KR101291577B1

KR101291577B1 - 등속운동용 자기 베어링 시스템

Info

Publication number: KR101291577B1
Application number: KR1020110123184A
Authority: KR
Inventors: 이재형; 김희동
Original assignee: (주)대주기계
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-08-16
Also published as: KR20130057331A

Abstract

본 발명은 자기 베어링 시스템에 관한 것으로, 회전체, 이 회전체를 회전시키는 모터, 이 회전체의 원주 방향을 따라 고정되어 모터에 의하여 회전하는 회전체를 지지하는 메인자기베어링부, 및 이 회전체의 원주 방향을 따라 고정되어 회전하는 회전체의 지지를 위해 강성을 향상시키기 위한 서브자기베어링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 별도의 전원이 필요 없는 수동소자로만 이루어진 구동기를 구비하여 기존의 자기 베어링에서 회전축의 지지 강성을 향상시킬 수 있고, 회전축과 고정자간의 부가적인 변위를 측정할 수 있다.

Description

자기 베어링 시스템{MAGNET BEARING SYSTEM}

본 발명은 자기 베어링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 전원이 필요 없는 수동소자로만 이루어진 구동기를 구비하여 기존의 자기 베어링에서 회전축의 지지 강성을 향상시킬 수 있고, 회전축과 고정자간의 부가적인 변위를 측정할 수 있는 자기 베어링 시스템에 관한 것이다.

터보분자펌프와 같은 높은 회전 속도를 요구하는 기기에서 접촉식 베어링의 한계를 극복하기 위해 자기베어링과 같은 비접촉 베어링이 적용되고 있다.

특히, 능동형 자기베어링(AMB ; active magnetic bearings)은 비접촉적 특성, 구동기의 용이한 제어성 및 무윤활 특성 등의 독특한 장점 때문에 많은 산업용 기계에서 널리 이용되고 있다.

이러한 능동형 자기베어링은 이러한 장점 때문에 터보 분자 펌프, 고속 머시닝 센터 등을 포함한 고속 회전 기기에서 필수적인 기계요소로 사용되고 있으며, 최근에는 휴대용 하드디스크 드라이브, 심장 혈관 펌프 그리고 오디오 스피커 등 소형 장치분야까지 사용이 되고 있다.

이러한 일반적인 능동형 자기베어링은 전자석 코일로 구성된 구동기, 변위센서, 파워앰프 그리고 피드백 컨트롤러로 구성되어 있다.

능동형 자기베어링은 수동형 베어링과 달리 전자회로를 이용한 제어를 실시하여 베어링력을 얻는다. 여기서, 스프링력과 댐핑력은 베어링의 외력에 대한 변위의 주파수응답에서 응답의 크기와 1차 공진주파수를 결정하는 중요한 요소로서, 스프링력이 높아질수록 낮은 크기 응답과 높은 1차 공진 주파수를 얻고, 댐핑력이 클수록 낮은 공진폭을 얻을 수 있다. 즉, 이상적인 베어링의 특성인 낮은 크기의 응답과 높은 공진주파수와 낮은 공진폭을 가지기 위해서는 높은 강성이 요구된다.

자기베어링에 대해서는 국내특허등록 제10-0574079호에 자기베어링장치 및 이를 구비한 진공펌프가 제안되었다.

