KR20010062764A - 자기 베어링 장치 - Google Patents

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KR20010062764A
KR20010062764A KR1020000082720A KR20000082720A KR20010062764A KR 20010062764 A KR20010062764 A KR 20010062764A KR 1020000082720 A KR1020000082720 A KR 1020000082720A KR 20000082720 A KR20000082720 A KR 20000082720A KR 20010062764 A KR20010062764 A KR 20010062764A
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시노자키히로유키
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마에다 시게루
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Abstract

비자성 물질로 만들어 진 캔이 회전자의 표면을 커버링하기 위하여 회전자 및 고정자사이에 배치되고, 회전자가 고정자측 부재상에 제공된 전자석의 자력에 의해 부상되는 방식으로 지지되는 형태의 자기 베어링 장치로서, 전자석의 요크가 상기 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 자기 부재가 전자석의 요크와 마주보는 캔부분에 매설되어, 요크가 직접 또는 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 타겟과 마주보게 된다. 따라서, 요크 및 타겟사이의 자기 갭이 상당히 감소하여, 자기 저항이 감소된다. 따라서, 전자석의 크기를 줄일 수 있다.

Description

자기 베어링 장치{MAGNETIC BEARING APPARATUS}
본 발명은 비자성물질로 만들어진 캔이 회전자 및 고정자사이에 배치되고, 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석의 자력에 의해 부상하는 방식으로 지지되는 자기 베어링 장치에 관한 것이다.
예를 들어 부식성 기체 분위기 등의 특수한 분위기하에서 사용되는 자기 베어링 장치에 있어서 회전자 및 고정자사이에 비자성물질로 만들어진 캔이 배치되어, 고정자측부재상에 제공되는 자기 베어링의 전자석, 회전자의 회전과 변위를 검출하는 센서 및 회전자에 회전자기력을 부여하는 모터 고정자를 부식성 기체로부터 보호한다.
다양한 처리 기체를 취급하는 처리 시스템에 있어서, 상술된 회전자 및 고정자사이에 캔을 제공함으로써 고정자의 내부 표면이 밀봉되어, 처리기체가 고정자측 요소에서 방출된 입자, 유기 개스등으로 오염되는 것이 방지된다.
그러나, 회전자 및 고정자사이에 비자성 캔을 제공하는 것은 몇가지 문제점을 내포한다. 즉, 회전자 및 고정자사이의 자기 갭이 대응하여 증가한다. 그 결과, 자기저항이 증가하며, 회전자를 부상시키는 제어자기력은 바람직하지 않게 감소한다. 또한, 큰 제어자기력을 얻기 위하여, 전자석 코일의 암페어턴수, 즉 전자석의 기자력을 증가시킬 필요가 있다. 이로 인해 전자석의 크기가 증가될 수 있다.
인덕턴스형 센서가 변위 센서 또는 회전 센서로 사용되는 경우에 있어서, 센서 요크 및 회전자 타겟사이에 비자성 캔을 제공하는 것은 센서 요크 및 회전자 타겟사이의 자기 갭을 캔의 벽두께에 해당하는 양만큼 증가시킨다. 그 결과, 자기 저항이 증가되며, 바람직하지 않게 센서 감도는 떨어진다. 센서 감도를 향상시키기 위하여, 검출코일의 암페어턴수를 증가시킬 필요가 있다. 이로 인해 바람직하지 않게 센서의 크기가 증가될 수 있다.
또한, 회전자 및 회전자에 회전력을 적용하기 위한 모터 고정자사이에 비자성 캔을 제공하는 것은 고정자 및 회전자사이의 자기 갭을 캔의 벽두께에 해당하는 양만큼 증가시킨다. 그 결과, 자기 회전력이 떨어진다. 자기 회전력을 증가시키기 위하여, 고정자 코일의 암페어턴수를 증가시킬 필요가 있다. 이것은 모터의 크기를 증가시킨다. 또한, 모터의 효율도 떨어진다.
