KR101963565B1 - 자속 스위칭을 이용한 축방향 자기 베어링 - Google Patents

Abstract

자속 스위칭을 이용한 축방향 자기 베어링이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링은, 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라를 부상시켜 상기 로터의 축방향 진동을 제어하며, 상기 회전자 칼라에 삽입 고정되는 링 형상의 영구 자석, 상기 영구 자석과 일정거리 이격되어 구비되는 전자석 코일 및 상기 전자석 코일을 커버하는 고정자 코어를 포함한다. 따라서, 상기 축방향 자기 베어링은 자기 베어링의 자속을 일 방향으로만 형성되도록 자속 스위칭이 가능하며 기존 축방향 자기 베어링 대비하여 동일 체적 대비 약 2배의 추력 확보가 가능하다.

Description

자속 스위칭을 이용한 축방향 자기 베어링{THRUST MAGNETIC BEARING USING FLUX SWITCHING}

본 발명은 축방향 자기 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자속 스위칭을 이용한 축방향 자기 베어링에 관한 것이다.

종래의 일반 베어링들은 기계적인 구름 베어링을 사용하며, 이들은 로터와 베어링들 사이의 접촉에 의한 기계적 마찰이 발생하여 소음, 분진, 수명 등의 문제점을 가지고 있으며, 최근에는 기존의 기계적인 구름 베어링의 기계적 마찰 등에 의한 문제점을 해결하기 위하여 비접촉식의 자기 베어링에 관한 연구가 지속적으로 수행되고 있다.

자기 베어링은 서로 마주보는 두 개의 자극(pole) 면이 부상체를 서로 끌어당기면서 부상체의 위치변화에 따라 자기력을 가감하여 안정적으로 부상체를 지지하는 것이다.

종래의 축방향(thrust) 자기 베어링은 전자석 코일을 배치하고 전자석 코일에 공급하는 전류의 양을 조절하여 부상체를 지지하는 방식(특허문헌1의 배경기술, 전자석 방식)이 있으며, 이의 경우 편향 자기력을 미리 가하여야 하므로 부상체와 관계없이 일정한 바이어스(bias) 전류를 공급하여 전력이 낭비될 뿐만 아니라, 코일로만 전자기력을 발생시켜야 하므로 코일의 양이 늘어나게 되며 이에 따라 자기 베어링의 크기 역시 비례하여 증가하는 문제점이 있다.

이와 달리, 상기 문제를 해결하기 위한 축방향 자기 베어링으로 전자석 코일과 함께 영구 자석을 포함하는 방식(특허문헌1의 배경기술, 전자석 및 영구 자석 방식)의 경우, 전력 낭비 및 자기 베어링 크기 문제를 해결할 수 있으나, 영구 자석의 배치에 따라 영구 자석과 로터 및 회전자 칼라 사이의 인력이 발생하며, 이는 3축 부상이 요구되는 반경 방향 자기 베어링 및 축방향 자기 베어링을 포함하는 구조에서 반경 방향으로의 불필요한 힘의 발생하여 반경 방향 자기 베어링의 제어와 관련된 외란으로 작용하고 이에 따른 전력 낭비의 문제가 발생하며, 이러한 외란을 커버하기 위하여 보다 큰 사이즈의 반경 방향 자기 베어링을 요구하는 문제점이 있다.

또한, 특허문헌1에서와 같이 영구 자석의 배치를 축방향으로 하더라도 구조상 반경 방향으로 여전히 외란이 존재하며, 영구 자석의 개수가 늘어남에 따른 비용 및 가공의 어려움이 증가하게 되고, 영구 자석에 의한 자속이 분리되어 상부 내지 하부에 배치된 영구 자석 중 어느 하나만의 자속에 의한 인력만이 발생된다.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-1552350호

본 발명의 실시예들은 전자석 코일 및 영구 자석을 구비하는 축방향 자기 베어링에 있어서, 자기 베어링의 자속을 일 방향으로만 형성되도록 자속 스위칭이 가능한 축방향 자기 베어링을 설계하여 기존 축방향 자기 베어링과 동일 체적 대비 약 2배의 추력을 확보할 수 있는 축방향 자기 베어링을 제공하고자 한다.