기존의 기계형 베어링에서는 높은 강성을 보장하여 자기베어링 시스템의 공진점을 높임으로써 높은 주파수입력에 대해서도 강건하였으나, 자기베어링에서는 스프링력과 댐핑력은 모두 전자석의 형태와 특히 전자석에 전류를 공급하는 파워앰프의 성능에 의해 결정되기 때문에 높은 강성을 얻기 위한 높은 용량의 파워앰프가 사용된다. 하지만 보통 파워앰프출력의 한계로 인해서 강성이 기계형 베어링보다는 낮으며, 이로 인해 높은 주파수 입력에 대해서는 진동문제가 발생할 수 있다. 그리고 높은 용량의 파워앰프 사용은 시스템 전체의 가격을 상승시키는 효과를 나타내어 이에 대한 보완이 필요하다. 반면 기존의 자화력에 따른 흡인식 전자석보다 높은 지지력을 제공하는 전자기유도력은 교번하는 자기장의 주파수, 전도체까지의 거리에 따라 크기가 변하기 때문에 자기베어링에는 잘 활용되지 못하였고, 적용을 하기 위해서는 능동적인 제어가 필요하다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 높다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 별도의 전원이 필요 없이 낮은 가격으로 구현 가능한 수동요소로만 이루어진 구동기와 센서로 통합된 모듈을 사용하여 최소의 비용으로 기존의 자기 베어링의 강성을 증대하고, 회전축의 추가적인 위치정보를 제공할 수 있도록 하는 자기 베어링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자기 베어링 시스템은: 회전체, 상기 회전체를 회전시키는 모터, 상기 회전체의 원주 방향을 따라 고정되어 상기 모터에 의하여 회전하는 상기 회전체를 지지하는 메인자기베어링부, 및 상기 회전체의 원주 방향을 따라 고정되어 회전하는 상기 회전체의 지지를 위해 강성을 향상시키기 위한 서브자기베어링부를 포함한다.

상기 메인자기베어링부는, 상기 회전체를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어져 고정 설치되는 메인고정자, 상기 메인고정자의 내측면을 따라 설정 간격 유격되도록 배치되어 상기 회전체와 상기 메인고정자 간에 구동력을 제공하는 메인코일부, 및 상기 회전체의 둘레면에 구비되어 상기 회전체의 표면으로부터 상기 메인고정자까지의 거리를 측정하는 센서부재를 포함한다.

상기 서브자기베어링부는, 상기 회전체의 둘레면에 서로 다른 극성끼리 이웃하도록 설정 거리만큼 유격되게 구비되는 자석부재, 상기 회전체를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어지고 상기 자석부재와 일치되는 위치에 고정 설치되는 서브고정자, 및 상기 서브고정자의 내측면에 구비되어 상기 자석부재에 대한 반발력을 발생시키는 전도체를 포함한다.

상기 메인고정자와 상기 서브고정자는 상기 메인코일부와 상기 전도체를 상기 회전체의 축 방향에 대해 일직선상에 배치됨이 바람직하다.

상기 서브자기베어링부는, 이웃한 전도체 사이에 배치되도록 상기 서브고정자 내측에 구비되어 상기 회전체와 상기 서브고정자의 거리를 측정하는 서브코일부를 더 포함한다.

상기 서브고정자는 둘레면에 양측으로 연통되는 설치홀을 통공하고, 상기 전도체는 상기 설치홀에 삽입되는 노브에 나사 결합되어 상기 회전체와의 거리가 가변되어 상기 회전체에 대한 지지력을 유지하며, 상기 노브는 단부에 죄임부재를 형성함이 바람직하다.

