KR20100104420A

KR20100104420A - 자석베어링

Info

Publication number: KR20100104420A
Application number: KR1020090022824A
Authority: KR
Inventors: 김병국
Original assignee: 김병국
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-09-29

Abstract

본 발명은 자석베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징자석부재와, 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재를 포함하는 자석베어링으로서, 상기 축자석부재는, 축자석부재의 원주방향을 따라 배치된 복수의 자석소자와, 상기 복수의 자석소자를 원주방향을 따라 그 위치를 고정시키고, 축자석부재 전체를 축심방향으로 잡아당겨 축자석부재를 축상에 밀착시키는 복원력을 가지는 축탄성부재를 포함하고, 상기 복수의 자석소자와 하우징자석부재의 서로 대향하는 면의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 자석베어링에 관한 것이다.

본원발명에 따른 자석베어링에 의하면 구름베어링 등의 접촉식베어링과 달리, 축은 하우징과 이격되어 회전하기 때문에, 마모, 마찰, 소음, 발열 등의 문제점이 발생하지 않고, 따라서 자석베어링이 설치되어 있는 장치로부터 베어링의 수명을 고려하여 사용 도중에 교체할 필요도 없어진다.

자석, 베어링, 극성, 척력, 자석소자, 탄성부재, 탄성력, 축자석부재, 하우징자석부재, 복수, 리테이닝링, 안착부, 고정부재, 스프링, 고무, 탄성력

Description

자석베어링{MAGNETIC BEARING}

본 발명은 자석베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징자석부재와, 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재를 포함하는 자석베어링으로서, 상기 축자석부재는, 축자석부재의 원주방향을 따라 배치된 복수의 자석소자와, 상기 복수의 자석소자를 원주방향을 따라 그 위치를 고정시키고, 축자석부재 전체를 축심방향으로 잡아당겨 축자석부재를 축상에 밀착시키는 복원력을 가지는 축탄성부재를 포함하고, 상기 복수의 자석소자와 하우징 자석부재의 서로 대향하는 면의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 자석베어링에 관한 것이다.

도1은 종래의 자석베어링의 사시도이다.

도1에 도시된 바와 같이 종래의 자석베어링은, 하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징 자석부재(6)와 상기 원통형의 하우징 자석부재와 대향하는 위치에 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재(4)를 포함하며, 상기 하우징 자석부재와 상기 축 자석부재의 서로 대향하는 면은 서로 척력이 작용하도록 동일한 극성을 가지게 된다.

위와 같은 구성을 가지는 종래의 자석베어링에서, 축 상에 배치된 축 자석부재(4)와 하우징에 배치된 하우징자석부재(6)가 서로 동일한 극성을 가지므로 척력이 작용하기 때문에 이로 인하여 축은 하우징과 접촉시키지 않고 소정의 거리만큼 이격된 채로 회전할 수 있게 되어, 축와 하우징의 내구연한이 길어지고 축 회전시에 발생하는 소음이나 진동이 감소되며, 자석베어링과 함께 설치된 구름베어링과 같은 접촉식 베어링의 수명을 상당히 향상시키게 된다.

그런데, 종래의 자석베어링은 도1에 도시된 바와 같이, 축 자석부재와 하우징 자석부재 모두가 각 1개의 부재로 형성되는데, 이러한 경우 축 자석부재와 하우징 자석부재를 그 설치위치, 즉 축상 및 하우징 내에 적절히 설치하는데 많은 어려움이 발생한다.

왜냐하면, 베어링은 소정 범위의 하중, 소정범위의 회전수 하에서, 소정 범위 이상의 수명이 보장되어야 하며, 이러한 기본 조건을 충족하기 위하여는, 축상에 배치되는 베어링 부재와 하우징 내에 배치되는 베어링부재가 각 설치위치에서 확실히 고정되어야 한다.

이를 위해 일반적으로, 각 베어링부재, 즉 축자석부재(4)와 하우징자석부재(6)는 축과 하우징에 억지끼워맞춤 방식으로 결합되어 축과 하우징 내에 단단히 고정되는데, 이러한 결합방식을 사용하지 않는 경우에는 각 베어링 부재를 각 설치위치에 확실히 고정시키기 위해, 키이 또는 부싱 등과 같은 고정용 부재를 추가적으로 사용하여야만 한다.

그런데, 위와 같은 구성을 가지는 자석베어링을 억지끼워맞춤 방식으로 고정 하는 것은, 자석은 충격이 가해지면 자력이 약해지는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한 억지끼워맞춤을 위해서는 베어링부재에 열을 가하거나 하여야 하는데, 열 역시 다음과 같이 자석의 자화상태에 나쁜 영향을 미쳐 자석의 자화상태를 감소시키게 된다. 즉, 자석은 그 성질에 따라 하기의 고유한 온도계수를 가지기 때문에(자석의 종류에 따라 가지는 온도계수는 차이가 있기는 하다, 하기의 자석 종류별 특성표 참조), 열을 가하게 되면 자석의 자화상태가 약화되는 문제점이 발생한다.

