KR101200067B1 - 전자기 베어링 - Google Patents

Abstract

전자기 베어링을 제공한다.
본 발명은 전원인가시 발생하는 전자기력에 의해서 일정길이의 회전축을 비접촉식으로 지지하도록 상기 회전축에 적어도 하나 구비되는 전자기 베어링에 있어서, 전원인가시 전자기력을 발생시키도록 코일이 권선되는 복수개의 다리부가 상기 회전축이 배치되는 중심부를 향하여 일정길이 돌출되는 중공원통체를 구비하는 스테이터 ; 상기 회전축의 외주면과 상기 다리부의 단부사이의 간극을 측정하는 복수개의 갭센서 ; 상기 중공원통체에 형성된 배치부에 배치되고, 상기 다리부와 회전축간의 간극을 가변시키도록 전원인가시 상기 중공원통체를 변형시키는 외력을 발생시키는 액추에이터 ; 및 상기 갭센서에서 측정된 측정값을 수신하고, 이를 근거로 하여 상기 회전축의 중심과 상기 중공원통체의 중심이 서로 일치되도록 제어전류를 계산한 다음, 상기 코일과 액추에이터에 인가되는 전류값을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전자기 베어링{Electro Magnet Bearing}

본 발명은 전자기 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세히는 회전축과의 조립시 발생하는 초기 조립 오차와 부품의 가공오차에 의한 회전축과 전자기 베어링 간의 오차를 줄일 수 있다. 또한, 회전축의 제어시에도, 전자기 액추에이터에 의한 제어와 압전 액추에이터 또는 압전 액추에이터와 변위 확대기구를 동시에 사용한 액추에이터를 동시에 제어하여 베어링의 성능을 향상시킬 수 있는 액추에이터를 갖는 전자기 베어링에 관한 것이다.

일반적으로 전자기 베어링은 기존의 볼베어링 등의 구름 베어링과는 달리, 전원인가시 코일에 흐르는 전류에서 발생하는 전자기력을 이용하여 회전축을 비접촉식으로 지지하여 마찰을 근본적으로 없애고, 고속회전을 가능하게 하며, 회전축을 정위치에 회전지지하는 방식의 베어링으로서, 회전대상물인 회전축은 아무런 물리적인 접촉없이 부상되어 회전작동하게 된다.

이러한 전자기 베어링은 기본적으로 회전축과 베어링 간의 거리를 측정하는 갭센서와 전자기력을 발생시키는 코일과 이에 전류를 공급하는 전원공급기, 제어기 등으로 구성되는데, 고전적인 베어링에 비해 많은 장점을 가지고 있기 때문에 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 적용 대상도 점차 넓어지고 있는 실정이다.

전자기 베어링의 적용 대상으로 센서리스 베어링(Sensor-less bearing)이 연구되고 있지만 정밀도가 필요한 적용 대상에는 회전체와 지지체간의 간격을 측정하는 변위 감지기를 대부분 사용하고 있다.

일반적으로 전자기 베어링에 이용되는 감지기로서는 Hall-effect형, 동전류형, 정전 용량형,광학 감지기 등이 알려져 있으며, 높은 부상 정밀도와 효율을 얻기 위해서는 전자석 구동기의 Hysteresis, eddy currents, Saturation, Fringe effect 등에 대한 고려가 필요하다.

또한, 전자석을 구동하는 전기적 회로의 특성을 정확히 파악하여 높은 부하용량과 넓은 주파수 대역을 가지는 전류 증폭 회로를 개발하는 것도 중요하다.

이러한 전자기 베어링은 크게 위치센서와 전자석 그리고 제어기로 구성되어 있으며, 직류제어식, 교류 제어식, 영구자석을 일부 조합한 방식 등 3종류가 있는데, 그 중 직류제어식은 강성이 크고 진동에 대한 감쇠성을 크게 할 수 있어 그 주류를 이루며, 종래의 구름베어링과 비교하여 기계적 접촉부를 가지지 않기 때문에 고속, 저토크, 무마모, 저소음, 긴 수명 등 많은 이점이 있다.

진공과 고온,저온환경과 같은 특수한 환경에서의 사용이 가능하여 우주 기기 등과 같은 특수용도 외에 공작기계 주축용 고속스핀들 등의 고성능 회전기계 뿐만 아니라 의공학에서도 사용되어지는데 특히 인공 심장의 경우 피의 손상을 막기 위해서는 전자기 베어링이 가장 적합하다.

