KR20030003676A - 자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법 - Google Patents

자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로터를 둘러싸는 고정자 코어의 투스 단부가 축방향으로 인접한 N극과 S극을 구성하는 호모 폴라형 자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법에 관한 것으로, 고정자 코어(10)는 인접하는 N극 및 S극이 각각 원주방향으로 연장되어 서로 접촉 또는 근접하는 장방편부(11)를 갖고, 절연재를 개입시켜 적층되고, 축측면으로부터 보았을 때 중심측이 개방된 U자형의 적층 강판으로 구성된다. 또한, 제 1 요크부와 제 2 요크부 사이에 삽입된 자성체인 기초부를 구비하며, 적어도 기초부가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이다. 이에 따라, 적층 강판의 탈락, 붕괴, 박리를 회피하고, 효율적으로 절삭 가공할 수 있으며, 더욱 적층이 곤란한 아몰퍼스재를 사용할 수 있고, 재료의 제품 비율이 우수하고, 정밀도가 높은 가공이 용이하며, 와전류의 발생의 적은 구조를 갖는다.

Description

자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법{STATOR CORE FOR A MAGNETIC BEARING AND THE METHOD OF MANUFACTURING IT}
본 발명은 로터를 접촉하지 않고 지지하는 자기 베어링 구조에 관한 것으로, 특히 호모 폴라형 자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법에 관한 것이다.
터보 압축기는 왕복 압축기 또는 스크류 압축기에 비해 대용량화 및 소형화에 적합하며, 무오일화가 용이하다. 따라서, 공장에서의 공기 공급원, 공기 분리의 원료 공기, 및 다양한 프로세스에서의 공기 공급원 등의 범용 압축기로서 사용되고 있다.
통상적으로, 터보 압축기에는 터보 압축기와 직접 연결되어 이를 구동하는 고속 모터의 고속 회전축을 지지하기 위해 가스 베어링, 슬라이딩 베어링 및 자기 베어링이 사용되었다. 특히, 고속 회전(예를 들면 10만/min 이상)하는 고속 회전축용의 래디얼 자기 베어링의 하나로서, 고속 모터의 고속 회전축을 형성하는 회전중인 로터(회전축)에 자속을 통과시킴으로써 그 전자 흡인력으로 부상시켜 비접촉으로 지지하는 호모 폴라형 자기 베어링이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 호모 폴라형 자기 베어링의 모식적 구성도이다. 이 도면에서, 호모 폴라형 자기 베어링(1)은 케이싱(2)의 축심과 축선방향으로 평행하게 배치되어 고속 회전 가능한 로터(3)와, 로터(3)의 외주면과의 사이에 간극을 갖고 케이싱(2)내에 설치된 U자형 고정자 코어(4), 및 고정자 코어(4)의 투스 단부를 둘러싸는 코일(5)을 포함한다.
또한, 고정자 코어(4)는 로터(3)의 외주부와의 사이에 간극을 갖고, 복수개(본 도면에서는 4개)가 원주방향으로 등간격으로 배치된다. 또한, 고정자 코어(4)는 도시되지 않았으나, 통상적으로 로터(3)의 축선방향으로 소정의 간격으로 적어도 2개소에 배치된다. 이에 따라, 안정된 상태로 고속 회전할 수 있다. 또한, 고정자 코어(4)는 얇은 강판사이에 접착제겸 절연재를 도포하고 차례차례 1매씩 접착하여 소정의 길이가 되도록 적층한 적층 강판이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이,적층 강판(4)의 접착방향(A)은 로터(3)의 축선방향(Z)에 대해서 수직하도록 배치된다.
전술한 바와 같이, 호모 폴라형 자기 베어링(1)은 로터(3)를 둘러싸는 고정자 코어(4)의 투스 단부가 축선방향으로 인접하여 코일(5)로서 전자석의 N극과 S극을 구성하므로, 대향 위치에 있는 투스 단부의 흡인력을 제어하여 로터(3)를 비접촉으로 부상시켜 지지할 수 있다. 따라서, 이 호모 폴라형의 자계는 도 1b의 점선 화살표로 표시한 바와 같이 로터(3)의 외주면에서 로터의 축선과 평행한 방향이 된다.
도 1c는 종래의 고정자 코어의 적층 강판의 적층 공정을 나타낸 모식도이다. 일반적으로 호모 폴라형 자기 베어링(1)의 고정자 코어(4)는 절연재를 도포한 도면에 도시된 것과 같은 형태의 얇은 강판(4a)을 펀칭 가공 등으로 제작하고, 이 펀칭 강판(4a)을 1매씩 차례차례 적층하여 최종적으로 적층상태의 고정자 코어(4)를 성형하였다.
그러나, 전술한 고정자 코어(4)(적층 강판)의 내면을 회전 절삭 가공으로 절삭하는 경우, 큰 회전 절삭 하중이 적층 상태인 강판(4a)의 이음매에 측면으로부터 작용하기 때문에, 적층 강판(4a)의 첨단부에 휨이 발생하고, 이 휨 하중에 의해 절연재가 회전방향으로 압착되는 문제점이 있었다. 이에 따라 강판끼리 접촉하여 고정자 유닛에서 와전류가 증가하게 되고, 로터(3)에 대한 부상력과 회전 특성 등이 열화되는 문제점이 있었다. 또한, 절삭날에 의해 적층면이 박리되는 문제가 있었다. 또한, 전술한 선반 가공 대신 수직 보링머신 등을 사용하여 적층 강판의 내주면을 절삭 가공해도 서로 이웃한 강판간에 단차가 발생하기 때문에, 원활한 절삭과 진원도를 확보하는 것이 어려운 문제점이 있었다.
한편, 본 발명의 발명자 등은 종래의 호모 폴라형 자기 베어링의 성능을 향상시키기 위해서, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 구성을 가진 호모 폴라형 자기 베어링 장치를 제안하였다(특원 2000-88402호, 미공개). 이 자기 베어링 장치는 인접한 N극끼리 및 S극끼리를 각각 원주방향으로 일체로 연결한 것, 또는, 서로 약간의 간격을 두고 인접한 것이다. 이러한 구성의 호모 폴라형 자기 베어링는 와전류의 발생을 큰폭으로 저감할 수 있어서, 로터의 발열 및 와전류 손실을 대폭 저감시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
그러나, 도 2 및 도 3에 도시된 호모 폴라형 자기 베어링의 고정자 코어(4)를 와전류 손실이 적은 적층 강판으로 도 1에 도시된 것처럼 구성하면, 원주방향의 장방편부(4b)로 적층 강판이 소편이 되어, 가공시의 탈락, 박리, 붕괴가 한층 심해지는 문제점이 있었다.