또한, 자석을 이루는 재료 자체가, 위 표에 도시된 바와 같이, Nd(네오디뮴), Sr(스트론튬), Sm(사마륨), 니켈, 코발트, 바륨 등의 재료로서, 이들은 축이나 하우징을 만드는데 주로 사용되는 재료인 강, 주철, 합금강, 탄소강 등의 재료보다는 그 강도가 약하므로(특히 페라이트 자석의 경우에는 큰 정도의 취성을 가진다), 충격에 대하여 비교적 취약하고, 설치과정에 가해진 충격에 의해 파손되거나, 그 충격이 누적되어 재료가 가지는 고유의 수명 이전에 파손되어 버리는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 자석베어링에 있어서, 축 상에 배치되는 부재와 하우징 내에 배치되는 부재 사이에 서로 척력이 작용하기 때문에, 양 부재는 축방향의 외력에 의해서도 축방향으로 변위하여 서로 이탈하려는 성질이 강하게 되므로(특히 축이 고속으로 회전하는 경우에 이러한 성질은 더욱 강해지고, 작은 축방향의 하중이 작용하는 경우에도 이상적인 정렬상태, 즉 축상에 배치된 부재와 하우징 내에 배치된 부재가 서로 척력이 작용하여 축상에 배치되는 부재가 하우징 내에 배치된 부재 상에 부상하게 되는 위치로부터 축방향으로 쉽게 이탈하려는 경향이 커지게 된다), 양 부재를 서로 대향하는 위치에 확실하게 유지하기 위해서는 축방향 변위를 방지하기 위한 노력이 강구되어야 하는데, 종래에는 이러한 기술상의 문제점에 대한 인식이 전혀 없었고, 따라서 그 해결을 위한 아무런 방안도 제시하지 못하고 있었다.

또한, 종래에 주로 사용되는 접촉식 구름베어링의 경우에는, 베어링이 설치되는 축 또는 하우징의 설계과정에서 설계자는 베어링에 대한 설치 및 해체방법을 반드시 고려하여야 하였으므로(어느 베어링휠을 어느 방향에서 설치할 것인지, 그 설치는 어떠한 방식으로 할 것인지 등)그 설계과정이 복잡하였다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 설치와 조립이 용이하여, 축과 하우징의 설계 과정에서 베어링의 설치 및 해체과정에 관한 복잡한 고려를 할 필요가 없으며, 설치된 이후에도 축과 하우징에 배치된 베어링이 축방향으로 이탈하는 것이 방지될 뿐만 아니라, 축과 하우징이 베어링의 척력으로 인해 서로 접촉하지 않으므로, 마찰력으로 인한 효율 저하의 방지, 마찰열 및 소음의 미발생 등의 양호한 효과를 가져오는 구조의 자석베어링을 제공한다.

본원 발명에 따른 자석베어링은 하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징자석부재와, 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재를 포함하며, 상기 축자석부재는, 축자석부재의 원주방향을 따라 배치된 복수의 자석소자와, 상기 복수의 자석소자를 원주방향을 따라 그 위치를 고정시키고, 축자석부재 전체를 축심방향으로 잡아당겨 축자석부재를 축상에 밀착시키는 복원력을 가지는 축 탄성부재를 포함하며, 상기 복수의 자석소자와 하우징 자석부재의 서로 대향하는 면의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징 자석부재는, 복수의 자석소자와, 상기 복수의 자석소자 사이를 서로 연결하는 탄성부재를 포함하며, 상기 탄성부재는 그 양단에 결합된 자석소자를 서로 멀어지도록 복원력을 가지는 것이 바람직하고, 상기 축자석소자는 상기 축자석부재의 원주방향을 따라 축자석소자의 외면의 형상과 동일한 형상을 가지도록 형성된 설치공 내에 그 일부가 함몰되도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상기 축탄성부재는 그 양단부를 서로 잡아당기는 복원력을 가지는 복수의 압축스프링이고, 상기 복수의 축자석소자 중 서로 인접한 2개의 축자석소자는 1개의 압축스프링에 의해 연결되는 것이 바람직하고, 상기 축자석소자는 원통형의 복수의 실린더부와 각 인접한 실린더부를 서로 연결하고 그 반경이 실린더부의 반경보다 작은 목부를 가지도록 형성되며, 상기 실린더부의 외면의 극성은 하우징자석부재의 축을 대향하는 면의 극성과 동일하며, 상기 목부에 탄성부재가 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하우징과 상기 하우징 자석부재 사이에는 원통형의 하우징리테이닝링이 배치되고, 상기 하우징 자석부재는 상기 하우징 리테이닝링의 양단부 사이의 원주면부 상에 배치되고, 상기 축과 상기 축 자석부재 사이에는 원통형의 축리테이닝링이 배치되고, 상기 축 자석부재는 상기 축리테이닝링의 양단부 사이의 원주면부 상에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 축 탄성부재는, 고무밴드, 고무줄, 인장스프링 또는 레진 중 어느 하나이고, 상기 하우징 탄성부재는 압축스프링이며, 상기 축자석부재의 내경은 축자석부재가 설치되는 축의 외경보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 본원발명에 따른 자석베어링은 하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징자석부재와, 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재를 포함하며, 상기 축자석부재는, 축상에 고정되는 원통형의 축리테이닝링과, 상기 축리테이닝링의 원주면을 따 라 배치된 복수의 자석소자를 포함하고, 상기 하우징자석부재는, 하우징에 고정되는 원통형의 하우징 리테이닝링과, 상기 하우징 리테이닝링의 원주면을 따라 배치된 복수의 자석소자를 포함하며, 상기 복수의 자석소자와 하우징 자석부재의 서로 대향하는 면의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 자석소자 중 인접한 자석소자 사이의 축리테이닝 링과 하우징 리테이닝링의 원주면 상에는 고정부재가 배치되며, 상기 고정부재는 고무, 스펀지, 플라스틱 중 어느 하나의 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

