KR101064226B1 - 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링 - Google Patents

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이종민
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한국과학기술연구원
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings

Abstract

본 발명은 영구자석으로 바이어스 자속을 생성하고, 전자석으로써 제어 자속을 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링에 관한 것으로서, 회전장치의 회전축에 반경방향으로 병렬로 연장된 복수개의 스러스트 디스크들과 상기 스러스트 디스크들 사이에 상기 회전축과 평행한 방향으로 자극이 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 구비하는 이동자와; 상기 복수개의 스러스트 디스크들에 대면하도록 배치되는 복수개의 코어들과, 상기 복수개의 코어들을 연결하는 본체를 구비하는 고정자와; 상기 복수개의 코어들 사이의 본체에 권선되는 복수개의 코일들을 포함하며, 상기 복수개의 코일들에 인가되는 전류의 방향과 세기는 각각의 스러스트 디스크와 이와 인접한 코어 사이의 간극이 일정하게 유지되도록 제어되는 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링을 제공한다.
하이브리드, 마그네틱, 스러스트 베어링, 회전장치, 고정자, 이동자, 코일, 코어, 영구자석, 전자석

Description

하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링{HYBRID THRUST MAGNETIC BEARING}
본 발명은 회전장치의 회전축을 축방향으로 지지하는 스러스트 마그네틱 베어링에 관한 것으로서, 특히 영구자석으로 바이어스 자속을 생성하고, 전자석으로써 제어 자속을 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링에 관한 것이다.
일반적인 스러스트 마그네틱 베어링은 회전축에 고정되어 회전하는 디스크를 사이에 두고 양쪽에 코일이 장착된 코어를 구비하며, 상기 각 코일에 일정한 바이어스 전류를 인가하여, 디스크를 양쪽 방향으로 당기는 전자기력을 발생시킨 후, 디스크의 변위에 따라 상기 각 코일의 바이어스 전류에 제어 전류를 가감함으로써 디스크를 중간 위치에 유지시켜서 회전축을 축방향으로 지지한다.
이와 같은 종래의 스러스트 마그네틱 베어링은 지속적인 바이어스 전류가 인가되어야 하므로 소모전력이 크다. 따라서, 소모전력을 감소시키기 위하여 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링이 사용된다. 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링은 영구자석으로 바이어스 자속을 생성하고, 회전축에 방사상으로 형성된 디스크의 축방향 변위에 따라 전자석의 자속을 제어하여 디스크와 회전축을 부상시키기 때문에 디스크의 진동이 작을 경우, 소모전력이 매우 감소한다.
종래에 개발된 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링의 예로서 미국공개특허 US005514924(이하, '문헌 1')와 미국특허US006700258(이하, '문헌 2') 등이 있다. 종래의 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링의 상세한 구조와 원리는 본 명세서에서 상세히 설명하지는 않는다.
도 1은 문헌1에서 스러스트 마그네틱 베어링 역할을 하는 부분을 개략적으로 도시한 것이다. 문헌 1의 베어링은 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링과 하이브리드 레이디얼(radial) 마그네틱 베어링이 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는데, 도 1은 반경방향 코일을 생략하고 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 반경방향코일을 고려하지 않으면 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링으로 작용한다. 상기 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링은 반경방향으로 착자된 환형(環形) 영구자석(40)이 회전축(10)에 반경방향으로 형성된 회전디스크(11)의 원주 표면과 일정한 간극을 두고 장착된다. 영구자석(40)에 의한 바이어스 자속은, 영구자석(40)을 중심으로 디스크(11)와 코어(20)를 따라 화살표 A1과 A3 방향 또는 영구자석의 착자 방향에 따라 화살표 A1, A3의 역방향으로 순환한다. 이때, 코일(30)에 흐르는 전류가 지면에서 나오는 방향이면 A2와 같은 제어자속 경로가 형성되어, A2와 A1의 자속 방향이 같은 위쪽 공극에서는 A2와 A3의 자속방향이 서로 반대인 아래쪽 공극보다 더 큰 전자기력이 발생한다. 거꾸로, 코일(30)의 전류 방향이 반대로 인가되면 A2의 방향도 반대가 되어 아래쪽 공극에서 발생하는 전자기력이 더 커지게 된다. 즉, 상하 공극이 같아지는 쪽으로 전자기력이 발생하도록 전 류의 방향과 크기를 제어함으로써 디스크를 축방향으로 부상시킬 수 있다.