또한, 축방향 자기 베어링에 대칭되어 구비되는 전자석 코일에 모두 동일한 전류가 공급되어 자속 스위칭이 되므로, 기존 축방향 자기 베어링에 구비되는 전자석 코일에 2개의 전류 드라이버가 필요하던 것을 하나의 전류 드라이버로 운용이 가능한 축방향 자기 베어링을 제공하고자 한다.

또한, 기존 축방향 자기 베어링의 영구 자석 배치에 따른 구조상 작용하는 반경 방향으로의 외란에 따라 반경방향 자기 베어링을 통하여 추가로 제어가 필요하였으나, 반경 방향 외란을 제거하여 독립적으로 축방향 진동을 제어할 수 있는 축방향 자기 베어링을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자속 스위칭을 이용한 축방향 자기 베어링은, 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라를 부상시켜 상기 로터의 축방향 진동을 제어하며, 상기 회전자 칼라에 삽입 고정되는 링 형상의 영구 자석, 상기 영구 자석과 일정거리 이격되어 구비되는 전자석 코일 및 상기 전자석 코일을 커버하는 고정자 코어를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영구 자석은 상기 로터의 회전축 방향으로 상기 회전자 칼라를 관통하여 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자석 코일은 상기 영구 자석의 상부 및 하부에 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자석 코일은 상기 영구 자석의 상부에 구비되는 상부 코일 및 상기 영구 자석의 하부에 구비되는 하부 코일을 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부 및 하부 코일과 연결되어 전류를 공급하는 전류 드라이버를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전류 드라이버는 상기 상부 및 하부 코일에 동일한 전류를 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전자 칼라의 일측에 구비되어 상기 로터의 축방향 진동에 따른 갭을 측정하는 갭 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 로터의 축방향 진동을 제어하기 위한 축방향 자기 베어링에 관한 것으로, 자기 베어링의 자속을 일 방향으로만 형성되도록 자속 스위칭이 가능한 전자석 코일 및 영구 자석을 구비하는 축방향 자기 베어링을 설계하여 기존 축방향 자기 베어링 대비하여 동일 체적 대비 약 2배의 추력 확보가 가능하다.

또한, 영구 자석이 회전자 칼라에 삽입 고정되어 반경 방향으로의 외란을 제거하여 축방향으로만 추력을 발생시켜, 반경 방향 자기 베어링 및 축방향 자기 베어링을 포함하는 구조에서 반경 방향 외란에 따라 반경 방향으로의 제어가 필요하던 것을 본 발명의 축방향 자기 베어링 구조로 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 전자석 코일에 전류가 인가되지 않은 상태에서의 영구 자석에 의한 축방향 자기 베어링의 자속 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 하부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 및 도 7은 상부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링은, 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터(1)의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터(1)에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라(2)를 부상시켜 상기 로터(1)의 축방향 진동을 제어한다.

도 1을 참조하면, 상기 축방향 자기 베어링은, 영구 자석(10), 전자석 코일(20) 및 고정자 코어(30)를 포함한다.

상기 축방향 자기 베어링은 회전축 및 상기 회전축을 포함하는 상기 회전자 칼라(2), 그리고 상기 회전축을 둘러싸는 링 형상의 영구 자석(10), 전자석 코일(20) 및 고정자 코어(30)를 통하여 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터(1)에 결합된 상기 회전자 칼라(2)를 자기 부상시켜 상기 로터(1)의 축방향 진동을 지지한다.

상기 영구 자석(10)은 상기 회전자 칼라(2)에 삽입 고정되는 링(ring) 형상으로 구비된다. 상기 영구 자석(10)은 반경 방향, 즉 상기 로터(1)의 회전축 방향과 수직 방향으로 착자되어, 반경 방향으로 편향 자기력을 가진다.

