KR20230173377A - 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법 - Google Patents

마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230173377A
KR20230173377A KR1020220074059A KR20220074059A KR20230173377A KR 20230173377 A KR20230173377 A KR 20230173377A KR 1020220074059 A KR1020220074059 A KR 1020220074059A KR 20220074059 A KR20220074059 A KR 20220074059A KR 20230173377 A KR20230173377 A KR 20230173377A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotating shaft
bearing
magnetic
journal bearing
sleeve journal
Prior art date
Application number
KR1020220074059A
Other languages
English (en)
Inventor
이용복
김정완
하윤석
안별
곽원일
이영도
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020220074059A priority Critical patent/KR20230173377A/ko
Priority to US17/956,246 priority patent/US11905993B2/en
Publication of KR20230173377A publication Critical patent/KR20230173377A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0402—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means combined with other supporting means, e.g. hybrid bearings with both magnetic and fluid supporting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0442—Active magnetic bearings with devices affected by abnormal, undesired or non-standard conditions such as shock-load, power outage, start-up or touchdown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
    • F16C32/0478—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings with permanent magnets to support radial load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/048—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0487—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of four degrees of freedom
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1095—Construction relative to lubrication with solids as lubricant, e.g. dry coatings, powder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/02—Noble metals
    • F16C2204/04—Noble metals based on silver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/10—Alloys based on copper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/30—Alloys based on one of tin, lead, antimony, bismuth, indium, e.g. materials for providing sliding surfaces
    • F16C2204/34—Alloys based on tin
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2208/00—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers
    • F16C2208/20—Thermoplastic resins
    • F16C2208/30—Fluoropolymers
    • F16C2208/32—Polytetrafluorethylene [PTFE]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
    • F16C2223/30—Coating surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/20—Application independent of particular apparatuses related to type of movement
    • F16C2300/22—High-speed rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
    • F16C2300/52—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions low temperature, e.g. cryogenic temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F16C2360/45—Turbo-molecular pumps

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기는 회전축과, 상기 회전축을 감싸는 코어 바디와, 상기 코어 바디의 내면으로부터 상기 회전축을 향해 방사상으로 연장되는 복수의 폴과, 인가된 전류에 의해 형성되는 자기장에 의한 자력을 이용하여 상기 회전축을 부상시키도록 상기 복수의 폴에 권선되는 코일을 포함하는 마그네틱 베어링과, 상기 회전축과 상기 마그네틱 베어링의 사이에 배치되어 상기 회전축을 감싸고 상기 회전축의 회전시 동압을 형성하여 상기 회전축을 부상시키는 슬리브 저널 베어링으로서, 상기 마그네틱 베어링에 전류가 인가될 때 상기 복수의 폴 중 하나를 지나는 자기력선이 상기 슬리브 저널 베어링, 상기 회전축 및 상기 복수의 폴 중 다른 하나를 차례로 지나도록 투자율이 1 이하인 슬리브 저널 베어링 및 상기 회전축을 자력으로 지지하도록 상기 복수의 폴 사이에 배치되는 영구자석을 포함할 수 있다.

Description

마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법 {TURBO MACHINE HAVING HYBRID BEARING STRUCTURE COMPOSED OF MAGNETIC BEARING, PERMANENT MAGNET AND SLEEVE JOURNAL BEARING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 개시는 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 극저온 및/또는 고속으로 사용되는 경우 안정적으로 회전축을 지지하도록 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성되는 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터보기기의 베어링은 회전축의 회전 시 발생하는 유체의 동압을 이용하여 회전축을 부상시키는 공기포일 베어링과, 자기장에 의한 자기력을 이용하여 회전축을 부상시키는 마그네틱 베어링이 있다.
터보기기가 정지되는 경우에 회전축을 지지할 베어링이 필요하다. 하지만, 고속 또는 극저온 작동 환경에서 상기 베어링은 쉽게 파손될 수 있고, 고하중을 지지하기 어려웠다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
한편, 극저온 터보기기에서 볼 베어링 사용시, 극저온 유체는 윤활성이 매우 낮으므로 베어링의 마모가 발생한다. 따라서 이를 해소하기 위한 별도의 윤활 시스템이 필요할 수 있고, 이는 전체적인 터보기기의 효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 최근 극저온 또는 고속 환경에서 쉽게 파손되지 않으면서도, 갑작스럽게 터보기기가 정지된 경우에 회전축을 안정적으로 지지할 수 있고 또한 별도의 윤활 및 냉각이 불필요한 베어링에 대한 요구가 있다.
