KR20100119149A

KR20100119149A - 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조

Info

Publication number: KR20100119149A
Application number: KR1020090038109A
Authority: KR
Inventors: 이부락
Original assignee: 주식회사 에스비비테크
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-09

Abstract

본 발명은 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조에 관한 것으로, 회전축의 회전속도에 따라 고속 및 저속에 대응하여 자기력을 제어함으로써, 회전축의 속도에 적합한 최적의 씰링 효과를 얻을 수 있는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조는, 비자성체로 이루어진 하우징; 스테이지가 형성되고, 한쌍의 베어링의 지지를 받아 하우징에 회전가능하도록 설치된 회전축; 및 한쌍의 베어링 사이에 설치되어, 회전축의 회전속도에 따라 스테이지에 공급된 자성유체에 가해지는 자기력을 가변시켜 주는 가변형 자석씰링수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

자석씰링, 회전속도 감응형, 알리코자석, 자기력 변화, 자성유체

Description

회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조{Shaft Speed-responsible Magnentic Sealing Spindle Structure}

본 발명은 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성유체를 제어함에 있어서, 회전축의 회전속도에 비례하여 자기력선을 제어할 수 있는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조에 관한 것이다.

일반적으로 청정 환경과 같이 고진공의 기술이 요구되는 산업계, 예를 들어 반도체, LED, OLED 업계에서는 제품의 정밀도가 요구되기 때문에, 고진공, 청정분위기, 무진동과 같은 특수한 환경이 요구되고 있다. 특히, 이러한 청정환경에 적합하게 구동력을 전달하기 위한 구동수단으로서는 진공상태와 대기상태에 대한 씰링이 요구되고 있다.

이러한 청정 환경에서 사용되는 구동수단의 씰링에 많이 사용되는 것으로, 최근 들어 가장 많이 채용되고 있는 방식으로 자성유체를 이용한 자석씰링에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

자석씰링 구조는, 잘 알려진 바와 같이, 기밀유지가 중요하기 때문에 회전축과 하우징 사이에 자성유체를 공급하고, 하우징에는 자성체를 장착하여 하우징과 회전체 사이에 일종의 차단막(유막)을 형성하게 된다.

특히, 이러한 자석씰링 구조는 자성유체에 의해 항상 차단막이 형성되어 있어야 하기 때문에, 즉 자성유체에 항상 자기력을 제공하여 차단막을 형성해야 하므로, 자성체로서 영구자석을 이용하고 있다.

그러나, 종래의 자석씰링 구조는 다음과 같은 문제가 발생하게 된다.

1) 자성체로서 영구자석을 채택하고 있기 때문에, 영구자석에서 발생된 자기력이 항상 일정하여 회전축의 회전속도에 따라 신속하게 대응할 수 없게 되는 문제가 발생하게 된다.

2) 회전축의 고속 및 저속회전에서도 자석씰링 효과를 얻기 위해서는 자성체로부터 발생되는 자기력이 고속에 적합하게 셋팅되어야 하기 때문에, 회전축의 저속 회전에는 적합하지 않게 되는 문제가 발생하게 된다.

3) 특히, 회전축이 장시간 구동으로 열이 발생하는 경우 자기력이 약화되어 차단막으로서의 기능을 상실하게 될 우려가 발생한다.

4) 마찰열이라든가 자기력에 의해 발생된 열에 의해 자성유체의 특성이 떨어지게 되면, 자성유체의 고유 기능을 상실하게 되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 회전축의 회전속도에 따라 고속 및 저속에 대응하여 자기력을 제어함으로써, 회전축의 속도에 적합한 최적의 씰링 효과를 얻을 수 있는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조는,

비자성체로 이루어진 하우징;

스테이지가 형성되고, 한쌍의 베어링의 지지를 받아 하우징에 회전가능하도록 설치된 회전축; 및

한쌍의 베어링 사이에 설치되어, 회전축의 회전속도에 따라 스테이지에 공급된 자성유체에 가해지는 자기력을 가변시켜 주는 가변형 자석씰링수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 자석씰링수단은,

저면부의 베이스와 측면의 외주벽으로 형성되면서 상부는 개방되고 내측에 공간부를 갖는 하우징부재;

잔류자속밀도가 낮으며 온도계수는 비교적 높은 편이며 전기저항을 갖고 있기 때문에 와전류손이 적은 Nd-Fe계이면서 극 배열이 수평축방향으로 배열된 영구 자석;

높은 공극자속밀도의 확보가 가능하고 높은 운전 온도를 가질 수 있도록 하며 극 배열이 수직축방향으로 배열된 알리코(Alico)자석;

알리코자석의 외주면에 권선된 코일;