이상의 구성을 가지는 본원발명에 따른 자석베어링에 의하면 다음과 같은 양호한 효과가 얻어진다.

첫째, 구름베어링 등의 접촉식베어링과 달리, 축은 하우징과 이격되어 회전하기 때문에, 마모, 마찰, 소음, 발열 등의 문제점이 발생하지 않고, 따라서 자석베어링이 설치되어 있는 장치로부터 베어링의 수명을 고려하여 사용 도중에 교체할 필요도 없어진다.

둘째, 종래의 자석베어링과 달리, 축자석부재와 하우징자석부재를 축과 하우징에 쉽고 확실하게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 축자석부재 및 하우징자석부재가 그들 사이에 작용하는 척력의 작용으로 인하여 축방향으로 이탈되는 것이 방지된다.

셋째, 축방향으로 충격력이 작용하는 경우에도, 자석소자의 형상으로 인하여 충격이 원활히 분산되기 때문에 충격으로 인하여 베어링이 파손되거나, 자력이 감 소되는 문제점이 방지된다.

넷째, 접촉식베어링과 함께 사용되는 경우에는, 접촉식베어링에는 자석베어링이 설치되기 전보다 훨씬 작은 반경방향 하중이 작용하기 때문에 접촉식베어링의 수명이 상당한 정도로 연장될 뿐만 아니라, 회전함으로써 발생하는 소음이나 마찰열 등이 훨씬 감소된다.

이하에는, 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명의 실시례에 관하여 상세하게 설명한다.

제1실시예에 따른 자석베어링은 축자석부재(10)과 하우징자석부재(20)를 포함하여 구성되는데, 이하에는 축자석부재(10) 및 축자석부재(10)가 설치되는 축에 관하여 설명한다.

도2(a)는 본원 발명에 따른 축 자석부재의 정면도, 도2(b)는 측면도, 도2(c)는 상기 축자석부재가 설치되는 축의 일부분을 도시하고 있다.

도2(a)에 도시된 바와 같이 축자석부재(10)는, 복수의 자석소자(11)와 상기 복수의 자석소자(11)가 함몰배치되어 있는 원통형의 축탄성부재(12)로 이루어지는데, 상기 축탄성부재(12)에는 그 원주방향을 따라 복수의 자석소자(11)가 설치될 수 있도록 다수의 설치공이 형성되어, 이 설치공 내에 자석소자(11)가 배치되는데, 상기 설치공은 그 형상은 그에 맞닿는 자석소자(11)의 형상과 동일하게 형성되어, 탄성부재(12)는 그 내에 함몰되어 배치된 복수의 자석소자(11)와 밀착된다.

상기 복수의 자석소자(11)는 상기 탄성부재(12)의 원주방향을 따라 인접한 자석소자(11)와 소정의 거리만큼 이격되어 배치되는데, 이는 자석소자(11) 간의 거리가 지나치게 가깝게 되어 소정의 크기 이상의 척력이 작용하게 되므로, 이를 회피하기 위한 것이다.

상기 자석소자(11)는 도3(a) 내지 도3(d)에 도시된 바와 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 그 하면은 축(S)과 밀착할 수 있도록, 축(S)과 동일한 곡률을 가지는 것이 바람직하고, 그 상면도 이와 동일한 곡률을 가지는 것이 바람직하다.

도3에 도시된 바와 같이 자석소자(11)는 그 형상이 상면에서 하면으로 갈수록 그 폭이 커지도록 형성되는데, 이는 자석소자(11)가 탄성부재(12)의 설치공 내에 배치된 때에 설치공 밖으로 빠져나오는 것을 방지하기 위함이다.

