KR101713892B1 - 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자석을 이용한 가진장치를 구비하여 회전체를 축방향으로 가진시키고, 이에 대한 응답 측정을 통해 축방향 베어링의 동특성을 측정할 수 있는 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

Description

축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법{Device and Method for Measuring the Characteristics of Axial Bearing}
본 발명은 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자석을 이용한 가진장치를 구비하여 회전체를 축방향으로 가진시키고, 이에 대한 회전체의 축방향 변위 측정을 통해 축방향 베어링의 동특성을 측정할 수 있는 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
에어포일베어링은 축이 회전할 때 발생하는 베어링과 축 사이의 공기유동을 압력으로 변환시켜 회전축을 부양하는 베어링으로서, 기계적인 마찰이 없을 뿐만 아니라, 윤활유 공급이 필요 없으므로 터보기계 등에서 축추력을 지지하기 위하여 많이 사용된다.
상기 에어포일베어링의 대표적인 종류에는 범프타입 에어포일베어링과 메탈메쉬 에어포일베어링이 있다.
범프타입 에어포일베어링은 높은 강성을 가지는 범프(bump) 형상의 포일이 구비된 에어포일베어링으로서 이는 대한민국 공개특허공보 특2002-0062021호("일체형 다엽/범프 공기포일저널베어링 및 다엽/범프포일의 제작방법", 공개일 2002.07.25.)에 제시되었으며, 메탈메쉬 에어포일베어링은 대한민국 등록특허공보 제1517817호("분할구조의 메탈 메쉬 포일 래디얼과 쓰러스트 일체형 베어링", 등록공고일 2015.04.29.) 등에 제시되었다.
이 때, 범프타입 에어포일베어링의 경우에는 범프의 두께 또는 범프의 개수에 따라 축방향 베어링의 동특성이 달라지며, 메탈메쉬 에어포일베어링의 경우 메쉬의 재질 또는 메쉬의 밀도에 따라 축방향 베어링의 동특성이 달라지므로, 축방향 베어링의 강성 및 댐핑 등의 동특성을 측정하기 위한 측정장치 또는 측정방법이 필요하다.
특히, 강성 및 댐핑과 같은 동특성은 축방향 베어링과 쓰러스트 면 사이의 유체 특성에 따라 달라지므로, 회전속도에 따라 축방향 베어링의 동특성이 달라지게 된다.
그러므로 축방향 베어링의 동특성을 측정하기 위해서는 회전체가 특정한 회전속도로 회전하고 있는 상태에서 회전체를 축방향으로 가진시키고, 가진된 축방향 응답을 측정해야 한다.
종래에는 축방향 베어링을 축방향으로 가진시키기 위해 임팩트해머 등으로 회전체를 타격하거나, 축방향 베어링을 포함하는 하우징을 쉐이커(shaker)를 이용하여 가진함으로서, 축방향 베어링의 동특성을 측정할 수 있었다.