상기 회전체는 초기위치를 상기 메인자기베어링부와의 상호 작용에 의해 결정됨이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 베어링 시스템은 종래 기술과 달리 회전기기를 대상으로 회전축을 비접촉으로 지지하는 자기 베어링에서 추가적인 전원이 필요하지 않는 수동요소만으로 기존의 자기 베어링에 더욱 높은 강성을 제공하여 진동 억제가 가능하며, 회전축 자체의 강체모드까지 회전속도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 구동기와 모듈형태로 구성된 추가적인 센서의 제공으로 고속회전에 의한 회전축의 탄성진동에서의 변위를 측정할 수 있어, 회전축의 더욱 정밀한 모니터링이 가능함과 동시에 더욱 정밀한 회전축의 위치, 자세 제어가 가능해질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 구성을 보인 요부 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 강성 향상을 위한 상태를 보인 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 변위 측정 상태를 보인 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 전도체 위치 가변을 상태를 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 회전체에 부착된 자석에 의해 전도체에 미치는 자기장을 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 교번자기장의 주파수와 자석부재와 전도체의 거리에 따른 힘의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 코일에 유도되는 전압을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 코일로부터 발생한 전기신호를 변위정보로 바꾸는 블럭도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자기 베어링 시스템의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 구성을 보인 요부 확대 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 강성 향상을 위한 상태를 보인 평단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 변위 측정 상태를 보인 평단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 서브자기베어링부의 전도체 위치 가변을 상태를 보인 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 회전체에 부착된 자석에 의해 전도체에 미치는 자기장을 보인 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 교번자기장의 주파수와 자석부재와 전도체의 거리에 따른 힘의 관계를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 코일에 유도되는 전압을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템의 코일로부터 발생한 전기신호를 변위정보로 바꾸는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 시스템(10)은 회전체(20), 모터(30), 메인자기베어링부(40) 및 서브자기베어링부(100)를 포함한다.

특히, 회전체(20)는 둘레면에 메인자기베어링부(40)와 서브자기베어링부(100)를 동시에 구비하는데, 서브자기베어링부(100)의 개수를 한정하지 않는다.

이때, 메인자기베어링부(40)는 회전체(20)의 상측과 하측에 각각 하나씩 구비된다.

회전체(20)는 원기둥 형상으로 이루어지고, 전기장과 자기장에 영향을 받을 수 있도록 금속 재질로 이루어진다. 회전체(20)의 직경이나 길이는 한정하지 않는다.

그리고, 모터(30)는 회전체(20)에 비접촉식 상태로 회전체(20)를 강제 회전시키는 역할을 한다. 즉, 모터(30)가 가동되면, 회전체(20)는 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 이때, 모터(30)가 회전체(20)를 회전시키는 방식은 다양하게 적용 가능하다. 예로서, 모터(30)가 회전체(20)의 둘레면을 감싸도록 구비된다.

한편, 메인자기베어링부(40)는 회전체(20)의 원주 방향을 따라 고정되어 모터(30)에 의하여 회전하는 회전체(20)를 지지하는 역할을 한다.

특히, 메인자기베어링부(40)는 메인고정자(42) 및 메인코일부(44)를 포함한다.

메인고정자(42)는 회전체(20)를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어지고, 모터(30) 하우징(도시하지 않음) 등 임의의 고정체에 고정 설치된다. 메인고정자(42)는 임의의 고정체에 다양한 방식으로 고정 설치될 수 있다. 아울러, 메인고정자(42)가 임의의 고정체 자체일 수도 있다. 물론, 메인고정자(42)는 다양한 형상으로 변형 가능하다. 메인고정자(42)는 자성체(磁性體)로 이루어진다.

특히, 메인코일부(44)는 메인고정자(42)의 내측면을 따라 복수 개 구비된다. 편의상, 메인코일부(44)는 메인고정자(42)의 내측면에 등간격으로 4개 구비된 것으로 도시한다. 이때, 메인고정자(42)의 내측면은 회전체(20)의 둘레면을 향하는 메인고정자(42)의 안쪽면을 말한다.

메인코일부(44)는 메인고정자(42)의 내측면에 다양하게 구비될 수 있다.

예로서, 메인코일부(44)는 메인코일(45) 및 메인코어(47)를 포함한다. 메인코어(47)는 메인코일(45)의 위치를 고정하도록 메인고정자(42)의 내측면에 구비되고, 재질에 따라 메인코일(45)의 자기력 크기가 변하게 된다. 그리고, 메인코일(45)은 공급되는 전류에 의해 자기장을 형성함으로써 회전체(20)를 지지한다. 즉, 메인코일부(44)는 메인고정자(42)의 내측면을 따라 일정 간격 유격되도록 복수 개 구비된다. 아울러, 각 메인코일(45)에 의해 발생되는 자기장에 의한 지지력으로서, 회전체(20)의 축 방향에 대한 중심축은 메인고정자(42)의 중심축과 일치되려고 한다.

