(7c)과 주극(7d)의 사이에 설치되고, 제 4 영구자석(5d)은 주극(7d)과 주극(7a)의 사이에 설 치된다.

여기에서, 상기 설명한 제 1∼4 영구자석(5a∼5d), 보극용 영구자석(8a∼8d)의 재질은, 예를 들면 네오디뮴-철-붕소, 사마륨-코발트, 사마륨-철-질소 등(희토류 자석)을 사용한다. 스테이터(1)나 로터(2) 등의 재질은 자성 연철, 자성 스테인리스, 압분(壓粉) 자심 등(연자성 재료)을 사용한다. 또한, 상기 설명한 재료로 한정되는 것은 아니다.

도 2의 (a)∼(c)는 본 발명의 하이브리드 자기축받이(1)에 발생하는 자속을 나타낸 도면이다. 동일도면 (b)∼(c)에 나타내는 바와 같이 제 1∼4 보극(3a∼3d)선단의 제 1∼4 보극용 영구자석(8a∼8d)은 복수의 전자석에 대해, 제 1 바이어스자속(b1-1∼b1-4)을 제공한다. 또, 제 1∼4 영구자석(5a∼5d)은 전자석을 구성하는 제 1∼4 주극(7a∼7d)에 제 2 바이어스자속(b2-1∼b2-4)을 제공한다.

동일도면의 (c)에 나타내는 제 1 보극(3a)과 제 3 보극(3c)의 선단을 제 1 극성(S극)으로 한다. 또, 동일도면의 (b)에 나타내는 제 2 보극(3b)과 제 4 보극 (3d)의 선단을 제 2 극성(N극)으로 한다. 또, 주극(7a)과 보극(3a)으로 이루어지는 코어와 주극(7b)과 보극(3b)으로 이루어지는 코어 사이의 제 1 영구자석(5a)은, 제 1 극성(S극)이 주극(7b)과 보극(3b)으로 이루어지는 코어방향으로 배치되고, 제 2 극성(N극)이 주극(7a)과 보극(3a)으로 이루어지는 코어를 향하도록 구성한다. 마찬가지로 주극(7b)과 보극(3b)으로 이루어지는 코어와 주극(7c)과 보극(3c)으로 이루어지는 코어 사이의 제 2 영구자석(5b)은, 제 1 극성(S극)이 주극(7b)과 보극 (3b)으로 이루어지는 코어방향으로 배치되고, 제 2 극성(N극)이 주극(7c)과 보극 (3c)으로 이루어지는 코어를 향하도록 구성한다. 주극(7c)과 보극(3c)으로 이루어지는 코어와 주극(7d)과 보극(3d)으로 이루어지는 코어 사이의 제 3 영구자석(5c)은, 제 1 극성(S극)이 주극(7d)과 보극(3d)으로 이루어지는 코어방향으로 배치되고, 제 2 극성(N극)이 주극(7c)과 보극(3c)으로 이루어지는 코어를 향하도록 구성한다. 주극(7d)과 보극(3d)으로 이루어지는 코어와 주극(7a)과 보극(3a)으로 이루어지는 코어 사이의 제 4 영구자석(5d)은, 제 1 극성(S극)이 주극 (7d)과 보극(3d)으로 이루어지는 코어방향으로 배치되고, 제 2 극성(N극)이 주극(7a)과 보극(3a)으로 이루어지는 코어를 향하도록 구성한다. 그리고, 각 주극(7a∼7d)과 보극(3a∼3d)이 각각 쌍이 되어 구성되는 코어에, 제어코일(4a∼4d, 여자 코일)을 감음으로써 제어자속(c11∼c14)을 제어하여 래디얼방향의 자기력을 제어한다.

제어자속(c1-1∼c1-4)과 보극용 영구자석(8a∼8d)에 의한 제 1 바이어스자속(b1-1∼b1-4)은 주극(7a∼7d)과 보극(3a∼3d)과 로터(2)로 구성되는 자로를 통과한다. 여기에서, 보극측의 갭(보극-로터간)은 보극용 영구자석(8a∼8d)이 있기 때문에 주극측의 갭(주극-로터간)에 비해 긴 갭이 된다. 그로 인해, 주로 제 2 바이어스자속(b2-1∼b2-4)은 서로 이웃하는 주극(7a∼7d)과 로터(2)로 구성되는 자로를 통과한다. 이에 따라, 보극(3a∼3d)에 있어서, 보극용 영구자석(8a∼8d)에 의한 제 1 바이어스자속(b1-1∼b1-4)에 의해 제어력을 높일 수 있다.

또, 주극(7a∼7d)에 있어서, 보극용 영구자석(8a∼8d)에 의한 제 1 바이어스자속(b1-1∼b1-4)과 영구자석(5a∼5d)에 의한 제 2 바이어스자속(c1-1∼c1-4)에 의해 더욱더 제어력을 높일 수 있다. 또, 상기 구성에 의해 약간의 전류로 강한 제 어력을 발생시킬 수 있으므로 고효율화를 도모할 수 있다.

