WO2012077862A1 - 자기베어링 예압 조절장치 - Google Patents

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WO2012077862A1
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magnetic bearing
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magnetic
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이춘만
김동현
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창원대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic bearing preload adjusting device, and more particularly, to a magnetic bearing preload adjusting device capable of automatically applying a variable preload to a bearing by pressing the slide part in the circumferential direction by a centrifugal force when the main shaft rotates. It is about.
  • the preload adjusting method of the bearing is known a conversion preloading method, a multi-stage fixed position preloading method, an automatic variable preloading method.
  • the conversion preloading method is a method of changing the preload from the fixed position to the positive pressure when the rotational speed of the main shaft changes to a predetermined number of revolutions or more, which has the disadvantage that the stiffness of the main shaft is deteriorated at the intermediate speed after the conversion to the constant pressure preload.
  • There is a design difficulty because the deformation between the bearings and the deformation of the preload mechanism should be taken into consideration for the correct setting of. Therefore, by using the automatic variable preloading method, the preload can be adjusted by the centrifugal force and spring pressure according to the rotation of the main shaft, so that the preload can be adjusted without the need for complicated mechanical configuration or electrical equipment.
  • the present invention relates to a magnetic bearing preload adjusting device, and more particularly, a magnetic bearing preload adjusting device capable of automatically applying a variable preload to a bearing by pressing the slide part in the circumferential direction by a centrifugal force when the main shaft rotates.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention is formed in a rod-shaped longitudinally long and rotatable, the main shaft is coupled to the inclined portion in the circumferential direction on the outer circumferential surface, the housing is fixed to surround the main shaft fixed to the outside, the housing and the main shaft A first magnetic bearing part interposed therebetween, the first magnetic bearing part being provided to be rotatable in the housing so as to be rotatable, and spaced apart in the axial direction of the main axis from the first magnetic bearing part so as to be spaced apart from the first magnetic bearing part; Interposed therebetween, the main shaft is provided with a second magnetic body on one side so as to be spaced apart and rotatable in the housing, and sliding in the direction of the inclined portion by the repulsive force generated from the second magnetic body to provide an initial preload It is disposed between the two magnetic bearing portion, the second magnetic bearing portion and the inclined portion, and formed on the outer peripheral surface of the inclined portion.
  • the pressure unit is arranged to be pressed in the circumferential direction of the main shaft in response to the centrifugal force according to the rotational force of the main shaft, and is disposed between the press unit and the second magnetic bearing unit, by the pressure generated from the press unit.
  • a magnetic bearing preload control device including a slide for sliding a second magnetic bearing in the first magnetic bearing direction.
  • the pressing portion includes a ball contacting the inclined portion and the slide portion, and a cage for supporting the ball so as not to be separated from the inclined portion, and the play of the ball may flow from the inside of the cage by centrifugal force. Can be formed.
  • the slide portion may be formed with an inclined surface corresponding to the inclined portion such that the second magnetic bearing portion slides in the direction of the first magnetic bearing portion by the centrifugal force of the ball.
  • the ball may be returned to its original position by the repulsive force of the first magnetic bearing and the second magnetic bearing when the centrifugal force of the ball decreases as the rotational force of the main shaft decreases.
  • the first magnetic bearing part includes a first thrust magnet and a first thrust magnet disposed on the inner circumferential surface of the housing so as to be spaced apart from each other, and to be magnetically floated between the pair of the first magnetic bodies, and the first thrust magnet. And a first radial magnet coupled to the main shaft so as to be inserted into the main shaft, wherein the second magnetic bearing part is fixed to the second magnetic body in the direction of the first magnetic bearing part on the inner circumferential surface of the housing, and the second magnetic body And a second thrust magnet disposed to magnetically float in the direction of the inclined portion, and a second radial magnet coupled to interpolate to the main shaft corresponding to the position of the second thrust magnet.
  • the first and second radial magnets may be arranged to magnetically float from the first and second thrust magnets, respectively.
  • the magnetic bearing preload control device can automatically apply a variable preload to the bearing by centrifugal force corresponding to the rotational speed of the main shaft so that it can cope with a wide range of changes in the main shaft rotational speed of the machine tool with a simple configuration and low cost. Can also have the effect of enabling a precise response.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a magnetic bearing preload adjusting device according to the present invention
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the magnetic bearing preload adjusting device shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 and 4 are cross-sectional views showing a state in which the magnetic bearing preload regulating device shown in FIG. 1 is operated.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a magnetic bearing preload adjusting device 100 according to the present invention
  • Figure 2 is a partially enlarged view of the magnetic bearing preload adjusting device 100 shown in FIG.