그러나 종래의 방법은 회전체가 고속으로 회전하고 있는 상태에서 가진시키기 어려울 뿐만 아니라, 정확한 축방향 베어링의 응답 측정이 수행되기 힘들어 축방향 베어링의 동특성을 측정하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 특2002-0062021호("일체형 다엽/범프 공기포일저널베어링 및 다엽/범프포일의 제작방법", 공개일 2002.07.25.) 대한민국 등록특허공보 제1517817호("분할구조의 메탈 메쉬 포일 래디얼과 쓰러스트 일체형 베어링", 등록공고일 2015.04.29.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전자석을 이용한 가진장치를 이용하여 회전체를 축방향으로 가진시킴으로써, 축방향 베어링의 회전속도에 따른 동특성을 측정할 수 있는 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치는 몸체; 상기 몸체 내에 구비되며, 축을 중심으로 원주방향으로 회전 가능하게 형성되는 회전체; 상기 회전체 일단에 형성되어 상기 회전체를 반경방향으로 지지하는 반경방향 베어링; 상기 회전체 타단에 형성되어 상기 회전체를 축방향으로 지지하며, 동특성을 측정하기 위한 대상인 축방향 베어링; 상기 회전체 타단과 축방향으로 이격되어 대향되도록 형성되며, 상기 회전체를 축방향으로 가진시키는 전자석가진부; 및 상기 회전체의 축방향 변위를 측정하는 축방향변위센서를 포함하는 센서부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 전자석가진부는 적어도 하나 이상 형성되는 전자석코어와, 상기 전자석코어를 감싸는 코일로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전체는 타단에 형성되며, 상기 전자석가진부에 의해 자로(flux path)를 형성하기 위한 축방향가진면과, 상기 축방향 베어링에 지지되도록 상기 축방향가진면으로부터 상기 회전체 일단방향으로 이격되어 형성되는 쓰러스트면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전자석가진부는 상기 전자석코어에 정현파 전류를 인가시켜 상기 회전체로 정현파의 흡인력을 이용하여 가진하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 전자석가진부는 상기 전자석코어에 임펄스 전류를 인가시켜 상기 회전체로 임펄스의 흡인력을 이용하여 가진하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부는 상기 회전체 일단에 형성되는 축방향변위센서와, 상기 회전체와 수직하게 형성되어 상기 회전체의 반경방향 변위를 측정하는 반경방향변위센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 축방향 베어링의 동특성 측정장치는 상기 회전체 일측 외주면에 형성되며, 상기 회전체 내부에 구비되는 영구자석과 대응하여 상기 회전체를 회전시키는 모터고정자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 축방향베어링 동특성 측정장치는 상기 모터고정자와 전자석가진부의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 센서부로부터 정보를 입력받아 상기 축방향베어링의 동특성을 산출하는 분석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 모터고정자에 동작신호를 송출하는 동작신호생성부와, 상기 전자석가진부의 동작신호를 송출하는 가진신호생성부 및 상기 가진신호생성부로부터 송출되는 동작신호를 통해 상기 전자석가진부로 전류를 공급하는 전류드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 분석부는 상기 센서부로부터 측정된 변위정보신호를 수신받는 신호수신부와, 상기 신호수신부의 변위정보신호를 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부로부터 획득된 데이터를 이용하여 상기 축방향베어링의 강성과 댐핑을 산출하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 이용한 축방향 베어링의 동특성 측정방법은 상기 모터고정자를 이용하여 상기 회전체를 회전시키는 회전체 회전단계; 상기 전자석가진부에 전류를 공급하고, 상기 전자석가진부에 의한 흡인력을 이용하여 상기 회전체를 가진시키는 회전체 가진단계; 상기 회전체 가진단계에서에서 상기 전자석가진부에 의해 가진된 회전체의 축방향변위를 측정하는 축방향변위 측정단계; 및 상기 축방향변위 측정단계에서 측정된 변위정보신호를 이용하여 상기 축방향베어링의 강성과 댐핑을 산출하는 동특성 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 동특성 산출단계는 상기 축방향변위 측정단계에서 측정된 변위정보신호의 잡음을 제거하는 변위정보신호 잡음제거단계와, 상기 변위정보신호 잡음제거단계에서 잡음이 제거된 변위정보신호를 증폭하는 변위정보신호 증폭단계와, 상기 변위정보신호 증폭단계에서 증폭된 변위정보신호를 데이터 형태의 변위정보로 변환하는 변위정보신호 데이터화단계 및 상기 변위정보신호 데이터화단계에서 데이터화된 변위정보를 근사화하여 상기 축방향 베어링의 강성과 댐핑을 산출하는 동특성 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동특성 계산단계는 데이터화된 변위정보를 근사화한 아래 [수학식 1]을 이용하여 댐핑계수와 고유진동수를 산출하는 댐핑계수 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112015068429908-pat00001
또, 상기 동특성 계산단계는 상기 댐핑계수 산출단계에서 산출된 고유진동수를 이용한 아래 [수학식 2]를 이용하여 강성을 산출하는 강성 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112015068429908-pat00002
아울러, 상기 동특성 계산단계는 상기 강성 산출단계에서 산출된 강성을 이용한 아래 [수학식 3]을 이용하여 임계댐핑을 산출하는 임계댐핑 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112015068429908-pat00003
또한, 상기 동특성 계산단계는 상기 임계댐핑 산출단계에서 산출된 임계댐핑을 이용한 아래 [수학식 4]를 이용하여 댐핑을 산출하는 댐핑 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 4]
Figure 112015068429908-pat00004
본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법은 전자석을 이용한 가진장치를 이용하여 회전체를 축방향으로 가진시킴으로써, 축방향 베어링의 회전속도에 따른 동특성을 측정할 수 있으므로, 고속으로 회전하는 회전체에 원하는 정확한 값으로 가진시킬 수 있어 오차범위가 줄어들 뿐만 아니라, 이에 따른 축방향 베어링의 동특성을 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치의 회전체를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치의 전자석가진부와 회전체에 형성되는 자로를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 나타낸 또 다른 도면.