즉, 도 2 및 도 3에 도시된 구조의 호모 폴라형 자기 베어링에서는 고정자 코어(4)가 원주방향으로 연결되거나, 또는 근접하고 있기 때문에, 로터의 자속 분포가 균일하여 새로운 손실 저감이 가능하다. 그러나, 첨단부가 연결된 고정자 코어(4)를 종래의 적층 구조로 구성하면, 근처의 자극에 나온 첨단부의 적층 강판이 소편이고, 가공시에 적층이 붕괴될 우려가 있어, 탈락, 박리, 붕괴를 회피하여 가공하는 것이 매우 곤란했다.
또한, 종래의 아몰퍼스재는 전기 저항과 투자율이 매우 높다는 이점에도 불구하고 적층이 어려워 사용되지 목하고, 전자 강판의 선택사항이 제한되는 문제점이 있었다.
이하, 종래의 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링의 구조를 도 4 및 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 4a는 종래의 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링의 정면도이고, 도 4b는 그 측단면도이다. 도 5는 종래의 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링의 고정자 코어의 사시도이다.
호모 폴라형 래디얼 자기 베어링(1)은 케이싱(2), 복수의 전자 부재(13) 및 회전축(3)을 포함한다. 회전축(3)은 적어도 외면이 자성체로 형성되며, 외경(D1)을 가진 소정의 길이의 로터이다. 로터(3)는 케이싱(2)의 축심과 동축이며 축선방향으로 평행하게 배치되어 자유롭게 고속 회전하도록 지지된다. 복수의 전자 부재(13)는 로터(3)를 회전 자재하도록 지지하고, 로터(3)의 주위에 배치된다. 예를 들면, 4개의 전자 부재가 상호 연결되어 한 벌을 구성하고, 한 벌의 전자 부재(13)가 로터(3)를 2곳에서 각각 지지한다. 각 지지점에서, 4개의 전자 부재가 로터의 주위에 등간격으로 배치된다.
전자 부재(13)는 고정자 코어(80)와 코일(5)을 갖는다. 고정자 코어(80)는 도 5에 도시된 바와 같이 2개의 요크부(6)(8)와 기초부(7)를 포함한다. 요크부(6)(8)는 그 일단이 로터(3)의 외주면과의 사이에 소정의 간격을 이루며, 자극면(9)를 형성하는 기둥형 부분이다. 2개의 요크부(6)(8)가 축방향으로 소정의 간격으로 배열된다. 기초부(7)는 2개의 요크부(6)(8)의 타단측과 타단측 사이에 삽입되어 2개의 요크부(6)(8)를 연결하는 자성체이다. 고정자 코어(80)는 2개의요크부(6)(8)와 기초부(7)가 간격없이 일체로 연결된 두꺼운 U자형상의 유닛이며, 케이싱(2)의 내주면의 철부에 장착된다.
코일(5)은 전선의 다발이다. 전선이 요크부(6)(8)의 주위에 겹겹이 감겨진다. 코일(5)은 요크부(6)(8)의 단면과 동일 형상의 관통 공극을 가진 블록이다.
도 5를 참조하여, 고정자 코어(80)의 구조를 더 상세하게 설명한다. 고정자 코어(80)는 적층 강판이며, 복수의 자성 강판(81)과 절연재로 구성된다. 자성 강판(81)은 전술한 U자형상으로, 두께(T)를 가진 얇은 강판이다. 절연재는 비도전성의 재료이며, 복수의 자성 강판(81) 사이에 도포된다. 고정자 코어(80)이 전자 부재로서 조립되면, 그 적층 방향은 로터의 원주방향과 겹쳐진다. 도시된 고정자 코어(80)의 자성 강판(81)은 폭(W1)과 높이(H1)를 가진 직사각형상이며, 자극면(9)를 형성하는 측에 폭(W2)과 높이(H2)를 가진 슬롯이 구비된다. 고정자 코어(80)는 복수의 자성 강판(81)이 적층되어, 소정의 길이(L1)가 된다.
또한, 다른 형식의 전자 부재에서는, 고정자 코어(80)의 자극면(9) 부근의 주방향의 폭이 로터의 외면을 따라 연장되며, 근처 고정자 코어의 전자 부재의 자극면과 접촉한다.
또 다른 형식의 전자 부재에서는, 고정자 코어(80)의 자극면(9)의 부근의 주방향의 폭이 로터의 외면을 따라 연장되며, 근처 고정자 코어(80)의 전자 부재의 자극면과 일체가 된다.
전술한 자기 베어링용 고정자 코어를 제조하는 경우, 판두께(T)의 얇은 강판을 다이를 사용하여 천공하고, U자형 자성 강판을 제작한다.
그 후, 자기 베어링용 고정자 코어의 자극면(9)을 선반의 절삭 가공 등으로 원호상으로 가공할 필요가 있으며, 큰 회전 절삭 하중이 적층 강판의 이음매에 측면으로부터 작용하면, 전자강판의 첨단부에 휨이 발생하고, 이 휨에 의해 절연재가 회전 방향으로 붕괴되어, 서로 이웃한 전자강판이 접촉하게 되는 경우가 있었다. 이 경우, 전자강판에 큰 와전류가 생기는 문제가 있었다.
또한, 절삭중에 적층 강판의 적층이 박리되는 경우가 있었다.
또한, 선반의 절삭 가공 대신 보링 머신을 이용하면, 서로 이웃한 적층 강판의 사이에 단차가 생겨 원활한 진원을 확보하는 것이 어려운 문제가 있었다.
또한, 고정자 코어의 자극면의 주방향의 폭이 로터의 외면을 따라 연장되는 형식의 자기 베어링용 고정자 코어에서는, 연장된 부분의 적층 강판이 소편이 되므로, 가공시의 탈락, 박리, 붕괴가 더 심해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 제 1 목적은 원주방향으로 장방편부를 가지는 고정자 코어인 경우에도, 이를 적층 강판으로 구성할 수 있음가 아울러, 적층 강판의 탈락, 박리, 붕괴를 회피하여, 효율적으로 절삭 가공할 수 있어서 적층이 더 어려운 아몰퍼스재를 사용할 수가 있으므로 제작 가공비용을 저감 할 수 있는 한편 고정자부에 발생하는 와전류를 대폭 저감할 수 있는 자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 재료의 이용율이 양호하고, 정밀도 높은 가공이 용이하며, 또는 와전류의 발생의 적은 구조를 가진 자기 베어링용 고정자 코어를 제공하는 것이다.