상술된 상황을 고려하여, 본 발명의 목적은 비자성 물질로 만들어진 캔이 고정자 및 회전자사이에 배치되더라도 센서 감도의 저하, 부상을 위한 제어 자기력의 저하 또는 모터 고정자의 자기 회전력의 저하가 없고, 자기 베어링에 제공되는 센서와 전자석 및 모터의 소형화를 가능하게 하는 자기 베어링 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 자기 베어링 장치의 레디얼 자기 베어링부의 배치를 나타낸 도면으로서, 부분(a)은 측단면도, 부분(b)은 부분(a)의 화살표 A-A 방향으로 본 단면도, 부분(c)는 부분(a)의 화살표 B-B 방향으로 본 도면.
도 2는 분해된 상태에서의 레디얼 자기 베어링을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 레디얼 자기 베어링부의 다른 예시를 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 회전 센서부의 배치를 나타낸 도면으로서, 부분(a)은 측단면도, 부분(b)은 회전 타겟의 부분을 나타낸 부분 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 모터부의 배치를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 축방향 자기 베어링부의 배치를 나타낸 도면으로서, 부분(a)은 측단면도, 부분(b)은 축방향 자기 베어링부의 부분의 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 축방향 자기 베어링부의 전자석을 나타낸 분해 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치를 채용한 회전기기의 구조예를 나타낸 도면.
본 발명의 제 1 형태에 따르면, 본 발명은 고정자의 표면을 커버링하기 위하여 비자성물질로 만들어진 캔이 회전자 및 고정자사이에 배치되고 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석에 의해 생성되는 자기력에 의해 부상되는 방식으로 지지되는 자기 베어링 장치에 적용된다. 또한, 전자석의 요크가 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나 전자석의 요크와 마주하는 캔 부분에 자기 부재가 매설되어, 요크가 직접 또는 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 회전자상의 자기 부상을 위한 타겟에 면한다.
상기 배치에 의하면, 전자석의 요크가 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나 또는 자기 부재가 상술된 바와 같이 전자석의 요크와 마주하는 캔의 부분에 매설되기 때문에, 요크 및 회전자측 타겟사이의 자기 갭이 상당히 감소하여, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 전자석의 크기를 줄이는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 2 형태에 따르면, 본 발명은 고정자의 표면을 커버링하도록 비자성물질로 만들어진 캔이 회전자 및 고정자사이에 배치되고, 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석에 의해 생성되는 자기력에 의해 부상되는 방식으로 지지되며, 또한, 고정자측 부재상에 제공되는 변위 센서로 회전자의 변위가 검출되는 자기 베어링 장치에 적용된다. 또한, 변위센서의 적어도 하나의 요크는 캔을 관통하여 연장되도록 배치되고, 또는 자기 부재가 변위 센서의 요크와 마주하는 캔의 부분에 매설되어, 요크가 직접 또는 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 회전자상의 변위를 검출하기 위한 타겟에 면한다.
상술된 배치에 의하면, 변위 센서의 요크가 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나 또는 상술된 바와 같이 변위 센서의 요크와 마주하는 캔의 부분에 자기 부재가 매설되기 때문에, 요크 및 회전자측 타겟사이의 자기 갭이 대응하여 감소하여, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 변위센서의 크기를 줄이는 것이 가능해 진다. 또한, 검출 감도를 향상시키는 것이 가능해 진다.
본 발명에 따른 제 3 형태에 따르면, 본 발명은 고정자의 표면을 커버링하도록 비자성물질로 만들어진 캔이 회전자 및 고정자사이에 배치되고 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석에 의해 생성되는 자기력에 의해 부상되는 방식으로 지지되며, 또한, 고정자측 부재상에 제공되는 회전 센서로 회전자의 회전이 검출되는 자기 베어링 장치에 적용된다. 또한, 회전센서의 적어도 하나의 요크는 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 회전 센서의 요크와 마주하는 캔의 부분에 자기 부재가 매설되어, 요크가 직접 또는 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 회전자상의 회전을 검출하기 위한 타겟에 면한다.
이러한 배치에 의하면, 회전 센서의 요크가 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나 또는 자기 부재가 상술된 바와 같이 회전 센서의 요크와 마주하는 캔의 부분에 매설되기 때문에, 요크 및 회전자측 타겟사이의 자기 갭이 대응하여 감소하여, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 회전센서의 크기를 줄이는 것이 가능해 진다. 또한, 검출 감도를 향상시키는 것이 가능해 진다.