도 5는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정방법을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정방법을 나타낸 또 다른 도면.
도 7은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 이의 측정방법을 이용하여 측정된 회전속도에 따른 변위정보데이터 및 근사화된 2차함수를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 이의 측정방법을 이용하여 산출된 회전속도에 따른 축방향 베어링의 강성과 댐핑 변화를 나타낸 도면
이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치의 회전체를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치의 전자석가진부와 회전체에 형성되는 자로를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 나타낸 또 다른 도면이다.
본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치(1000)는 축방향 베어링(310)의 동특성인 강성 및 댐핑을 측정하기 위한 장치이되, 전자석코어(510)를 이용하는 전자석가진부(500)를 통해 고속으로 회전하는 회전체(200)를 축방향으로 가진시킴으로써, 이에 대한 회전체(200)의 축방향 변위를 측정하고, 측정된 변위정보를 이용하여 축방향 베어링(310)의 동특성 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에 기재된 목적에 의한 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치(1000)는 도 1에 도시된 바와 같이, 축방향 베어링(310)의 동특성 측정을 위한 장치의 몸체(100), 회전체(200), 베어링(300), 전자석가진부(500) 및 센서부(600)를 포함한다.
상기 회전체(200)는 상기 전자석가진부(500)로부터 가진되는 시험용 회전체로서, 상기 몸체(100) 내에 구비되어 원주방향으로 회전 가능하게 형성된다.
상기 회전체(200)를 원주방향으로 회전시키기 위해 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치는 상기 회전체(200) 내부에 영구자석(210)을 구비하고, 상기 회전체(200) 외주면에 모터고정자(400)를 형성함으로써, 상기 모터고정자(400)의 작동에 대응하여 상기 회전체(200)는 원주방향으로 회전된다.
즉, 본 발명의 상기 회전체(200)는 상기 모터고정자(400)에 인가되는 전류량에 따라 상기 회전체(200)를 원하는 속도로 회전시킬 수 있으며, 이는 회전체(200)의 회전속도 제어가 수월한 장점이 있다.
다만, 상기 회전체(200)를 원주방향으로 회전시키기 위한 방법은 상기에 기재된 모터고정자(400)의 동작에 대응하여 회전체(200)를 원주방향으로 회전시키는 방법 외에, 회전체(200)를 수월하게 제어하여 원하는 속도로 회전시킬 수 있다면 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.
상기 베어링(300)은 상기 회전체(200) 일단에 형성되어 상기 회전체(200)를 반경방향으로 지지하는 반경방향 베어링(320)과 상기 회전체(200) 타단에 형성되어 상기 회전체(200)를 축방향으로 지지하며, 동특성을 측정하기 위한 대상인 축방향 베어링(310)으로 구성된다.
이 때, 동특성을 측정하기 위한 축방향 베어링(310)은 회전체(200)를 축방향으로 지지하기 위한 쓰러스트 베어링일 수 있으나, 상기 회전체(200)를 반경방향으로도 지지 가능한 콤보 베어링으로 구비하는 것이 바람직하며, 상기 콤보 베어링의 종류로는 강성 및 댐핑을 산출하기 위한 범프타입 에어포일베어링 또는 메탈메쉬 에어포일베어링으로 구비하는 것이 바람직하다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전자석가진부(500)는 상기 회전체(200)의 타단과 축방향으로 이격되어 대향되도록 형성되며, 상기 회전체(200)를 회전체(200)의 일단 축방향으로 가진시키는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 전자석가진부(500)는 적어도 하나 이상 형성되는 전자석코어(510)와 상기 전자석코어(510)를 감싸는 코일(520)로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 전자석코어(510)에 전류를 인가시켜 상기 회전체(200)를 축방향으로 가진시킨다.