한국 등록특허공보 제10-0928948호
본 개시의 일 측면에 따르면, 회전축을 안정적으로 지지할 수 있으면서도 간단한 구조를 가진 터보기기를 제공한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기는 회전축과, 상기 회전축을 감싸는 코어 바디와, 상기 코어 바디의 내면으로부터 상기 회전축을 향해 방사상으로 연장되는 복수의 폴과, 인가된 전류에 의해 형성되는 자기장에 의한 자력을 이용하여 상기 회전축을 부상시키도록 상기 복수의 폴에 권선되는 코일을 포함하는 마그네틱 베어링과, 상기 회전축과 상기 마그네틱 베어링의 사이에 배치되어 상기 회전축을 감싸고 상기 회전축의 회전시 동압을 형성하여 상기 회전축을 부상시키는 슬리브 저널 베어링으로서, 상기 마그네틱 베어링에 전류가 인가될 때 상기 복수의 폴 중 하나를 지나는 자기력선이 상기 슬리브 저널 베어링, 상기 회전축 및 상기 복수의 폴 중 다른 하나를 차례로 지나도록 투자율이 1 이하인 슬리브 저널 베어링 및 상기 회전축을 자력으로 지지하도록 상기 복수의 폴 사이에 배치되는 영구자석을 포함할 수 있다.
상기 슬리브 저널 베어링은 오스테나이트 강, 백금, 주석, 은 및 동 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 슬리브 저널 베어링은 오스테나이트 강으로 형성될 수 있다.
상기 회전축과의 마찰 또는 마모를 감소시키도록 상기 슬리브 저널 베어링의 내면에는 고체 윤활제가 코팅될 수 있다.
상기 고체 윤활제는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), MoS2, 흑연을 포함할 수 있다.
상기 회전축의 반경 방향에 따른 일측에 배치되어 상기 회전축의 반경 방향에 따른 거리를 센싱하는 위치 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 회전축의 회전 진동에 따른 상기 회전축과 상기 위치 센서 간의 거리에 기초하여, 상기 마그네틱 베어링에 인가되는 전류의 양을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 회전축과 상기 위치 센서 간의 거리에 기초하여 상기 마그네틱 베어링에 인가될 추가 전류를 계산하고, 상기 마그네틱 베어링에 상기 추가 전류를 인가할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기의 제어 방법은, 상기 회전축에 가해지는 하중을 센싱하는 단계와, 상기 영구자석 및 상기 슬리브 저널 베어링에 의한 지지력을 부가하는 단계와, 상기 영구자석 및 상기 슬리브 저널 베어링에 의한 지지력이 상기 회전축에 가해지는 힘 이상인지 판단하는 단계 및 상기 영구자석 및 상기 슬리브 저널 베어링에 의한 지지력이 상기 회전축에 가해지는 하중 미만인 것에 기초하여, 상기 마그네틱 베어링에 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 극저온 또는 고온 환경에서 회전축이 정지될 경우 회전축을 안정적으로 지지하기 위해, 유체 동압과 자기력을 이용하여 회전축을 지지하는 터보기기를 제공할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 회전축에 가해지는 하중에 따라 마그네틱 베어링에 가해지는 전류를 조절하여, 전력 소모를 감소시킬 수 있는 터보기기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에서 슬리브 저널 베어링과 마그네틱 베어링이 결합되는 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에 슬리브 저널 베어링을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에 마그네틱 베어링과 영구자석을 도시한 단면도이다.