  • the magnetic bearing preload adjusting device 100 includes a main shaft 110 that rotates, a housing 120 that surrounds the main shaft 110 and is fixed to the outside, and the main shaft 110 of the main shaft 110.
  • the main shaft 110 is formed long in the longitudinal direction in the shape of a rod, the inclined portion 111 is coupled to the outer peripheral surface along the circumferential direction.
  • the inclined portion 111 is formed such that its diameter gradually decreases in the direction of the second magnetic bearing portion 140. Accordingly, the inclined portion 111 is formed to protrude from the outer circumferential surface of the main shaft 110 by increasing its diameter in the other direction of the inclined portion 111 from one side in the direction of the second magnetic bearing portion 140. .
  • the first magnetic bearing part 130 is a first magnetic body 131 is disposed on the inner circumferential surface of the housing 120 spaced apart from the pair of the first magnetic body 131, the first magnetic body is disposed so that the magnetic levitation between the pair And a first radial magnet 132 and a first radial magnet 133 inserted into the main shaft corresponding to the position of the first thrust magnet 132.
  • the first magnetic bearing part 130 is disposed with the first thrust magnet 132 spaced apart from the first magnetic body 131, and the first radial magnet 133 is the first thrust magnet 132. And spaced apart by the repulsive force has a function of supporting the main shaft 110 to rotate.
  • the first magnetic bearing unit 130 may be a magnetic material such as a permanent magnet or an electromagnet. Therefore, frictional resistance does not occur at all, and the friction coefficient and noise can be absolutely reduced.
  • the second magnetic bearing part 140 is a second magnetic body 141 disposed in the direction of the first magnetic bearing part 130 on the inner circumferential surface of the housing 120 and the inclined portion from the second magnetic body 141.
  • the second thrust magnet 142 magnetically floats in the (111) direction, and the second radial magnet 143 interpolated to the main shaft 110 in correspondence to the position of the second thrust magnet 142.
  • the second thrust magnet 142 is disposed to be slidable by a ' ⁇ d' length from the outer circumferential surface of the second radial magnet 143.
  • Repulsive force is formed between the second magnetic body 141 and the second thrust magnet 142, and the second radial magnet 143 is disposed to be spaced apart from the second thrust magnet 142 by the repulsive force.
  • the main shaft 110 has a function of supporting so as to rotate.
  • the second magnetic bearing part 140 may be a magnetic material such as a permanent magnet or an electromagnet. Therefore, frictional resistance does not occur at all, and the friction coefficient and noise can be absolutely reduced.
  • the second magnetic body 141 is disposed on one side of the second thrust magnet 142, and the slide unit 160 is disposed on the other side.
  • the slide unit 160 is slid with the second magnetic bearing unit 140.
  • the slide unit 160 receives the repulsive force generated between the second magnetic body 141 and the second thrust magnet 142 to provide an initial preload to the pressing unit 150, the slide unit 160 ) Receives the centrifugal force generated by the pressing unit 150 in response to the rotational force of the main shaft 110 in a direction of reducing the initial preload applied to the main shaft 110 together with the second thrust magnet 142. Is sliding.
  • an inclined surface 161 having an inclination corresponding to the angle of the inclined portion 111 is formed in the slide portion 160, and the pressing portion 150 is disposed between the inclined surface 161 and the inclined portion 111. Is interposed.
  • the pressing unit 150 includes a ball 151 in contact with the inclined portion 111 and the slide portion 160, and a cage 155 supporting the ball 151 on the inclined portion 111. do.
  • the ball 151 has a metal bead shape, preferably formed of a metal having a relatively high specific gravity.
  • the cage 155 is provided along the outer circumferential surface of the inclined portion 111 so that the main shaft 110 rotates together with the main shaft 110 when the main shaft 110 is rotated.
  • the cage 155 may be formed along the inclined direction of the inclined portion 111.
  • the cage 155 is formed so that the ball 151 may protrude from the upper and lower ends of the cage 155, but is formed to prevent the ball 151 from being separated. Therefore, the inside of the cage 155 is formed through the hole 156 through which the ball 151 can flow.
  • the hole 156 has a top and bottom diameter of the cage 155 is formed smaller than the diameter of the ball 151, the maximum diameter of the center of the hole 156 is formed larger than the diameter of the ball 151, the ball 151 has a play that can flow in the circumferential direction or the center direction of the main shaft 110 in the hole 156.