상기 영구 자석(10)을 포함하지 않는 전자석 방식의 축방향 자기 베어링의 경우에는 미리 편향 자기력을 회전자 칼라(2)에 주어야 하므로 편향 자기력을 위한 일정 전류을 공급하여야 하나, 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력을 통하여 이러한 전류의 공급의 필요가 없어 경제적이다.

예를 들어, 상기 영구 자석(10)은 상기 로터(1)의 회전축 방향으로 상기 회전자 칼라(2)를 관통하여 구비될 수 있다. 이와 달리, 상기 영구 자석(10)은 상기 회전자 칼라(2)의 상면 및 하면에 대응되는 위치에 분리된 2개의 영구 자석이 삽입 고정된 형태로 구비될 수 있으며, 이 경우 2개의 영구 자석의 착자 방향을 동일하게 맞추어 배치될 수 있다.

상기 전자석 코일(20)은 상기 영구 자석(10)과 일정거리 이격되어 구비된다.

상기 전자석 코일(20)은 상기 영구 자석(10)의 상부 및 하부에 구비된다.

상기 전자석 코일(20)은 상기 영구 자석(10)의 상부에 구비되는 상부 코일(21) 및 상기 영구 자석(10)의 하부에 구비되는 하부 코일(22)을 포함한다.

상기 상부 코일(21) 및 상기 하부 코일(22)은 복수개의 코일들이 감겨서 링 형태로 구비되며, 상부 및 하부 코일(21, 22) 모두 동일한 방향으로 코일들이 감겨져 있다. 따라서, 상부 및 하부 코일(21, 22)에 모두 동일한 전류가 인가되면 양 코일 모두 동일한 방향으로 추력이 발생한다.

상기 고정자 코어(30)는 상기 전자석 코일(20)을 커버한다.

상기 고정자 코어(30)는 상기 상부 코일(21)의 상부면 및 양 측면을 커버하는 상부 고정자 코어, 그리고 상기 하부 코일(22)의 하부면 및 양 측면을 커버하는 하부 고정자 코어를 포함한다.

상기 영구 자석(10)을 기준으로 하여 상부에 상기 상부 코일(21) 및 상기 상부 고정자 코어, 그리고 하부에 상기 하부 코일(22) 및 상기 하부 고정자 코어가 상기 로터(1)의 회전축과 수직 방향으로 대칭되어 구비될 수 있다.

상기 상부 및 하부 코일(21, 22)과 연결되어 전류를 공급하는 전류 드라이버(40)를 포함한다. 예를 들어, 상기 전류 드라이버(40)는 하나의 전류 드라이버로부터 상기 상부 및 하부 코일(21, 22)과 연결되어 동일한 전류를 공급할 수 있다. 상기 전류 드라이버(40)는 기타 제어부 등에 의하여 제공된 구동 전류 정보에 따라 상기 전자석 코일(20)에 전류를 공급한다.

상기 축방향 자기 베어링의 동작을 설명하면, 상기 전류 드라이버(40)로부터 상기 상부 및 하부 코일(21, 22)에 전류가 공급되면 상기 전자석 코일(20)에 자속이 발생하게 된다.

상기 회전자 칼라(2)는 부상체로서 상기 영구 자석(10)에 의한 자속과 상기 전자석 코일(20)에 의한 자속에 의하여 상기 상부 코일(21) 및 상기 상부 고정자 코어, 그리고 상기 하부 코일(22) 및 상기 하부 고정자 코어의 사이의 공간에 부상된다.

종래의 영구 자석 및 전자석 코일을 포함하는 축방향 자기 베어링의 경우, 영구 자석이 로터 및 회전자 칼라와 반경방향으로 일정거리 이격되어 배치되었으며, 이에 영구 자석이 반경방향으로의 구조물인 로터 및 회전자 칼라와의 사이에서 인력이 발생하여 반경방향으로 추가적인 힘이 발생하게 된다.