상기 제 1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 로터를 둘러싸는 고정자 코어의 투스 단부가 축방향으로 인접한 N극과 S극을 구성하는 호모 폴라형 자기 베어링용 고정자 코어에 있어서, 고정자 코어(10)는 인접하는 N극 및 S극이 각각 원주방향으로 연장되어 서로 접촉 또는 근접한 장방편부(11)를 갖고, 절연재를 개입시켜 적층되고 축측면으로부터 보았을 때 중심측이 개방된 U자형의 적층 강판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어가 제공된다.
이러한 구성에 의하여, 와전류의 발생을 대폭 저감할 수 있기 때문에, 로터의 발열 및 와전류 손실을 대폭 저감할 수 있다. 또한, 고정자 코어(10)가 축측면으로부터 보았을 때 중심측이 개구된 U자형의 적층 강판이므로, 서로 접촉 또는 근접한 장방편부(11)도 코일부와 일체로 형성할 수 있다. 따라서, 돌출된 첨단부(장방편부)의 적층 강판도 코일부와 동일한 강판의 일부가 되기 때문에, 가공시 적층의 붕괴가 쉽게 발생하지 않고, 탈락, 박리를 회피하여, 효율적으로 절삭 가공할 수 있다.
또한, 미리 컷 코어로 형성한 후 가공할 수 있으므로, 적층이 어려운 아몰퍼스재 등도 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 U자형의 적층 강판은 절연재를 도포한 연속 강판(12a)을 구형(矩形)에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 컷 코어(12)이다.
이러한 구성에 의하여, 인접하는 N극 및 S극이 각각 원주방향으로 연장되어서로 접촉 또는 근접한 장방편부(11)를 갖고, 절연재를 개입시켜 적층되고 축측면으로부터 보았을 때 중심측이 개방된 U자형의 적층 강판인 고정자 코어(10)를 컷 코어(12)의 외형 가공과 내측 절삭으로 단시간에 효율적으로 가공할 수 있다.
또한, 컷 코어(12), 즉, 소정 두께의 공간부를 가지는 권취된 구형 형상을 신속하고 용이하게 성형할 수 있다. 또한, 상기 권취된 구형 형상을 절단기로 등분으로 분할하면 절연재로 격리된 U자형의 적층 강판을 용이하게 제작할 수 있다. 한편, 고가의 펀칭 다이를 사용하지 않고, 단순하고 간편한 권취 다이로 제작할 수 있으므로 제작비를 저감하고, 적층 작업을 생략할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 펀칭 다이의 펀칭 작업시에 발생하는 강판의 중앙 부근의 스크랩화를 방지할 수 있으므로, 강판의 수율을 대폭 향상할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 절연재를 도포한 연속 강판을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 컷 코어(12)의 외측을 장방편부(11)를 남기고 가공하는 외측 가공 단계(A); 외측을 가공한 컷 코어에 코일을 설치하는 코일 조립 단계(B); 복수의 컷 코어를 조립 위치에 배치하는 코어 배치 단계(C); 및 조립 위치의 복수의 컷 코어의 내측을 절삭하는 내측 절삭 단계(D);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링의 코어 제조 방법이 제공된다.
이러한 방법에 의해, 복수의 컷 코어의 내측 절삭을 1회로 완료할 수 있으며, 고정밀도의 동심도 가공이 가능하다. 또한, 투스 단부의 내주면의 회전 절삭 가공을 투스 단부의 내주면측에서 적층 상태의 이음매의 적층 방향과 수평 방향으로부터 가공할 수 있으므로, 편하중 또는 힘하중이 발생하지 않기 때문에 강판의이음매를 확보하는 한편, 절연재의 탈락, 붕괴 등 박리를 방지하여 원활하게 진원도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 절연재를 도포한 연속 강판을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 복수의 컷 코어(12)를 조립 위치에 배치하고 그 내측을 절삭하는 내측 절삭 단계(E); 복수의 컷 코어의 외측을 장방편부(11)를 남기고 가공하는 외측 가공 단계(F); 및 외측을 가공한 복수의 컷 코어에 코일을 설치하는 코일 조립 단계(G);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링의 코어 제조 방법이 제공된다.
이러한 방법에 의하여, 내측 절삭은 2회 필요하지만, 가공 공정을 저감할 수 있다. 또한, 투스 단부의 내주면의 회전 절삭 가공을 투스 단부의 내주면측에서 적층 상태의 이음매의 적층 방향과 수평 방향으로부터 가공할 수 있어서 편하중이나 휨이 발생하지 않기 때문에 강판의 이음매를 확보함과 아울러, 탈락, 붕괴 등 박리를 방지하여 원활하게 진원도를 확보할 수 있다.
또한, 상기 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어는, 자성체로 완성된 지지면을 갖는 로터(3)를 지지하는 호모 폴라형 자기 베어링에 이용되며, 일단이 상기 지지면에 대향하는 자극면을 형성하여 자속을 통하는 소정의 폭을 가진 제 1 기둥형 본체인 제 1 요크부(6); 일단이 상기 지지면에 대향하는 자극면을 형성하여 자속을 통하는 소정의 폭을 가진 제 2 기둥형 본체인 제 2 요크부(8); 및 상기 제 1 요크부의 타단측과 제 2 요크부의 타단측 사이에 삽입되어 자속을 통하는 기초부(7);를 포함하며, 상기 제 1 요크부(6)와 제 2 요크부(8)는 기둥형 본체의 폭방향으로 대향하여 정렬되고, 적어도 기초부(7)는 자성 재료의 분말을 수지로 응고시켜 형성된 것이다.
이러한 구성에 의하여, 제 1 요크부(6), 기초부(7) 및 제 2 요크부(8)가 U자형상으로 일체가 되고, 기초부(7)가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이기 때문에, 자속을 흘리면, 자속이 제 1 요크부(6), 로터(3), 제 2 요크부(8) 및 기초부(7)로 전달되어 폐쇄되며, 제 1 요크부(6)와 제 2 요크부(8)의 일단에 있는 자극면이 로터(3)를 지지면에서 지지하고, 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이 와전류 손실의 적은 것이므로, 기초부(7)에서의 와전류의 발생을 억제하고, 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어는, 상기 제 1 기둥형 본체(6)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 상기 자극면의 임의의 직교선에 직교하는 방향으로 적층된 적층체를 갖고, 상기 제 2 기둥형 본체(8)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 상기 자극면의 임의의 직교선에 직교하는 방향으로 적층된 적층체를 갖는다.