도4에는 도3(b) 도시의 형상을 가지는 자석소자(11)이 탄성부재(12) 내에 배치되어 있는 일부분을 도시하고 있는데, 자석소자(11)의 중간부에는 그 폭이 상면의 폭보다 작도록 잘록하게 형성된 오목부가 형성되고, 탄성부재(12)도, 위 오목부의 형상에 대응되도록 형성되어, 자석소자(11)가 탄성부재(12) 내에 배치되는 경우에는 탄성부재(12)의 위 오목부에 대응되는 부분이 상기 오목부 내로 유입되어 자석소자(11)의 오목부와 맞닿기 때문에, 자석소자(11)는 탄성부재(12)로부터 상부방향 및 하부방향으로 이탈되는 것이 모두 방지되므로, 이와 같은 형상을 가지는 것 이 바람직하다.

상기 자석소자(11)는 상부와 하부가 서로 반대방향을 가지도록 자화된다. 즉, 상면 전체에 걸쳐서 동일한 극성, 예컨대 N극을 가지고, 하면 전체에 걸쳐 S극을 가지도록 자화된다.

도5에는 또 다른 형상을 가지는 자석소자(11')가 도시되어 있는데, 도시된 바와 같이, 자석소자(11')는 원통형의 복수의 실린더부(110)와 각 인접한 실린더부(110)를 서로 연결하고 그 반경이 실린더부의 반경보다 작은 목부(111)를 가지도록 형성되어 있다. 또한 상기 실린더부(110)의 외면의 극성은 하우징자석부재(20)의 축을 대향하는 면의 극성과 동일하며, 상기 목부(111)에는 축탄성부재가 연결되어 복수의 자석소자(11')를 서로 잡아 당기게 된다.

이와 같은 형상을 가지는 자석소자를 사용하게 되면 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉, 축에는 사용환경에 따라 충격하중이 작용할 수 있는데, 순간적으로 강력한 충격하중이 작용하는 경우에 축자석부재(10)는 순간적으로 척력에도 불구하고 하우징자석부재(20)와 접촉하거나 부딪힐 수 있다. 이러한 경우에, 위와 같이 축자석부재(10)의 자석소자(11')가 실린더형상을 갖게 되면, 부딪히면서 가해지는 충격을 자석소자(11')가 회전하면서 흡수하게 되어, 충격으로 인해 자석소자의 자력이 감소하거나 파손되는 경우가 방지된다.

축자석부재(10)의 자석소자 뿐만 아니라, 후술하는 하우징자석부재(20)의 자 석소자도 위와 같은 자석소자(11')의 형상을 가질 수 있다.

자석소자(11, 11')의 종류로는, 그 사용환경에 따라 전기한 도표 중의 자석을 적절히 선택할 수 있다. 즉, 큰 하중이나, 충격이 작용하는 환경에서는 높은 정도의 잔류자석밀도를 가지는, 알니코자석, 희토류 자석 중 Sm-Co 자석, Ne-Fe-B(소위 네오디움 자석), 페라이트 자석 중 이방성 건식 Sr 자석 등을 사용하는 것이 바람직하고, 비교적 작은 하중이 작용하는 환경에서는 비교적 가격이 저렴한 페라이트 자석 중 이방성습식 Sr, 등방성 Ba 등의 종류를 적절히 선택할 수 있다.

또한, 자석소자(11,11')의 두께(도 4 중 상하방향) 및 폭(도 4 중 좌우방향) 역시 그 사용환경에 따라 적절히 조절할 수 있다. 큰 하중이나 충격이 작용하는 환경에서 사용되므로 강한 자력이 요구되는 경우에는 그 폭과 두께도 이에 따라 늘리고, 비교적 작은 하중이 작용하는 환경에서는 그 폭과 두께 역시 감소시켜 크기를 콤팩트하게 만들 수 있다.

상기 탄성부재(10)는 링형상(원통형상)을 가지며, 그 내에 함몰되어 있는 복수의 자석소자(11)들을 서로 잡아당겨 축심방향으로 밀착시키는 복원력(탄성)을 가진다.

이를 위하여 상기 탄성부재(10)는 고무밴드, 고무줄, 인장스프링 또는 레진 등 그 재료가 탄성력을 가지는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 탄성부재(10)의 원주방향으로는 복수의 자석소자(11)의 개수에 대응하는 개수의 설치공이 형성되어야 한다는 점은 앞서 설명한 바와 같다.

이러한 축 자석부재(10)는 축(S) 상에 설치되는데, 축(S)상 축 자석부재(10)가 설치되는 위치에는 축 자석부재(10)의 폭과 거의 동일한 정도의 폭을 가지는 원주홈(S)이 축의 원주방향을 따라 형성되고, 위 원주홈(R) 내에 축 자석부재(10)가 안착된다.