본 발명의 제 4 형태에 따르면, 본 발명은 고정자의 표면을 커버링하도록 비자성물질로 만들어진 캔이 회전자 및 고정자사이에 배치되고, 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석에 의해 생성되는 자기력에 의해 부상되는 방식으로 지지되며, 또한, 고정자측 부재상에 제공되는 모터 고정자로부터의 자력에 의해 회전자가 회전되는 자기 베어링 장치에 적용된다. 또한, 모터 고정자의 적어도 하나의 요크가 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 자기 부재가 모터 고정자의 요크와 마주하는 캔의 부분에 매설되어, 요크가 직접 또는 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 모터 회전자에 면한다.
이러한 배치에 있어서, 모터 고정자의 요크가 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나 또는 자기 부재가 상술된 바와 같이 모터 고정자의 요크와 마주하는 캔의 부분에 매설되기 때문에, 요크 및 모터 회전자사이의 자기 갭이 대응하여 감소하여, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 모터의 크기를 줄이는 것이 가능해 진다. 또한, 모터의 효율을 향상시키는 것이 가능해 진다.
본 발명의 실시예가 첨부도면을 참조로 하여 아래에 자세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 자기 베어링 장치의 레디얼 자기 베어링부의 배치를 나타낸 도면으로서, 이 때 부분(a)은 측단면도이고, 부분(b)은 부분(a)의 화살표 A-A 방향으로 본 단면도이며, 부분(c)는 부분(a)의 화살표 B-B 방향으로 본 도면이다. 자기 베어링을 구성하는 전자석(10)은 U 자형상 요크(11)를 가진다. 코일(12)은 요크(11)상에 감긴다. 인덕턴스형 레디얼 변위 센서(14)는 U 자형상 요크(15)를 가지며 검출 코일(16)은 요크(15)상에 감긴다.
전자석(10) 및 레디얼 변위 센서(14)는 회전자(19)와 마주보도록 고정자측 부재(고정자 프레임 STF)에 고정된다. 캔(13)은 전자석(10) 및 레디얼 변위 센서(14)을 구비한 고정자와 회전자(19)사이에 배치된다. 캔(13)은 고정자측 부재에 고정된다. 캔(13)은 비자성 재료로 만들어진다. 자기 부재(17)는 전자석(10) 요크(11)의 단부가 위치되는 캔(13)의 부분에 매설된다. 자기 부재(17)는 요크(11)와같은 물질로 만들어지거나 또는 동일한 특성을 갖는다. 유사하게는, 자기 부재(18)는 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)의 단부가 위치되는 캔(13)의 부분에 매설된다. 자기 부재(18)는 요크(15)와 같은 물질로 만들어지거나 또는 동일한 특성을 갖는다. 자기 부재(17, 18)가 매설되는 캔(13)의 부분에는 용접등에 의해 형성되어 마무리 가공된 연결 밀봉부(22, 23)가 각각 제공된다.
자성 물질로 만들어진 전자석 타겟(20)은 전자석(10)의 요크(11)가 자기 부재(17)를 가로질러 마주보는 회전자(19)부분에 고정된다. 따라서, 도 1의 부분(b)에 도시된 바와 같이, 전자석(10)으로부터 생성된 자속(Φ)은, 요크(11)에서 자기 부재(17), 전자석 타겟(20), 및 자기 부재(17)를 통과하여 요크(11)로 이어지는 자기 경로를 통과하여, 회전자(19)에 자기 부상력을 적용한다. 따라서, 전자석(10)의 요크(11)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 갖는 자기 부재(17)가 요크(11)의 단부가 위치되는 캔(13)의 부분에 매설되기 때문에, 비록 비자성물질로 만들어진 캔(13)이 고정자 및 회전자사이에 제공되더라도, 자기 경로의 자기 저항의 증가 및 전자석(10)의 자기 부상력의 감소를 유발하지 않는다. 따라서, 전자석(10)의 사이즈면에서의 감소가 가능해진다.
자성물질로 만들어진 센서 타겟(21)은 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)가 자기 부재(18)을 가로질러 마주보는 회전자(19)부분에 고정된다. 따라서, 요크(15)에서 자기 부재(18), 센서 타겟(21) 및 자기 부재(18)를 통과하여, 요크(15)로 이어지는 자기 경로가 형성된다. 회전자(19)의 변위는 자기 부재(18) 및 센서 타겟(21)사이의 갭의 변화를 유발한다. 이는 자기 경로의 자기 저항의 변화를 일으켜, 검출 코일(16)의 인턱턴스가 변한다.