도 2의 (a), (b), (c) 및 도 3의 자기축받이의 사시 단면도를 이용하여 제어방법을 설명한다. 도 2의 (b) 및 도 3은 도 2의 (a)에 나타내는 A-A′선에 있어서의 단면도와 사시 단면도이다. 동일도면에 나타내는 바와 같이 보극용 영구자석 (8b, 8d)에 의해 제 1 바이어스자속(b1-2와 b1-4)이 발생하고 있다. 또, 영구자석 (5a∼5d)에 의해 제 2 바이어스자속(b2-1과 b2-2)이 합성된 제 2 바이어스자속과, 제 2 바이어스자속(b2-3과 b2-4)이 합성된 제 2 바이어스자속이 발생한다. 여기에서, 본 예에 있어서, 제어코일(4b, 4d)에 도 3에 나타내는 방향으로 전류를 공급함으로써, 제어자속(c1-2, c1-4)을 발생시킨다. 이때, 주극(7d) 및 보극(3d)의 갭에서는 제어자속(c1-4)이 제 1 바이어스자속(b1-4)과 제 2 바이어스자속(b2-3과 b2-4)의 합성된 자속과 반대방향으로 발생한다. 그 결과, 자속이 서로 삭제하여 자속밀도가 감소한다.

한편, 주극(7b) 및 보극(3b)의 갭에서는 제어자속(c1-2)이 제 1 바이어스자속(b1-2)과 제 2 바이어스자속(b2-1과 b2-2)의 합성된 자속과 동일방향으로 발생한다. 그 결과, 자속밀도가 증가하고, X방향(화살표방향)으로의 자기 흡인력이 발생한다.

반대로, 전자석에 도 2의 (b)와는 역방향의 제어자속을 발생시키면 화살표와 역방향으로의 자기흡인력이 발생한다.

도 2의 (c)는 도 2의 (a)에 나타내는 B-B′선에 있어서의 단면도이다. 동일도면에 나타내는 바와 같이 보극용 영구자석(8a, 8c)에 의해 제 1 바이어스자속 (b1-1과 b1-3)이 발생하고 있다. 또, 영구자석(5a∼5d)에 의해 제 2 바이어스자속 (b2-1과 b2-4)이 합성된 제 2 바이어스자속과, 제 2 바이어스자속(b2-2와 b2-3)이 합성된 제 2 바이어스자속이 발생한다. 여기에서, 본 예에 있어서, 제어자속(c1-1, c1-3)을 발생시킨다. 이때, 주극(7a) 및 보극(3a)의 갭에서는 제어자속(c1-1)이 제 1 바이어스자속(b1-1)과 제 2 바이어스자속(b2-1과 b2-4)의 합성된 자속과 반대방향으로 발생한다. 그 결과, 자속이 서로 삭제하여 자속밀도가 감소한다.

한편, 주극(7c) 및 보극(3c)의 로터(2)와의 갭에는 제어자속(c1-3)이 제 1 바이어스자속(b1-3)과 제 2 바이어스자속(b2-2와 b2-3)의 합성된 자속과 동일방향으로 발생한다. 그 결과, 자속밀도가 증가하고, Y방향(화살표방향)으로의 자기흡인력이 발생한다. 반대로, 전자석에 도 2의 (b)와는 역방향의 제어자속을 발생시키면 화살표와 역방향으로의 자기흡인력이 발생한다.

이상의 X방향 제어와 Y방향 제어에 의해 지름방향의 자기부상을 실현할 수 있다.

다음으로, 도 4의 (a), (b)와 도 2의 (b)의 개략 단면도에 의해, 축방향 및 경사에 관해서 설명한다. 보극용 영구자석(8a∼8d)과 영구자석(5a∼5d)에 의한 지름방향의 강한 자기흡인력에 의해 수동적으로 자기 지지한다. 로터(2)가 축방향으로 변위했을 때는 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 보극용 영구자석(8b, 8d)과 영구자석(5a∼5d)의 바이어스 흡인력에 의해 변위를 되돌리는 방향으로 복원력이 발생하여 변위가 없어진다. 또, 경사졌을 때는 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 보극용 영구자석(8b, 8d)과 영구자석(5a∼5d)의 바이어스 흡인력에 의해 경사와는 반대 방향으로 복원 토크가 발생하여 경사가 없어진다.

도 5, 도 6에 본 자기축받이의 제어시스템을 나타낸다. 도 5는 홀 소자 등의 자속센서를 이용한 위치검출방법에 의한 본 자기축받이의 제어시스템을 나타낸 것이다. 각각의 대향하는 전자석(주극-보극으로 구성되는)의 제어코일은 제어자속을 다른 방향으로 발생시키도록 결선(結線)되어 있다. 센서(6a∼6d)를 제 1∼4 영구자석(5a∼5d) 이외의 부분(스테이터(1)의 코어)의 전자석 사이에 설치한다. 센서(6a∼6d)는 로터(2)의 변위에 의해 영구자석(5a∼5d)에 의한 바이어스자속이 변화하는 양을 검출하여 자속의 변화량으로부터 변위를 추정한다. 센서(6a∼6d)에 의해 검출한 신호는 비선형이 되기 때문에 센서앰프(55∼58)에 나타내는 센서앰프 (1∼4)에 의해 증폭된 각 센서 값의 계산(예를 들면, 합ㆍ차)을 취함으로써 XㆍY방향의 위치검출의 선형성을 얻어, X축 Y축 상호의 간섭을 제거할 수 있다.

본 실시예에서는, 센서(6a)와 센서(6c)로부터 얻어진 신호를, 센서(6a)는 센서앰프(1＿55)에 의해 증폭하고, 센서(6c)는 센서앰프(3＿56)에 의해 증폭하여 출력차를 취한다. 또, 센서(6b)와 센서(6d)로부터 얻어진 신호를, 센서(6b)는 센서앰프(2＿57)에 의해 증폭하고, 센서(6d)는 센서앰프(4＿58)에 의해 증폭하여 출력차를 취한다. 그 후, 상기 계산의 결과를 이용하여 차를 취하는 것으로 X방향의 변위의 출력, 합을 취하는 것으로 Y방향의 변위의 출력으로 해서 변위량을 산출한다. 그 변위량은 A/D컨버터 등(도시하지 않음)으로 디지털신호로 변환되고, X방향 컨트롤러(51), Y방향 컨트롤러(52)에 인도된다. X방향 컨트롤러(51), Y방향 컨트롤러(52)에서 제어전류값을 산출하고, 파워앰프(53, 54)에 의해 제어전류를 자기축 받이 전자석의 각 코일(4a∼4d)에 흘리는 것으로 로터(2)의 위치제어를 실행한다. 컨트롤러에는 PID제어 등을 이용하는 것을 생각할 수 있다.