전자기 베어링의 위치가 벗어났을 경우의 제어는 우선 갭센서를 이용한 회전축의 위치검출을 하고, 제어기에 의한 제어알고리즘에 의해서 갭을 원하는 위치로 이동하기 위한 제어전류를 계산한 후, 제어코일에 제어전류를 인가하여 전자기력을 발생시켜서 회전축을 원하는 위치에 돌려놓을 수 있도록 제어하게 된다.

한편, 일정길이를 갖는 회전축을 지지하기 위해서는 최소 2개 이상의 전자기 베어링을 회전축에 설치되게 되는데, 중량이 무겁거나, 길이가 긴 회전축의 경우는 3개 이상 다수의 전자기 베어링을 설치하게 된다.

이때, 각 부품의 가공오차, 조립오차에 의해서 회전축과 다수의 전자기 베어링의 기하학적인 중심에 오차가 발생하게 되고, 이에 따라 회전축을 지지하는 전자기 베어링의 성능이 떨어지거나, 전자기 베어링 제어시에 초기 오차에 의해서 제어가 어렵게 되는 경우가 발생하게 된다.

또한, 상기 회전축의 위치를 검출하여 제어하는 종래의 방법은 주로 PID 제어기 등 여러 제어기법에 의해서 대부분 제어되는데, 기계적 가공오차, 조립 공차 등에 의해서 회전축과 전자기 베어링의 기하학적인 중심 등이 일치하지 못하고 초기에 오차를 가지게 된다.

이러한 오차는 회전축의 초기회전구동시 불필요한 바이어스 전류를 필요로 하게 되거나, 비선형적인 거동을 하게 되는 요인이 되어 제어가 쉽지 않게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서 그 목적은 회전축과의 조립시 발생하는 초기 조립 오차와 부품의 가공오차에 의한 회전축과 전자기 베어링 간의 오차를 줄일 수 있다. 또한, 회전축의 제어시에도, 전자기 액추에이터에 의한 제어와 압전 액추에이터 또는 압전 액추에이터와 변위 확대기구를 동시에 사용한 액추에이터를 동시에 제어하여 베어링의 성능을 향상시킬 수 있는 액추에이터를 갖는 전자기 베어링을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은 전원인가시 발생하는 전자기력에 의해서 일정길이의 회전축을 비접촉식으로 지지하도록 상기 회전축에 적어도 하나 구비되는 전자기 베어링에 있어서, 전원인가시 전자기력을 발생시키도록 코일이 권선되는 복수개의 다리부가 상기 회전축이 배치되는 중심부를 향하여 일정길이 돌출되는 중공원통체를 구비하는 스테이터 ; 상기 회전축의 외주면과 상기 다리부의 단부사이의 간극을 측정하는 복수개의 갭센서 ;상기 중공원통체에 형성된 배치부에 배치되고, 상기 다리부와 회전축간의 간극을 가변시키도록 전원인가시 상기 중공원통체를 변형시키는 외력을 발생시키는 액추에이터 ; 및 상기 갭센서에서 측정된 측정값을 수신하고, 이를 근거로 하여 상기 회전축의 중심과 상기 중공원통체의 중심이 서로 일치되도록 제어전류를 계산한 다음, 상기 코일과 액추에이터에 인가되는 전류값을 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 전자기 베어링을 제공한다.

바람직하게, 상기 액추에이터는 상기 중공원통체에 관통형성되는 관통공 형태의 배치부 또는 상기 중공원통체의 표면에 일정깊이 함몰형성되는 홈형태의 배치부에 배치되는 압전 세라믹 액추에이터로 구비된다.

바람직하게, 상기 액추에이터는 상기 다리부와 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비된다.

바람직하게, 상기 액추에이터는 상기 다리부와 이에 인접하는 다른 다리부 사이에 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비된다.

바람직하게, 상기 액추에이터는 상기 다리부와 이에 인접하는 다른 다리부 사이에 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비된다.

바람직하게, 상기 액추에이터는 상기 다리부와 이에 인접하는 다른 다리부 사이에 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비된다.

더욱 바람직하게, 상기 스테이터는 상기 액추에이터가 배치되는 배치부의 일단부 또는 양단부 근방에 변형확대부를 포함한다.

더욱 바람직하게, 상기 변형확대부는 상기 중공원통체를 관통형성하는 한쌍의 원형공과, 이들 사이를 연결하는 일자형 장공을 포함한다.