위와 같이 축(S) 상에 원주홈(R)을 형성하고, 그 위에 축 자석부재(10)를 감아주는 방식으로 설치함으로써, 축 자석부재(10)는 축 상에서 축방향으로 이탈하는 것이 방지된다.

도2(a) 및 도2(c)에 도시된 바와 같이, 상기 축(S)의 원주홈(R)의 외경(D)은 상기 축자석부재(10)의 내경(d)보다 더 크게 형성된다. 이와 같은 크기관계 때문에, 축자석부재(10)가 축의 원주홈(R) 내에 안착되기 위하여는, 원통형의 탄성부재(10)를 반경방향으로 확대시켜 그 내경을 확대시킨 후에, 이 상태로 축 자석부재(10)를 원주홈(R) 내에 안착시키게 된다.

이에 따라, 상기 원주홈(R) 내에 안착된 축자석부재(10)의 탄성부재(11)는 본래의 원주방향의 길이(즉, 축에 설치되기 전의 상태)보다 늘려진 상태에 있게 되고, 따라서 탄성부재(11)는 탄성부재의 원주방향 길이를 수축시키려는 방향으로 탄 성력을 가지게 되어서, 이에 의해 축자석부재(10) 전체가 축의 중심방향으로 밀어붙여지게 되고, 그리하여 복수의 자석소자(11)는 축에 더욱 밀착된다.

이에 따라, 축(S)의 회전수가 커서 상당한 크기의 원심력이 축자석부재(10)에 가해지는 경우에도 축자석부재(10)는 축상에 밀착된 상태로 유지될 수 있다.

다음으로, 하우징 자석부재(20)와 하우징(H)에 관하여 설명한다.

도6(a)는 하우징자석부재(20)의 정면도, 도5(b)는 하우징자석부재(20)가 설치되는 하우징(H) 일부의 측단면도이다.

도6(a)에 도시된 바와 같이, 하우징자석부재(20)는 복수의 자석소자(21)와 복수의 자석소자(21) 중 서로 인접한 2개의 자석소자(21)를 서로 연결하는 복수의 탄성부재(22)를 포함한다. 상기 탄성부재(22)는 그 양단을 서로 멀어지도록 밀어내는 장력을 가지는 압축스프링이어서, 상기 탄성부재(22)에 의해 인접한 자석소자(21)는 서로 밀쳐진 상태로 유지되고, 그 상태(즉, 하우징에 결합되기 전의 상태)에서의 하우징자석부재(20)의 외경은 d'이 된다.

전술한 축자석부재(10) 역시 위에서 설명한 하우징자석부재(20)와 동일한 형상을 가질 수 있는데, 이 경우 상기 탄성부재(22)는 그 양단을 서로 잡아당기는 인장스프링이어야 한다는 점은 당업자에게는 자명할 것이다.

또한, 도6(b)에 도시된 바와 같이, 하우징(H)의 중공에 축이 배치되는데, 중공 중의 소정의 위치, 즉 하우징자석부재(20)가 설치되는 위치에는 하우징자석부재(20)의 폭에 해당하는 정도의 폭을 가지는 설치홈(R')이 형성된다. 이러한 설치홈(R')은 하우징 부재에 보링머신 등의 절삭공구에 의해 축공을 가공하는 때에 함께 가공할 수 있으므로, 그 형성에 별도의 공정이 필요하지는 않다.

그런데, 상기 하우징(H)의 설치홈(R')의 내경이 D'으로서, 상기 하우징자석부재(20)의 외경 d1보다 작기 때문에, 상기 하우징자석부재(20)를 하우징 설치홈(R') 내에 설치하기 위해서는 하우징 자석부재(20)에 외력을 가하여 탄성부재(22)를 수축시켜야 한다. 위와 같이 수축됨으로써 그 직경이 감소된 상태의 하우징자석부재(20)를 설치홈(R') 내에 위치시킨 후에 외력을 제거함으로써, 하우징자석부재(20)는 설치홈(R') 내에 안착되는데, 이 상태에서 탄성부재(22)의 탄성력에 의해 자석소자(22)는 서로 멀어지도록 밀쳐지기 때문에, 하우징자석부재(20) 전체가 하우징의 설치홈(R')에 밀착됨으로써 하우징 내에 단단히 고정된다.

또한, 자석소자(21)는 그 외면 및 내면에 하우징(H)의 내경의 곡률과 거의 동일한 정도의 곡률을 가지는 것이 바람직한데, 그 이유는 원통형상의 하우징(H)과 보다 확실한 밀착을 확보함과 아울러, 축자석부재(20)의 원활한 회전을 방해하지 않기 위함이다.

또한, 자석소자(21)의 상부와 하부는 서로 상반된 극성으로 자화되어야 하는데, 그 하부(축자석부재(10)와 대향하는 쪽)의 극성은 이와 대향하는 축자석부재(10)의 자석소자(11)의 상면의 극성과 동일하여, 서로 척력이 작용하여야 한다.