또, 상기의 제어시스템에 비해 장치는 커지는데, 와전류 센서 등의 변위센서를 사용해도 본 자기축받이의 제어는 가능하다. 와전류 센서 등의 변위센서를 사용한 경우의 제어시스템을 도 6에 나타낸다. 각각의 대향하는 전자석의 코일(4a∼4d)은 제어자속을 다른 방향으로 발생시키도록 결선되어 있다. 로터(2)에 장착한 타깃(도시하지 않음)과의 거리를 검출하기 위해 지름방향 XㆍY방향으로 각각 센서 (61, 62)를 배치한다. XㆍY축의 센서(61, 62)에 의해 로터(2)의 위치를 검출하고, 검출한 신호는 센서앰프(65, 66)에 의해 증폭되며, A/D컨버터 등(도시하지 않음)으로 X방향 컨트롤러(67), Y방향 컨트롤러(68)에 신호가 인도된다. 그 후, 각 컨트롤러(67, 68)에서 제어전류값을 산출하고, 파워앰프(63, 64)에 의해 제어전류를 자기축받이 전자석의 각 코일(4a∼4d)에 흘리는 것으로 로터(2)의 위치제어를 실행한다. 또, X방향 컨트롤러(67), Y방향 컨트롤러(68)에는 PID제어 등을 이용하는 것을 생각할 수 있다.

또한, 도 7의 (a), (b)에 기재한 바와 같이, 보극용 영구자석 (8a∼8d)을 각 보극의 돌출전극의 도중에 배치한 형상에 있어서도, 각 바이어스자속, 제어자속은 상기 설명한 것과 똑같은 자로가 되고, 실시예 1과 똑같은 제어가 가능하다.

또, 실시예 1에서는 보극과 주극를 대향하도록 4개의 전자석을 설치했는데, 특별히 4개로 한정하는 것은 아니고, 복수개 설치해도 상관없다. 상기 구성에 의해, 보극용 영구자석의 두께를 증가시키지 않고, 바이어스자속을 증가시켜, 제어를 효율적으로 할 수 있으며, 로터의 위치제어의 추정 정밀도를 향상할 수 있다.

( 실시예 2)

도 8은 주극(71b, 71d, 71f, 71h), 보극(71a, 71c, 71e, 71g) 모두 동일평면상에 배치하고, 제어코일(72a∼72d)에 제어자속을 발생시켜서 제어를 할 경우에 대해 설명한다. 또, 동일도면은 편의상 X방향으로의 제어를 하는 경우만 설명한다. 도 8에 나타내는 바이어스자속(b75a)은 보극(71a) 선단의 보극용 영구자석 (74d)의 N극으로부터 로터(75)를 통하여 주극(71b)을 통과하는 자로를 형성한다. 또, 바이어스자속(b75b)은 보극(71c) 선단의 보극용 영구자석(74a)의 N극으로부터 코어를 통과하는 주극(71d) 그리고 로터(75)를 통과하는 자로를 형성한다. 바이어스자속 (b75c)은 보극(71e) 선단의 보극용 영구자석(74b)의 N극으로부터 로터(75)를 통하여 주극(71f)을 통과하는 자로를 형성한다. 바이어스자속(b75d)은 보극(71g) 선단의 보극용 영구자석(74c)의 N극으로부터 코어를 통과하는 주극(71h) 그리고 로터 (75)를 통과하는 자로를 형성한다.

도 8에 나타내는 바이어스자속(b76a)은 주극(71b)과 보극(71c) 사이의 영구자석(73a)의 N극으로부터 주극(71d)을 통과해서 로터(75)를 통하여 주극(71b)을 통과하는 자로를 형성한다. 또, 바이어스자속(b76b)은 주극(71d)과 보극(71e) 사이의 영구자석(73b)의 N극으로부터 주극(71d)을 통과해서 로터(75)를 통하여 주극 (71f)을 통과하는 자로를 형성한다. 바이어스자속(b76c)은 주극(71f)과 보극(71g) 사이의 영구자석(73c)의 N극으로부터 주극(71h)을 통과해서 로터(75)를 통하여 주극(71f)을 통과하는 자로를 형성한다. 바이어스자속(b76d)은 주극(71h)과 보 극(71a) 사이의 영구자석(73d)의 N극으로부터 주극(71h)을 통과해서 로터(75)를 통하여 주극(71b)을 통과하는 자로를 형성한다.

제어자속(c77b)은 제어코일(72b)에 의해 발생하고, 보극(71c)을 통과해서 주극(71d)으로부터 로터(75)를 통하여 자로를 형성한다. 또, 제어자속(c77d)은 제어코일(72d)에 의해 발생하고, 보극(71g)을 통과해서 주극(71h)으로부터 로터(75)를 통하여 자로를 형성한다. 여기에서는, 동일도면은 편의상 X방향으로 제어를 하는 경우에 대해서만 설명했는데, 똑같이 제어코일(72a와 72c)에 의해, 제어자속이 실제는 발생하고 있다. Y방향으로 제어하는 경우는 제어코일(72a 및 72c)을 이용해서 제어한다.