로터(10)의 반경 방향 및 축 방향 3축 부상이 요구되는 반경 방향 자기 베어링 및 축방향 자기 베어링을 포함하는 구조에서, 이러한 영구 자석의 배치에 따른 반경 방향으로의 불필요한 힘의 발생은 반경 방향 자기 베어링의 제어와 관련된 외란으로 작용하며, 반경 방향으로의 제어가 추가로 요구된다.

이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링의 상기 영구 자석(10)은 상기 회전자 칼라(2)에 삽입 고정되어 상기와 같은 반경 방향 외란의 발생을 차단할 수 있으므로, 독립적으로 축방향 진동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링은 상기 회전자 칼라(2)의 측부의 상하부에 구비되며, 이 경우, 상기 회전자 칼라(2)의 외측면 및 상기 고정자 코어(30)의 외측면은 상기 로터(1)의 축방향으로 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.

전자석 코일에 전류 공급에 따른 자속 방향 변화 및 자속 스위칭에 대하여는 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 후술하도록 한다.

본 발명의 축방향 자기 베어링은 상기 회전자 칼라(2)의 일측에 구비되어 상기 로터(1)의 축방향 진동에 따른 갭을 측정하는 갭 센서(50)를 포함한다.

상기 갭 센서(50)는 상기 로터(1)의 회전축과 동일한 방향으로 배치되어 축방향으로의 상기 로터(1)의 진동을 감지하며, 도시하지는 않았으나, 제어부를 통하여 상기 전류 드라이버(40)와 연결되어 상기 갭 센서(50)의 변위 정보를 기초로 상기 전류 드라이버(40)의 구동 전류를 계산하여 전달하며, 이에 따라 상기 로터(1)의 축방향 진동이 최소화 될 수 있다.

도 2는 종래의 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 전자석 코일에 전류가 인가되지 않은 상태에서의 영구 자석에 의한 축방향 자기 베어링의 자속 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 하부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다. 도 6 및 도 7은 상부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다.

도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자속 스위칭 및 축방향 자기 베어링의 자속 방향 변화에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2에서와 같이 종래 전자석 방식의 축방향 자기 베어링의 경우 상부 추력 및 하부 추력 발생을 위하여 서로 다른 전류를 공급하기 위하여 상부 전자석 코일 및 하부 전자석 코일에 각각 다른 전류 드라이버를 연결하여 각각 별도로 제어하여 왔으며, 전자석 및 영구 자석 방식의 축방향 자기 베어링의 경우 영구 자석 배치에 따른 반경 방향의 외란 발생으로 불필요한 전력의 낭비가 존재하였다.

본 발명의 축방향 자기 베어링은 영구 자석(10) 및 전자석 코일(20)을 포함하는 축방향 자기 베어링이며, 영구 자석(10)이 회전자 칼라(2)에 삽입 고정되어 있어 반경 방향 외란을 제외하여 본 발명의 축방향 자기 베어링만으로도 독립적으로 축방향 제어가 가능하다.

도 3을 참조하면, 상기 전자석 코일(20)에 전류를 공급하지 않은 상태에서의 영구 자석(10)에 착자된 편향 자기력, 즉 바이어스 자속(bias magnetic flux, BMF)을 화살표로 나타내었다.

예를 들어, 도 3의 영구 자석(10)은 원하는 방향으로 착자되어 착자된 방향에 따라 편향 자기력(BMF)을 가진다. 이의 경우, 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력에 의하여 유도되는 자석에 의한 기본 자속(MF)이 양 고정자 코어(30)에 형성된다.