자로를 연결 형성하기 위한 폴부재;

절연과 하우징 내부로의 이물질이 들어가는 것을 방지하는 에폭시층; 및

코일과 연결되어 전원의 온/오프를 조절하는 2개의 버튼이 함께 작동되어야 하는 안전스위치가 구비된 콘트롤수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조는 알리코자석의 극 배열이 안전스위치의 작동에 따라 전환되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조는 알리코자석과 인접하는 알리코자석 사이에는 공간부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조는, 폴부재가 하우징부재 내측에 설치되거나 하우징부재 외측으로 일부가 돌출되게 설치된 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 에폭시층은 영구자석의 상부에만 설치되거나 영구자석 및 폴부재 상부 전면에 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 회전축의 회전 속도에 따라 적절한 차단막을 형성할 수 있게 된다.

2) 자석씰링 스핀들의 장시간 사용으로 자성유체의 특성이 변하더라도 이에 대응하여 자성체의 자기력 조절이 가능하게 된다.

3) 극전환시 안전스위치를 동시에 작동시켜야 하기 때문에 안전기능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1는 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조의 전체 구성을 보여주기 위한 반단면도이다.

본 발명은 비자성체로 이루어진 하우징(100)과, 한쌍의 베어링(220)의 지지를 받아 하우징(100) 내부에 회전가능하도록 설치된 회전축(200)과, 이 한쌍의 베어링(220) 사이에 위치하도록 하우징(100)에 설치되는 자석씰링수단(300)을 포함하여 이루어진다.

특히, 자석씰링수단(300)은 회전축(200)의 표면에 형성된 스테이지(210)에 충진된 자성유체에 자기력을 가하여 자석씰링인 일종의 차단막을 형성시켜 주게 된다. 이러한 자석씰링수단(300)에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2은 본 발명의 기술이 적용된 자석씰링수단의 구조를 보여주는 단면도로써 이에 따르면, 본 발명에 따르는 자석씰링수단(300)은 저면부의 베이스(311)와 측면의 외주벽(312)으로 형성되면서 상부는 개방되고 내측에 공간부(313)를 갖는 하우징부재(310)의 내측 공간부(313)에서 상부의 개구부쪽으로는 첨부도면도 5에 도시된 바와 같은 감자특성을 갖으며 잔류자속밀도가 낮으며 온도계수는 비교적 높은 편이며 전기저항을 가지고 있기 때문에 와전류손이 적은 Nd-Fe계이면서 극 배열이 수평축방향으로 배열된 영구자석(320)이 일정 간격으로 이격되게 설치된다.

상기 일정간격 이격되게 설치된 영구자석(320)의 사이에는 자로를 연결 형성하기 위한 폴부재(350)가 설치되며, 상기 폴부재(350)의 하단으로는 높은 공극자속밀도의 확보가 가능하고 높은 운전 온도를 가질 수 있도록 하며 극 배열이 수직축방향으로 배열된 알리코(Alico)자석(330)이 설치되되 상기 알리코자석(330)의 외주면에는 코일(340)이 권선되어 설치된다.

한편, 상기 영구자석(320)의 상부에는 절연성이 있으며 하우징부재(310) 내부로의 이물질이 들어가는 것을 방지하는 에폭시층(360)을 형성하며, 상기 코일(340)과 알리코자석(330)에는 전원의 온/오프를 조절하는 스위치와 알리코자석(330)의 극 배열을 전환시키는 2개의 버튼이 함께 작동되어야 하는 안전스위치(371)가 구비된 콘트롤수단(370)이 설치되어 이루어진 구조이다.

상기 폴부재(350)의 설치상태를 살펴보면, 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징부재(310)의 공간부(313) 내측에 설치된 형태와 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 하우징부재(310) 외측으로 일부가 돌출되게 설치된 형태로 구조를 변경 하여 사용할 수도 있다.

한편, 상기 에폭시층(360)의 설치상태를 살펴보면 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 또한 영구자석(320)의 상부에만 설치되거나, 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 영구자석(320) 및 폴부재(350) 상부 전면에 형성하여 사용할 수도 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 작동 효과를 설명하면, 회전축(200)이 저속으로 회전하는 경우, 첨부도면 도 3a에 도시된 바와 같이 코일(340)에 전원을 인가하지 않게 되며, 이에 따라 자기력의 형성이 S에서 N방향으로 흐르기 때문에 알리코자석(330)의 극 배열과 영구자석(320)의 극 배열에 의하여 자기력선을 용이하게 형성함으로 작은 자기력이 형성된다.