X방향(화살표방향)으로 로터(75)를 변이시킬 경우, 상기 실시예에서 설명한 바와 같이 자속센서에 의해 자속을 검지 또는 변위센서에 의해 변위를 검지하고, 제어코일(72a∼72d)의 전류를 제어하는 것으로 제어자속의 강도를 변화시킨다. 본 실시예에서는 제어코일(72b)측의 주극(71d)에 바이어스자속(b75b, b76a, b76b)이 동일방향으로 발생하고, 제어자속(c77b)도 바이어스자속과 같은 방향으로 발생하고 있다. 보극(71c)에도 바이어스자속(b75b)과 동일방향으로 제어자속(c77b)이 발생한다.

한편, 제어코일(72d)측의 주극(71h)에 바이어스자속(b75d, b76c, b76d)이 동일방향으로 발생하고, 제어자속(c77d)은 바이어스자속과 역방향으로 발생하고 있다. 보극 (71g)에도 바이어스자속(b75d)과 역방향으로 제어자속(c77d)이 발생한다. 이것에 의해 로터(75)의 제어코일(72b)측에서는 흡인력이 강해지고, 제어코일(72d)측에서는 흡인력이 약해지며, X방향(화살표방향)으로 로터(75)는 변이한다.

상기 구성에 의해, 로터(75)의 위치를 X방향과 Y방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.

또, 보극용 영구자석(74a∼74d)을 보극(71a, 71c, 71e, 71g)의 돌출전극의 도중에 배치해도, 각 바이어스자속, 제어자속은 실시예 2와 똑같은 자로가 되고, 실시예 2와 똑같은 제어가 가능하다.

또, 실시예 2에서는 보극과 주극에 의한 4개의 전자석을 설치했는데, 특별히 4개로 한정하는 것은 아니고, 복수개 설치해도 상관없다.

상기 구성에 의해, 보극용 영구자석의 두께를 증가시키지 않고 바이어스자속을 증가시켜, 제어를 효율 좋게 할 수 있어 로터의 위치제어의 추정 정밀도를 향상할 수 있다.

( 실시예 3)

도 9에 실시예 3의 구성을 나타내는 전개도를 나타낸다. 도 9의 (a)는 상부로부터의 도면이다. 동일도면 (b)는 제어코일(82c, 82g)측으로부터의 측면도이다. 동일도면 (c)는 보극(82b, 82f)측으로부터의 측면도이다. 동일도면 (d)는 하부로부터의 도면이다.

도 9(a)∼(d)에 나타내는 본 발명의 하이브리드형 자기축받이는 로터(81)의 상하에 로터(81)를 제어하는 자기축받이를 갖는 구성이다.

상부 자기축받이는 제어코일(82a∼82d)과 제 1∼4 코어(83a∼83d)와 제 1∼4 영구자석(84a∼84d)을 갖는다. 제 1∼4 코어(83a∼83d)는 로터(81)를 향해서 돌출 설치하도록 제 1∼4 주극(85a∼85d)과 제 1∼4 보극(87a∼87d)을 대향해서 설치한 다. 여기에서, 제 1∼4 주극(85a∼85d)과 제 1∼4 보극(87a∼87d)은 코어 상부 평면 또는 하부 평면으로부터 대략 수직방향으로 로터(81, 평면)방향으로 돌출 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로, 제 1 코어(83a)는 제 1 제어코일(82a)을 제 1 주극(85a)에 설치하고, 제 2 코어(83b)는 제 2 제어코일(82b)을 제 2 주극(85b)에 설치하며, 제 3 코어(83c)는 제 3 제어코일(82c)을 제 3 주극(85c)에 설치하고, 제 4 코어(83d)는 제 4 제어코일(82d)을 제 4 주극(85d)에 설치한다.

상기 보극(87a∼87d)은 각각이 보극용 영구자석(86a∼86d)을 구비하고 있다. 제 1 보극(87a)에는 제 1 보극용 영구자석(86a)을 가지며, 제 2 보극(87b)에는 제 2 보극용 영구자석(86b)을 갖고, 제 3 보극(87c)에는 제 3 보극용 영구자석(86c)을 가지며, 제 4 보극(87d)에는 제 4 보극용 영구자석(86d)을 갖고 있다.

제 1∼4 영구자석(84a∼84d)은 제 1∼4 코어(83a∼83d) 사이에 설치되고, 제 1∼4 코어(83a∼83d)의 양측으로 연장하는 부분에 의해 고정된다. 제 1 영구자석 (84a)은 제 1 코어(83a)와 제 2 코어(83b)의 사이에 설치되고, 제 2 영구자석(84b)은 제 2 코어(83b)와 제 3 코어(83c)의 사이에 설치되며, 제 3 영구자석(84c)은 제 3 코어(83c)와 제 4 코어(83d)의 사이에 설치되고, 제 4 영구자석(84d)은 제 4 코어(83d)와 제 1 코어(83a)의 사이에 설치된다.

하부 자기축받이는 제어코일(82e∼82h)과 제 5∼8 코어(83e∼83h)와 제 5∼8 영구자석(84e∼84h)을 갖는다. 제 5∼8 코어(83e∼83h)는 로터(81)를 향해서 돌출 설치하도록 제 5∼8 주극(85e∼85h)과 제 5∼8 보극(87e∼87h)을 대향해서 설치한 다. 여기에서, 제 5∼8 주극(85e∼85h)과 제 5∼8 보극(87e∼87h)은 코어 상부 평면 또는 하부 평면으로부터 대략 수직방향으로 로터(81, 평면)방향으로 돌출 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로, 제 5 코어(83e)는 제 5 제어코일(82e)을 제 5 주극(85e)에 설치하고, 제 6 코어(83f)는 제 6 제어코일(82f)을 제 6 주극(85f)에 설치하며, 제 7 코어(83g)는 제 7 제어코일(82g)을 제 7 주극(85g)에 설치하고, 제 8 코어(83h)는 제 8 제어코일(82h)을 제 8 주극(85h)에 설치한다.