  • the hole 156 formed in the cage 155 corresponds to the inclination angle of the inclined portion 111, and the direction in which the hole 156 penetrates the inside of the cage 155 is formed in the ball 151. ) May be formed in the direction of centrifugal force generated in the circumferential direction of the main shaft 110.
  • FIG. 3 and 4 are cross-sectional views showing a state in which the magnetic bearing preload regulating device 100 shown in FIG. 1 is operated.
  • the first thrust magnet 131, the first radial magnet 132, the second thrust magnet 141, and the first thrust magnet 141 are stopped.
  • the spacing is generated by the repulsive force generated between the two radial magnets 142.
  • the repulsive force generated between the second magnetic body 141 and the second thrust magnet 142 presses the slide unit 160 to provide an initial preload to the pressing unit 150.
  • the rotation of the main shaft 110 is stably achieved through an initial preload due to the repulsive force generated between the second magnetic body 141 and the second thrust magnet 142. Can be done.
  • the inclined surface 161 of the slide unit 160 is pushed by the centrifugal force provided to the ball 151 to allow the slide unit 160 and the first agent.
  • the two thrust magnet 142 is slid in the direction of the first magnetic body 131 by the length ' ⁇ d', the preload applied to the pressing unit 150 is reduced.
  • the preload is reduced to the second magnetic bearing part 140 by the centrifugal force of the ball 151, thereby reducing the friction force on the pressing part 150, This has the effect of reducing maintenance costs and time.
  • the magnetic bearing preload adjusting device 100 may automatically adjust the preload of the second magnetic bearing part 140 by the centrifugal force generated in the pressing part 150.
  • variable preload can be automatically applied to the bearing by the centrifugal force of the pressurization portion corresponding to the rotational speed of the main shaft, so that it can cope with a wide range of rotational speeds of the main shaft for the machine tool, and precise response. It is possible to install and apply to spindles for machine tools in various fields.

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Abstract

본 발명은 봉 형상으로 길이방향으로 길게 형성되어 회전 가능하도록 구비되고, 외주면 상에 원주방향을 따라서 경사부가 결합되는 주축과, 외부에 고정되어 상기 주축을 감싸도록 배치되는 하우징과, 상기 하우징과 주축 사이에 개재되며, 상기 주축이 상기 하우징 내부에서 이격되어 회전 가능하도록 제1자성체가 구비되는 제1자기베어링부와, 상기 제1자기베어링부로부터 상기 주축의 축 방향으로 이격 배치되어 상기 하우징과 주축 사이에 개재되고, 상기 주축이 상기 하우징 내부에서 이격되어 회전 가능하도록 일 측에 제2자성체가 구비되며, 상기 제2자성체로부터 발생되는 척력에 의해 상기 경사부 방향으로 슬라이딩되어 초기 예압을 제공하는 제2자기베어링부와, 상기 제2자기베어링부와 상기 경사부 사이에 배치되고, 상기 경사부 외주면에 결합되어 상기 주축의 회전력에 따른 원심력에 대응하여 상기 주축의 원주 방향으로 가압되도록 마련되는 가압부 및 상기 가압부와 상기 제2자기베어링부 사이에 배치되어, 상기 가압부로부터 발생되는 압력에 의해 상기 제2자기베어링을 상기 제1자기베어링 방향으로 슬라이딩 시키는 슬라이드부를 포함하는 자기베어링 예압 조절장치를 제공한다. 본 발명에 의한 자기베어링 예압 조절장치는 주축의 회전속도에 상응하는 가압부의 원심력에 의해서 가변적인 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있어 간단한 구성과 저렴한 비용으로 공작기계의 주축 회전속도의 광범위한 변화에 대응할 수 있고, 또한 정밀한 응답을 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

자기베어링 예압 조절장치
본 발명은 자기베어링 예압 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주축이 회전 시, 가압부가 원심력에 의해 원주방향으로 슬라이드부를 가압하여 가변적인 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있는 자기베어링 예압 조절장치에 관한 것이다.
공작기계의 하우징 내부에 주축을 회전가능하게 지지하고 있는 볼 베어링에는 적절한 예압을 가해주는 것이 필요하다. 이는 하나의 공작기계에서 저속의 황삭가공과 고속의 정삭가공이 이루어지고, 저속의 황삭 가공에서는 스핀들의 강성을 높이고 진동을 억제하기 위하여 큰 예압이 필요하고, 고속가공에서는 큰 강성 대신 마찰에 의한 과도한 발열을 피하기 위하여 낮은 예압이 필요하기 때문이다.