그러나 이런 구조에서는 영구자석(40)에 의해 불안정한 반경방향 전자력이 필연적으로 디스크의 원주 표면에 작용하기 때문에, 반드시 반경방향 전자석에 의한 능동 제어가 필요한 문제점이 있다.
도 2는 문헌2의 스러스트 마그네틱 베어링을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 문헌2의 베어링은 영구자석(40, 50)이 디스크(11)의 축방향 전후방에 디스크와 일정간극을 두고 장착된다. 이 경우 영구자석에 의한 반경방향의 불안정한 전자기력은 발생하지 않는다. 따라서 코일(30)에 의한 전자석에 의해 A1과 같은 제어자속을 형성하여 독립적으로 디스크(11)의 축방향 위치를 제어할 수 있다.
그러나 이 경우, 축방향 디스크(11)의 직경이 커지게 되어 고속회전을 제한하는 문제점이 있으며, 축방향 공극 변화에 따라 영구자석에서 생성되는 바이어스 자속의 세기가 달라지므로 정밀한 위치 제어에 악영향을 미치는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 영구자석으로 바이어스 자속을 생성시키면서도 디스크 반경방향으로 불안정한 힘을 야기하지 않고, 축방향 디스크의 직경을 최소화할 수 있는 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회전장치의 회전축에서 반경방향으로 연장되어 축방향으로 병렬로 배치된 복수개의 스러스트 디스크들과 상기 스러스트 디스크들 사이에 상기 회전축과 평행한 방향으로 자극이 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 구비하는 이동자와; 역시 축방향으로 병렬로 배치되어, 상기 복수개의 스러스트 디스크들 사이에 일정한 간극을 두고 맞물리도록 배치되는 복수개의 코어들과, 상기 복수개의 코어들을 연결하는 본체를 구비하는 고정자와; 상기 복수개의 코어들 사이에 권선되는 복수개의 코일들을 포함하며, 상기 복수개의 코일들에 인가되는 전류의 방향과 세기는 각각의 스러스트 디스크와 이와 인접한 코어 사이의 간극이 일정하게 유지되도록 제어되는 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링을 제공한다. 이러한 복수개의 스러스트 디스크는 축방향 두께를 최소화하면서도 큰 부상력을 발생시킬 수 있다.
상기 영구자석은 둘 이상인 경우 서로 인접해 있는 영구자석의 자극방향은 서로 반대가 되어야 하고, 서로 인접해 있는 코일은 서로 반대방향의 자기장을 형 성하도록 전류가 인가된다.
상기 복수개의 코일들은 병렬 또는 직렬로 연결되어, 하나의 전력 증폭기로부터 전류를 인가받을 수 있다.
상기 복수개의 코일은 셋 이상인 경우, 상기 복수개의 코일 중 상기 고정자 본체의 양측 최외곽에 권선되는 코일의 권선수와 상기 고정자 본체의 상기 최외곽 코일들 이외의 코일의 권선수의 비는 1:2인 것이 바람직하다. 이를 통해 상기 고정자 본체의 양측 최외곽에 위치한 코어에 비해 중간에 위치한 코어에 두 배로 흐르는 바이어스 자속을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 코일에 의해 생성되는 제어자속의 경로 상에 영구자석이 놓이지 않고, 반경방향 불안정력이 발생하지 않으며, 영구자석이 착자가 어려운 반경 방향으로 자화되지 않고 축방향으로 자화되어 제작성이 개선된다.