예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나, 도 3의 영구 자석(10)은 로터(1)로부터 외측 방향으로 착자되어 편향 자기력을 가진다. 이와 달리, 도시하지는 않았으나, 영구 자석(10)이 위와 반대 방향으로 착자되어 반대 방향의 편향 자기력을 가질 수 있으며 이의 경우 아래 설명과는 반대로 진행되게 되며 이는 통상의 기술자의 수준에서 적절히 수정될 수 있을 것이다.

예를 들어, 영구 자석(10)은 로터(1)로부터 외측 방향으로 편향 자기력을 가지는 경우, 상부 고정자 코어의 경우 기본 자속(MF)이 상향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다. 또한, 하부 고정자 코어의 경우 기본 자속(MF)이 하향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다.

이에 따라, 하나의 전류 드라이버를 이용하여 상부 및 하부 코일(21, 22)에 동일한 전류를 공급하더라도 후술할 바와 같이 자속 스위칭을 이용하여 특정 방향으로만 추력을 발생시킬 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4의 전자석 코일(20)을 분리하여 바라본 사시도로서, 전류의 흐름 및 추력 발생 방향을 나타낸 것이다. 도 5의 전자석 코일(20)을 상부에서 내려다 보았을 때, 링 형태인 전자석 코일(20)의 시계 방향으로 전류가 인가된 상태에서의 축방향 자기 베어링의 전류 방향 및 추력 방향을 나타내었다.

상기 전자석 코일(20)은 복수개의 코일들이 감겨서 링 형태로 구비된다. 상기 전자석 코일(20)을 상부에서 내려다 보았을 때 링 형태에서 시계 방향으로 전류가 인가되면, 앙페르 오른나사 법칙에 따라 하부로 추력이 발생한다. 도 5에서 전자석 코일(20)의 우측에 코일을 따라 시계 방향으로 회전하도록 표시된 화살표는 인가되는 전류 방향을 의미하며, 하향 수직하게 표시된 화살표는 추력(F) 방향을 의미한다.

상기 전자석 코일(20)에 전류가 시계 반대 방향으로 공급되면 상기 전자석 코일(20) 내부의 자속(CF) 방향은 축방향 자기 베어링을 축방향으로 절단한 단면에서 하향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다.

상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF)이 로터(1)로부터 외측 방향으로 형성되어 있으므로, 전류 공급에 따른 상부 코일(21) 내부의 자속(CF) 방향은 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF) 방향과 서로 반대 방향으로서 상부 고정자 코어를 따라 형성된 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 상부 고정자 코어의 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)의 자화 방향을 따라 하부 고정자 코어의 자속(MF)에 흡수된다.

하부 코일(22) 내부의 자속(CF) 방향이 상기 영구 자석(10)에 의한 자속(BMF) 방향과 서로 동일한 방향이므로 상기 영구 자석(10)에 의하여 기본 자속(MF)이 모두 하부 고정자 코어에 형성된다. 즉, 상부 고정자 코어 및 하부 고정자 코어의 자속(MF)이 모두 하부 고정자 코어에 형성되며, 전자석 코일(20)에 인가되는 전류를 증가시킬수록 자속(MF)이 하부 고정자 코어에 집중이 되어 상부 또는 하부 고정자 코어의 자속(MF) 중 어느 하나를 이용할 때 보다 약 2배의 자속을 일측에 집중시킬 수 있어 종래의 축방향 자기 베어링 대비 동일 체적, 동일 전력 대비 약 2배의 추력을 발생시킬 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 전자석 코일(20)을 상부에서 내려다 보았을 때 링 형태에서 반시계 방향으로 전류가 인가되면, 앙페르 오른나사 법칙에 따라 상부로 추력이 발생한다.

도 7에서 전자석 코일(20)의 좌측에 코일을 따라 반시계 방향으로 회전하도록 표시된 화살표는 인가되는 전류 방향을 의미하며, 상향 수직하게 표시된 화살표는 추력(F) 방향을 의미한다.

상기 전자석 코일(20)에 전류가 시계 방향으로 공급되면 상기 전자석 코일(20) 내부의 자속(CF) 방향은 축방향 자기 베어링을 축방향으로 절단한 단면에서 상향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다.