이 때, 상기 회전체(200)는 타단에 상기 전자석가진부(500)와 근접하여 형성되되, 상기 전자석가진부(500)에 의해 자로(flux path)를 형성하도록 상기 전자석가진부(500)와 대향되는 반경을 가지는 원판형상의 축방향가진면(220)을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 축방향 베어링(310)에 지지되기 위한 반경을 가지되, 상기 축방향가진면(220)으로부터 상기 회전체(200)의 일단 방향으로 이격되어 형성되는 쓰러스트면(230)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전자선가진부(500)는 상기 전자석코어(510)에 정현파(sine wave) 형태의 전류를 인가하여 정현파의 흡인력을 이용하여 가진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 임펄스(impulse) 형태의 전류를 인가하여 임펄스의 흡인력을 이용하여 가진시킬 수 있다.
이 때, 상기 전자석가진부(500)와 회전체(200)의 축방향가진면(220) 사이에 작용하는 힘은 아래 [수학식 A]와 같다.
[수학식 A]
Figure 112015068429908-pat00005

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(600)는 상기 전자석가진부(500)에 의해 가진된 회전체(200)의 축방향 변위를 측정하는 축방향변위센서(610)를 포함하며, 상기 축방향변위센서(610)는 상기 전자석가진부(500)가 형성되는 회전체(200)의 타단과 대향되도록 상기 회전체(200)의 일단에 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 센서부(600)는 회전체(200)의 정확한 변위 측정을 위해, 상기 회전체(200) 일단에 형성되는 축방향변위센서(610)와 더불어 상기 회전체(200)와 수직하게 형성되어 상기 회전체(200)의 반경방향 변위를 측정하는 반경방향변위센서(620) 또한 구비 가능함은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치(1000)는 상기 모터고정자(400)와 전자석가진부(500)의 동작을 제어하는 제어부(700)를 더 포함하며, 상기 센서부(600)로부터 변위정보를 입력받아 상기 축방향 베어링(310)의 동특성을 산출하는 분석부(800)를 더 포함한다.
특히, 상기 제어부(700)는 상기 모터고정자(400)에 동작신호를 송출하는 동작신호생성부(710)와 상기 전자석가진부(500)의 동작신호를 송출하는 가진신호생성부(720) 및 상기 가진신호생성부(720)로부터 송출되는 동작신호를 통해 상기 전자석가진부(500)로 전류를 공급하는 전류드라이버(730)를 포함한다.
즉, 상기 동작신호생성부(710)에 의해 상기 회전체(200)를 원주방향으로 선택되는 속도로 회전시킬 수 있으며, 상기 가진신호생성부(720) 및 전류드라이버(730)를 통해 선택되는 주파수의 전류를 전자석가진부(500)로 공급함으로써, 선택되는 속도로 회전하는 회전체(200)에 흡인력을 이용하여 가진시킬 수 있다.
상기 분석부(800)는 상기 센서부(600)로부터 측정된 변위정보신호를 수신받는 신호수신부(810)와 상기 신호수신부(810)로부터 변위정보신호를 데이터로 변환하는 신호처리부(830) 및 상기 신호처리부(830)로부터 획득된 데이터를 이용하여 상기 축방향 베어링(310)의 강성과 댐핑을 산출하는 연산부(840)를 포함한다.
이 때, 상기 분석부(800)는 상기 신호수신부(810)에 의해 수신 받은 변위정보신호의 주파수를 증폭시키는 신호증폭부(820)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 분석부(800)는 상기 분석부(800)의 데이터를 출력하는 디스플레이부(850)를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 디스플레이부(850)는 컴퓨터 또는 화면의 출력이 가능한 장치 등 다양한 실시예가 가능하므로 한정하지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정방법을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정방법을 나타낸 또 다른 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 이용한 축방향 베어링의 동특성 측정방법(S1000)은 회전체 회전단계(S100), 회전체 가진단계(S200), 축방향변위 측정단계(S300) 및 동특성 산출단계(S400)를 포함한다.