또한, 본 발명에 따르면, 코어의 갯수를 확장하여 콤(comb) 형태로 구성할 수 있어서, 디스크의 두께 및 이동자측 코어의 직경을 최소화하면서도 큰 축방향 제어력을 생성할 수 있어서, 에너지 저장용 플라이휠과 같이 크고 무거운 회전자를 수직 방향으로 구성할 때 자중을 비접촉 전자기력으로 지지하되 소모 전력을 최소화할 필요가 있는 분야에 적합하다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링(hybrid thrust magnetic bearing)를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링(101)의 하나의 실시예를 도시한 단면도로서, 스러스트 디스크들과 코어들 사이의 공극이 모두 동일한 정상상태에서의 영구자석에 의한 자속의 흐름을 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 회전장치의 회전축(100)에 반경방향으로 연장되어 축방향으로 병렬로 배치된 스러스트 디스크(thrust disk)인 제1 및 제2 디스크(111, 112)로 이루어진 이동자(110)와, 제1 디스크(111)와 제2 디스크 사이에 회전축(100)과 평행한 방향으로 자화된 영구자석(113)과, 제1 디스크(111)와 제2 디스크(112)가 삽입되는 간극이 형성되도록 축방향으로 병렬로 배치된 제1 코어(121), 제2 코어(122) 및 제3 코어(123)와 상기 제1 내지 제3 코어(121, 122, 123)을 연결하는 본체(124)를 구비하는 고정자(120)와, 제1 코어(121)와 제2 코어(122) 사이에서 원주 방향으로 고정자(120)에 권선되는 제1 코일(130)과, 제2 코어(122)와 제3 코어(123) 사이에서 원주 방향으로 고정자(120)에 권선되는 제2 코일(140)을 포함한다. 즉, 제1 코어(121), 제1 디스크(111), 제2 코어(122), 제2 디스크(112) 및 제3 코어(123)는 차례로 배치되며 일정면적만큼 겹쳐지면서 제1 및 제2 디스크(111, 112)가 제1 내지 제3 코어(121, 122, 123) 사이에 끼워지는 구조이다. 영구자석(113)에 의한 바이어스 자속이 제1 및 제2 디스크(111, 112)와 영구자석(113)에 접하는 회전축(100)을 통해 흐르지 않도록, 회전축(100)을 비자성체 재질로 제작하거나, 제1 및 제2 디스크(111, 112) 과 영구자석(113)이 회전축(100)이 접촉하는 부분에 비자성체 스페이서를 끼울 필요가 있다.
영구자석(113)의 N극이 제1 디스크(111)를 향하도록 자화된 경우, 영구자 석(113)에 의한 바이어스 자속은 두 개의 경로로 흐른다. 즉, 영구자석(113)의 N극에서 제1 디스크(111), 제2 코어(122) 및 제2 디스크(112)를 거쳐 영구자석(113)의 S극으로 흐르는 자속경로(M1)와, 영구자석(113)의 N극에서 제1 디스크(111), 제1 코어(121), 고정자본체(124), 제3 코어(123) 및 제2 디스크(112)를 거쳐 영구자석(113)의 S극으로 흐르는 자속경로(M2)를 갖는다.
고정자(120)의 제1코어(121)와 제2코어(122) 사이 공간과, 제2코어(122)와 제3코어(123) 사이 공간에 각각 권선된 제1 코일(130)과 제2 코일(140)은 권선수가 동일하고 전류 인가 방향은 반대가 되도록 서로 연결되어 하나의 전력 증폭기로부터 동일한 전류가 인가된다.
고정자(120)의 세 개의 코어(121, 122, 123) 사이에 두 개의 디스크(111, 112)가 끼워진 정상상태의 구동상태에서, 제1 코어(121)과 제1 디스크(111) 사이의 간극(G1)과, 제1 디스크(111)와 제2 코어(122) 사이의 간극(G2)과, 제2 코어(122)와 제2 디스크(112) 사이의 간극(G3)과, 제2 디스크(112)와 제3 코어(123) 사이의 간극(G3)의 크기는 모두 동일하다.