본 발명에 의하면, 갭센서에서 검출한 간극의 측정값을 제어부에서 수신하여 사전에 설정된 간극 기준값과 비교하여 제어전류값을 연산하고, 제어부에서 제어된 전류값을 코일과 액추에이터에 인가함으로써 회전축을 부상시키도록 다리부에서 발생하는 전자기력의 세기를 조절함과 동시에 액추에이터의 작동시 방사방향 또는 법선방향으로 발생하는 외력을 조절하여 스테이터의 변형량을 조절하여 다리부와 회전축간의 간극크기를 가변시킬 수 있기 때문에, 회전축과 스테이터간의 초기 조립 오차와 구성부품의 가공오차에 의한 회전축과 스테이터링 간의 간극오차를 줄여 회전축의 회전초기 및 회전축의 회전중에 베어링의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제5실실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 8는 본 발명의 제7실실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 9은 본 발명의 제8실시예에 따른 전자기 베어링을 도시한 평면도이다.
도 10(a)(b)는 본 발명의 실시예에 따른 전자기 베어링에 채용되는 변형확대부를 도시한 상세도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전자기 베어링(100)은 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 전원인가시 발생하는 전자기력에 기인하는 척력과 인력에 의해서 회전대상물인 회전축을 비접촉식으로 지지하도록 일정길이를 갖는 회전축(101)에 적어도 하나 구비되는 것으로, 스테이터(110), 갭센서(120), 액추에이터(130) 및 제어부를 포함한다.

상기 스테이터(110)는 다리부(112)와 중공원통체(114)를 포함하는바, 상기 다리부(112)는 전원인가시 전자기력을 발생시키도록 코일(113)이 복수개의 권선되도록 상기 중공원통체(114)의 내주면으로부터 회전축(101)이 배치되는 중심부를 향하여 일정길이 돌출된다.

상기 회전축(101)과 대응하는 다리부(112)의 단부는 원통구조물인 회전축(101)의 외주면과 동일한 간격을 형성하도록 호형 단면상으로 구비된다.

상기 중공원통체(114)는 상기 코일(113)이 권선되는 다리부(112)가 내주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 복수개 돌출형성되고, 회전대상물인 회전축(101)과 중심부의 중심(O)이 서로 일치되는 원형 구조물이다.

여기서, 상기 다리부(112)는 모두 8개의 자극의 수를 형성하도록 중공원통체(114)의 내부면에 모두 8개 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 전자기 베어링의 자극 설계조건에 따라 다양한 갯수로 구비될 수 있다.

이러한 스테이터(110)는 와전류 손실을 줄일 수 있도록 규소강판소재로 제작될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 소재로 이루어질 수 있다.

상기 갭센서(120)는 상기 중공원통체(114)의 중심부에 배치되는 회전대상물인 회전축(101)의 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이에 형성되는 간극을 측정하여 검출하고, 검출된 측정값을 전기신호로 상기 제어부(140)에 전송하는 센서부재이다.

이러한 갭센서(120)는 하부단의 검지전극이 상기 회전축(101)의 외주면과 일정간격을 두고 이격되도록 별도의 고정대상물 또는 상기 중공원통체(114)의 내주면에 위치고정되면서 상기 중공원통체(114)의 중심을 통과하는 가상의 X축과 Y축에 복수개 구비된다.

상기 액추에이터(130)는 상기 중공원통체(114)에 형성된 배치부(116)에 배치되고, 상기 다리부(112)와 회전축(101)간에 형성된 간극크기를 가변시키도록 전원인가시 상기 중공원통체(114)를 변형시키는 외력을 제공하는 것이다.

이러한 액추에이터(130)는 상기 중공원통체(114)에 관통형성되는 관통공 형태의 배치부(116) 또는 상기 중공원통체(114)의 표면에 일정깊이 함몰형성되는 홈형태의 배치부(116)에 교체가능하게 구비되는 것이 바람직하다.