도 5은 도 4에 도시된 마그네틱 베어링과 영구자석이 회전축과 상호작용하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 5의 마그네틱 베어링에 전류가 인가되어 형성된 자기장을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 7은 본 개시에 따른 마그네틱 베어링의 작동을 제어하는 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 8은 도 7의 시스템에서 마그네틱 베어링을 제어하는 과정을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 개시의 실시예에 따른 터보기기에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에서 슬리브 저널 베어링과 마그네틱 베어링이 결합되는 모습을 도시한 사시도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에 슬리브 저널 베어링을 도시한 사시도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에서 슬리브 저널 베어링(102)과 마그네틱 베어링(101)이 결합되는 모습을 도시한 사시도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에 슬리브 저널 베어링(102)을 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기(1)는 회전축(103)과, 하이브리드 베어링(100)을 포함한다. 하이브리드 베어링(100)은 회전축(103)을 지지 및 부상 시킨다. 하이브리드 베어링(100)은 마그네틱 베어링(101)과, 슬리브 저널 베어링(102)을 포함한다.
마그네틱 베어링(101)은 회전축(103)과의 관계에서 자기력에 의해 회전축(103)을 부상 및 지지한다. 마그네틱 베어링(101)은 전류량을 조절함으로써 회전축(103)을 부상시키는 자기력을 조절할 수 있다.
마그네틱 베어링(101)은 회전축(103)을 향해 연장되는 폴(111)과, 인가된 전류에 의해 형성되는 자기장에 의한 자력을 이용하여 상기 회전축(103)을 부상시키도록 폴(111)에 권선되는 코일(120)과, 폴(111)과 코일(120) 사이에 충진되는 유전체(112)를 포함한다. 폴(111)은 복수로 마련되며, 코일(120)은 폴(111)과 대응된다.
슬리브 저널 베어링(102)은 회전축(103)과의 관계에서 유체 동압에 의해 회전축(103)을 부상 및 지지한다. 슬리브 저널 베어링(102)과 회전축(103) 사이에는 유체가 배치될 수 있다. 슬리브 저널 베어링(102)은 회전축(103)의 회전시 동압을 형성한다. 슬리브 저널 베어링(102)은 회전축(103)과 마그네틱 베어링(101)의 사이에 배치되어 회전축(103)을 감싼다.
터보기기(1)는 슬리브 저널 베어링(102)과 마그네틱 베어링(101)을 결합시키는 결합편(150)을 더 포함한다. 결합편(150)은 슬리브 저널 베어링(102)의 외측에 결합, 용접 및/또는 부착될 수 있다. 결합편(150)은 슬리브 저널 베어링(102)에 스크류 결합될 수 있다. 하지만, 슬리브 저널 베어링(102)과 결합편(150)의 결합 방식은 상기한 예에 한정되지 않는다.
마그네틱 베어링(101)은 고정홈(113)을 포함한다. 고정홈(113)은 결합편(150)에 대응되도록 형성된다.
슬리브 저널 베어링(102)은 일단이 결합편(150)에 결합되고 결합편(150)은 고정홈(113)에 축방향을 따라 삽입될 수 있다. 따라서, 마그네틱 베어링(101)과 슬리브 저널 베어링(102)의 결합이 용이하다. 즉, 슬리브 저널 베어링(102)의 장착 및 교체가 용이하며, 슬리브 저널 베어링(102)이 파손되어 교체가 필요한 경우 그 교체작업이 용이하며, 상황에 따라 슬리브 저널 베어링(102)의 두께 또는 재질을 변경하고자 하는 경우에도 슬리브 저널 베어링(102)의 교체작업이 용이하다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기에 마그네틱 베어링(101)과 영구자석(130)을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기(1)에서 하이브리드 베어링(100)은 마그네틱 베어링(101)과 슬리브 저널 베어링(102)을 포함한다.
마그네틱 베어링(101)은 코어(110, 111)와 코일(120)을 포함한다. 코어(110, 111)는 회전축(103)과 슬리브 저널 베어링(102)을 감쌀 수 있다. 코어(110, 111) 내에는 슬리브 저널 베어링(102)과 회전축(103)이 배치된다. 코어(110, 111)는 회전축을 감싸는 코어 바디(110)와, 상기 코어 바디(110)의 내면으로부터 회전축(103)을 향해 방사상으로 연장되는 폴(111)을 포함한다.
코일(120)은 인가된 전류에 의해 형성되는 자기장에 의한 자력을 이용하여 회전축(103)을 부상시키도록 복수의 폴(111)에 권선된다.
슬리브 저널 베어링(102)은 마그네틱 베어링(101)에 전류가 인가될 때 복수의 폴(111) 중 하나를 지나는 자기력선이 슬리브 저널 베어링(102) 및 회전축(103)을 차례로 지나 복수의 폴(111) 중 다른 하나로 흐르도록 한다.