또한, 메인자기베어링부(40)는 센서부재(46)를 포함한다. 센서부재(46)는 메인코일부(44)에 대응되는 회전체(20)의 둘레면에 하나 이상 구비되어 회전체(20)와 메인고정자(42) 사이의 변위를 측정하는 역할을 한다. 여기서, 변위는 가장 가까운 거리에 해당되는 회전체(20)의 표면과 메인고정자(42) 사이의 거리를 의미한다. 물론, 센서부재(46)는 다양한 종류로 적용 가능하고, 다양한 방식에 의해 회전체(20)의 둘레면에 고정 설치된다.

또한, 서브자기베어링부(100)는 수동 요소만으로 구성되어 회전체(20)의 원주 방향을 따라 고정되어 회전하는 회전체(20)의 지지를 위해 강성을 향상시키는 역할을 한다.

즉, 서브자기베어링부(100)는 회전체(20)의 고속 회전시 발생하는 진동을 억제하기 위한 높은 강성을 수동 요소만을 이용함으로써 간단한 구조로 회전체(20)의 강성을 향상시킬 수 있다. 여기서, '강성'은 회전되는 회전체(20)의 중심축과 메인고정자(42)의 중심축이 일치된 상태를 유지하려는 작용력을 의미하고, 전체의 중심축과 메인고정자(42)의 중심축이 어긋날 경우 일치된 상태로 복귀하려는 작용력을 의미한다.

그리고, '수동 요소'는 회전체(20) 등에 가해지는 별도의 외력(구동력) 없이 회전체(20)의 강성을 유지하기 위해 구비되는 구성요소를 의미한다.

일례로, 도 2에서처럼, 서브자기베어링부(100)는 자석부재(110), 서브고정자(120) 및 전도체(130)를 포함한다.

자석부재(110)는 회전체(20)의 둘레면에 서로 다른 극성끼리 이웃하도록 설정 거리만큼 유격되게 구비된다. 즉, 자석부재(110)는 'N'극과 'S'극을 교번하여 회전체(20)의 둘레면에 배치된다. 편의상, 자석부재(110)는 회전체(20)의 원주 방향을 따라 동일 높이에 90도 간격으로 배치되도록 도시한다.

물론, 자석부재(110)는 다양한 형상으로 이루어질 수 있고, 개수에 한정하지 않는다. 아울러, 자석부재(110)는 회전체(20)의 둘레면에 단순히 자력에 의해 부착되거나, 또는 볼팅 등 다양한 방식에 의해 회전체(20)에 고정 설치될 수 있다.

그리고, 서브고정자(120)는 회전체(20)를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어지고, 자석부재(110)와 일치되는 위치에 고정 설치된다.

다시 말해서, 서브고정자(120)는 회전체(20)를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어지고, 모터(30) 하우징(도시하지 않음) 등 임의의 고정체에 고정 설치된다. 서브고정자(120)는 임의의 고정체에 다양한 방식으로 고정 설치될 수 있다. 아울러, 서브고정자(120)가 임의의 고정체 자체일 수도 있다. 물론, 서브고정자(120)는 다양한 형상으로 변형 가능하다. 서브고정자(120)는 자성체(磁性體)로 이루어진다.

또한, 전도체(130)는 회전체(20)의 중심에서 방사상으로 자석부재(110)와 대응되도록 서브고정자(120)의 내측면에 구비되어 자석부재(110)에 대한 반발력을 발생시키는 역할을 한다.

전도체(130)는 자석부재(110)에 일대일 대응되는 개수 또는 자석부재(110)와 다른 개수로 이루어지고, 서브고정자(120) 내측에 배치된다. 이때, 자석부재(110)가 전도체(130)보다 많은 개수로 구비됨이 바람직하다. 이는, 자석부재(110)의 원주 방향 간격을 좁힘으로써 회전체(20)의 회전량의 적더라도 자기장을 빠르게 변화시킬 수 있기 때문이다.