상기 액추에이터(130)는 세라믹 소재의 압전 특성을 이용하는 것으로 전기를 입력에너지로 하여 변위 또는 발생력을 출력하는 전기식 압전 세라믹 액추에이터로 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 압전 세라믹 액추에이터를 구성하는 압전 세라믹스에 전계를 인가하면 길이방향으로 늘어나거나 수축하는 특성을 이용하는 것으로, 전자분야의 기초재료로 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 그 활용은 레조네이터 등의 통신기기, 초음파 혈류계 등의 의료기기, LCD백라이트용 트랜스포머, 초정밀 액츄에이터, 초음파 모터, 트랜스듀서, 각종정밀 센서와 측정, 계측기기 등으로 가정용에서부터 첨단 기술분야까지 광범위하게 이루어지고 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술과 함께 마이크로 크기의 액추에이터 및 센서 등의 제작이 가능해지고 있으며, 특히 최근에는 전기/기계 에너지에서 기계/전기 에너지로의 변환을 이용하는 단방향의 압전세라믹과 함께 두 가지 변환을 동시에 이용해 새로운 기능을 보이는 쌍방향성 제2세대 압전 세라믹이 개발되어 이에 따른 활용범위도 확대되고 있다.

즉, 다결정체인 압전 세라믹의 초기 상태에 있어서 각각의 결정립 내부는 일반적으로 분극방향이 다른 몇 개의 분극으로 나누어져 있으며, 이러한 상태에서 전체로의 분극은 상쇄되어 외부로는 표현되지 않는다. 이때 압전 세라믹에 전계를 가하면 결정내부의 분극방향이 전계방향에 따라 분극하고 동시에 결정립의 길이가 전계방향으로 늘어난다. 반대로, 전계를 제거하면 초기상태로 돌아오지 않고 전체가 거의 분극된 상태를 그대로 유지한다. 분극에 따른 변위를 잔류 처짐이라 부르며, 일련의 처리를 앞서 언급한 바와 같이 분극처리라고 한다.

분극 처리 후에는 동일방향의 전계를 가하거나 제거하는 것에 의해 각각의 결정체가 늘어난 상태, 줄어든 상태를 왕복하여 동작하게 되고 압전 세라믹 전체의 움직임으로 나타난다. 따라서 압전 세라믹 액츄에이터의 특징으로는 미소 변위의 고정밀 제어가 가능하며, 전원인가시 발생하는 외력이 크며, 응답성이 빠르며, 에너지 변환 효율이 높고, 전자적인 간섭이 없으며, 형태의 영향이 적다는 장점이 있다.

상기 제어부는 상기 회전축(101)의 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극을 검출하는 갭센서(120)에서 측정된 측정값을 수신할 수 있도록 상기 갭센서(120)와 전기적으로 연결되고, 상기 갭센서(120)으로부터 수신된 측정값을 근거로 하여 상기 회전축(101)의 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극 기준값과 비교함으로써 상기 회전축(101)의 중심과 상기 중공원통체(114)의 중심이 서로 일치되도록 제어전류를 계산한 다음, 상기 코일(113)에 인가되는 전류값을 제어하여 상기 코일을 통한 전원인가시 상기 다리부(112)에서 발생하는 전자기력의 세기를 조절함과 동시에 상기 액추에이터(130)에 인가되는 전류값을 제어하여 상기 액추에이터(130)의 작동시 발생하는 외력에 의한 스테이터(110)의 변형량을 조절하는 것이다.

상기 제어부(140)에서 제어된 제어전류가 인가되어 작동될 때, 상기 스테이터(110)를 변형시키는 외력을 발생시키는 액추에이터(130)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 회전축(101)의 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극을 가변시킬 수 있도록 상기 다리부(112)와 대응하는 영역에 형성되는 중공원통체(114)의 배치부(116)에 방사방향으로 외력을 제공하도록 원주방향으로 일정간격을 두고 복수개 구비될 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(130a)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 다리부(112)와 이에 인접하는 다른 다리부(112)사이에 대응하는 영역에 형성되는 중공원통체(114)의 배치부(116)에 방사방향으로 외력을 제공하도록 원주방향으로 일정간격을 두고 복수개 될 수 있다.

이러한 경우, 상기 다리부(112)와 대응하는 영역에 배치되거나 상기 다리부(112)와 이에 인접하는 다른 다리부(112)사이에 대응하는 영역에 배치된 액추에이터(130)의 작동시 발생하는 외력이 상기 스테이터(110)의 중공원통체(114)에 방사방향으로 전달되어 상기 다리부(112)가 연장되는 내주면을 방사방향으로 변형시킴으로써 상기 회전축(101)의 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극을 좁히거나 넓힐 수 있는 것이다.