이러한 구성에 의하여, 제 1 기둥형 본체(6)와 제 2 기둥형 본체(8)가 자성 강판을 비도전 물질 사이에 두고, 상기 자극면의 임의의 직교선에 직교하는 방향으로 적층된 적층체를 가지므로, 자속이 요크부에 흘렀을 때 와전류 손실을 억제하여, 한층 더 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어는, 상기 제 1 기둥형 본체(6)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 폭방향으로 적층된 적층체를 갖고, 상기 제 2 기둥형 본체(8)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 폭방향으로 적층된 적층체를 갖는다.
이러한 구성에 의하여, 제 1 기둥형 본체(6)와 제 2 기둥형 본체(8)가 자성 강판을 비도전 물질 사이에 두고 폭방향으로 적층된 적층체를 가지므로, 자속이 요크부에 흘렀을 때 와전류 손실을 억제하여, 한층 더 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자성체로 완성된 지지면을 갖는 로터(3)를 지지하는 자기 베어링에 이용되는 자기 베어링용 고정자 코어는 상기 지지면에 대향하는 N극의 자극면과, 상기 지지면에 대향하는 S극의 자극면을 갖고, 자성 재료의 분말을 수지로 응고시켜 형성된 것이다.
이러한 구성에 의하여, N극의 자극면과 S극의 자극면이 지지면에 대향하므로, 자기 베어링용 고정자 코어에 자속을 흘렸을 때, N극의 자극면과 S극의 자극면이 로터의 지지면을 지지하고, 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이 와전류 손실이 적은 것이므로, 와전류 손실을 억제하여, 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어는 로터가 회전축이므로, 와전류 손실을 억제하여, 손실이 적은 로터용 자기 베어링을 실현할 수 있다.
본 발명의 그 외의 목적 및 유리한 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 명백해진다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 호모 폴라형 자기 베어링의 구성을 나타낸 모식도이고,
도 2a 및 도 2b는 선출원과 관련된 호모 폴라형 자기 베어링의 구성도이며,
도 3은 도 2의 고정자 코어의 사시도이고,
도 4a 및 도 4b는 종래의 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링의 정면도와 측단면도이며,
도 5는 종래의 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링용 고정자 코어의 사시도이고,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어를 나타낸 도면이며,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 고정자 코어의 제 1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 고정자 코어의 제 2 실시예를 나타낸 도면이며,
도 9는 본 발명의 고정자 코어의 제조 방법을 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명의 고정자 코어의 제조 방법을 나타낸 다른 도면이며,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 고정자 코어의 제 3 실시예의 정면도와 측단면도이고,
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 고정자 코어의 제 4 및 제 5 실시예의 측단면도이며,
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 고정자 코어의 제 3 내지 제 6 실시예의 고정자 코어의 사시도이고,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 고정자 코어의 제 7 실시예의 정면도와 측단면도이며,
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 고정자 코어의 제 8 실시예의 정면도와 측단면도이고,
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 고정자 코어의 제 9 실시예의 정면도와 측단면도이며,
도 17은 자성 재료의 분말을 수지로 경화시킨 것과 범용 규소 강판의 자기 특성 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 아울러 각 도면에 있어서, 공통되는 부분에는 동일한 부호를 교부하고, 중복되는 설명은 생략 한다.
(제 1 실시예)
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어를 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 자기 베어링은 로터(3)를 둘러싸는 고정자 코어(10)의 투스 단부가 축방향으로 인접하여 N극과 S극을 구성하는 도 13과 같은 호모 폴라형 자기 베어링용 고정자 코어를 갖는다.
본 발명의 자기 베어링용 고정자 코어에서, 고정자 코어(10)는 인접한 N극 및 S극이 각각 원주방향으로 연장되어 서로 접촉 또는 근접하는 장방편부(11)를 갖는다.
도 6c는 고정자 코어(10)용 U자형 적층 강판의 제조법을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, U자형 적층 강판은 컷 코어(12)이며, 절연재를 도포한 연속 강판(12a)을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단하여 제조한다.
따라서, 본 발명의 고정자 코어(10)는 절연재를 개입시켜 적층되고 축의 측면으로부터 보았을 때 중심측이 개방된 U자형의 적층 강판으로부터 제조된다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 고정자 코어의 제 1 실시예를 도시한 도면이다. 도 7a는 자극수가 4개인 경우 4개의 고정자 코어(10)의 배치를 나타낸 사시도이고, 도 7b는 그중 하나의 외측 가공 후 형상을 도시한 도면이며, 도 7c는 4개의 고정자 코어(10)의 평면 배치를 나타낸다. 또한, 각 도면에 있어서, 파선은 컷 코어(12)로부터 절단 위치를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 제 1 실시예에서, 장방편부(11)는 각각 원주방향으로 연장되어, 평면상의 A점에서 서로 점접촉(입체적으로는 선접촉)한다. 아울러, 점접촉하지 않고, 간격을 멀리하여 근접하여도 무방하다. 또한, 본 발명은 자극수가 4개인 경우로 한정되지 않고, 3극이나 5극 이상이어도 된다.
이러한 구성에 의하여, 장방편부(11)의 사이에 간극이 전혀 없거나 약간 있기 때문에, 와전류의 발생을 대폭 저감할 수 있어서 로터의 발열 및 와전류 손실을 대폭 저감할 수 있다.
(제 2 실시예)
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 고정자 코어의 제 2 실시예를 도시한 도면이다.도 8a는 4개의 고정자 코어(10)중 하나의 외측 가공 후 형상을 나타내며, 도 8b는 4개의 고정자 코어(10)의 평면 배치를 나타낸다. 또한, 각 도면에 있어서, 파선은 컷 코어(12)로부터 절단 위치를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 제 2 실시예에서, 장방편부(11)는 각각 원주방향으로 연장되어, 평면상의 A부분에서 서로 면접촉한다. 아울러, 본 실시예에서도 자극수는 4극으로 한정되지 않고, 3극아나 5극 이상이어도 된다.
이 구성에 의하면, 장방편부(11) 사이에 간극이 없기 때문에, 와전류의 발생을 대폭으로 저감할 수 있어서 로터의 발열 및 와전류 손실을 대폭 저감할 수 있다. 또한, 면접촉이기 때문에, 코어의 위치 결정이 용이하며, 내경의 절삭 가공을 양호한 정밀도로 실시할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 8에 도시된 고정자 코어(10)는 축측면으로부터 보았을 때 중심측이 개방된 U자형 적층 강판으로부터 제조되므로, 서로 접촉 또는 근접한 장방편부(11)도 코일부와 일체로 형성할 수 있다. 따라서, 연장된 첨단부(장방편부(11))의 적층 강판도 코일부와 동일한 강판의 일부가 되기 때문에, 가공시 적층의 붕괴가 쉽게 발생하지 않고, 탈락, 붕괴, 박리 등을 회피하여, 효율적으로 절삭 가공할 수 있다.