상기 보극(87e∼87h)은 각각이 보극용 영구자석(86e∼86h)을 구비하고 있다. 제 5 보극(87e)에는 제 5 보극용 영구자석(86e)을 가지며, 제 6 보극(87f)에는 제 6 보극용 영구자석(86f)을 갖고, 제 7 보극(87g)에는 제 7 보극용 영구자석(86g)을 가지며, 제 8 보극(87h)에는 제 8 보극용 영구자석(86h)을 갖고 있다.

제 5∼8 영구자석(84e∼84h)은 제 5∼8 코어(83e∼83h)의 사이에 설치되고, 제 5∼8 코어(83a∼83d)의 양측으로 연장하는 부분에 의해 고정된다. 제 5 영구자석(84e)은 제 5 코어(83e)와 제 6 코어(83f)의 사이에 설치되고, 제 6 영구자석 (84f)은 제 6 코어(83f)와 제 7 코어(83g)의 사이에 설치되며, 제 7 영구자석(84g)은 제 7 코어(83g)와 제 8 코어(83h)의 사이에 설치되고, 제 8 영구자석(84h)은 제 8 코어(83h)와 제 9 코어(83e)의 사이에 설치된다.

여기에서, 상기 설명한 영구자석(84a∼84h), 보극용 영구자석(86a∼86h)의 재질은, 예를 들면 네오디뮴-철-붕소, 사마륨-코발트, 사마륨-철-질소 등(희토류 자석)을 사용한다. 상, 하 자기축받이나 로터(81)의 재질은, 자성연철, 자성스테 인리스, 압분자심 등(연자성 재료)을 사용한다. 또한, 상기 설명한 재료로 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 10의 (a), (b), 도 11에 의해, 상기 도 9에서 설명한 자기축받이의 제어에 대해 설명한다. 도 10의 (a), (b), 도 11은 Z축 플러스방향으로 제어력을 발생시키는 경우의 제어자속의 방향을 나타낸 도면이다. 도 10의 (a)는 C-C′선에 있어서의 단면도이다. 도 10의 (b)와 도 9의 (b)는 제 3 코어(83c)측으로부터의 측면도이다. 도 11은 도 10의 (a)의 사시 단면도이다. 여기에서, 도 11에서는 제 1 영구자석(84a)과 제 4 영구자석(84d)의 바이어스자속(b810a와 b810d)이 통과하는 Y축 플러스방향에 있는 주극(85a), 보극(87a), 제어코일(82a) 등을 편의상 일부 삭제해서 도시한 자기축받이의 단면을 나타내고 있다. 또, 도 10의 (a), (b), 도 11은 자속선에 관해서 편의상 후술하는 부분 이외는 도시하지 않는 자속선도로 되어 있다. 실제로는, 후술하는 구조와 똑같은 구조이면, 후술하는 구조장소 이외라도 똑같이, 보극용 영구자석에 의해 발생하는 제 1 바이어스자속과 영구자석에 의한 제 2 바이어스자속을 발생시키고, 제어코일에 의해 제어자속의 강도를 변화시켜서, 자속을 제어할 수 있다.

본 실시예에서는 제어자속(Z축 플러스방향으로 제어력을 발생시킬 경우의 제어자속의 발생방향)은, 제 1∼8 제어자속은 코일로부터 발생하고, 주극-로터-보극의 자로를 형성한다. 제 1∼8 보극용 영구자석(86a∼86h)에 의한 바이어스자속(제 1 바이어스자속)은, 주극-로터-보극의 자로를 형성한다. 제 2 영구자석에 의한 바이어스자속(제 2 바이어스자속)은 영구자석(84a∼84h)으로부터 발생하고, N극측 주 극-로터-S극측 주극의 자로를 형성한다.

도 10의 (a)에 나타내는 Z축 플러스방향의 상측에 배치 설치되는 자기축받이와 로터(81)의 간극을 통과하는 제어자속(c88b)은 제어코일(82b)에 의해 자속강도를 제어한다.

여기에서, 로터(81)는 도 10(a)에 나타내어져 있는 바와 같이 81a와 81b와 같은 H형의 홈을 갖는 구조로 되어 있다. 예를 들면, 홈 폭은 대향하는 주극과 보극의 간격과 동등한 폭인 것이 바람직하다.

제 1 바이어스자속(b89b)은 제 2 보극용 영구자석(86b)에 의해 발생한다. 그 결과, 제어자속(c88b)에 대해서 제 1 바이어스자속(b89b)은 동일방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 강하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810a와 b810b)은 제 1 영구자석(84a)과 제 2 영구자석(84b)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88b)을 강하게 하는 방향으로 발생한다. 또, 제어자속(c88d)은 제어코일(82d)에 의해 자속강도를 제어한다. 제 1 바이어스자속(b89d)은 제 4 보극용 영구자석 (86d)에 의해 발생한다. 그 결과, 제어자속(c88d)에 대해서 제 1 바이어스자속 (b89d)은 동일방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 강하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810d와 b810c)은 제 4 영구자석(84d)과 제 3 영구자석(84c)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88b)을 강하게 하는 방향으로 발생한다.