마그네틱 베어링(101)과 회전축(103)을 지나는 자기력이 원활히 지나도록, 슬리브 저널 베어링(102)은 투자율이 1 이하일 수 있다. 예를 들어, 슬리브 저널 베어링(102)은 오스테나이트 강, 인코넬, 니켈-크롬 합금, 백금, 주석, 은 및 동 중 적어도 하나를 포함한다. 슬리브 저널 베어링(102)은 자성이 없는 재료로 형성될 수 있다.
예를 들어, 슬리브 저널 베어링(102)은 오스테나이트 계열의 강으로 형성될 수 있다. 이 때, 오스테나이트 계열의 강은 자성이 없는 스테인레스가 될 수 있다. 하지만, 슬리브 저널 베어링(102)을 형성하는 재질은 상기한 예에 한정되지 않는다.
본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 베어링(100)은 영구자석(130)을 더 포함한다. 영구자석(130)은 회전축(103)을 자력으로 지지하도록 복수의 폴(111) 사이에 배치된다. 또한, 영구자석(130)은 코일(120)의 사이에 배치된다고 볼 수 있다. 영구자석(130)은 복수로 마련될 수 있다. 영구자석(130)에 대한 자세한 내용은 후술한다.
고정홈(113)은 하우징(110)의 중심으로 갈수록 좁아지는 형상을 갖고, 결합편(150)도 이와 마찬가지로 중심으로 갈수록 좁아지는 형상이므로 결합편(150)이 원주방향으로는 이탈하지 않는다. 따라서, 슬리브 저널 베어링(102)이 하우징(110)에 의해 결합되는 것이 아니라 결합편(150)을 이용하여 마그네틱 베어링(101)에 결합되므로 결합된 베어링의 축 방향에 따른 전체 부피가 현저히 줄어든다.
인접한 폴(111)의 간격은 하우징(110)의 중심으로 갈수록 좁아지므로 코일(120)은 제1부분(121)과 제2부분(122)의 권취밀도가 다르게 형성될 수 있다.
마그네틱 베어링(101)의 중심부에는 회전축(103) 및/또는 슬리브 저널 베어링(102)이 삽입될 수 있는 삽입부가 형성된다. 삽입부는 회전축(103) 및 슬리브 저널 베어링(102)의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.
도 5은 도 4에 도시된 마그네틱 베어링(101)과 영구자석(130)이 회전축(103)과 상호작용하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기(1)는 영구자석(130), 차폐부재(140) 및 위치 센서(160)를 더 포함한다. 영구자석(130)은 회전축(103)과의 관계에서 자기력을 통해 회전축(103)을 부상시키고 지지할 수 있다. 영구자석(130)은 복수의 폴(111) 사이에 배치될 수 있다. 도면에서 영구자석(130)은 하나만 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 영구자석(130)은 복수의 폴(111) 사이 마다 마련되도록 복수개가 될 수 있다(도 4 참조). 차폐부재(140)는 영구자석(130)과 하우징(110) 사이에 배치될 수 있다.
회전축(103), 슬리브 저널 베어링(102), 마그네틱 베어링(101) 및 영구자석(130) 간의 상호작용에 대해 설명한다. 도 5에서 폴(111), 슬리브 저널 베어링(102), 회전축(103) 및 영구자석(130)에 작용하는 자기력을 자기력선(L1, L2)으로 표시하였다.
먼저, 마그네틱 베어링(101)에 전류가 인가되면 폴의 외측(111a)에서 폴의 내측(111b)으로 자기력선(L1, L2)이 형성된다. 자기력선(L1, L2)은 복수로 형성될 수 있다. 복수의 자기력선(L1, L2)은 제1자기력선(L1)과 제2자기력선(L2)이 될 수 있다.