일반적으로 베어링의 예압 조절방법에는 변환 예압방법, 다단 정위치 예압방법, 자동 가변 예압방법 등이 알려져 있다. 변환 예압방법은 주축의 회전수가 일정 회전수 이상으로 변할 때 정위치에서 정압으로 예압을 변화시키는 방법으로 정압 예압으로 변환 후의 중간속도에서 주축의 강성이 저하된다는 단점이 있으며, 다단 정위치 예압은 예압의 정확한 설정을 위한 베어링 간의 변형 및 예압기구부의 변형을 충분히 고려하여야 하므로 설계상의 어려움이 있다. 따라서 자동 가변 예압방법을 사용하여 주축의 회전에 따른 원심력과 스프링의 압력으로 예압을 조절할 수 있게 하여 복잡한 기계구성이나 전기적인 장치가 필요 없이 예압을 조절할 수 있게 하였다.
그러나, 스프링의 탄성에 의존하는 예압조절로 스프링의 탄성을 초과하는 원심력에 대하여 예압 조절능력이 떨어지기 때문에 광범위한 주축의 회전속도 변화에 대응할 수 없는 문제점이 발생한다.
본 발명은 자기베어링 예압 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주축이 회전 시, 가압부가 원심력에 의해 원주방향으로 슬라이드부를 가압하여 가변적인 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있는 자기베어링 예압 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 봉 형상으로 길이방향으로 길게 형성되어 회전 가능하도록 구비되고, 외주면 상에 원주방향을 따라서 경사부가 결합되는 주축과, 외부에 고정되어 상기 주축을 감싸도록 배치되는 하우징과, 상기 하우징과 주축 사이에 개재되며, 상기 주축이 상기 하우징 내부에서 이격되어 회전 가능하도록 제1자성체가 구비되는 제1자기베어링부와, 상기 제1자기베어링부로부터 상기 주축의 축 방향으로 이격 배치되어 상기 하우징과 주축 사이에 개재되고, 상기 주축이 상기 하우징 내부에서 이격되어 회전 가능하도록 일 측에 제2자성체가 구비되며, 상기 제2자성체로부터 발생되는 척력에 의해 상기 경사부 방향으로 슬라이딩되어 초기 예압을 제공하는 제2자기베어링부와, 상기 제2자기베어링부와 상기 경사부 사이에 배치되고, 상기 경사부 외주면에 결합되어 상기 주축의 회전력에 따른 원심력에 대응하여 상기 주축의 원주 방향으로 가압되도록 마련되는 가압부 및 상기 가압부와 상기 제2자기베어링부 사이에 배치되어, 상기 가압부로부터 발생되는 압력에 의해 상기 제2자기베어링을 상기 제1자기베어링 방향으로 슬라이딩 시키는 슬라이드부를 포함하는 자기베어링 예압 조절장치를 제공한다.
상기 가압부는, 상기 경사부 및 상기 슬라이드부와 접촉하는 볼과, 상기 볼을 상기 경사부로부터 이탈되지 않도록 지지하는 케이지를 포함하고, 상기 볼이 원심력에 의해 상기 케이지 내부로부터 유동할 수 있는 유격이 형성될 수 있다.
상기 슬라이드부에는, 상기 볼의 원심력에 의해 상기 제2자기베어링부가 상기 제1자기베어링부 방향으로 슬라이딩되도록 상기 경사부에 대응하는 경사면이 형성될 수 있다.
상기 볼은, 상기 주축의 회전력이 감소함에 따라 상기 볼의 원심력이 감소하면, 상기 제1자기베어링과 상기 제2자기베어링의 척력에 의해 원위치로 복귀될 수 있다.