정상상태에서 각 코어에서의 자기 저항을 무시하면 두 자속경로(M1, M2)를 지나는 바이어스 자속의 크기는 동일하며, 제1 및 제2 코일(130, 140)에 제어전류가 인가될 필요가 없다.
도 4는 도 3의 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링(101)에 제어자속을 인가한 경우의 자속경로를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축(100)의 축방향 변위가 발생한 경우, 예컨대 회전축(100)이 아래로 이동하여 제1 간극(G1) 이 제2 간극(G2)보다 커진 경우, 제1 간극(G1)과 제3 간극(G3)은 자기 저항(reluctance)이 매우 커지기 때문에 대부분의 바이어스 자속은 제2 간극(G2)과 제4 간극(G4)을 통해 흘러 M3의 자속경로를 갖는다. 이와 같은 경로를 갖는 바이어스 자속은 제2 간극과 제4 간극에서의 자기력을 증가시켜 오히려 이동자(110)를 더욱 아래쪽으로 당겨 불안정하게 한다.
위와 같은 불안정한 상태를 극복하고 이동자(110)를 정상 상태 위치에 복원하기 위해서 제1 코일(130)과 제2 코일(140)에 전류를 인가하여 제어자속을 형성할 필요가 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 코어(121)와 제2 코어(122) 사이의 고정자본체(124)에 권선된 제1 코일(130)에는 도면에서 나오는 방향으로 전류가 인가되면, 제1 디스크(111). 제1 코어(121), 고정자본체(124) 및 제2 코어(122)를 차례로 순환하는 반시계 방향의 제1 제어자속경로(M4)가 형성되고, 제2 코일(140)에는 그 반대 방향으로 전류가 인가되어 제2 디스크(112), 제2 코어(122) 고정자본체(124) 및 제3 코어(123)를 차례로 순환하는 시계방향의 제2 제어자속경로(M5)가 형성된다.
이에 따라 제2 간극(G2)과 제4 간극(G4)에서는 제어 자속과 바이어스 자속의 방향이 반대가 되어 자속밀도가 감소하고, 제1 간극(G1)과 제3 간극(G3)에서는 제어자속과 바이어스 자속의 방향이 동일하여 자속밀도가 증가한다. 즉, 제1 간극(G1)과 제3 간극(G3)에서의 자속밀도가 제2 간극(G2)과 제4 간극(G4)에서의 자속밀도보다 커져서 제1 간극(G1)과 제3 간극(G3)에서 발생하는 자기력이 제2 간극(G2)과 제4 간극(G4)에서 발생하는 자기력보다 커지게 되면, 이들의 합력에 의해 제1 디스크(111) 및 제2 디스크(112)를 구비한 이동자(110)를 상방으로 이동시켜 원래의 정상 상태 위치로 복원될 수 있다.
도 4와는 반대로 회전축(100)이 상방의 변위를 갖는 경우, 제1 코일(130) 및 제2 코일(140)에 흐르는 제어전류의 방향을 반대로 해줌으로써, 정상상태의 위치로 복원시키는 것이 가능하다.