더욱이, 미리 컷 코어로 형성한 후 가공할 수 있으므로, 적층이 곤란한 아몰퍼스재 등도 사용할 수 있다.
(제조 방법 1)
도 9는 본 발명의 고정자 코어의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 이 도면에 도시된 본 발명의 제조 방법은 외측 가공 단계(A), 코일 조립 단계(B), 코어 배치 단계(C) 및 내측 절삭 단계(D)를 포함한다.
외측 가공 단계(A)에서, 도 1c에 도시된 바와 같은 절연재를 도포한 연속 강판(12a)을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 컷 코어(12)를 미리 준비하고, 그 외측을 장방편부(11)를 남기고 가공한다.
코일 조립 단계(B)에서는 외측 가공한 컷 코어(10)에 코일을 설치한다. 코어 배치 단계(C)에서는 복수(본 실시예에서는 4개)의 컷 코어(10)를 조립 위치에 배치한다. 내측 절삭 단계(D)에서는 조립 위치의 복수의 컷 코어(10)의 내측을 절삭하여, 고정자 코어(10)를 완성한다.
도 9의 제조 방법에 따르면, 복수의 컷 코어(10)의 내측 절삭을 1회로 완료할 수 있어서 고정밀도의 동심도 가공이 가능하다. 또한, 투스 단부의 내주면의 회전 절삭 가공을 투스 단부의 내주면측에서 적층 상태의 이음매의 적층 방향과 수평 방향으로부터 가공할 수 있어서 편하중이나 휨이 발생하지 않기 때문에, 강판의 이음매를 확보함과 아울러, 절연재의 탈락, 붕괴 등 박리를 방지하여 원활하게 진원도를 확보할 수 있다.
(제조 방법 2)
도 10은 본 발명의 고정자 코어의 제조 방법을 나타낸 다른 도면이다. 이 도면에 도시된 본 발명의 제조 방법은 내측 절삭 단계(E), 외측 가공 단계(F) 및 코일 조립 단계(G)를 포함한다.
내측 절삭 단계(E)에서, 도 6c에 도시된 바와 같은 절연재를 도포한 연속 강판(12a)을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 컷 코어(12)를 미리 준비하고, 복수(본 실시예에서는 4개)의 컷 코어(12)를 조립 위치에 배치하여 그 내측을 절삭한다.
외측 가공 단계(F)에서는 복수의 컷 코어(10)의 외측을 장방편부(11)를 남기고 외측 및 내측을 가공한다. 코일 조립 단계(G)에서는 외측 가공한 복수의 컷 코어(10)에 코일을 설치하여, 고정자 코어(10)를 완성한다.
도 10의 제조 방법에 따르면, 내측 절삭이 2회 필요하지만, 가공 공정을 저감할 수 있다. 또한, 투스 단부의 내주면의 회전 절삭 가공을 투스 단부의 내주면측에서 적층 상태의 이음매의 적층 방향과 수평 방향으로부터 가공할 수 있어서 편하중이나 휨이 발생하지 않기 때문에, 강판의 이음매를 확보함과 아울러, 절연재의탈락, 붕괴 등 박리를 방지하여 원활하게 진원도를 확보할 수 있다.
이하, 자기 베어링과 그 고정자 코어의 본 발명에 의한 제 3 내지 제 9 실시예를 설명한다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 정면도와 측단면도이다. 도 12는 본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예의 측단면도이다. 도 13은 제 3 내지 제 6 실시예의 고정자 코어의 사시도이다. 도 14는 제 7 실시예의 정면도와 측단면도이다. 도 15는 제 8 실시예의 정면도와 측단면도이다. 도 16은 제 9 실시예의 정면도와 측단면도이다.
설명의 편의상, 제 3 실시예의 고정자 코어를 A형, 제 4 실시예의 고정자 코어를 B형, 제 5 실시예의 고정자 코어를 C형, 제 6 실시예의 고정자 코어를 D형, 제 7 실시예의 고정자 코어를 E형, 제 8 실시예의 고정자 코어를 F형, 제 9 실시예의 고정자 코어를 G형이라 한다.
(제 3 실시예)
먼저, 도 11a, 도 11b 및 도 13a를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(A형)를 설명한다.
제 3 실시예에 의한 자기 베어링은 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링이다. 호모 폴라형 래디얼 자기 베어링(1)은 케이싱(2), 복수의 전자 부재(13) 및 로터(3)를 포함한다. 로터(3)는 적어도 외면이 자성체로 형성되며, 외경(D1)를 갖는 소정 길이의 로터이다. 로터(3)는 케이싱(2)의 축심상에 축선방향으로 평행하게 배치되고 고속 회전 자재하도록 지지된다. 복수의 전자 부재(13)는 로터(3)를 회전 자재하도록 지지하며, 로터(3)의 주위에 배치된다. 예를 들면, 4개의 전자 부재가 한 벌로서 한 벌의 전자 부재(13)가 로터(3)의 2지점을 각각 지지한다. 4개의 전자 부재가 각 지지점에서 로터의 주위에 등분으로 배치된다.
전자 부재(13)는 고정자 코어(16)와 코일(5)을 갖는다. 고정자 코어(16)는 2개의 요크부(6)(8)와 기초부(7)로 구성된다(도 13a). 요크부(6)(8)는 일단이 로터(3)의 외주면(지지면에 해당)과 소정의 간극을 사이에 두고 자극면(9)을 형성하는 자속이 통하는 소정 폭을 가진 기둥형 본체이다. 2개의 요크부(6)(8)가 폭방향으로 소정의 간격으로 이격되어 정렬된다. 기초부(7)는 2개의 요크부(6)(8)의 타단측과 타단측에 삽입된 자속이 통하는 육면체이다. 고정자 코어(16)는 2개의 요크부(6)(8)와 기초부(7)가 간격없이 일체로 연결되어 두께가 있는 U자형상을 하고 있으며, 케이싱(2)의 내주면의 철부에 장착된다.
코일(5)은 전선의 다발이다. 전선이 요크부(6)(8)의 주위에 겹겹이 권취되며, 코일(5)은 요크부(6)(8)의 단면과 동일한 형상의 관통 공극을 갖는 블록이 된다.