여기에서는 도시하지 않는데, 제어코일(82a)에 의해 제어자속(c88a)이 발생하고, 자속강도를 제어한다. 제 1 보극용 영구자석(86a)에 의해 제 1 바이어스자속(b89a)이 발생한다. 그 결과, 제어자속(c88a)에 대해서 제 1 바이어스자속 (b89a)은 동일방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 강하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810a와 b810d)은 제 1 영구자석(84a)과 제 4 영구자석(84d)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88a)을 강하게 하는 방향으로 발생한다. 또, 제어코일(82c)에 의해 제어자속(c88c)이 발생하고, 자속강도를 제어한다. 제 3 보극용 영구자석(86c)에 의해 제 1 바이어스자속(b89c)은 발생한다. 그 결과, 제어자속 (c88c)에 대해서 제 1 바이어스자속(b89c)은 동일방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 강하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810b와 b810c)은 제 2 영구자석(84b)과 제 3 영구자석(84c)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88c)을 강하게 하는 방향으로 발생한다.

또, 도 10의 (a)에 나타내는 Z축 마이너스방향의 하측에 배치 설치되는 자기축받이와 로터(81)의 간극을 통과하는 제어자속에 있어서는 바이어스자속에 대해서 서로 약하게 하는 방향으로 발생시킨다. 제어자속(c88f)은 제어코일(82f)에 의해 자속강도를 제어한다. 제 1 바이어스자속(b89f)은 제 6 보극용 영구자석(86f)에 의해 발생한다. 그 결과, 제어자속(c88f)에 대해서 제 1 바이어스자속(b89f)은 역방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 약하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810e와 b810f)은 제 5 영구자석(84e)과 제 6 영구자석(84f)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88f)을 약하게 하는 방향으로 발생한다. 또, 제어자속(c88h)은 제어코일(82h)에 의해 자속강도를 제어한다. 제 1 바이어스자속(b89h)은 제 8 보극용 영구자석(86h)에 의해 발생한다. 그 결과, 제어자속(c88h)에 대해서 제 1 바이어스자속(b89h)은 역방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 약하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810g와 b810h)은 제 8 영구자석(84h)과 제 7 영구자석 (84g)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88h)을 약하게 하는 방향으로 발생한다.

여기에서는 도시하지 않는데, 제어코일(82e)에 의해 제어자속(c88e)이 발생하고, 자속강도를 제어한다. 제 5 보극용 영구자석(86e)에 의해 제 1 바이어스자속(b89e)은 발생한다. 그 결과, 제어자속(c88e)에 대해서 제 1 바이어스자속 (b89e)은 역방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 약하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810e와 b810h)은 제 5 영구자석(84e)과 제 8 영구자석(84h)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88e)을 약하게 하는 방향으로 발생한다. 또, 제어코일(82g)에 의해 제어자속(c88g)이 발생하고, 자속강도를 제어한다. 제 7 보극용 영구자석(86g)에 의해 제 1 바이어스자속(b89g)은 발생한다. 그 결과, 제어자속 (c88g)에 대해서 제 1 바이어스자속(b89g)은 역방향으로 자속이 발생하기 때문에 서로 약하게 할 수 있다. 또한, 제 2 바이어스자속(b810g와 b810f)은 제 7 영구자석(84g)과 제 6 영구자석(84f)에 의해 각각 발생하고, 제어자속(c88g)을 약하게 하는 방향으로 발생한다. 이와 같이 하는 것으로, Z축 플러스방향으로 제어할 수 있다.

이와는 반대로, 각각의 제어자속을 동일도면과 반대 향으로 발생시키면, Z축 마이너스방향으로 제어할 수 있다. 제어자속은 제어코일로부터 발생하고, 주극을 통과해서 로터를 통하여 보극을 통과하는 자로를 형성한다. 보극용 영구자석에 의한 바이어스자속(제 1 바이어스자속)은 보극용 영구자석으로부터 발생하고, 주극을 통과해서 로터를 통하여 보극을 통과하는 자로를 형성한다. 영구자석에 의한 바이 어스자속(제 2 바이어스자속)은 영구자석으로부터 발생하고, N극측 주극으로부터 로터를 통하여 S극측 주극을 통과하는 자로를 형성한다.

또, 도 10의 (a)에 나타내는 Z축 플러스방향의 자기축받이의 81a측 전자석과 로터(81)의 간극을 통과하는 제어자속을 바이어스자속에 대해서 서로 강하게 하는 방향으로 발생시키고, 81b측 전자석과 로터(81)의 간극을 통과하는 제어자속을 바이어스자속에 대해서 서로 약하게 하는 방향으로 발생시킨다. 또한, Z축 마이너스방향의 자기축받이의 81a측 전자석과 로터(81)의 간극을 통과하는 제어자속에 있어서는 바이어스자속에 대해서 서로 약하게 하는 방향으로 발생시키고, 81b측 전자석과 로터(81)의 간극을 통과하는 제어자속을 바이어스자속에 대해서 서로 강하게 하는 방향으로 발생시키는 것으로, Y축 반시계방향(도 10의 (a) 시계방향)으로 경사토크를 발생시킬 수 있다. 이와는 반대로, 각각의 제어자속을 앞의 설명과 반대방향으로 발생시키면, Y축 시계방향(도 10의 (a) 반시계방향)으로 경사토크를 발생시킬 수 있다. 마찬가지로 X축 둘레의 경사토크도 발생시킬 수 있다. 이와 같이 하여, Z축방향, X축 둘레, Y축 둘레의 제어를 할 수 있다. 또, 지름방향에 관해서는, 영구자석에 의한 축방향의 강한 자기 흡인력에 의해 수동적으로 자기 지지한다. 로터가 지름방향으로 변위했을 때는 영구자석의 흡인력에 의해 변위를 되돌리는 방향으로 복원력이 발생하여 변위가 없어진다.