특히, 전도체(130)는 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어짐이 바람직하다. 특히, 서브고정자(120)와 전도체(130)가 이종(異種)일 경우, 전도체(130)는 볼팅 등 다양한 방식에 의해 서브고정자(120)의 내측면에 고정된다. 물론, 서브고정자(120)와 전도체(130)가 동종(同種)일 경우, 서브고정자(120)와 전도체(130)는 일체로 제작됨이 바람직하다.

결과적으로, 서브자기베어링부(100)는 회전하는 요소로서 회전체(20)에 부착되어 일정한 자기장을 발생하는 여러 개의 자석부재(110), 및 고정된 요소로서 서브고정자(120)와 회전체(20)에 부착된 자석부재(110)와의 상호작용에 의해 자기력을 발생시키는 전도체(130)로 이루어진다.

그래서, 회전체(20)에 부착되는 자석부재(110)는 회전체(20)의 원주 방향을 따라 서로 극성이 교번되게 부착된다.

회전체(20)가 모터(30)의 구동력을 받아 회전하게 되면, 전도체(130) 각각은 교번하는 자기장이 작용하게 된다.(도 6 참조)

그리고, 교번하는 자기장에 의해서 서브고정자(120)에 부착된 전도체(130)에는 맴돌이전류가 발생하여, 회전체(20)와 서브고정자(120) 사이에는 서로 반발하는 힘이 발생하게 된다. 이때, 발생하는 힘은 회전체(20)의 회전속도, 자석부재(110)와 전도체(130) 사이의 거리에 의해 정해진다.(도 7 참조)

따라서, 회전체(20)에 안정적인 지지력을 제공하기 위해서는 회전속도와 회전체(20)에 부착된 자석부재(110)와 전도체(130) 사이의 거리를 일정하게 유지하여야 한다.

특히, 본 발명은 기존의 메인자기베어링부(40)에 부가적으로 강성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 구조를 간단히 실현하기 위함을 목적으로 함에 따라 서브자기베어링부(100)를 단독으로는 사용되지 않고 메인자기베어링부(40)와 함께 사용되기 때문에, 자석부재(110)와 전도체(130) 사이의 거리가 일정하게 유지된 상태에서 적용된다.

이때, 일정 회전속도를 유지하기 위한 동력은 회전체(20)를 회전시키는 기존의 모터(30)를 이용한다.

한편, 서브자기베어링부(100)는 서브코일부(140)를 더 포함한다.

서브코일부(140)는 이웃한 전도체(130) 사이에 배치되도록 서브고정자(120) 내측에 구비되어 회전체(20)와 서브고정자(120)의 거리를 측정하는 역할을 한다. 그래서, 서브코일부(140)는 서브고정자(120)의 내측면에 일정하게 유격되게 배치되는 4개로 이루어진다.

특히, 서브코일부(140)는 자석부재(110)와의 상호작용에 의해 회전체(20)의 변위를 측정하게 되는 서브코일(142), 및 서브코일(142)의 위치를 고정하는 역할과 서브코일(142)에 재질에 따라 유도되는 전압의 크기가 변하는 서브코어(144)로 이루어진다.

아울러, 메인고정자(42)와 서브고정자(120)는 메인코일부(44)와 서브코일부(140)를 회전체(20)의 축 방향을 따라 일치되도록 배치된다. 이는, 회전체(20)가 메인고정자(42)의 중심축과 서브고정자(120)의 중심축 상에 위치하도록 강성을 향상시키기 위함이다.

도 4에서처럼, 회전체(20)가 회전되면서, 자석부재(110) 각각이 대응되는 전도체(130)에 대향할 경우, 전도체(130)는 맴돌이전류를 발생하고, 이로 인해, 회전체(20)와 서브고정자(120) 사이에는 서로 반발하는 힘이 발생된다.