고정자 코어(16)의 구조를 한층 더 상술한다. 고정자 코어(16)는 제 1 요크 부재(17), 기초부 부재(18) 및 제 2 요크 부재(19)를 갖는다.
제 1 요크 부재(17)는 소정의 폭을 가진 기둥형 본체이다. 기둥형 본체는 소위 적층 강판이며, 복수의 자성 강판과 절연재로 완성된다. 자성 강판은 일단이 곡율(R)을 갖는 사변형의 판두께(T)의 얇은 강판이다. 절연재는 비도전성의 재료이며, 복수의 자성 강판 사이에 도포된다. 자성 강판이 폭방향으로 적층되고 고정자코어가 전자 부재로서 설치되면, 그 적층 방향은 로터(3)의 축방향과 일치된다. 제 1 요크 부재(17)는 강판의 적층 방향으로 균일한 폭(W3)을 갖는 기둥형 본체이고, 그 일단이 곡률(R)의 자극면(9)을 형성한다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 자극면(9)에 대향하는 면(이하, "반자극면"이라 함)에 설치된다.
제 2 요크 부재(19)의 구조는 제 1 요크 부재(17)의 구조와 동일하므로 설명을 생략한다.
제 1 요크 부재(17)와 제 2 요크 부재(19)는 폭방향으로 간극(W2)을 멀리하여 대향한다.
기초부 부재(18)는 폭(W2), 높이(H3) 및 길이(L1)를 가진 육면체이다. 기초부 부재(18)는 높이 방향의 일면이 제 1 요크 부재(17)와 제 2 요크 부재(19)의 반자극면과 동일 평면에 놓이도록 배치되어 제 1 요크 부재(17)와 제 2 요크 부재(19) 사이에 삽입된다. 기초부 부재(18)의 전체는 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 설치된다.
제 1 요크 부재(17), 기초부 부재(18) 및 제 2 요크 부재(19)는 조립용 구멍에 볼트를 관통하여 케이싱(2)에 동시 고정됨으로써, 일체의 고정자 코어(16)가 된다.
(제 4 실시예)
이하, 도 12a 및 도 13b를 참조하여, 제 4 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(B형)를 설명한다. 자기 베어링의 구조는 제 3 실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 고정자 코어(B형)의 구조를 상술한다.
고정자 코어(20)는 제 1 요크 부재(21), 기초부 부재(22) 및 제 2 요크 부재(23)를 갖는다.
제 1 요크 부재(21)는 소정의 폭을 갖는 기둥형 본체이다. 기둥형 본체는 소위 적층 강판이며, 복수의 자성 강판과 절연재로 완성된다. 자성 강판은 일단이 곡률(R)을 갖는 사변형의 판두께(T)의 얇은 강판이다. 절연재는 비도전성의 재료이며, 복수의 자성 강판 사이에 도포된다. 자성 강판이 폭방향으로 적층되고 고정자 코어가 전자 부재로서 설치되면, 그 적층 방향은 로터의 축방향과 일치된다. 제 1 요크 부재(21)는 강판의 적층 방향으로 균일한 폭(W3)을 갖는 기둥형 본체이고, 그 일단이 곡률(R)의 자극면(9)을 형성한다. 자극면(9)에 대향하는 면(이하, "반자극면"이라 함)은 강판의 면과 90°이하의 각도로 기울어져 있다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 반자극면에 설치된다.
제 2 요크 부재(23)의 구조는 제 1 요크 부재(21)의 구조와 동일하므로 설명을 생략한다.
제 1 요크 부재(21)와 제 2 요크 부재(23)는 반자극면이 서로 대향하도록, 폭방향으로 간극(W2)을 멀리하여 대향한다.
기초부 부재(22)는 사다리꼴 단면을 가진 육면체이다. 기초부 부재(22)는 사다리꼴 단면의 경사면이 제 1 요크 부재(21)의 반자극면과 제 2 요크 부재(23)의 반자극면에 접하며, 제 1 요크 부재(21)와 제 2 요크 부재(23) 사이에 삽입된다. 기초부 부재(22)는 전체가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 설치된다.
제 1 요크 부재(21), 기초부 부재(22) 및 제 2 요크 부재(23)는 조립용 구멍에 볼트를 관통하여 케이싱(2)에 동시 고정됨으로써, 일체의 고정자 코어(20)가 된다.
(제 5 실시예)
이하, 도 12b 및 도 13c를 참조하여, 제 5 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(C형)를 설명한다. 자기 베어링의 구조는 제 3 실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 고정자 코어(C형)(30)의 구조를 상술한다.
고정자 코어(30)는 제 1 요크 부재(31), 기초부 부재(32) 및 제 2 요크 부재(33)를 갖는다.
제 1 요크 부재(31)는 소정의 폭을 가진 기둥형 본체이다. 기둥형 본체는 소위 적층 강판이며, 복수의 자성 강판과 절연재로 완성된다. 자성 강판은 일단이 곡률(R)을 가진 사변형의 판두께(T)의 얇은 강판이다. 절연재는 비도전성 재료이며, 복수의 자성 강판 사이에 도포된다. 자성 강판이 폭방향으로 적층되고 고정자 코어가 전자 부재로서 설치되면, 그 적층 방향은 로터의 축방향과 일치된다. 제 1 요크 부재(31)는 강판의 적층 방향으로 균일한 폭(W3)을 갖는 기둥형 본체이고, 그 일단이 곡률(R)의 자극면(9)을 형성한다. 자극면(9)에 대향하는 면(이하, "반자극면"이라 함)은 두께 방향으로 단차가 형성된다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 반자극면에 설치된다.
제 2 요크 부재(33)의 구조는 제 1 요크 부재의 구조와 동일하므로 설명을 생략한다.
제 1 요크 부재(31)와 제 2 요크 부재(33)는 단차면이 있는 곳이 서로 마주하도록, 폭방향으로 간극(W2)으로 이격되어 대향한다.
기초부 부재(32)는 폭(W4), 높이(H3) 및 길이(L1)를 가진 육면체이다. 기초부 부재(32)는 제 1 요크 부재(31)의 단차부와 제 2 요크 부재(32)의 단차부에 감합하여, 제 1 요크부(31)와 제 2 요크부(33)에 삽입된다. 기초부 부재(18)는 전체가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 설치된다.
제 1 요크부(31), 기초부 부재(32) 및 제 2 요크 부재(33)는 조립용 구멍에 볼트를 관통하여 케이싱(2)에 동시 고정됨으로써, 일체의 고정자 코어(30)가 된다.
(제 6 실시예)
이하, 도 12c 및 도 13d를 참조하여, 제 6 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(D형)를 설명한다. 자기 베어링의 구조는 제 3 실시예와 동일하여 설명을 생략하고, 고정자 코어(D형)(40)의 구조를 상술한다.