위와 같이 하우징자석부재(20) 및 축자석부재(10)가 각각 하우징(H)와 축(S) 상의 소정의 위치, 즉 설치홈(R, R') 내에 설치된 후에, 축이 하우징 내에 배치된 상태가 도7에 모식적으로 도시되어 있다(축과 하우징의 도시는 생략).

도시된 바와 같이, 축자석부재(10)의 자석소자(11)와 하우징자석소자(21) 사이에는 서로 척력이 작용하기 때문에, 축자석부재(10)의 아래쪽 면은 하우징자석부재(20)와 접촉하지 않고, 하우징자석부재(20) 상에 축의 자중을 이기고 어느 정도 떠있게 된다. 따라서, 축은 무접촉상태로 하우징 내에 결합될 수 있고, 회전 시에도 접촉마찰력이 전혀 작용하지 않기 때문에 고효율의 동력 전달 및 무소음의 회전이 가능하게 된다.

물론, 위와 같이 이상적인 무접촉상태를 유지하기 위해서는, 축의 회전수, 축에 작용하는 축하중 및 반경방향 하중, 베어링의 수명 등의 제반 조건을 감안하여, 자석소자(11, 21)의 자기력, 재질, 폭, 개수 및 두께 등의 조건을 적절히 조절하여야 한다. 예컨대 축의 자중이 큰 경우에는 이에 맞게 자석소자(11,21)의 폭, 두께, 자기력 등을 증가시키거나, 베어링의 설치 개수를 더 늘려야 하던가 하는 방 식이다.

그런데, 도7에 잘 도시된 바와 같이 하우징자석부재(20)의 자석소자(21)의 폭이 축 자석부재의 자석소자(11)의 폭보다 더 큰 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다. 즉, 축이 축방향 하중을 받아 축방향으로 어느 정도 변위됨으로써 이에 따라 축자석부재(10)의 자석소자(11)도 변위되는 경우에도(76의 점선 참조), 축자석부재(10)의 자석소자(11) 폭 전체가 하우징자석부재의 자석소자(21)의 폭 내에 위치하기 때문에 자석소자(11,21) 사이의 척력이 축방향으로 작용함으로써, 척력이 축의 축방향 이탈을 더욱 촉진시키는 문제를 회피할 수 있기 때문이다.

또한, 도8에 도시된 바와 같이, 하우징자석부재(20)를 복열로 설치하고, 그 사이에 축자석부재(10)를 설치할 수도 있다. 이러한 방식으로 설치하게 되면, 축자석부재(10)는 축방향으로 변위되는 것이 하우징자석부재(20) 사이에 작용하는 척력의 작용으로 인하여 차단되기 때문에 축을 축방향으로 고정하기 위한 적절한 고정수단, 예컨대 트러스트베어링과 같은 부재를 따로 설치할 필요가 없어진다.

이하에는, 본원발명의 제2실시예에 관하여 설명한다.

제2실시예는 위에 설명된 실시예와 동일한데, 다만 축자석부재(10)와 하우징자석부재(20)가 위에서 설명된 바와 같이 축과 하우징에 직접결합되는 것이 아니라, 리테이닝링(30,40)을 통하여 결합된다는 점에서만 차이가 있다.

즉, 도9(a) 및 도9(b)에 도시된 바와 같이 축리테이닝링(30)은 그 양단 부(31)가 중심부의 원주면부(32) 보다 반경방향 길이가 더 길어 양단부(31) 사이의 원주면부(32) 상에 축자석부재(10)가 안착될 수 있는 공간이 형성되고, 이곳에 축자석부재(10)가 안착되는데, 축자석부재(10)의 설치방법은 앞서 설명한 바와 같다.

이렇게 설치된 축자석부재(10)는 탄성부재(12)의 탄성력에 의해 전체적으로 축심방향으로 잡아당겨지기 때문에, 축자석부재(10) 전체는 축리테이닝링(30)에 밀착된다. 또한 축자석부재(10)의 높이가 축리테이닝링(30)의 양단부(31)의 높이보다 높기 때문에 축자석부재(10)가 양단부(31)에 걸려 축방향으로 변위되는 것이 차단됨에 주목할 필요가 있다.

또한, 도10(a),(b)에 도시된 바와 같이, 하우징자석부재(20)도 하우징리테이닝링(40)의 내면에 안착되는데, 하우징리테이닝링(40)은 그 양단부(41)의 반경방향 길이가 그 사이의 원주면부(42)의 반경방향 길이보다 짧아, 양단부(41)사이의 원주면브(42) 상에 하우징자석부재(20)이 안착될 수 있는 공간이 형성되어, 이 곳에 하우징자석부재(20)가 안착되는데, 그 설치방법은 앞서 설명한 바와 같다. 이렇게 설치된 하우징자석부재(20)는 탄성부재(22)의 탄성력에 의해 전체적으로 밀쳐져, 하우징자석부재(20) 전체는 하우징리테이닝링(40)에 밀착된다. 안착된 상태에서 하우징자석부재(20)가 하우징리테이닝링(40)의 양단부(41)에 걸려 양옆쪽으로 이동하는 것이 차단됨에 주목할 필요가 있다.