따라서, 별도의 전원이 필요치 않은 상태로, 대응되는 전도체(130)와 자석부재(110) 사이에서 발생되는 반발력으로 인해, 회전체(20)가 서브고정자(120)의 중심에서 벗어나려는 움직임을 방지하려는 강성이 향상된다.

아울러, 도 3에서처럼, 회전체(20)가 회전되면서, 자석부재(110) 각각이 대응되는 서브코일부(140)에 대향할 경우, 회전체(20)의 표면의 접선 방향에 대해 수직한 방향으로 회전체(20)와 서브고정자(120) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 즉, 회전체(20)의 중심축과 서브고정자(120)의 중심축이 일치하는지 여부는 센서부재(46)와 서브코일부(140)를 통해 정밀하게 검출할 수 있다.

도 8은 교번자기장에 의해 서브코일(142) 각각에 유도되는 전압값을 나타낸다. 이 전압값 전자기유도원리에 따라 교번자기장의 주파수, 즉 회전체(20)의 회전속도와 회전체(20)에 부착된 대응되는 자석부재(110)와 서브코일(142)의 거리에 의해 정해진다. 그런데, 회전체(20)의 회전속도는 외부제어기(도시하지 않음)에 의해 일정하게 유지되기 때문에 자석부재(110)와 서브코일(142)의 거리에 의해 정해진다. 따라서, 서브코일(142)에 발생되는 전압으로부터 회전체(20)와 서브고정자(120) 간의 거리를 측정할 수 있다.

아울러, 지속적으로 회전속도가 변하는 회전기기가 아니고, 일정속도를 단계별로 유지하는 기기에서는 단계별 회전속도에 일정한 지지력을 얻기 위해서 전도체(130)가 회전체(20)의 래디얼(radial) 방향으로 위치 이동 가능하게 구비됨이 바람직하다. 이는, 회전체(20)의 회전속도 변화에 따른 대응되는 자석부재(110)와 전도체(130) 간의 거리를 변화할 수 있도록 하기 위함이다.

일례로, 도 5에서처럼, 서브고정자(120)는 둘레면에 양측으로 연통되는 정홀 형상의 설치홀(210)을 통공하고, 전도체(130)는 대응되는 설치홀(210)에 삽입되는 노브(220)에 나사 결합된다. 아울러, 노브(220)는 단부에 죄임부재(230)를 구비한다. 그래서, 죄임부재(230)는 서브고정자(120)의 둘레면에 접한 상태로 회전되는 방향 및 회전량에 따라 노브(220)를 전도체(130)에 나사 결합되는 정도를 달리한다. 이에 따라, 전도체(130)와 회전체(20)의 거리는 수동적으로 가변되고, 이를 통해, 전도체(130)는 감속이나 가속되는 회전체(20)에 대한 지지력을 유지하도록 제어된다.

특히, 회전체(20)가 일정한 지지력(강성)을 얻기 위한 회전체(20)의 회전속도, 및 자석부재(110)와 전도체(130) 간의 거리의 관계는 실험과 시뮬레이션을 통해서 구할 수 있다. 이 관계를 이용하여, 회전체(20)의 회전속도에 따라 전도체(130)의 위치를 변경할 경우, 가변속도의 회전기기(도시하지 않음)에 대해서도 일정한 지지력을 제공할 수 있다.

물론, 노브(220)는 전도체(130)에 삽입되어 체결되는 정도가 자동 조절될 수도 있다.

따라서, 서브고정자(120)에 부착된 서브코일(142)과 회전체(20)에 부착된 자석부재(110)에 의해 교번되는 자기장에 유도되는 전압의 크기를 통해, 회전체(20)와 서브고정자(120) 사이의 간격이 측정된다.