고정자 코어(40)는 일체의 U자형이고, 전체가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이다. 조립용 구멍이 축의 폭방향을 향하여 설치된다.
고정자 코어(40)의 외형은 전술한 제 3 내지 제 5 실시예의 고정자 코어와 동일하다.
(제 7 실시예)
이하, 도 14a 및 도 14b를 참조하여, 제 7 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(E형)를 설명한다. 자기 베어링의 구조는 제 3 실시예와 동일하여 설명을 생략하고, 고정자 코어(E형)(50)의 구조를 설명한다.
도면에서, 고정자 코어(50)의 조합을 상술한 A형으로 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고, A형 내지 D형의 어느 것을 채용해도 무방하다.
요크(6)(8)의 자극면(9) 부근의 원주방향의 폭이 로터의 외면을 따라 확장되며, 근처의 해당 전자 부재의 고정자 코어의 전극면 부근과 접촉한다.
(제 8 실시예)
이하, 도 15a 및 도 15b를 참조하여, 제 8 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(F형)를 설명한다. 자기 베어링의 구조는 제 3 실시예와 동일하여 설명을 생략하고, 고정자 코어(F형)(60)의 구조를 설명한다.
도면에서, 고정자 코어(60)의 조합을 상술한 A형으로 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고, A형 내지 D형의 어느 것을 채용해도 무방하다.
요크(6)(8)의 자극면(9) 부근의 원주방향의 폭이 로터의 지지면을 따라 확장되며, 근처의 해당 전자 부재의 고정자 코어(60)의 자극면 부근과 일체가 된다.
(제 9 실시예)
이하, 도 16a 및 도 16b를 참조하여, 제 9 실시예에 의한 자기 베어링과 그 고정자 코어(G형)를 설명한다. 제 9 실시예에 의한 자기 베어링은 이질 폴라형 래디얼 자기 베어링이다.
고정자 코어(70)는 전체가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이다.
이하, 제 3 내지 제 9 실시예의 작용을 설명한다. 설명의 전제로서 자기 베어링은 직류 구동된다.
도 17은 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것의 자기 특성과 적층 강판의 재료로서 일반적인 범용 규소 강판(두께 0. 35 mm)의 자기 특성을 비교한 그래프이다. 이 그래프로부터 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것은 범용 규소 강판과 비교하여 히스테리시스 손실이 크지만, 와전류 손실은 작다는 것을 알 수 있다.
제 3 내지 제 9 실시예의 자기 베어링을 직류 구동하면, 고정자 코어와 로터사이로 자속이 흐른다. 예를 들면, 자속은 제 1 요크부(6)를 반자극면으로부터 자극면으로 흘러 로터의 표면을 흐르고, 제 2 요크부(8)을 자극면으로부터 반자극면으로 흘러 기초부(7)를 흐르고, 제 1 요크부로 흘러, 자속이 폐쇄된다. 자속이 제 2 요크부(8)로부터 기초부(7)로 흐르는 곳과 자속이 기초부(7)로부터 제 1 요크부로 흐르는 곳에서는 자속이 3차원적으로 돌아 흐르지만, 기초부가 와전류의 발생이 극히 적은 재료이므로, 와전류 손실이 적다.
한편, 자기 베어링는 직류 구동되어 교류 성분이 극히 적기 때문에, 고정자 코어에 발생하는 히스테리시스 손실은 무시할 수 있을 정도로 작다.
따라서, 제 3 내지 제 9 실시예의 고정자 코어를 채용하면, 와전류 손실이 적은 자기 베어링를 제작할 수 있다.
또한, 제 3 내지 제 8 실시예의 고정자 코어를 채용하면, 요크부(6)(8)의 자극면(9) 부근의 원주방향의 폭이 로터의 외면을 따라 확장되므로, 로터가 회전할 때, 로터 표면에 발생하는 자장 강도의 주기적 변화를 최소로 억제할 수 있으므로, 로터의 표면에서 발생하는 와전류 손실이 적게 된다.
또한, 제 7 및 제 8 실시예의 고정자 코어에 A형 내지 C형의 형식을 채용하면, 요크부의 자성 강판의 판면내에서 자극면이 휘어지므로, 선반 가공에 의해 곡면을 가공하는 경우에서도, 자성 강판의 판면이 가공 저항력에 충분히 저항할 수 있어 적층 강판을 박리하지 않고, 정밀도 높은 곡면을 제작할 수 있다.
상술한 실시예의 자기 베어링용 고정자 코어를 이용하면, 와전류 손실이 적은 자기 베어링을 실현할 수 있다.
또한, 제 3 내지 제 5 실시예(A, B, C형)의 자기 베어링용 고정자 코어를 이용하면, 적층 강판의 특징과 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것의 특징을 조합하여, 와전류 손실과 히스테리시스 손실이 적은 자기 베어링을 실현할 수 있다.
또한, 제 6 실시예(D형) 또는 제 9 실시예(G형)의 자기 베어링용 고정자 코어를 이용하면, 자유로운 형상의 전자 부재를 양호한 정밀도로 제조할 수 있어서 자기 베어링의 각종 설계 요구에 유연하게 대응할 수 있다.
또한, 제 3 내지 제 8 실시예(A, B, C, D, E, F형)의 자기 베어링용 고정자 코어를 이용하면, 로터 표면에서의 와전류 손실을 줄일 수 있다.
아울러, 전술한 실시예에 있어서, 래디얼 베어링을 예로서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 트러스트 베어링에도 적용할 수 있다. 또한, 로터의 회전을 지지하는 구성으로 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 선형운동 가이드에 적용해도 된다. 또한, 고정자 코어를 1개의 부재 또는 3개의 부재로 구성하는 예로 설명했지만 이에 한정되지 않고, 2개의 부재나 4개 이상의 부재로 구성해도 된다. 또한, 고정자 코어의 일부에 바이어스용 자석을 설치하여도 된다.
상술한 자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법은 이하의 특징을 갖는다.
1. 컷 코어의 적층 강판이 충분히 접착되어 있기 때문에, 자극의 돌출 부분도 적층 구조로 제조할 수 있다.
2. 돌출 부분은 자기적으로는 접합, 전기적으로는 분리되기 때문에, 베어링 특성을 저하시키지 않고 손실 저감이 발생한다. 즉, 컷 코어를 이용함으로써, 자극의 돌출 부분도 적층 강판을 사용하는 것이 가능하며, 철심에서의 전력손실을 저감할 수 있다.