상기 제1자기베어링부는 상기 하우징 내주면에 한 쌍의 상기 제1자성체가 이격 배치되어 고정되고, 한 쌍의 상기 제1자성체 사이에 자기부상되도록 배치되는 제1트러스트 자석과, 상기 제1트러스트 자석의 위치에 대응하여 상기 주축에 내삽되도록 결합되는 제1레이디얼 자석을 포함하고, 상기 제2자기베어링부는 상기 하우징 내주면에서 상기 제1자기베어링부 방향으로 상기 제2자성체가 고정되고, 상기 제2자성체로부터 상기 경사부 방향으로 자기부상되도록 배치되는 제2트러스트 자석과, 상기 제2트러스트 자석의 위치에 대응하여 상기 주축에 내삽되도록 결합되는 제2레이디얼 자석을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2레이디얼 자석은 상기 제1 및 제2트러스트 자석으로부터 각각 자기부상되도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 자기베어링 예압 조절장치는 주축의 회전속도에 상응하는 가압부의 원심력에 의해서 가변적인 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있어 간단한 구성과 저렴한 비용으로 공작기계의 주축 회전속도의 광범위한 변화에 대응할 수 있고, 또한 정밀한 응답을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 자기베어링 예압 조절장치의 부분확대도,
도 3 및 도 4는 도 1에 나타낸 자기베어링 예압 조절장치가 작동된 상태를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자기베어링 예압 조절장치(100)를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 자기베어링 예압 조절장치(100)의 부분확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 자기베어링 예압 조절장치(100)는 회전하는 주축(110)과, 상기 주축(110)을 감싸고 외부에 고정되는 하우징(120)과, 상기 주축(110)의 회전을 지지하는 제1자기베어링부(130)와, 상기 제1자기베어링부(130)와 상기 주축(110)의 축 방향으로 이격되어 배치되는 제2자기베어링부(140)와, 상기 제2자기베어링부(140)에 슬라이딩 압력을 가하는 가압부(150) 및 상기 가압부(150)에서 발생하는 원심력을 상기 제2자기베어링부(140)에 전달하는 슬라이드부(160)를 포함한다.
상기 주축(110)은 봉 형상으로 길이방향으로 길게 형성되며, 외주면에는 원주방향을 따라서 경사부(111)가 결합된다. 상기 경사부(111)는 상기 제2자기베어링부(140) 방향으로 그 지름이 점점 작아지도록 형성된다. 따라서 상기 경사부(111)는 상기 제2자기베어링부(140) 방향의 일 측으로부터 상기 경사부(111)의 타 측 방향으로 그 지름이 증가하여 상기 주축(110)의 외주면으로부터 돌출되도록 형성된다.
상기 제1자기베어링부(130)는 상기 하우징(120)의 내주면에 한 쌍이 이격되어 배치되는 제1자성체(131)와, 한 쌍의 상기 제1자성체(131) 사이에 자기부상되도록 배치되는 제1트러스트 자석(132)과, 상기 제1트러스트 자석(132)의 위치에 대응하여 상기 주축에 내삽되는 제1레이디얼 자석(133)을 포함한다.
상기 제1자기베어링부(130)는 상기 제1자성체(131) 사이에서 상기 제1트러스트 자석(132)이 이격되어 배치되고, 상기 제1레이디얼 자석(133)은 상기 제1트러스트 자석(132)과 척력에 의해 이격되도록 배치되어 상기 주축(110)이 회전할 수 있도록 지지하는 기능을 갖는다.
여기서 상기 제1자기베어링부(130)는 영구자석 또는 전자석 등의 자성체가 될 수 있다. 따라서 마찰저항이 전혀 발생하지 않아 마찰계수와 소음을 절대적으로 감소시킬 수 있다.
상기 제2자기베어링부(140)는 상기 하우징(120)의 내주면에서 상기 제1자기베어링부(130)방향으로 배치되는 제2자성체(141)와, 상기 제2자성체(141)로부터 상기 경사부(111) 방향으로 자기부상되는 제2트러스트 자석(142)과, 상기 제2트러스트 자석(142)의 위치에 대응하여 상기 주축(110)에 내삽되는 제2레이디얼 자석(143)을 포함한다. 이때 상기 제2트러스트 자석(142)은 상기 제2레이디얼 자석(143)의 외주면으로부터 'Δd' 길이만큼 슬라이딩 가능하도록 배치된다.
상기 제2자성체(141)와 상기 제2트러스트 자석(142) 사이에는 척력이 형성되고, 상기 제2레이디얼 자석(143)은 상기 제2트러스트 자석(142)과 척력에 의해 이격되도록 배치되어 상기 주축(110)이 회전할 수 있도록 지지하는 기능을 갖는다. 여기서 상기 제2자기베어링부(140)는 영구자석 또는 전자석 등의 자성체가 될 수 있다. 따라서 마찰저항이 전혀 발생하지 않아 마찰계수와 소음을 절대적으로 감소시킬 수 있다.