위의 축리테이닝링(30)과 하우징리테이닝링(40)은 금속재질 또는 자속을 차단하는 성질을 가지는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

위와 같이, 축자석부재와 하우징자석부재를 리테이닝링(30,40)을 통하여 축과 하우징에 설치하게 되면 다음과 같은 장점이 얻어진다.

(1) 베어링의 표준화가 용이하다. 즉, 베어링은 다양한 치수와 다양한 성능을 가지는 베어링이 필요하게 되는데, 리테이닝링(30)의 직경, 폭 등에 의해 베어링의 특성을 규정함으로서 이를 표준화하는 것이 가능해진다.

(2) 축이나 하우징에 설치홈을 가공할 필요가 없어진다. 즉, 축이나 하우징에 설치홈을 가공하는 대신, 설치홈이 형성된 리테이닝링을 사용함으로써, 놋치로서 기능하여 그곳에 집중적인 응력이 발생할 수 있는 설치홈을 하우징이나 축에 가공하는 것을 회피할 수 있고, 이에 따라 축이나 하우징의 강도나 수명 면에서 유리할 뿐만 아니라, 축이나 하우징에 설치홈을 가공하는 공정을 생략할 수 있다.

(3) 자속을 차단함으로써, 유도전류가 발생하는 것을 어느 정도 차단할 수 있다. 즉, 자석이 회전하는 경우에는 맥스웰 법칙에 따라 그 주변에는 유도전류가 발생하게 되는데, 이러한 유도전류는 베어링이 설치되는 환경에 원하지 않는 결과를 초래할 수 있다. 예컨대, 베어링이 정밀전자기구 등에 설치되는 경우에는 유도전류가 다른 전자부품의 작동에 영향을 미칠 수도 있다. 이러한 경우에 자속을 차단하는 재질로 만들어진 리테이닝링을 자석부재와 축, 하우징 사이에 개재시킴으로써, 자석의 회전에 의해 유도전류가 베어링을 벗어난 다른 부분에 형성되는 것을 상당부분 차단할 수 있다.

(4) 제품화 및 운반 등이 용이해진다. 리테이닝링이 없는 경우에 탄성부재의 탄성력으로 인해, 축자석부재(10)는 수축된 상태로, 하우징자석부재(20)은 팽창된 상태로 있게 되므로, 포장 및 운반 등이 용이하지 않은 반면, 리테이닝링(30,40)을 사용하는 경우에는 축자석부재(10)와 하우징자석부재(20) 모두 리테이닝링(30,40) 상에 안착된 상태로 유지되므로, 그 포장 및 운반 등이 용이해진다.

위에서 설명된 실시예에서는 구름베어링 등의 접촉식 베어링과 함께 사용될 수도 있는데, 이러한 경우 접촉식 베어링에는 자석베어링이 설치되기 전보다 훨씬 작은 반경방향 하중이 작용하기 때문에 접촉식베어링의 수명이 매우 연장될 뿐만 아니라, 회전함으로써 발생하는 소음이나 마찰열 등이 훨씬 감소된다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

이하에는 본원발명의 제3실시예에 관하여 설명한다.

제3실시예에는, 축 리테이닝링과 하우징 리테이닝링이 배치된다는 점에서 제2실시예와 공통점을 가진다.

그러나, 전술한 실시예의 경우와 달리, 복수의 자석소자와 상기 자석소자들을 서로 끌어당기거나, 밀쳐내는 탄성부재를 포함하는 것이 아니라, 복수의 자석소자가 축리테이닝링 및 하우징 리테이닝링의 원주면 상에 직접 설치된다는 점에서 차이가 있다.

즉, 축리테이닝링의 원주면 상에 복수의 자석소자가 소정의 간격만큼 서로 이격되어 고정되고, 하우징 리테이닝 링의 원주면 상에도 복수의 자석소자가 소정의 간격만큼 이격되어 고정되는데, 자석소자가 설치되는 곳에는 자석소자를 적절히 파지하여 고정할 수 있는 리브를 형성되거나, 리테이닝링의 형성단계에서 자석소자 안착부를 리테이닝링에 일체로 형성하는 것도 바람직하다.

또한, 인접한 자석소자 사이에는 인접한 자석소자 사이에 자력을 적절히 차단하며, 자석소자의 원주방향 변위를 방지할 수 있는 고정부재가 리테이닝 링의 원주면 상에 배치되는 것이 바람직한데, 상기 고정부재는 고무, 스펀지, 플라스틱 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도1은 종래의 자석베어링의 사시도이다.