3. 전자 강판의 종류를 폭넓게 선택할 수 있으며, 적층이 곤란한 아몰퍼스도 자극에 적용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 자기 베어링용 고정자 코어와 그 제조 방법은 원주방향으로 장방편부를 가지는 고정자 코어일 경우에도, 이를 적층 강판으로 구성할 수 있음과 아울러, 적층 강판의 탈락, 붕괴, 박리를 회피하여, 효율적으로 절삭 가공할 수 있어서, 적층이 더 곤란한 아몰퍼스재를 사용할 수 있으며, 이에 따라 제작 및 가공 코스트를 저감할 수 있는 한편, 고정자부에 발생하는 와전류를 대폭 저감할 수 있는 등 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 회전체를 지지하는 호모 폴라형 자기 베어링에 이용되는 자기 베어링용 고정자 코어는 그 구성으로 인해 다음과 같은 효과를 갖는다.
제 1 요크부, 기초부 및 제 2 요크부가 일체로 되어 U자형상이며, 기초부가 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이므로, 자속을 흘리면, 자속이 제 1 요크부, 이동체, 제2 요크부 및 기초부로 전달되어 폐쇄되며, 제 1 요크부와 제 2 요크부의 일단에 있는 자극면이 로터를 지지면에서 지지하고, 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이 와전류 손실이 적은 것이므로, 기초부에서의 와전류 발생을 억제하여, 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 제 1 기둥형 본체와 제 2 기둥형 본체가 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 상기 자극면의 임의의 직교선에 직교하는 방향으로 적층된 적층체를 가지므로, 자속이 요크부에 흘렀을 때 와전류 손실을 억제하여, 한층 더 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 제 1 기둥형 본체와 제 2 기둥형 본체가 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 폭방향으로 적층된 적층체를 가지므로, 자속이 요크부에 흘렀을 때 와전류 손실을 억제하여, 한층 더 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 이상 설명한 것처럼 본 발명의 자성체로 완성된 지지면을 갖는 로터를 지지하는 자기 베어링에 이용되는 자기 베어링용 고정자 코어는 N극의 자극면과 S극의 자극면이 지지면에 대향하므로, 자기 베어링용 고정자 코어에 자속을 흘렸을 때, N극의 자극면과 S극의 자극면이 로터의 지지면을 지지하고, 자성 재료의 분말을 수지로 응고시킨 것이 와전류 손실이 적은 것이므로, 와전류 손실을 억제하여, 손실이 적은 자기 베어링를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자기 베어링용 고정자 코어가 회전체를 지지하면, 와전류 손실을 억제하여, 손실이 적은 로터용 자기 베어링를 실현할 수 있다.
따라서, 재료의 제품 비율이 양호하고, 정밀도 높은 가공이 용이하며, 와전류 발생이 적은 구조를 가진 자기 베어링용 고정자 코어를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명을 몇가지 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 본 발명에 포함되는 권리 범위는 이들의 실시예로 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 권리 범위는 첨부된 청구 범위에 포함되는 모든 개량, 수정 및 균등물을 포함한다.

Claims (8)

  1. 로터를 둘러싸는 고정자 코어의 투스 단부가 축방향으로 인접한 N극과 S극을 구성하는 호모 폴라형 자기 베어링용 고정자 코어에 있어서,
    고정자 코어(10)는 인접하는 N극 및 S극이 각각 원주방향으로 연장되어 서로 접촉 또는 근접한 장방편부(11)를 갖고, 절연재를 개입시켜 적층되고 축측면으로부터 보았을 때 중심측이 개방된 U자형의 적층 강판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 U자형의 적층 강판은 절연재를 도포한 연속 강판(12a)을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 컷 코어(12)인 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어.
  3. 절연재를 도포한 연속 강판을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 컷 코어(12)의 외측을 장방편부(11)를 남기고 가공하는 외측 가공 단계(A);
    외측을 가공한 컷 코어에 코일을 설치하는 코일 조립 단계(B);
    복수의 컷 코어를 조립 위치에 배치하는 코어 배치 단계(C); 및
    조립 위치의 복수의 컷 코어의 내측을 절삭하는 내측 절삭 단계(D);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링의 코어 제조 방법.
  4. 절연재를 도포한 연속 강판을 구형에 권취하여 성형한 후 등분으로 절단한 복수의 컷 코어(12)를 조립 위치에 배치하고 그 내측을 절삭하는 내측 절삭 단계(E);
    복수의 컷 코어의 외측을 장방편부(11)를 남기고 가공하는 외측 가공 단계(F); 및
    외측을 가공한 복수의 컷 코어에 코일을 설치하는 코일 조립 단계(G);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 베어링의 코어 제조 방법.
  5. 자성체로 완성된 지지면을 갖는 로터(3)를 지지하는 호모 폴라형 자기 베어링에 이용되는 자기 베어링용 고정자 코어에 있어서,
    일단이 상기 지지면에 대향하는 자극면을 형성하여 자속을 통하는 소정의 폭을 가진 제 1 기둥형 본체인 제 1 요크부(6);
    일단이 상기 지지면에 대향하는 자극면을 형성하여 자속을 통하는 소정의 폭을 가진 제 2 기둥형 본체인 제 2 요크부(8); 및
    상기 제 1 요크부의 타단측과 제 2 요크부의 타단측 사이에 삽입되어 자속을 통하는 기초부(7);를 포함하며,
    상기 제 1 요크부(6)와 제 2 요크부(8)는 기둥형 본체의 폭방향으로 대향하여 정렬되고,
    적어도 기초부(7)는 자성 재료의 분말을 수지로 응고시켜 형성된 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 기둥형 본체(6)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 상기 자극면의 임의의 직교선에 직교하는 방향으로 적층된 적층체를 갖고,
    상기 제 2 기둥형 본체(8)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 상기 자극면의 임의의 직교선에 직교하는 방향으로 적층된 적층체를 가진 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 기둥형 본체(6)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 폭방향으로 적층된 적층체를 갖고,
    상기 제 2 기둥형 본체(8)는 자성 강판을 비도전 물질의 사이에 두고 폭방향으로 적층된 적층체를 가진 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어.
  8. 자성체로 완성된 지지면을 갖는 로터(3)를 지지하는 자기 베어링에 이용되는 자기 베어링용 고정자 코어에 있어서,
    상기 지지면에 대향하는 N극의 자극면과, 상기 지지면에 대향하는 S극의 자극면을 갖고, 자성 재료의 분말을 수지로 응고시켜 형성된 것을 특징으로 하는 자기 베어링용 고정자 코어.
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