상기 회전체 회전단계(S100)는 축방향 베어링(310)의 동특성을 측정하기 위한 준비단계로서, 상기 모터고정자(400)를 구동시켜 상기 회전체(200)를 원주방향으로 선택되는 속도로 회전시키는 단계이다.
즉, 상기 회전체 회전단계(S100)는 상기 제어부(700)의 동작신호생성부(710)를 이용하여 동작신호를 송출하고, 전류가 인가된 모터고정자(400)에 대응되는 회전체(200) 내부에 구비되는 영구자석(210)에 의해 상기 회전체(200)를 선택되는 속도로 회전시키는 단계이다.
상기 회전체 가진단계(S200)는 상기 전자석가진부(500)에 전류를 인가하고, 전류가 인가된 전자석가진부(500)에 의한 흡입력을 이용하여 상기 회전체(200)를 가진시키는 단계이다.
상기 축방향변위 측정단계(S300)는 상기 회전체 가진단계(S200)에서 상기 전자석가진부(500)에 의해 가진된 회전체(200)의 축방향변위를 측정하는 단계로서, 상기에 기재된 축방향변위센서(610)를 포함하는 센서부(600)를 이용하여 축방향변위를 측정하는 단계이다.
상기에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정방법(S1000)은 측정하기 위한 다양한 속도로 회전체(200)를 회전시키면서, 선택되는 주파수의 흡인력을 이용하여 회전체(200)를 가진시키고, 상기 센서부(600)를 이용하여 선택되는 속도에서 가진된 회전체(200)의 변위를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 동특성 산출단계(S400)는 상기 축방향변위 측정단계(S300)에서 측정된 변위정보신호를 이용하여 상기 축방향 베어링(310)의 강성과 댐핑을 산출하는 단계이다.
이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 동특성 산출단계(S400)는 잡음제거단계(S410), 변위정보신호 증폭단계(S420), 변위정보신호 데이터화단계(S430) 및 동특성 계산단계(S440)를 포함한다.
상기 잡음제거단계(S410)는 상기 축방향변위 측정단계(S300)에서 측정된 변위정보신호를 상기 신호수신부(810)를 이용하여 수신 받고, 수신 받은 변위정보신호의 잡음을 제거하는 단계이며, 상기 변위정보신호 증폭단계(S420)는 상기 변위정보신호 잡음단계(S410)에서 잡음이 제거된 변위정보신호를 상기 신호증폭부(820)를 통해 증폭시키는 단계이다.
상기 변위정보신호 데이터화단계(S430)는 상기 변위정보신호 증폭단계(S420)에서 증폭된 변위정보신호를 상기 신호처리부(8320)를 이용하여 데이터 형태의 변위정보로 변환하는 단계이며, 상기 동특성 계산단계(S440)는 상기 변위정보신호 데이터화단계(430)에서 데이터화된 변위정보를 근사화하여 상기 축방향 베어링(S100)의 강성과 댐핑을 계산하여 산출하는 단계이다.
이 때, 상기 동특성 계산단계(S440)는 상기 데이터화된 변위정보를 근사화한 아래 [수학식 1]을 이용하여 댐핑계수와 고유진동수를 산출하는 댐핑계수 산출단계(S441)를 포함한다.