도2(a)는 본원 발명에 따른 축자석부재의 정면도, 도2(b)는 그 측면도, 도2(c)는 상기 축자석부재가 설치되는 축의 일부분의 단면도이다.

도3 내지 도5는 본원발명에 따른 축자석부재의 자석소자의 형상을 나타내는 도면으로, 도3은 자석소자의 단면도, 도4는 도3(b)의 자석소자가 설치된 모습의 일부를 도시한 단면도, 도5(a)는 다른 형상을 가지는 자석소자의 사시도, 도5(b)는 그 단면도이다.

도6(a)는 본원발명에 따른 하우징자석부재의 정면도, 도5(b)는 하우징자석부재가 설치되는 하우징 일부의 단면도이다.

도7 및 도8은 본원발명의 자석베어링이 설치된 경우에 축자석부재 및 하우징자석부재의 위치관계를 나타내는 모식도이다.

도9(a)는 본원발명에 따른 축리테이닝링의 사시도, 도9(b)는 그 측단면도이다.

도10(a)는 본원발명에 따른 하우징리테이닝링의 사시도, 도10(b)는 그 측단면도이다.

<도면의 주요부분의 기호의 설명>

10: 축자석부재, 20: 하우징자석부재, 11, 11': 자석소자 , 12: 탄성부재

21: 자석소자, 22: 탄성부재, 30: 축리테이닝링, 40: 하우징리테이닝링

Claims

하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징자석부재와, 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재를 포함하는 자석베어링에 있어서,

상기 축자석부재는, 축자석부재의 원주방향을 따라 배치된 복수의 자석소자와, 상기 복수의 자석소자를 원주방향을 따라 그 위치를 고정시키고, 축자석부재 전체를 축심방향으로 잡아당겨 축자석부재를 축상에 밀착시키는 복원력을 가지는 축 탄성부재를 포함하며,

상기 복수의 자석소자와 하우징 자석부재의 서로 대향하는 면의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항에 있어서,

상기 하우징 자석부재는, 복수의 자석소자와, 상기 복수의 자석소자 사이를 서로 연결하는 탄성부재를 포함하며, 상기 탄성부재는 그 양단에 결합된 자석소자를 서로 멀어지도록 하는 방향으로의 복원력을 가지는 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 축자석소자는 상기 축자석부재의 원주방향을 따라 축자석소자의 외면의 형상과 동일한 형상을 가지도록 형성된 설치공 내에 그 일부가 함몰되도록 배치되 는 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 상기 축탄성부재는 그 양단부를 서로 잡아당기는 복원력을 가지는 복수의 압축스프링이고, 상기 복수의 축자석소자 중 서로 인접한 2개의 축자석소자는 1개의 압축스프링에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 축자석소자는 원통형의 복수의 실린더부와 각 인접한 실린더부를 서로 연결하고 그 반경이 실린더부의 반경보다 작은 목부를 가지도록 형성되며, 상기 실린더부의 외면의 극성은 하우징자석부재의 축을 대향하는 면의 극성과 동일하며, 상기 목부에 탄성부재가 연결되는 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 하우징과 상기 하우징 자석부재 사이에는 원통형의 하우징리테이닝링이 배치되고, 상기 하우징 자석부재는 상기 하우징 리테이닝링의 양단부 사이의 원주면부 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 축과 상기 축 자석부재 사이에는 원통형의 축리테이닝링이 배치되고, 상기 축자석부재는 상기 축리테이닝링의 양단부 사이의 원주면부 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 축 탄성부재는, 고무밴드, 고무줄, 인장스프링 또는 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 하우징 탄성부재는 압축스프링인 것을 특징으로 하는 자석베어링
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 축 자석부재의 내경은 축자석부재가 설치되는 축의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 자석베어링
하우징 내에 배치되는 원통형의 하우징자석부재와, 축 상에 배치되는 원통형의 축자석부재를 포함하는 자석베어링에 있어서,

상기 축자석부재는, 축상에 고정되는 원통형의 축리테이닝링과, 상기 축리테이닝링의 원주면을 따라 배치된 복수의 자석소자를 포함하고,

상기 하우징자석부재는, 하우징에 고정되는 원통형의 하우징 리테이닝링과, 상기 하우징 리테이닝링의 원주면을 따라 배치된 복수의 자석소자를 포함하며,

상기 복수의 자석소자와 하우징 자석부재의 서로 대향하는 면의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 자석베어링
제11항에 있어서, 상기 복수의 자석소자 중 인접한 자석소자 사이의 축리테이닝 링과 하우징 리테이닝링의 원주면 상에는 고정부재가 배치되며, 상기 고정부재는 고무, 스펀지, 플라스틱 중 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자석베어링