제1자기력선(L1)은 회전축(103)의 반경 방향을 따라 -X측에 배치된 폴 내측(111b)의 N극, 슬리브 저널 베어링(102) 및 회전축(103)을 차례로 지난 뒤 슬리브 저널 베어링(102)과 +X측에 배치된 폴 내측(111b)의 S극을 지나 형성된다. 그리고 다시 폴 외측(111a)의 N극 및 하우징(110)을 지나 -X측에 배치된 폴(111)를 향해 형성된다. 다만, 자기력선의 형성 방향은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
제2자기력선(L2)은 -X측에 배치된 폴 내측(111b)의 N극, 슬리브 저널 베어링(102) 및 회전축(103)을 차례로 지나 영구자석(130)을 향해 형성되고, 영구자석(130)의 내측(130b)에서 외측(130a)으로 지난 뒤 반대쪽 내측(130b)을 통해 슬리브 저널 베어링(102)과 회전축(103) 및 +X측에 배치된 폴 내측(111b)의 S극을 지나 형성된다. 그리고 다시 하우징(110)을 지나 -X측에 배치된 폴(111)를 향해 형성된다. 다만, 자기력선의 형성 방향은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
회전축(103)이 슬리브 저널 베어링(102), 마그네틱 베어링(101) 및 영구자석(130)과 자기력에 의해 상호 작용하므로 회전축(103)은 지지될 수 있다. 이 때, 슬리브 저널 베어링(102)은 회전축(103)과의 관계에서 유체 동압에 의한 지지가 가능하고, 마그네틱 베어링(101)은 전류가 인가되었을 때 회전축(103)과의 관계에서 발생하는 자기력에 의해 회전축(103)을 지지할 수 있다. 또한, 영구자석(130)도 회전축(103)과 상호작용하여 자기력에 의해 회전축(103)을 지지할 수 있다. 영구자석(130)으로 인해 마그네틱 베어링(101)에 적은 전류가 인가되더라도 안정적으로 회전축(103)을 지지할 수 있다. 뿐만 아니라, 자기력에 의한 지지 및 슬리브 저널 베어링에 의한 동압 지지를 통해 추가로 인가되어야 할 전류를 감소시킬 수 있다.
이 때, 슬리브 저널 베어링(102)은 자기력선이 투과하기 유리하도록 투자율이 좋은 재료로 형성된다. 슬리브 저널 베어링(102)은 투자율이 1 이하인 재료로 형성된다. 예를 들어, 슬리브 저널 베어링(102)은 오스테나이트 강, 네오디뮴(neodymium), 백금, 주석, 은 및 동 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 슬리브 저널 베어링(102)은 오스테나이트 계열의 강으로 형성된다.
또한, 슬리브 저널 베어링(102)과 회전축(103) 사이의 마찰 및/또는 마모를 감소시키기 위해, 슬리브 저널 베어링(102)의 내면(102a)에는 고체 윤활제가 코팅된다. 고체 윤활제는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), MoS2, 흑연를 포함한다.
도 6은 도 5의 마그네틱 베어링(101)에 전류가 인가되어 형성된 자기장을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따르면 폴(111)의 개수는 한정되지 않으나, 설명을 위해 8개의 폴(111)를 상하 대칭으로 도시하였다. 인접한 두 폴(111)에 권취된 코일(120)에 의한 자기장의 방향은 동일하고. 그에 인접한 두 폴(111)에 권취된 코일(120)에 의한 자기장의 방향은 반대이다. 전류를 인가하면, 회전축(103) 주위로 4개의 순환 형태의 자기장이 형성된다. 회전축(103)은 자중이 있으므로 자기장에 의한 자기력이 상측에 더 많이 작용하여야 한다. 따라서, 상측의 자기장을 형성하는 코일(120)에는 바이어스 전류(I01)와 제어전류(i)를 더하여 (I01+i)의 전류를 인가하고, 하측의 코일(120)에는 바이어스 전류(I02)에서 제어전류(i)만큼 적게 (I02-i)의 전류를 인가한다.