상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF)이 로터(1)로부터 외측 방향으로 형성되어 있으므로, 전류 공급에 따른 하부 코일(22) 내부의 자속(CF) 방향은 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF) 방향과 서로 반대 방향으로서 하부 고정자 코어를 따라 형성된 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 하부 고정자 코어의 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)의 자화 방향을 따라 상부 고정자 코어의 자속(MF)에 흡수된다.

상부 코일(22) 내부의 자속(CF) 방향이 상기 영구 자석(10)에 의한 자속(BMF) 방향과 서로 동일한 방향이므로 상기 영구 자석(10)에 의하여 기본 자속(MF)이 모두 상부 고정자 코어에 형성된다. 즉, 상부 고정자 코어 및 하부 고정자 코어의 자속(MF)이 모두 상부 고정자 코어에 형성되며, 전자석 코일(20)에 인가되는 전류를 증가시킬수록 자속(MF)이 상부 고정자 코어에 집중이 되어 상부 또는 하부 고정자 코어의 자속(MF) 중 어느 하나를 이용할 때 보다 약 2배의 자속을 일측에 집중시킬 수 있어 종래의 축방향 자기 베어링 대비 동일 체적, 동일 전력 대비 약 2배의 추력을 발생시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 전자석 코일(20)에 전류의 공급 방향에 따라 상부 또는 하부 방향 중 어느 하나의 특정 방향으로만 추력을 발생시킬 수 있다. 즉, 영구 자석(10)에 의하여 발생되는 자속 및 상기 전자석 코일(20)에 전류를 공급함에 따라 발생하는 자속의 방향을 제어하여 자속 스위칭을 통하여, 축방향 자기 베어링의 상부 또는 하부 방향으로 용이하게 인력을 발생시킬 수 있다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1: 로터 2: 회전자 칼라
10: 영구 자석 20: 전자석 코일
30: 고정자 코어 40: 전류 드라이버
50: 갭 센서

Claims (6)

1. 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라를 부상시켜 상기 로터의 축방향 진동을 제어하는 축방향 자기 베어링에 있어서,
   상기 회전자 칼라에 삽입 고정되고, 반경 방향으로 착자된 바이어스 자속을 가지는 링 형상의 영구 자석;
   상기 영구 자석과 일정거리 이격되어 구비되며, 상기 영구 자석의 상부에 구비되는 상부 코일 및 상기 영구 자석의 하부에 구비되는 하부 코일을 포함하는 전자석 코일;
   상기 상부 전자석 코일을 커버하는 상부 고정자 코어 및 상기 하부 코일을 커버하는 하부 고정자 코어를 포함하는 고정자 코어; 및
   상기 상부 및 하부 코일과 연결되어 동일한 전류를 공급하는 하나의 전류 드라이버를 포함하며,
   전류 공급에 따른 내부의 자속 방향이 상기 영구 자석의 바이어스 자속 방향과 서로 동일한 방향인 상기 상부 코일 또는 하부 코일 중 어느 하나에만 자속을 집중시키고,
   상기 회전자 칼라의 외측면 및 상기 고정자 코어의 외측면은 상기 로터의 축방향으로 동일한 평면 상에 배치되고,
   상기 상부 코일 및 상기 하부 코일은 모두 동일한 방향으로 코일들이 감겨져 있어 상기 하나의 전류 드라이버로부터 상기 상부 및 하부 코일에 동일한 전류가 인가되면 양 코일 모두 동일한 방향으로 추력이 발생하는 축방향 자기 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 영구 자석은 상기 로터의 회전축 방향으로 상기 회전자 칼라를 관통하여 구비되는 것을 특징으로 하는 축방향 자기 베어링.
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전자 칼라의 일측에 구비되어 상기 로터의 축방향 진동에 따른 갭을 측정하는 갭 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 자기 베어링.
   
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