[수학식 1]
Figure 112015068429908-pat00006

아울러, 상기 동특성 계산단계(S440)는 상기 댐핑계수 산출단계(S441)에서 산출된 고유진동수를 이용한 아래 [수학식 2]를 이용하여 강성을 산출하는 강성 산출단계(S442)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112015068429908-pat00007

또한, 상기 동특성 계산단계(S440)는 상기 강성 산출단계(S442)에서 산출된 강성을 이용한 아래 [수학식 3]을 이용하여 임계댐핑을 계산하는 임계댐핑 산출단계(S443)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112015068429908-pat00008

또한, 상기 동특성 계산단계(S440)는 상기 임계댐핑 산출단계(S443)에서 산출된 임계댐핑을 이용한 아래 [수학식 4]를 이용하여 댐핑을 산출하는 댐핑 산출단계(S444)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 4]
Figure 112015068429908-pat00009

도 7은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법을 이용하여 측정된 회전속도에 따른 변위정보데이터 및 근사화된 2차함수를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법을 이용하여 산출된 회전속도에 따른 축방향 베어링(310)의 강성과 댐핑 변화를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 축방향 베어링의 동특성 측정장치 및 측정방법은 전자석가진부(500)를 이용하여 선택되는 주파수 영역으로 회전체(200)를 가진시키고, 선택되는 속도로 회전하되 전자석가진부(500)에 의해 가진된 회전체(200)의 변위를 측정한다.
상기에서 측정된 회전체(200)의 회전속도에 따른 변위정보신호는 도 7에 도시된 바와 같이, 근사화하여 2차함수를 형성하고, 이를 이용하여 도 8에 도시된 바와 같이, 축방향 베어링(310)의 강성과 댐핑을 산출함으로써, 축방향 베어링(310)의 강성과 댐핑을 포함하는 동특성을 회전체(200)의 회전수에 따라 측정할 수 있다.
1000 : 축방향 베어링의 동특성 측정장치
100 : 몸체
200 : 회전체 210 : 영구자석
220 : 축방향가진면 230 : 쓰러스트면
300 : 베어링
310 : 축방향 베어링 320 : 반경방향 베어링
400 : 모터고정자
500 : 전자석가진부
510 : 전자석코어 520 : 코일
600 : 센서부
610 : 축방향변위센서 620 : 반경방향변위센서
700 : 제어부
710 : 동작신호생성부 720 : 가진신호생성부
730 : 전류드라이버
800 : 분석부
810 : 신호수신부 820 : 신호증폭부
830 : 신호처리부 840 : 연산부
850 : 디스플레이부
S1000 : 축방향 베어링의 동특성 측정방법
S100 : 회전체 회전단계
S200 : 회전체 가진단계
S300 : 축방향변위 측정단계
S400 : 동특성 산출단계
S410 : 잡음제거단계 S420 : 변위정보신호 증폭단계
S430 : 변위정보신호 데이터화단계
S440 : 동특성 계산단계
S441 : 댐핑계수 산출단계 S442 : 강성 산출단계
S443 : 임계댐핑 산출단계 S444 : 댐핑 산출단계

Claims (16)

  1. 몸체;
    상기 몸체 내에 구비되며, 축을 중심으로 원주방향으로 회전 가능하게 형성되는 회전체;
    상기 회전체 일단에 형성되어 상기 회전체를 반경방향으로 지지하는 반경방향 베어링;
    상기 회전체 타단에 형성되어 상기 회전체를 축방향으로 지지하며, 동특성을 측정하기 위한 대상인 축방향 베어링;
    상기 회전체 타단과 축방향으로 이격되어 대향되도록 형성되며, 상기 회전체를 축방향으로 가진시키는 전자석가진부; 및
    상기 회전체의 축방향 변위를 측정하는 축방향변위센서를 포함하는 센서부;를 포함하되,
    상기 전자석가진부는
    적어도 하나 이상 형성되는 전자석코어와, 상기 전자석코어를 감싸는 코일로 구성되며,
    상기 회전체는
    타단에 상기 전자석가진부와 근접하여 형성되되, 상기 전자석가진부에 의해 자로(flux path)를 형성하도록 상기 전자석가진부와 대향되는 반경을 가지는 원판형상의 축방향가진면과,
    상기 축방향 베어링에 지지되기 위한 반경을 가지되, 상기 축방향가진면으로부터 상기 회전체 일단방향으로 이격되어 형성되는 쓰러스트면을 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전자석가진부는
    상기 전자석코어에 정현파 전류를 인가시켜 상기 회전체로 정현파의 흡인력을 이용하여 가진하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전자석가진부는
    상기 전자석코어에 임펄스 전류를 인가시켜 상기 회전체로 임펄스의 흡인력을 이용하여 가진하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 회전체 일단에 형성되는 축방향변위센서와,