도 7은 본 개시에 따른 마그네틱 베어링(101)의 작동을 제어하는 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 마그네틱 베어링(101)을 제어하는 시스템은 회전축(103)의 속도를 감지하는 센서(211)와, 베어링(100)에 장착되어 회전축(103)의 중심에서의 위치변화를 감지하는 진동상태분석기(212)와, 이들 회전축(103)의 속도 및 회전축(103)의 위치에 따라 마그네틱 베어링(101)에 인가되는 전류를 제어하는 제어기(200)와 마그네틱 베어링(101)에 인가될 전류를 증폭하는 증폭기(220)를 포함한다. 제어기(200)는 증폭기(220)를 제어하여 마그네틱베어링(101)에 인가되는 전류의 세기를 조절한다. 또한, 증폭기(220)에서 마그네틱베어링에 인가되는 전류를 계속적으로 감지한다. 진동상태분석기(212)는 정면에서 본 베어링(100')의 회전축(103)의 진폭을 감지하는 것으로서, FFT분석기 또는 오실로스코프일 수 있다. 또한, 진동상태분석기(212)는 상기한 위치 센서(160)(160, 도 5 참조)를 포함할 수 있다. 위치 센서(160)는 회전축(103)과의 갭(gap)을 센싱할 수 있다. 위치 센서(160)는 회전축(103)의 반경 방향에 따른 일측에 배치되어 회전축(103)의 반경 방향에 따른 거리를 센싱할 수 있다.
제어기(200)는 회전축(103)의 회전 진동에 따른 회전축(103)과 위치 센서(160) 간의 거리에 기초하여, 마그네틱 베어링(101)에 인가되는 전류의 양을 제어한다. 예를 들어, 회전축(103)의 회전 속도가 임계속도를 넘는 등의 이유로 인해 회전 진동이 일정 진동 범위를 넘는 경우 제어기(200)는 마그네틱 베어링(101)에 높은 전류를 가하여 마그네틱 베어링(101)에 발생하는 자기력을 높일 수 있고, 이에 따라 회전축(103)의 진동이 감소될 수 있다. 반대로, 회전축(103)의 회전 진동이 작은 경우 제어기(200)는 마그네틱 베어링(101)에 전류를 가하지 않거나 낮은 전류를 가하여 마그네틱 베어링(101)에 발생하는 자기력을 없애거나 낮춤으로서 전력을 절약할 수 있다.
도 8은 도 7의 시스템에서 마그네틱 베어링(101)을 제어하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기(1)가 회전축(103)에 가해지는 하중에 기초하여 회전축(103) 지지력을 제어하는 방법을 설명한다. 아래와 같은 제어방법은 제어기(200)를 통해 수행될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기(1)는 회전축(103)에 가해지는 하중(LOAD)을 센싱하는 단계(810)를 포함한다. 터보기기는 위치 센서(160)를 통해 회전축(103)과 센서 간의 거리를 센싱 및/또는 측정하고, 이를 기반으로 회전축(103)에 가해지는 하중을 센싱 및/또는 측정할 수 있다.
터보기기(1)는 하중을 받는 회전축(103)을 지지하기 위해 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 동압 지지력(HF)과 영구자석(130)에 의한 자기 지지력(PMF)를 회전축(103)에 부가하는 단계(820)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 영구자석(130)은 회전축(103)과의 관계에서 자기력을 통해 회전축(103)을 부상시킬 수 있다.
터보기기(1)는 영구자석(130) 및 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 지지력이 회전축(103)에 가해지는 힘 또는 하중의 이상인지 판단하는 단계(830)를 포함한다. 이 때, 영구자석(130) 및 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 지지력이 하중 보다 크다면 제어가 종료된다. 반면, 영구자석(130) 및 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 지지력이 하중 보다 작다면 다음 단계가 수행된다.
터보기기(1)는 영구자석(130) 및 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 지지력이 회전축(103)에 가해지는 하중 미만인 것에 기초하여, 회전축(103)을 지지하도록 마그네틱 베어링(101)에 전류를 인가하는 단계(840)를 포함한다. 마그네틱 베어링(101)에 전류가 흐름으로써 마그네틱 베어링(101)과 회전축(103) 사이에는 자기장이 발생하고, 회전축(103)이 부상되어 지지될 수 있다.
터보기기(1)는 영구자석(130) 및 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 지지력과 마그네틱 베어링(101)에 의한 지지력이 회전축(103)에 가해지는 힘 또는 하중의 이상인지 판단하는 단계(850)를 포함한다. 이 때, 지지력이 하중 보다 크다면 제어 변수가 유지된다. 도 8에서 “종료”라고 기재된 것은 제어 변수 유지를 의미한다. 반면, 지지력이 하중 보다 작다면 마그네틱 베어링(101)에 흐르는 전류의 세기를 높힘으로써 자기장에 의한 지지력을 높여 회전축(103)을 지지한다.