한편, 도 9는 서브코일(142)로부터 발생한 전기신호를 변위정보로 바꾸는 회로의 일예로서 서브고정자(120)에 부착된 서브코일(142)에서의 인덕턴스의 변화를 측정하기 위해 브릿지회로(141)가 구성되고, 이후, 신호를 증폭하는 신호증폭기(143)와 회전속도에 동기화된 주파수성분만을 측정하기 위한 대역통과필터(145)가 구성된다. 다음으로 교류신호를 직류로 정류시키는 정류회로(147)가 구성되고, 이때 발생하는 고주파의 노이즈신호를 없애는 저역통과필터(149)가 구성된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 베어링 시스템 20: 회전체
30: 모터 40: 메인자기베어링부
42: 메인고정자 44: 메인코일부
45: 메인코일 47: 메인코어
100: 서브자기베어링부 110: 자석부재
120: 서브고정자 130: 전도체
140: 서브코일부 142: 서브코일
144: 서브코어 210: 설치홀
220: 노브 230: 죄임부재

Claims

회전체;
상기 회전체를 회전시키는 모터;
상기 회전체의 원주 방향을 따라 고정되어 상기 모터에 의하여 회전하는 상기 회전체를 지지하는 메인자기베어링부; 및
상기 회전체의 원주 방향을 따라 고정되어 상기 회전체의 고속 회전시 발생하는 진동을 억제하기 위해 강성을 향상시키기 위한 서브자기베어링부를 포함하고,
상기 서브자기베어링부는, 상기 회전체의 둘레면에 원주 방향을 따라 서로 다른 극성끼리 이웃하도록 설정 거리만큼 유격되게 구비되는 자석부재;
상기 회전체를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어지고, 상기 자석부재에 대한 반발력을 발생시키며, 자성체인 서브고정자; 및
상기 자석부재와 일대일 대응되도록 상기 서브고정자의 내측면에 구비됨으로써 상기 자석부재에 대한 반발력을 발생시키는 전도체를 포함하며,
상기 서브고정자는 둘레면에 양측으로 연통되는 설치홀을 통공하고,
상기 전도체는 상기 설치홀에 삽입되는 노브에 나사 결합되어 상기 회전체와의 거리가 가변되어 감속이나 가속되는 상기 회전체에 대한 일정한 지지력을 유지하며,
상기 노브는 단부에 죄임부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 등속운동용 자기 베어링 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 메인자기베어링부는,
상기 회전체를 축 삽입하는 링 형상으로 이루어져 고정 설치되고, 자성체인 메인고정자;
상기 메인고정자의 내측면을 따라 설정 간격 유격되도록 배치되어 상기 회전체의 축 방향에 대한 중심축을 상기 메인고정자의 중심축과 일치시키려고 상기 회전체와 상기 메인고정자 간에 구동력을 제공하는 메인코일부; 및
상기 회전체의 둘레면에 구비되어 상기 회전체의 표면으로부터 상기 메인고정자까지의 거리를 측정하는 센서부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 등속운동용 자기 베어링 시스템.
삭제
제 2항에 있어서,
상기 메인고정자와 상기 서브고정자는 상기 메인코일부와 상기 전도체를 상기 회전체의 축 방향에 대해 일직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 등속운동용 자기 베어링 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 서브자기베어링부는, 이웃한 전도체 사이에 배치되도록 상기 서브고정자 내측에 구비되어 상기 회전체와 상기 서브고정자의 거리를 측정하는 서브코일부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등속운동용 자기 베어링 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 서브고정자는 둘레면에 양측으로 연통되는 설치홀을 통공하고;
상기 전도체는 상기 설치홀에 삽입되는 노브에 나사 결합되어 상기 회전체와의 거리가 가변되어 상기 회전체에 대한 지지력을 유지하며;
상기 노브는 단부에 죄임부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 등속운동용 자기 베어링 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 회전체는 초기위치를 상기 메인자기베어링부와의 상호 작용에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 등속운동용 자기 베어링 시스템.