그리고, 상기 중공원통체(114)는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 액추에이터(130)가 배치되고, 상기 회전축과 근접하는 배치부(116)의 단부 근방에 상기 액추에이터(130,130a)의 작동시 발생하는 외력에 의한 중공원통체(114)의 변형을 확대시킬 수 있도록 변형확대부(150)를 포함한다.

이러한 변형확대부(150)는 도 10(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 중공원통체(114)를 관통형성하는 한쌍의 원형공(151a,151b)과, 이들 사이를 연결하는 일자형 장공(152)을 포함한다.

이러한 변형확대부(150)는 상기 액추에이터(130,130a)의 작동시 발생하는 외력에 의한 중공원통체의 미소 변위를 방사방향으로 증폭시켜서 원하는 변위를 만들어 주는 것으로, 주로 유연힌지(flexure hinge)를 이용한 변위 확대 방식으로 변위를 확대하는 방법이 사용된다.

이러한 변형 확대기구는 지렛대 메커니즘(lever-type flexure hinge), 브릿지 메커니즘(bridge-type flexure hinge), 그리고, 무니 메커니즘(moonie-type flexure hinge) 등 크게 3가지로 구분지을 수 있는데, 지렛대 타입은 고전적인 유연 힌지 메커니즘으로 그 증폭 비율은 피벗들 사이의 거리 비율에 의존하게 되며, 지렛대 타입은 인가된 힘과 평행한 방향으로 변위가 증폭된다. 이에 반해, 무니 메커니즘은 인가된 힘과 수직되는 방향으로 변위가 증폭되며 소형 시스템의 변위확대용 기구로 많이 사용되어진다.

또한, 상기 변형 확대기구는 구조물내에서 기계적 가공을 통하여 일부분의 소재를 제거함으로써 외력에 대해 소재가 제거되어 강성이 약해진 부분이 제거되지 않은 부분보다 더 크게 변위가 발생하는 것을 이용하는 것이며, 적절한 설계를 통하여 외력에 대한 변위의 발생이 지렛대 원리에 의해 증폭되도록 하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 변형확대부(150)는 상기한 방식 중 설계의 편의상 어떠한 방식을 써도 무관하지만 도 4와 도 5에에 도시된 바와 같이, 액추에이터가 배치되는 배치부의 주변에 대응하는 중공원통체를 관통가공함으로써 관통가공된 부위의 강성이 약해져 유연힌지의 역할을 하게 되어 압전 액추에이터에 의해 발생하는 외력에 의한 변위는 변형확대부(150)가 형성된 방향으로 발생하게 되는 것이다.

그리고, 상기 액추에이터(130,130a)는 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 회전축(101)의 중심으로 기준으로 하여 원주방향으로 상기 중공원통체(114)에 90도의 간격을 두고 다리부(112)와 대응하는 영역이나 다리부(112)와 이에 인접하는 다리부(112)사이에 대응하는 영역마다 4개 구비되는 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 45도의 간격을 두고 8개 구비될 수도 있다.

또한, 상기 액추에이터(130b)는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 다리부(112)와 이에 인접하는 다른 다리부(112)사이에 대응하는 영역에 형성되는 중공원통체(114)의 배치부(116)에 상기 회전축(101)의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하도록 원주방향으로 일정간격을 두고 복수개 될 수 있다.

여기서, 상기 액추에이터(130b)는 상기 다리부(112)와 대응하는 중공원통체에 회전축의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비될 수도 있다.

그리고, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 액추에이터(130)가 배치되는 배치부(116)의 양단부 근방에 상기 액추에이터(130b)의 작동시 발생하는 외력에 의한 중공원통체(114)의 변형을 확대시킬 수 있도록 변형확대부(150)를 포함한다.

이러한 경우, 상기 다리부(112)와 이에 인접하는 다른 다리부(112)사이에 대응하는 영역에 법선방향으로 배치된 액추에이터(130b)의 작동시 발생하는 외력이 상기 스테이터(110)의 중공원통체(114)에 법선방향으로 전달되어 상기 다리부(112)가 내주면으로부터 연장된 중공원통체(114)를 변형시킴으로써 상기 회전축(101)의 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극을 좁히거나 넓힐 수 있는 것이다.

상기한 구성을 갖는 전자기 베어링에 지지된 회전축의 회전을 지지하는 경우, 상기 액추에이터는 설계의 편의 또는 시스템의 사양에 따라 회전축의 중심으로 향하는 방사방향 또는 회전축의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하여 변위를 일으키게 설치된다.