위와 같은 제어방법을 통해, 고속으로 운전되는 터보기기(1)에서 회전축(103)의 진동을 안정적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 터보기기(1)는 슬리브 저널 베어링(102)에 의한 동압지지 및 영구자석(130)에 의한 자기지지를 함과 동시에, 마그네틱 베어링(101)을 사용하여 자기력에 의해 회전축(103)을 지지하므로 초기 바이어스 전류를 인가할 필요가 없거나, 매우 적은 전류만 인가하면 된다. 따라서, 터보기기(1)의 에너지 효율이 높아질 수 있고, 능동적으로 전자기력을 제어하여 회전축을 지지할 수 있다.
전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 상기 하이브리드 베어링 구조는 저널 베어링에만 적용되는 것이 아니라 스러스트 베어링에도 적용될 수 있다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 하이브리드 베어링
100a 삽입부
101 마그네틱 베어링
110 코어 바디
111 폴
112 유전체
113 고정홈
120 코일
102 슬리브 저널 베어링
102a 슬리브 저널 베어링의 내면
103 회전축
130 영구자석
140 차폐부재
150 결합편
160 위치 센서
L1 제1자기력선
L2 제2자기력선

Claims (9)

  1. 회전축;
    상기 회전축을 감싸는 코어 바디와, 상기 코어 바디의 내면으로부터 상기 회전축을 향해 방사상으로 연장되는 복수의 폴과, 인가된 전류에 의해 형성되는 자기장에 의한 자력을 이용하여 상기 회전축을 부상시키도록 상기 복수의 폴에 권선되는 코일을 포함하는 마그네틱 베어링;
    상기 회전축과 상기 마그네틱 베어링의 사이에 배치되어 상기 회전축을 감싸고 상기 회전축의 회전시 동압을 형성하여 상기 회전축을 부상시키는 슬리브 저널 베어링으로서, 상기 마그네틱 베어링에 전류가 인가될 때 상기 복수의 폴 중 하나를 지나는 자기력선이 상기 슬리브 저널 베어링, 상기 회전축 및 상기 복수의 폴 중 다른 하나를 차례로 지나도록 투자율이 1 이하인 슬리브 저널 베어링; 및
    상기 회전축을 자력으로 지지하도록 상기 복수의 폴 사이에 배치되는 영구자석;을 포함하는 터보기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브 저널 베어링은 오스테나이트 강, 백금, 주석, 은 및 동 중 적어도 하나를 포함하는 터보기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브 저널 베어링은 오스테나이트 강으로 형성되는 터보기기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전축과의 마찰 또는 마모를 감소시키도록 상기 슬리브 저널 베어링의 내면에는 고체 윤활제가 코팅되는 터보기기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고체 윤활제는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), MoS2, 흑연을 포함하는 터보기기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전축의 반경 방향에 따른 일측에 배치되어 상기 회전축의 반경 방향에 따른 거리를 센싱하는 위치 센서;를 더 포함하는 터보기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전축의 회전 진동에 따른 상기 회전축과 상기 위치 센서 간의 거리에 기초하여, 상기 마그네틱 베어링에 인가되는 전류의 양을 제어하는 제어기;를 더 포함하는 터보기기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 회전축과 상기 위치 센서 간의 거리에 기초하여 상기 마그네틱 베어링에 인가될 추가 전류를 계산하고,
    상기 마그네틱 베어링에 상기 추가 전류를 인가하는 터보기기.
  9. 제 1 항에 따른 터보기기의 제어 방법은,
    상기 회전축에 가해지는 하중을 센싱하는 단계;
    상기 영구자석 및 상기 슬리브 저널 베어링에 의한 지지력을 부가하는 단계;
    상기 영구자석 및 상기 슬리브 저널 베어링에 의한 지지력이 상기 회전축에 가해지는 힘 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 영구자석 및 상기 슬리브 저널 베어링에 의한 지지력이 상기 회전축에 가해지는 하중 미만인 것에 기초하여, 상기 마그네틱 베어링에 전류를 인가하는 단계;를 포함하는 터보기기의 제어 방법.