결과적으로, 본 발명에 의한 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링은, 제1 및 제2 코일(130, 140)에 흐르는 전류의 크기와 방향을 조절하여 적절한 크기의 제어자속이 스러스트 디스크들과 코어들 사이 간극에서의 바이어스 자속에 가감되게 하여, 제1 내지 제3 코어(121, 122, 123)를 갖는 고정자(120)와 제1 및 제2 디스크(111, 112)를 갖는 이동자(110) 사이에 작용하는 전자기력을 제어하는 작용 원리를 갖는다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링(201)의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 고정자의 코어 및 이동자의 디스크가 하나씩 추가된 형태이다. 이 실시예에서, 고정자(220)는 제1 코어(221), 제2 코어(222), 제3 코어(223), 제4 코어(224) 및 고정자본체(225)를 구비한다. 제1 코어(221)와 제2 코어(222) 사이의 고정자본체(225)에는 제1 코일(230)이 권선되고, 제2 코어(222)와 제3 코어(223) 사이의 고정자본체(225)에는 제2 코일(240)이 권선되며, 제3 코어(223)와 제4 코어(224) 사이의 고정자본체(225)에는 제3 코일(250)이 권선된다. 회전축(200)에 반경방향으로 연장되어 고정된 이동자(210)는 제1 코어(221)와 제2 코어(222) 사이에 배치되는 제1 디스크(211)와, 제2 코어(222)와 제3 코어(223) 사 이에 배치되는 제2 디스크(212)와, 제3 코어(223)과 제4 코어(224) 사이에 배치되는 제3 디스크(213)를 구비한다. 제1 디스크(211)와 제2 디스크(212) 사이에는 회전축(200)과 평행한 방향으로 자화된 제1 영구자석(214)이 구비되고, 제2 디스크(212)와 제3 디스크(213) 사이에는 제1 영구자석(214)과 반대방향으로 자화된 제2 영구자석(215)이 구비된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(200)의 변위에 따라 이동자(210)가 하방으로 이동하면, 도 4의 실시예에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 영구자석(214, 215)에 의한 바이어스 자속은 저항이 작은 곳을 따라 자속경로(M6, M7)를 형성한다. 따라서 바이어스 자속에 의해 이동자의 변위를 불안정하게 하는 자기력이 발생한다. 제1 코일(230), 제2 코일(240) 및 제3 코일(250)에 도 5와 같이 제어전류를 인가하면, 제어자속(M8, M9. M10)이 발생한다. 따라서, 제1 코어(221)와 제1 디스크(211) 사이의 제1 간극(G5)에는 제1 코일(230)에 의해 발생한 자속이 형성되어 자기력이 증가하고, 제1 디스크(211)와 제2 코어(222) 사이의 제2 간극(G6)에서는 제1 영구자석(214)에 의한 바이어스 자속과 제1 코일(230)에 의한 자속이 상쇄되어 자기력이 감소되며, 제2 코어(222)와 제2 디스크(212) 사이의 제3 간극(G7)에는 제2 코일(240)에 의해 발생한 자속이 형성되어 자기력이 증가하고, 제2 디스크(212)와 제3 코어(223) 사이의 제2 간극(G8)에서는 제1 영구자석(214)와 제2 영구자석(215)에 의한 바이어스 자속과 제2 코일(240)에 의한 자속이 상쇄되어 자기력이 감소되며, 제3 코어(223)와 제3 디스크(213) 사이의 제5 간극(G9)에는 제3 코일(250)에 의해 발생한 자속이 형성되어 자기력이 증가하고, 제3 디스크(213)와 제 4 코어(224) 사이의 제6 간극(G10)에서는 제2 영구자석(215)에 의한 바이어스 자속과 제3 코일(250)에 의한 자속이 상쇄되어 자기력이 감소된다. 이 때, 상기 제1간극(G5)과 제3간극(G7)과 제5간극(G9)에 작용하는 자기력이 상기 제2간극(G6)과 제4간극(G8)과 제6간극(G10)에 작용하는 자기력보다 커지도록 제어전류를 적절히 제어하면, 이동자(210) 및 회전축(200)이 원래의 위치로 복원될 수 있다.
도 5에서 제1 영구자석(214)과 제2 영구자석(215)에 의한 바이어스 자속들은 공통적으로 제4 간극(G8)을 지나므로, 제4 간극(G8)에서의 자속밀도는 제2 간극(G6) 및 제6 간극(G10)에서의 자속밀도의 두 배가 된다. 따라서, 제4 간극(G8)을 지나는 제어자속의 자속밀도도 제2 간극(G6) 및 제6 간극(G10)을 지나는 제어자속의 자속밀도의 두 배가 되도록 해야만 바이어스 자속을 상쇄할 수 있기 때문에, 연결되어 동일한 전류가 흐르고 있는 제1 내지 제3 코일(230, 240, 250) 중 제2 코일(240)의 권선수를 제1 코일(230) 및 제3 코일(250)의 권선수보다 두 배가 되게 하여 제6 간극(G8)에서의 제어자속의 자속밀도가 두 배가 되게 하여 바이어스 자속을 상쇄할 수 있다.