이러한 상태에서, 상기 회전축의 초기 구동시 부품의 가공오차 및 회전축의 자중에 의해서 상기 회전축(101)의 중심과 상기 중공원통체(114)의 중심은 서로 일치하지 않게 되어 상기 회전축(101) 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극은 원주방향으로 일정하지 않게 된다.

특히, 상기 회전축의 길이가 긴 경우 회전축의 길이 중앙부에서의 간극오차는 커지게 된다.

이때, 상기 회전축(101) 외주면과 상기 다리부(112)의 단부사이의 간극을 검출하는 갭센서(120)에 의해서 측정된 측정값이 사전에 설정된 간극 기준값과 차이가 발생하게 되면, 이를 수신한 제어부에서 상기 회전축(101)의 중심과 상기 중공원통체(114)의 중심이 서로 일치되도록 제어전류를 계산한 다음, 상기 코일(113)에 인가되는 전류값과 상기 액추에이터에 인가되는 전류값을 연산하고, 연산된 값을 근거로 하여 제어하게 된다.

즉, 상기 제어부에서 제어된 전류값이 상기 코일에 인가되면, 상기 다리부(112)에서 발생하는 전자기력의 세기를 조절함과 동시에 상기 액추에이터(130,130a,130b)에 인가되는 전류값을 제어함으로써 상기 액추에이터(130,130a,130b)의 작동시 방사방향 또는 법선방향으로 발생하는 외력에 의하여 스테이터(110)의 중공원통체(114)를 변형시킬 수 있기 때문에 초기 조립오차 및 가공오차에 의한 상기 간극의 오차를 보상할 수 있는 것이다.

또한 상기 액추에이터(130,130a,130b)의 작동시 방사방향 또는 법선방향으로 발생하는 외력은 배치부의 단부 또는 양단부 근방에 형성된 변형확대부(150)에 의해서 확대됨으로써 상기 간극의 오차보상 범위를 증대시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

110 : 스테이터 112 : 다리부
113 : 코일 114 : 중공원통체
116 : 배치부 120 : 갭센서
130,130a,130b : 액추에이터 150 : 변형확대부

Claims (8)

1. 전원인가시 발생하는 전자기력에 의해서 일정길이의 회전축을 비접촉식으로 지지하도록 상기 회전축에 적어도 하나 구비되는 전자기 베어링에 있어서,
   전원인가시 전자기력을 발생시키도록 코일이 권선되는 복수개의 다리부가 상기 회전축이 배치되는 중심부를 향하여 일정길이 돌출되는 중공원통체를 구비하는 스테이터 ;
   상기 회전축의 외주면과 상기 다리부의 단부사이의 간극을 측정하는 복수개의 갭센서 ;
   상기 중공원통체에 형성된 배치부에 배치되고, 상기 다리부와 회전축간의 간극을 가변시키도록 전원인가시 상기 중공원통체를 변형시키는 외력을 발생시키는 액추에이터 ; 및
   상기 갭센서에서 측정된 측정값을 수신하고, 이를 근거로 하여 상기 회전축의 중심과 상기 중공원통체의 중심이 서로 일치되도록 제어전류를 계산한 다음, 상기 코일과 액추에이터에 인가되는 전류값을 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 스테이터는 상기 액추에이터가 배치되는 배치부의 일단부 또는 양단부 에 변형확대부를 포함하고,
   상기 변형확대부는 상기 중공원통체를 관통형성하는 한쌍의 원형공과, 이들 사이를 연결하는 일자형 장공을 포함함을 특징으로 하는 전자기 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 중공원통체에 관통형성되는 관통공 형태의 배치부 또는 상기 중공원통체의 표면에 일정깊이 함몰형성되는 홈형태의 배치부에 배치되는 압전 세라믹 액추에이터로 구비됨을 특징으로 하는 전자기 베어링.
3. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 다리부와 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비됨을 특징으로 하는 전자기 베어링.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 다리부와 이에 인접하는 다른 다리부 사이에 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비됨을 특징으로 하는 전자기 베어링.
5. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 다리부와 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비됨을 특징으로 하는 전자기 베어링.
6. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 다리부와 이에 인접하는 다른 다리부 사이에 대응하는 중공원통체에 상기 회전축의 중심으로 향하는 방사방향과 직교하는 법선방향으로 외력을 제공하도록 상기 배치부에 구비됨을 특징으로 하는 전자기 베어링.
7. 삭제
8. 삭제

Images