상기 구성에 의해, 상하의 자기축받이가 서로 마주보는 전자석의 제어코일을 연결하고, 간극의 자속밀도를 한쪽에서는 높게, 또 다른 한쪽에서는 낮게 조정하는 것으로 축방향 제어, 경사 제어가 가능하다.

또한, 여기에서는 설명은 하지 않는데, 제어코일(82a∼82h)은 실시예 1에서 나타낸 바와 같이 제어하는 것이 가능하다.

또, 로터의 자중(自重) 또는 영구자석 등의 치우친 힘을 이용하여, 한쪽 만의 자기축받이로 해도 자기부상의 제어가 가능하다.

또한, 실시예 3의 한쪽만을 이용하고, 또 다른 한쪽을 모터로 하는 것으로 자기부상모터를 구성하는 것도 가능하다. 모터측은 스테이터를 배치한 다이렉트구동, 마그넷 커플링으로 한 구동으로 해도 좋다.

또한, 도 13의 (a), (b)에 나타내는 제 1∼8 보극용 영구자석(86a∼86h)의 배치는 돌출전극 선단에 한정하지 않고, 코어 보극의 선단부로부터 코일을 감고 있는 곳까지의 범위로 배치 가능하다.

상기 구성에 의해, 보극용 영구자석의 두께를 증가시키지 않고 바이어스자속을 증가시켜, 제어를 효율적으로 할 수 있어 로터의 위치제어의 추정 정밀도를 향상할 수 있다.

( 실시예 4)

상기 설명한 실시예 1∼3의 자기축받이를 응용한 펌프에 대해 설명한다. 로터 상면에 임펠러를 구성하고, 인렛ㆍ아울렛을 가진 펌프헤드부를 씌우며, 반대의 면 또는 로터 내면에 영구자석을 설치하고, 펌프케이싱 밖의 모터의 축에 설치한 영구자석에 의한 마그넷 드라이브로 한 원심펌프에 대해 설명한다.

(자기부상펌프)

지름방향 자기축받이의 구성에 대해 설명한다(실시예 1, 2를 이용). 예를 들면, 로터(2) 상면에 임펠러를 형성한다. 그리고, 로터(2)의 내면 내지는 하면에 2×N의 극수로 이루어지는 영구자석을 설치한다. 이와 같이 구성된 로터ㆍ임펠러를 펌프케이싱에 봉입한다. 케이싱의 외측에 자기축받이(1), 로터(2)에 설치한 구동용 영구자석과 동일 극수의 구동용 전자석 또는 로터(2)에 설치한 구동용 영구자석과 동일 극수의 마그넷 커플링을 구비한 모터를 설치하고, 자기부상회전을 실현한다.

다음으로, 축방향 자기축받이의 구성에 대해 설명한다(실시예 3을 변형 이용). 예를 들면, 자기축받이의 한쪽(축방향 플러스방향의 자기축받이 또는 마이너스방향의 자기축받이)만 이용하고, 그 반대측에 구동용 전자석을 설치하며, 로터계를 발생시켜서 다이렉트 드라이브 구동으로 한다. 또는 마그넷 커플링을 구비한 모터를 설치하고, 마그넷 커플링을 회전시켜서 구동시킨다. 로터(81)의 모터측에는, 구동용의 영구자석을 가진 요크를 설치한다. 로터(81)의 자기축받이측의 요크와 구동용 자석의 요크 사이에 임펠러를 형성한다. 이와 같이 구성된 로터(81)ㆍ임펠러를 펌프케이싱에 봉입한다. 케이싱의 외측에 자기축받이, 로터에 설치한 구동용 영구자석과 동일 극수의 구동용 전자석 또는 로터(81)에 설치한 구동용 영구자석과 동일 극수의 마그넷 커플링을 구비한 모터를 설치하고, 자기부상회전을 실현한다.

이에 따라, 종래의 펌프에 있어서의 슬라이딩부로부터 마모가루가 발생하는 문제나 축받이부에서 고착한다고 하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 자기부상펌프로 하는 것으로 무보수를 실현할 수 있는 것으로부터 펌프의 장수명화, 내구성의 향상이 가능하다. 또한, 회전방법은 상기에 설명한 방법에 한정되는 것은 아니다.

상기에 설명한 구조로 하는 것으로, 영구자석과 보극용 영구자석에 의한 제 1 바이어스자속과 제 2 바이어스자속에 의해 약간의 전류로 강한 지름방향의 제어력을 발생할 수 있고, 또한 축방향ㆍ경사를 상기 영구자석과 상기 보극용 영구자석의 강한 자기흡인력에 의한 수동안정성으로 지지하는 것으로, 제어성이 뛰어나고, 더욱 한층의 고강성화ㆍ고효율화ㆍ소형화 또한 제어설비의 간소화를 도모할 수 있다.

또, 모터의 자기축받이로서 이용하는 것으로, 종래의 모터의 축받이에는 구름 축받이나 슬라이딩 축받이라고 하는 접촉형의 축받이에 대신하여, 본 발명의 축받이를, 자기축받이를 이용할 수 있다. 그 결과, 무보수를 실현할 수 있고, 회전시에 발생하는 진동, 소음 등의 저감에 효과적이다.

또한, 지름방향 자기축받이와 축방향 자기축받이를 복합하는 것으로, 지름방향 자기축받이와 축방향 자기축받이를 동시에 이용하는 것으로 5축 이상 제어가 가능하다.

상기 실시예 1∼4에서 설명한 로터의 형상은 도넛형상에 한정하는 것은 아니고, 원반형 등으로 해도 상관없다.

또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 개량, 변경이 가능하다.