레디얼 변위 센서(14)는 검출 코일(16)의 인턱턴스의 변화로부터 회전자(19)의 변위를 검출한다. 따라서, 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 갖는 자기 부재(18)가 요크(15)의 단부가 위치되는 캔(13)부분에 매설되기 때문에, 비록 비자성 물질로 만들어진 캔(13)이 고정자 및 회전자사이에 제공되더라도, 자기 경로의 자기 저항의 증가 및 레디얼 변위 센서(14)의 감도의 저하를 일으키지 않는다. 따라서, 검출 코일(16)의 사이즈를 증가시킬 필요가 없어, 레디얼 변위 센서(14)의 사이즈를 줄일 수 있다.
상술된 실시예에 있어서, 캔(13)내에 매설되는 자기 부재(17 및 18)가 요크(11 및 15)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 가지더라도, 요크(11 및 15)의 재료가 부식성 환경에 내성이 없다면, 상기 부식성 환경에 내성이 있는 자성 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 도 1의 부분(b)에서 고정자 프레임 STF, 캔(13), 회전자(19) 등의 각 단면이 도면을 위하여 직선으로 나타나 있는 것을 알 수 있다. 실제로, 그 단면들은 아크형이다.
도 2는 분해된 상태에 있는 상술된 레디얼 자기 베어링을 나타낸다. 회전자(19)는 원주형 또는 원형 실린더형상이다. 자성 물질로 만들어진 전자석 타겟(20) 및 센서 타겟(21)은 전자석(10) 및 레디얼 변위 센서(14)가 위치되는 회전자(19)의 각각의 부분에 고정된다. 비자성 물질로 만들어진 캔(13)은 원형 실린더형상이다. 자기 부재(17 및 18)는 전자석(10) 및 레디얼 변위 센서(14)가 위치되는 캔(13)의 각각의 부분에 매설된다. 고정자(24)는 수지물질 등을 채움으로써 실린더고정자 프레임 STF 의 내주벽에 끼워 맞추어진 전자석(10) 및 레디얼 변위 센서(14)를 구비한다. 고정자(24)는 캔(13)을 수용하기 위해 그 중심에 형성된 스루홀(25)을 구비한다. 캔(13)의 외경 및 스루홀(25)의 내경은 서로 거의 같다. 냉각 상태에서의 캔(13)이 스루홀내로 삽입됨으로써 스루홀내에 캔(13)을 고정한다.
캔(13), 상기 캔(13)내에 매설되는 자기 부재(17 및 18), 회전자(19), 상기 회전자(19)에 고정되는 전자석 타겟(20) 및 센서 타겟(21)의 각각에 대해 높은 내식성을 가진 물질을 채용함으로써 높은 내부식성 및 뛰어난 조립능력을 보이는 자기 베어링이 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, PB, PC, 자성 스테인레스 스틸 또는 Fe-Si 물질이 전자석 타겟(20) 및 센서 타겟(21)용 물질로 채택된다. 캔(13)은 SUS316L 또는 SUS304로 형성된다. 실리콘 스틸 시트의 적층은 전자석(10)의 요크(11) 및 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)로 사용된다.
상술된 실시예에 있어서, 자기 부재(17 및 18)는 캔(13)에 매설되어 전자석(10)의 요크(11) 및 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)가 각각 자기 부재(17 및 18)를 통하여 회전자(19)상의 전자석 타겟(20) 및 센서 타겟(21)과 비접촉방식으로 마주보게 된다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 전자석(10)의 요크(11) 및 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)가 캔(13)을 관통하여 연장되도록 배치되어 회전자(19)상의 전자석 타겟(20) 및 센서 타겟(21)과 비접촉방식으로 직접 마주보는 배치로 될 수 있다. 상기 배치는 상술된 배치의 자기 작용에 관하여 상술된 것과 동일한 장점을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 회전 센서부의 배치를 나타낸다.도 4에 있어서, 부분(a)은 회전 센서부의 측단면도, 부분(b)은 회전 타겟의 부분을 나타낸 부분 평면도이다. 회전 센서(30)는 U 자형상 요크(31)이다. 검출코일(32)은 요크(31)상에 감긴다. 캔(34)은 비자성 물질로 만들어진다. 요크(31)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 갖는 자기 부재(33)는 요크(31)의 말단부와 마주보는 각 지점에서 캔(34)에 매설된다. 즉, 요크(31)는 자기 부재(33)를 통하여 회전 타겟(35)과 마주본다. 회전 타겟(35)은 디스크등의 형상을 가진 자성 물질로 만들어지며 회전자(19)에 고정된다. 회전타겟(35)은 소정의 공간에 그 외주부에 형성되는 레디얼 슬릿(35a)을 구비한다.