KR1020220074059A 2022-06-17 2022-06-17 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법 KR20230173377A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220074059A KR20230173377A (ko) 2022-06-17 2022-06-17 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법
US17/956,246 US11905993B2 (en) 2022-06-17 2022-09-29 Turbomachine having hybrid bearing structure including magnetic bearing, permanent magnet, and sleeve journal bearing and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220074059A KR20230173377A (ko) 2022-06-17 2022-06-17 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230173377A true KR20230173377A (ko) 2023-12-27

Family

ID=89169563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220074059A KR20230173377A (ko) 2022-06-17 2022-06-17 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11905993B2 (ko)
KR (1) KR20230173377A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928948B1 (ko) 2007-10-23 2009-11-30 한국과학기술연구원 공기포일-마그네틱 하이브리드 베어링 및 그 제어시스템

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5355042A (en) * 1988-09-09 1994-10-11 University Of Virginia Patent Foundation Magnetic bearings for pumps, compressors and other rotating machinery
US5220232A (en) * 1991-09-03 1993-06-15 Allied Signal Aerospace Stacked magnet superconducting bearing
US5698917A (en) * 1995-09-25 1997-12-16 Glacier Rpb Inc. Electromagnetic bearing with a stationary armature canning arrangement
KR19990027969A (ko) 1997-09-30 1999-04-15 이형도 유체동압 베어링장치 및 그 제조방법
JP4786297B2 (ja) * 2005-10-28 2011-10-05 株式会社イワキ ハイブリッド型磁気軸受
JP4788351B2 (ja) * 2006-01-19 2011-10-05 株式会社ジェイテクト 燃料電池用過給機
KR100749028B1 (ko) 2006-03-14 2007-08-14 한양대학교 산학협력단 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터
US9729036B2 (en) * 2013-03-15 2017-08-08 Hamilton Sundstrand Corporation Permanent magnet machine for integrated starter generator
WO2016137775A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 Carrier Corporation Magnetic bearing
US10573484B2 (en) * 2017-08-29 2020-02-25 General Electric Company Magnetic support for journal bearing operation at low and zero speeds

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928948B1 (ko) 2007-10-23 2009-11-30 한국과학기술연구원 공기포일-마그네틱 하이브리드 베어링 및 그 제어시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US11905993B2 (en) 2024-02-20
US20230407914A1 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3121819B2 (ja) シャフトに加わる半径方向の力を受け止める永久磁石を備えた磁気軸受装置
US6833643B2 (en) Magnetic bearing with damping
US6304015B1 (en) Magneto-dynamic bearing
US8058758B2 (en) Apparatus for magnetic bearing of rotor shaft with radial guidance and axial control
CA1058671A (en) Mounting for a long shaft for a machine such as a turbo-engine
US8482174B2 (en) Electromagnetic actuator
US20100127589A1 (en) Bearing device having a shaft which is mounted magnetically such that it can rotate about an axis with respect to a stator, and having a damping apparatus
US6268674B1 (en) Magnetic bearing apparatus
US20030057784A1 (en) Magnetically levitated motor and magnetic bearing apparatus
JP5331876B2 (ja) 高温超伝導部材を備える磁気軸受
US20080122308A1 (en) Method for Stabilizing a Magnetically Levitated Object
US20030170132A1 (en) Machine, preferably a vacuum pump, with magnetic bearings
US20120306305A1 (en) Arrangement of axial and radial electromagnetic actuators
US11333196B2 (en) Thrust active magnetic bearing for shaft slow roll control
US4983869A (en) Magnetic bearing
CN110748562B (zh) 一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承
EP0687827A1 (en) Hybrid magnetic/foil gas bearings
KR101552350B1 (ko) 편향력 보상용 쓰러스트 자기 베어링
US20110140559A1 (en) Magnetic Bearing Device of a Rotor Shaft Against a Stator With Rotor Disc Elements, Which Engage Inside One Another, and Stator Disc Elements
KR20230173377A (ko) 마그네틱 베어링, 영구자석 및 슬리브 저널 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 구조를 갖는 터보기기 및 그 제어방법
US20130207496A1 (en) System and method for performing magnetic levitation in an energy storage flywheel
EP0763169B1 (en) Dc-biased axial magnetic bearing
WO2001084693A1 (en) Full levitation bearing system with improved passive radial magnetic bearings
Lv et al. Structure design and optimization of thrust magnetic bearing for the high-speed motor
JP2012007719A (ja) 磁気浮上装置