그러나, 회전축(200)이 고속으로 회전하는 경우, 첨부도면 도 3b에 도시된 바와 같이, 회전축(200)의 회전속도에 비례하여 코일(340)에 콘트롤수단(370)의 스위치를 이용하여 전원을 인가함과 동시에 안전스위치(371)을 이용하여 알리코자석(330)의 극 배열을 반대로 전환시키면 자기력의 형성이 S에서 N방향으로 흐르기 때문에 폴부재(350)에 형성된 자기력이 밀려나 금속으로 이루어진 회전축(200)에서 자기력이 형성되게 된다.

한편 본 발명의 자석씰링수단(300)에 이 설치된 상태에서 전원이 차단되더라도 상기 알리코자석(330)의 극배열은 바꾸어지지 않고 현재 상태를 유지하기 때문 에 항상 자석씰링 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 알리코자석(330)의 극 배열을 전환시키는 방법으로는 콘트롤수단(370)에 구비된 안전스위치(371)의 2개 버튼을 동시에 눌러 작동하여야 알리코자석(330)의 극 배열이 전환되는 것이다.

상기 콘트롤수단(370)에 구비된 안전스위치(371)의 2개 버튼 중 한 개만 누르거나 각각 순차적으로 눌러 작동시키면 상기 알리코자석(330)의 극 배열을 전환시킬 수 없게되며, 상기 코일(340)에 전원을 인가하는 것은 알리코자석(330)을 전자석으로 만들어 보다 강한 자기력을 얻을 수 있기 때문이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1는 본 발명에 따르는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조의 전체 구성을 보여주기 위한 반단면도.

도 2은 본 발명의 기술이 적용된 자석씰링수단의 구조를 보여주는 단면도.

도 3a은 본 발명에 따르는 자석씰링수단의 작동전 상태를 보여주는 단면도.

도 3b는 본 발명에 따르는 자석씰링수단의 작동후 상태를 보여주는 단면도.

도 4는 본 발명에 따르는 자석씰링수단의 다른 실시예를 보여주는 단면도.

도 5는 자석의 종류에 따른 감자특성을 보여주는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100 : 하우징 200 : 회전축

210 : 스테이지 220 : 베어링

300 : 자석씰링수단 310 : 하우징부재

311 : 베이스 312 : 외주벽

313 : 공간부 320 : 영구자석

330 : 알리코자석 340 : 코일

350 : 폴부재 360 : 에폭시층

370 : 콘트롤수단 371 : 안전스위치

Claims

비자성체로 이루어진 하우징(100);

스테이지(210)가 형성되고, 한쌍의 베어링(220)의 지지를 받아 상기 하우징(100)에 회전가능하도록 설치된 회전축(200); 및

상기 한쌍의 베어링(220) 사이에 설치되어, 상기 회전축(200)의 회전속도에 따라 스테이지(210)에 공급된 자성유체에 가해지는 자기력을 가변시켜 주는 가변형 자석씰링수단(300);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 자석씰링수단(300)은,

저면부의 베이스(311)와 측면의 외주벽(312)으로 형성되면서 상부는 개방되고 내측에 공간부(313)를 갖는 하우징부재(310);

잔류자속밀도가 낮으며 온도계수는 비교적 높은 편이며 전기저항을 갖고 있기 때문에 와전류손이 적은 Nd-Fe계이면서 극 배열이 수평축방향으로 배열된 영구자석(320);

높은 공극자속밀도의 확보가 가능하고 높은 운전 온도를 가질 수 있도록 하며 극 배열이 수직축방향으로 배열된 알리코(Alico)자석(330);

상기 알리코자석(330)의 외주면에 권선된 코일(340);

자로를 연결 형성하기 위한 폴부재(350);

절연과 하우징 내부로의 이물질이 들어가는 것을 방지하는 에폭시층(360); 및

상기 코일(340)과 연결되어 전원의 온/오프를 조절하는 2개의 버튼이 함께 작동되어야 하는 안전스위치(371)가 구비된 콘트롤수단(370);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조.
제2항에 있어서,

상기 알리코자석(330)의 극 배열이 안전스위치(371)의 작동에 따라 전환되는 것을 특징으로 하는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조.
제 2 항에 있어서,

상기 알리코자석(330)과 인접하는 알리코자석(330) 사이에는 공간부(313)를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조.
제 2 항에 있어서

상기 폴부재(350)가 하우징부재(310) 내측에 설치되거나 하우징부재(310) 외측으로 일부가 돌출되게 설치된 것을 특징으로 하는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조.
제 2 항에 있어서

상기 에폭시층(360)은 상기 영구자석(320)의 상부에만 설치되거나 상기 영구자석(320) 및 폴부재(350) 상부 전면에 형성된 것을 특징으로 하는 회전속도 감응형 자석씰링 스핀들 구조.