상술된 바와 같이 배치된 회전 센서(30)에 있어서, 요크(31)가 자기 부재(33)를 통하여 슬릿(35a)이 아니라 회전 타겟(35)부와 마주볼 때, 작은 자기 저항을 가진 자기 경로가 요크(31)에서 자기 부재(33), 회전 타겟(35) 및 자기 부재(33)를 통과하여 요크(31)로 이어지도록 형성된다. 요크(31)가 자기 부재(33)를 통하여 슬릿(35a)과 마주볼 때, 슬릿(35a)영역내의 자기 저항은 크기때문에 자기 경로의 자기 저항을 변화시킨다. 그 결과, 검출 코일(32)의 인덕턴스가 변한다. 단위 시간당 지나가는 슬릿(35a)수를 인덕턴스변화로부터 검출함으로써, 회전자(19)의 회전 속도가 검출된다.
따라서, 회전 센서(30)의 요크(31)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 갖는 자기 부재(33)는 요크(31)의 단부가 위치되는 캔(34)의 부분에 매설되기 때문에, 비록 비자성 물질로 만들어진 캔(34)이 고정자 및 회전자사이에 제공되더라도, 상술한 자기 경로의 자기 저항의 증가를 유발하지 않는다. 따라서, 회전 센서(30)의 크기를 줄일 수 있다. 상술된 실시예에 있어서는, 자기 부재(33)가 캔(34)에 매설되어 회전 센서(30)의 요크(31)가 회전자(19)의 회전 타겟(35)과 자기 부재(33)를 통하여 비접촉 방식으로 마주보고 있기는 하나, 요크(31)의 말단부가 캔(34)을 관통하여 연장되도록 배치되어 도 3에 도시된 배치에서처럼 비접촉 방식으로 회전 타겟(35)과 직접 마주보도록 하는 배치도 있을 수 있다. 상기 배치는 상술된 배치와 동일한 장점을 제공한다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 캔(34)에 매설되는 자기 부재(33)가 요크(31)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 가졌어나, 만약 요크(31)의 재료가 부식성 환경에 내성이 없다면, 부식성 환경에 내성이 있는 자기 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 모터부의 배치를 나타낸 단면도이다. 모터부(40)는 반지름방향으로 내부로 돌출된 4 개의 자극(42)을 구비하는 고정자 요크(41)를 포함한다. 고정자 권선(43)은 각각의 자극(42)에 감긴다. 비자성 물질로 만들어진 원통형 캔(13)은 고정자 요크(41)의 내주부에 끼워 맞추어진다. 고정자 요크(41)와 같은 물질로 만들어지거나 동일한 특성을 갖는 자기 부재(44)는 고정자 요크(41)의 자극(42)의 말단부가 위치되는 캔(13)부에 매설된다. 자기 부재(44)가 매설되는 캔(13)부에는 용접 등에 의해 각각 연결 밀봉부(45)가 각각 제공된다. 참조 번호(46)는 회전자(19)상에 제공되는 모터 회전자(모터 타겟)를 나타낸다.
상기 배치에 있어서, 고정자 요크(41)의 자극(42)은 상술된 바와 같이캔(13)에 매설되는 자기 부재(44)를 통하여 비접촉 방식으로 모터 회전자(46)와 마주보도록 배치되기 때문에, 비록 비자성 물질로 만들어진 캔(13)이 고정자 및 회전자사이에 제공되더라도, 고정자 요크(41) 및 모터 회전자(46)사이의 자기 갭의 증가를 유발하지 않아, 자기 저항의 증가를 일으키지 않는다. 따라서, 모터 고정자의 자기 회전력의 저하가 없으며, 모터의 크기를 줄일 수 있다.