    상기 회전체와 수직하게 형성되어 상기 회전체의 반경방향 변위를 측정하는 반경방향변위센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 축방향 베어링의 동특성 측정장치는
    상기 회전체 일측 외주면에 형성되며, 상기 회전체 내부에 구비되는 영구자석과 대응하여 상기 회전체를 회전시키는 모터고정자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 축방향베어링 동특성 측정장치는
    상기 모터고정자와 전자석가진부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 센서부로부터 정보를 입력받아 상기 축방향베어링의 동특성을 산출하는 분석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향베어링 동특성 측정장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 모터고정자에 동작신호를 송출하는 동작신호생성부와,
    상기 전자석가진부의 동작신호를 송출하는 가진신호생성부 및
    상기 가진신호생성부로부터 송출되는 동작신호를 통해 상기 전자석가진부로 전류를 공급하는 전류드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향베어링 동특성 측정장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 센서부로부터 측정된 변위정보신호를 수신받는 신호수신부와,
    상기 신호수신부의 변위정보신호를 데이터로 변환하는 신호처리부와,
    상기 신호처리부로부터 획득된 데이터를 이용하여 상기 축방향베어링의 강성과 댐핑을 산출하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향베어링 동특성 측정장치.
  11. 제 1항, 제 4항 내지 제 10항 중 선택되는 어느 한 항에 기재된 축방향 베어링의 동특성 측정장치를 이용한 축방향 베어링의 동특성 측정방법에 있어서,
    상기 모터고정자를 이용하여 상기 회전체를 회전시키는 회전체 회전단계;
    상기 전자석가진부에 전류를 공급하고, 상기 전자석가진부에 의한 흡인력을 이용하여 상기 회전체를 가진시키는 회전체 가진단계;
    상기 회전체 가진단계에서에서 상기 전자석가진부에 의해 가진된 회전체의 축방향변위를 측정하는 축방향변위 측정단계; 및
    상기 축방향변위 측정단계에서 측정된 변위정보신호를 이용하여 상기 축방향베어링의 강성과 댐핑을 산출하는 동특성 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 동특성 산출단계는
    상기 축방향변위 측정단계에서 측정된 변위정보신호의 잡음을 제거하는 변위정보신호 잡음제거단계와,
    상기 변위정보신호 잡음제거단계에서 잡음이 제거된 변위정보신호를 증폭하는 변위정보신호 증폭단계와,
    상기 변위정보신호 증폭단계에서 증폭된 변위정보신호를 데이터 형태의 변위정보로 변환하는 변위정보신호 데이터화단계 및
    상기 변위정보신호 데이터화단계에서 데이터화된 변위정보를 근사화하여 상기 축방향 베어링의 강성과 댐핑을 산출하는 동특성 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 동특성 계산단계는
    데이터화된 변위정보를 근사화한 아래 [수학식 1]을 이용하여 댐핑계수와 고유진동수를 산출하는 댐핑계수 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정방법.
    [수학식 1]
    Figure 112015068429908-pat00010

  14. 제 13항에 있어서,
    상기 동특성 계산단계는
    상기 댐핑계수 산출단계에서 산출된 고유진동수를 이용한 아래 [수학식 2]를 이용하여 강성을 산출하는 강성 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정방법.
    [수학식 2]
    Figure 112015068429908-pat00011

  15. 제 14항에 있어서,
    상기 동특성 계산단계는
    상기 강성 산출단계에서 산출된 강성을 이용한 아래 [수학식 3]을 이용하여 임계댐핑을 산출하는 임계댐핑 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정방법.
    [수학식 3]
    Figure 112015068429908-pat00012

  16. 제 15항에 있어서,
    상기 동특성 계산단계는
    상기 임계댐핑 산출단계에서 산출된 임계댐핑을 이용한 아래 [수학식 4]를 이용하여 댐핑을 산출하는 댐핑 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 베어링의 동특성 측정방법.
    [수학식 4]
    Figure 112015068429908-pat00013
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