이 실시예에서도, 반대 방향의 변위가 발생한 경우 제1 내지 제3 코일(230, 240, 250)에 인가되는 전류의 방향을 반대로 하여 이동자(210) 및 회전축(200)의 위치를 정상상태의 위치로 복원할 수 있다.
전술한 실시예들의 디스크 수와 코어의 수는 상기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니고, 회전장치의 크기와 회전축에 가해지는 축방향 하중에 의해 달라질 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 코일과 영구자석이 복수개인 경우, 인접한 코일들의 권선 방향과 인접한 영구자석의 자극 방향은 서로 반대이며, 고정자측에 추가로 권선되는 코일은 인접한 코일과 권선방향을 반대로 하며, 코일의 개수가 셋 이상인 경우 양쪽 외곽의 코일의 권선수에 비해 중앙에 위치되는 코일들의 권선수가 두 배가 되도록 하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6은 도 3의 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링(101)과 연결된 시스템이다. 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링(101)은 비접촉 변위센서(102), 제어전류를 제어하는 제어기(103), 제어전류를 형성하는 전력증폭기(104)와 연결된다. 변위센서(102)는 제1 내지 제4 간극(G1, G2, G3, G4)의 크기를 계속적으로 감지하며, 제어기(103)는 변위센서(102)의 감지신호에 따라 제어전류를 결정한다. 전력증폭기(104)는 제어기(103)에서 결정한 제어전류를 제1 코일 및 제2 코일(130, 140)에 공급한다. 제1 및 제2 코일(130, 140)은 서로 연결되어 있기 때문에 하나의 전력증폭기(104)로부터 제어전류를 인가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링의 일 례를 도시한 모식도,
도 2는 종래기술에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링의 다른 례를 도시한 모식도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링의 일 실시예를 도시한 모식도,
도 4는 도 3의 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링에 제어자속을 인가한 경우의 자속경로를 도시한 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링의 또 다른 실시예를 도시한 모식도, 그리고
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100: 회전축 101: 하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링
102: 변위센서 103: 제어기
104: 전력증폭기 110: 이동자
111, 112: 스러스트 디스크 113: 영구자석
120: 고정자 121, 122, 123: 코어
124: 고정자본체 130, 140: 코일

Claims (5)

  1. 회전장치의 회전축에 반경방향으로 연장되어 축방향으로 병렬로 배치된 복수개의 스러스트 디스크들과 상기 스러스트 디스크들 사이에 상기 회전축과 평행한 방향으로 자극이 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 구비하는 이동자와;
    상기 축방향으로 병렬로 배치되어, 상기 복수개의 스러스트 디스크들 사이에 일정한 간극을 두고 맞물리도록 배치되는 복수개의 코어들과, 상기 복수개의 코어들을 연결하는 본체를 구비하는 고정자와;
    상기 복수개의 코어들 사이에 권선되는 복수개의 코일들을 포함하며,
    서로 인접해 있는 코일은 서로 반대방향의 자기장을 형성하고,
    상기 복수개의 코일들에 인가되는 전류의 방향과 세기는 각각의 스러스트 디스크와 이와 인접한 코어 사이의 간극이 일정하게 유지되도록 제어되는
    하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석은 둘 이상이고,
    서로 인접해 있는 영구자석의 자극방향은 서로 반대인
    하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 코일은 하나로 연결되며, 서로 인접한 코일에는 서로 반대 방향으로 제어전류가 인가되도록 권선되는
    하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 코일은 셋 이상이고,
    상기 복수개의 코일 중 상기 고정자 본체의 양측 최외곽에 권선되는 코일의 권선수와 상기 고정자 본체의 상기 최외곽 코일들 이외의 코일의 권선수의 비는 1:2인
    하이브리드 스러스트 마그네틱 베어링.
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