상기 실시예에 있어서는, 자기 부재(44)가 캔(13)에 매설되어 고정자 요크(41)의 자극(42)이 비접촉 방식으로 자기 부재(44)를 모터 회전자(46)와 마주보게 되어 있어나, 자극(42)이 캔(13)을 가로질러 연장되도록 배치되어 도 3에 도시된 배치에서와 같이 비접촉 방식으로 모터 회전자(46)와 직접 마주보는 구성도 있을 수 있다. 상기 배치는 상술된 배치와 동일한 이점을 제공한다.
도 6은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 축방향 자기 베어링부의 배치를 나타낸다. 도 6에서, 부분(a)은 축방향 자기 베어링부의 측단면도이며, 부분(b)은 축방향 자기 베어링부의 일 부분의 확대도이다. 축방향 자기 베어링(AB)은 회전자(19)에 고정된 디스크형상 타겟(51)을 구비한다. 링형상 전자석(52 및 53)은 전자석(52 및 53) 및 타겟(51)의 양 측면(도면에서 그것의 상하부면)사이에 각각 제공되는 소정의 갭을 두고 타겟(51)을 가로질러 서로 마주보도록 고정자 프레임 STF에 고정된다. 상기 실시예에 있어서, 전자석(52 및 53)을 그들 사이에 개재된 스페이서(55)로 서로 고정함으로써 소정의 갭이 타겟(51) 및 각각의 전자석(52 및 53)사이에 제공된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전자석(52)은 자성 물질로 만들어진 두개의 요크부재(52-1 및 52-2)를 구비한다. 요크 부재(52-1 및 52-2)는 링형상 평면 구성 및 L 자형상 단면 구성을 구비한다. 링형상 코일(52-3)은 요크 부재(52-1 및 52-2) 사이에 개재된다. 요크 부재(52-1)는 링형상 비자성 부재(52-4)에 의해 두개의 동심원부로 분할된다. 도시되진 않았지만, 전자석(53)은 전자석(52)과 같은 방식으로 배치된다. 즉, 링형상 코일(53-3)은 링형상 평면 구성 및 L 자형상 단면 구성을 구비하는 두개의 요크 부재(53-1 및 53-2)사이에 개재된다. 요크 부재(53-1)는 서로 동심원 관계에 있는 내주부(53-1a) 및 외주부(53-1b)로 구성된다. 링형상 비자성 부재(캔)(53-4)는 내주부(53-1a) 및 외주부(53-1b)사이에 개재되어 내외주부(53-1a 및 53-1b)를 서로 자기적으로 분리시킨다.
상술한 바와 같이 배치된 축방향 자기 베어링에 있어서, 도 5의 부분(b)에 도시된 전자석(52)으로부터의 자속(Φ)은 요크 부재(52-1)에서 타겟(51)과 요크 부재(52-2), 요크 부재(52-1)로 이어지는 자기 경로를 지나서 통과함으로써, 타겟(51)에 제어 자기력을 적용한다. 전자석(53)으로부터의 자속은 타겟(51)에 제어 자기력을 적용하기 위하여 유사한 자기 경로를 지나서 통과한다. 그 결과, 타겟(51)이 고정되는 회전자(19)는 제어 자기력에 의해 축방향의 소정의 위치로 부상된다.
코일(52-3)이 요크 부재(52-1 및 52-2)사이에 개재되는 축방향 자기 베어링(AB)의 상기 배치는 축방향 자기 베어링(AB)을 분해수리할 때 코일(52-3)의 제거를 용이하게 한다. 조립시, 요크 부재(52-1)의 내외주부(52-1a 및 52-1b)는 요크 부재(52-2)에 나사식으로 조여지며, 링형상 비자성 부재(캔)(52-4)는내외주부(52-1a 및 52-1b)사이의 갭내로 삽입되어 용접에 의해 연결 밀봉부(56)를 형성함으로써 그것에 연결된다. 용접이 실시될 때 코일(52-3)은 요크 부재(52-1 및 52-2)로부터 떨어질 수 있기 때문에, 코일이 타는 것을 막을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치를 채용한 회전 기기의 구조예이다. 도 8에 있어서, 고정자 프레임 STF에 고정된 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2), 모터(M) 및 축방향 자기 베어링(AB)은 회전자(19)의 소정의 축방향 위치에 회전자(19)의 외주부둘레로 배치된다. 회전 블레이드(RF)는 회전자(19)의 단부에 고정된다. 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2)은 도 1에 도시된 바와 같이 배치된다. 즉, 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2)은 각각 전자석(10) 및 레디얼 변위 센서(14)를 구비하고 고정자 프레임 STF에 고정된다. 전자석 타겟(20)은 전자석(10)의 요크(11)와 마주보는 각각의 위치에서 회전자(19)의 외주부에 고정된다. 유사하게는, 센서 타겟(21)은 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)와 마주보는 각각의 위치에서 회전자(19)의 외주부에 고정된다.