본 발명에 따르면, 바이어스자속의 강도를 제어자속으로 제어함으로써, 한층 의 고강성화ㆍ고효율화ㆍ소형화가 실현될 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 하이브리드형 자기축받이에 있어서,

   상기 전자석은 주극와 보극을 가지며, 상기 보극에는 보극용 영구자석을 갖고, 상기 주극과 상기 보극을 소정의 간격으로 대략 평행하게 상기 로터의 지름방향으로 돌출 설치하며, 상기 주극과 상기 보극으로 이루어지는 코어(철심)에 제어코일을 감아 붙이고,

   2개의 상기 전자석은 상기 로터를 사이에 두고 대략 수평으로 대향해서 배치하는 동시에, 상기 로터와, 상기 주극 및 상기 보극이 소정의 갭을 갖도록 배치 설치하며,

   서로 이웃하는 상기 전자석과의 사이에 상기 영구자석을 설치하고,

   상기 보극용 영구자석은 대향해서 배치된 상기 전자석의 상기 보극의 극성이 같은 극성이 되도록 배치 설치하고, 서로 이웃하는 상기 전자석의 상기 보극의 극성은 다르도록 배치 설치하며,

   상기 전자석을 사이에 두도록 배치 설치된 상기 영구자석의 극성은 상기 보극용 영구자석 선단의 극성과 다른 극성을 해당 전자석의 방향을 향해서 배치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제어코일은 상기 보극용 영구자석이 발생하는 제 1 바이어스자속과 상기 영구자석이 발생하는 제 2 바이어스자속과 동일방향 또는 역방향으로 제어자속을 발생하여 상기 로터위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제어자속은 상기 제 2 바이어스자속의 변화를 자속센서로 검지하고, 상기 검지한 결과에 따라 상기 제어코일의 전류를 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제어자속은 상기 로터위치의 변화를 변위센서로 검지하고, 상기 검지한 결과에 따라 상기 제어코일의 전류를 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 보극용 영구자석은 상기 보극의 선단에서 상기 주극과 상기 보극 사이의 코어부까지의 사이에 배치 설치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받 이.
7. 삭제
8. 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 하이브리드형 자기축받이에 있어서,

   상기 하이브리드형 자기축받이는 상기 로터 회전축의 축방향 상하에 상측 자기축받이와 하측 자기축받이를 상기 로터를 사이에 두도록 소정의 갭을 갖게 배치 설치하고,

   상기 상측 자기축받이와 상기 하측 자기축받이는 복수개의 상기 전자석을 가지며, 상기 전자석은 주극과 보극을 갖고, 상기 보극에는 보극용 영구자석을 가지며, 상기 주즉과 상기 보극용 영구자석을 갖는 보극을 소정의 간격으로 대략 평행하게 돌출 설치하고, 상기 주극과 상기 보극으로 이루어지는 코어(철심)에 제어코일을 감아 붙이며,

   상기 상측 자기축받이에 설치된 전자석의 사이에 상기 영구자석을 설치하는 동시에, 상기 하측 자기축받이에 설치된 전자석의 사이에도 상기 영구자석을 설치하고,

   상기 상측 자기축받이의 상기 주극의 단부 평면과 하측 자기축받이의 상기 주극의 단부 평면이, 상기 로터를 사이에 두고 대향하도록 배치 설치하고,

   서로 이웃하는 상기 전자석의 상기 보극 선단의 극성은 다르도록 배치 설치하고,

   상기 전자석의 상기 주극을 사이에 두도록 배치 설치된 상기 영구자석의 극성은 상기 보극용 영구자석 선단의 극성과 다른 극성을 해당 전자석의 상기 주극방향을 향해서 배치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제어코일은 상기 보극용 영구자석이 발생하는 제 1 바이어스자속과 상기 영구자석이 발생하는 제 2 바이어스자속과 동일방향 또는 역방향으로 제어자속을 발생하여 상기 로터위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
10. 제 2 항 또는 제 8 항에 있어서,

    상기 로터는 상기 주극 및 상기 보극과 서로 마주보는 측면에, 상기 주극 및 상기 보극에 대향하도록 상기 로터의 상기 측면에 2개의 돌기부를 설치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 자기축받이.
11. 복수의 전자석과 영구자석의 자기력을 제어하는 것으로 비접촉 상태에서 지지되어 회전하는 로터를 갖는 자기부상펌프용 하이브리드형 자기축받이에 있어서,

    상기 전자석은 주극과 보극을 갖고, 상기 보극에는 보극용 영구자석을 가지며, 상기 주극과 상기 보극용 영구자석을 갖는 보극을 소정의 간격으로 대략 평행하게 상기 로터의 지름방향에 돌출 설치하고, 상기 주극과 상기 보극으로 이루어지는 코어(철심)에 제어코일을 감아 붙이며,

    2개의 상기 전자석은 상기 로터를 사이에 두고 대략 수평으로 대향해서 배치하는 동시에, 상기 로터와, 상기 주극 및 상기 보극이 소정의 갭을 갖도록 배치 설치하고,

    서로 이웃하는 상기 전자석과의 사이에 상기 영구자석을 설치하고,

    상기 보극용 영구자석은 대향해서 배치된 상기 전자석의 상기 보극의 극성이 같은 극성이 되도록 배치 설치하고, 서로 이웃하는 상기 전자석의 상기 보극의 극성은 다르도록 배치 설치하며,

    상기 전자석을 사이에 두도록 배치 설치된 상기 영구자석의 극성은 상기 보극용 영구자석 선단의 극성과 다른 극성을 해당 전자석의 방향을 향해서 배치하는 것을 특징으로 하는 자기부상펌프용 하이브리드형 자기축받이.

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