모터(M)는 도 5에 도시된 바와 같이 배치된다. 즉, 모터(M)는 고정자 프레임(STF)에 고정된 고정자 요크(41)를 구비한다. 모터 회전자(46)는 고정자 요크(41)의 자극(42)이 마주보는 위치에 회전자(19)의 외주부에 고정된다.
축방향 자기 베어링(AB)은 도 5에 되시된 바와 같이 배치된다. 즉, 축방향 자기 베어링(AB)은 회전자(19)에 고정된 타겟(51)을 구비한다. 전자석(52 및 53)은 그들 사이에 타겟(51)이 개재되는 것과 같은 방식으로 고정자 프레임(STF)에 고정된다.
모터(M)와 상기 모터(M)의 양 측에 배치되는 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2)의 고정자측 표면을 커버링하도록 원통형 캔(13)이 제공된다. 캔(13)의 양단부는 회전자측 플레이트(61 및 62)에 고정된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 캔(13)은 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2)의 전자석(10)의 요크(11) 및 레디얼 변위 센서(14)의 요크(15)와 마주보는 각각의 위치에 내부로 매설되는 자기 부재(17 및 18)을 구비한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 캔(13)은 모터(M)의 자극(요크)(42)과 마주보는 각각의 위치에 내부로 매설되는 자기 부재(44)를 구비한다. 또한 도 8에서는 도면이 생략되었지만, 회전 기기에는 도 4에 도시된 바와 같이 배치된 회전 센서가 제공된다.
도 8에서 참조 번호(65)는 회전자(19)의 축방향 변위를 검출하기 위한 축방향 변위 센서를 나타낸다. 축방향 변위 센서(65)는 회전자(19)에 고정된 타겟(66)과 마주보도록 배치되는 맴돌이 전류형 센서이다. 축방향 변위 센서(65)는 부도체(예를 들어 SiO2)로 만들어진 케이싱(67)내에 수용된다. 참조 번호(63 및 64)는 터치 다운 베어링을 나타낸다.
도 8에 도시된 회전 기기 구조체에 의하면, 고정자부의 내부 표면이 캔(13)으로 커버링되어 캔 구조체를 형성하는 경우까지도 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2), 모터(M) 등은 크기면에서 감소될 수 있다. 따라서, 전체 회전 기기는 소형으로 이루어질 수 있다. 또한, 레디얼 자기 베어링(RB1 및 RB2) 및 모터(M)는 조립력이 뛰어나다. 축방향 자기 베어링(AB)은 또한 조립 및 분해가 용이하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 장점을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전자석의 요크는 캔을 가로질러 연장되도록 배치되거나 또는 자기 부재가 전자석위 요크와 마주보는 캔부분에 매설된다. 따라서, 전자석의 요크 및 회전 타겟사이의 전자기 부상을 위한 자기 갭은 대응하여 줄어들어, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 전자석의 크기가 줄어들 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 변위 센서의 요크는 캔을 가로질러 연장되도록 배치되거나 또는 자기 부재가 변위 센서의 요크와 마주보는 캔부분에 매설된다. 따라서, 변위 센서의 요크 및 회전자 타겟사이의 변위를 검출하기 위한 자기갭은 대응하여 줄어들어, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 변위 센서의 크기를 줄일 수 있게 된다. 또한, 검출 감도를 향상시키게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 회전 센서의 요크는 캔을 가로질러 연장되도록 배치되거나 또는 자기 부재가 회전 센서의 요크와 마주보는 캔부분에 매설된다. 따라서, 회전 센서의 요크 및 회전 타겟사이의 회전을 검출하기 위한 자기 갭은 대응하여 줄어들어, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 회전 센서의 크기를 줄일 수 있게 된다. 또한, 검출 감도를 향상시키게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터 고정자의 요크는 캔을 가로질러 연장되도록 배치되거나 또한 자기 부재가 모터 고정자의 요크와 마주보는 캔부분에 매설된다. 따라서, 모터 고정자의 요크 및 모터 회전자사이의 자기 갭은 대응하여 줄어들어, 자기 저항이 감소한다. 따라서, 모터의 크기를 줄일 수 있게 된다. 또한, 모터의효율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명이 반드시 상기 실시예로 제한되는 것이 아니라 다양한 방식으로 수정될 수 있는 것에 유의하여야 한다.

Claims (6)

  1. 비자성 물질로 만들어 진 캔이 회전자의 표면을 커버링하기 위하여 회전자 및 고정자사이에 배치되고, 상기 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석의 자력에 의해 부상되는 방식으로 지지되는 형태의 자기 베어링 장치로서,
    상기 전자석의 요크가 상기 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 자기 부재가 상기 전자석의 요크와 마주보는 상기 캔부분에 매설되어, 상기 요크가 직접 또는 상기 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 상기 회전자상의 자기 부상을 위한 타겟과 마주보도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  2. 비자성 물질로 만들어 진 캔이 고정자의 표면을 커버링하기 위하여 회전자 및 고정자 사이에 배치되고, 상기 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석의 자력에 의해 부상되는 방식으로 지지되며, 또한, 상기 회전자의 변위가 고정자측 부재상에 제공되는 변위 센서에 의해 검출되는 형태의 자기 베어링 장치로서,
    상기 변위 센서의 적어도 하나의 요크는 상기 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 또는 자기 부재가 상기 변위 센서의 요크와 마주보는 상기 캔부에 매설되어, 상기 요크가 직접 또는 상기 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 상기 회전자상의 변위를 검출하기 위한 타겟과 마주보도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  3. 비자성 물질로 만들어 진 캔이 고정자의 표면을 커버링하기 위하여 회전자 및 고정자 사이에 배치되고, 상기 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석의 자력에 의해 부상되는 방식으로 지지되며, 또한, 상기 회전자의 회전이 고정자측 부재상에 제공되는 회전 센서에 의해 검출되는 형태의 자기 베어링 장치로서,
    상기 회전 센서의 적어도 하나의 요크는 상기 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 또는 자기 부재가 상기 회전 센서의 요크와 마주보는 상기 캔부분에 매설되어, 상기 요크가 직접 또는 상기 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 상기 회전자상의 회전을 검출하기 위한 타겟과 마주보도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  4. 비자성 물질로 만들어 진 캔이 고정자의 표면을 커버링하기 위하여 회전자 및 고정자 사이에 배치되고, 상기 회전자가 고정자측 부재상에 제공되는 전자석의 자력에 의해 부상되는 방식으로 지지되며, 또한, 상기 회전자는 고정자측 부재상에 제공되는 모터 고정자로부터의 자력에 의해 회전되는 형태의 자기 베어링 장치로서,
    상기 모터 고정자의 적어도 하나의 요크가 상기 캔을 관통하여 연장되도록 배치되거나, 또는 자기 부재가 상기 모터 고정자의 요크와 마주보는 상기 캔부분에 매설되어, 상기 요크가 직접 또는 상기 자기 부재를 통하여 비접촉방식으로 상기 회전자와 마주보도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  5. 디스크형상 타겟이 회전자에 고정되며, 전자석들과 상기 타겟의 양측면사이에 각각 제공되는 소정의 갭을 가진채, 상기 타겟을 가로질러 서로 마주보도록 링형상 전자석이 고정자에 고정되며, 상기 회전자는 상기 전자석으로부터의 자력에 의해 자기 부상되는 방식으로 지지되는 형태의 자기 베어링 장치로서,
    상기 각각의 전자석은 자성 물질로 만들어진 두개의 요크 부재를 구비하며, 하나는 상기 타겟과 마주보며 다른 하나는 상기 타겟으로부터 떨어져 있고, 링형상 코일이 상기 두개의 요크 부재사이에 개재되며, 상기 타겟과 마주보는 상기 요크 부재는 링형상 비자성 물질에 의해 두개의 동심원부로 분할되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 적어도 두 항에서 청구된 내용을 조합한 특성을 포함하는 자기 베어링 장치.
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