상기 제2트러스트 자석(142)의 일 측에는 상기 제2자성체(141)가 배치되고, 타 측에는 상기 슬라이드부(160)가 배치된다. 상기 슬라이드부(160)는 상기 제2자기베어링부(140)와 함께 슬라이딩 작동된다. 상기 슬라이드부(160)는 상기 제2자성체(141)와 상기 제2트러스트 자석(142) 사이에서 발생하는 척력을 전달받아 상기 가압부(150)에 초기예압을 제공하며, 또한 상기 슬라이드부(160)는 상기 주축(110)의 회전력에 대응하여 상기 가압부(150)에서 발생하는 원심력을 전달받아 상기 제2트러스트 자석(142)과 함께 상기 주축(110)에 가해지는 초기예압을 감소시키는 방향으로 슬라이딩된다.
이때 상기 슬라이드부(160)에는 상기 경사부(111)의 각도에 대응하는 경사를 갖는 경사면(161)이 형성되고, 상기 경사면(161)과 상기 경사부(111) 사이에는 상기 가압부(150)가 개재된다.
상기 가압부(150)는 상기 경사부(111) 및 상기 슬라이드부(160)와 접촉하는 볼(151)과, 상기 경사부(111) 상에서 상기 볼(151)을 지지하는 케이지(155)를 포함한다.
상기 볼(151)은 금속 구슬 형상으로, 비교적 비중이 큰 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 케이지(155)는 상기 경사부(111)의 외주면을 따라서 복수개 구비되어 상기 주축(110)이 회전 시, 상기 주축(110)과 함께 회전한다. 상기 케이지(155)가 상기 경사부(111)의 경사방향을 따라서 형성될 수 있음은 물론이다.
이때 상기 케이지(155)는 상기 볼(151)이 상기 케이지(155)의 상하측의 단부로부터 돌출될 수 있도록 형성되지만, 상기 볼(151)이 이탈되는 것을 방지하도록 형성된다. 따라서 상기 케이지(155) 내부는 관통되어 상기 볼(151)이 유동할 수 있는 홀(156)이 형성된다.
상기 홀(156)은 상기 케이지(155)의 상하단 지름이 상기 볼(151)의 지름보다 작게 형성되고, 상기 홀(156) 중앙의 최대 지름은 상기 볼(151)의 지름보다 크게 형성되어 상기 볼(151)은 상기 홀(156) 내부에서 상기 주축(110)의 원주방향 또는 중심방향으로 유동할 수 있는 유격이 형성된다.
또한 상기 케이지(155)에 형성되는 상기 홀(156)은 상기 경사부(111)의 경사 각도에 대응하여, 상기 케이지(155) 내부를 관통하는 상기 홀(156)의 형성된 방향이 상기 볼(151)에 발생하는 원심력의 방향, 즉 상기 주축(110)의 원주방향으로 형성될 수도 있다.
따라서 상기 가압부(150)가 회전하면서 상기 볼(151)에 원심력이 발생되어 상기 경사면(161)에 압력이 전달되고, 상기 슬라이드부(160)와 상기 제2트러스트 자석(142)은 상기 제1자기베어링부(130) 방향으로 슬라이딩된다.
*
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자기베어링 예압 조절장치(100)의 작동방법에 관해 설명한다.
도 3 및 도 4는 도 1에 나타낸 자기베어링 예압 조절장치(100)가 작동된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 주축(110)이 정지한 상태에서, 상기 제1트러스트 자석(131)과 상기 제1레이디얼 자석(132) 및 상기 제2트러스트 자석(141)과 상기 제2레이디얼 자석(142) 사이에 발생하는 척력에 의해 간격이 발생된다. 이때 상기 제2자성체(141)와 상기 제2트러스트 자석(142) 사이에 발생된 척력은 상기 슬라이드부(160)을 가압하여 상기 가압부(150)에 초기예압을 제공한다.
이때 상기 주축(110)이 저속으로 회전하는 경우, 상기 주축(110)의 회전력에 대응하여 상기 볼(151)에 원심력이 발생하면서, 상기 홀(156)의 내부에서 상기 볼(151)은 상기 경사면(161) 방향으로 이동하게 되고, 상기 주축(110)의 회전력이 점차 증가함에 따라서 상기 볼(151)이 상기 경사면(161)을 밀어내는 힘은 증가하게 된다.
따라서 상기 주축(110)이 저속으로 회전하는 상태에서는 상기 제2자성체(141)와 상기 제2트러스트 자석(142) 사이에 발생되는 척력에 의한 초기 예압을 통해 상기 주축(110)의 회전이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
상기 주축(110)이 고속으로 회전하여 일정 RPM을 초과하는 경우, 상기 볼(151)에 제공되는 원심력에 의해 상기 슬라이드부(160)의 경사면(161)을 밀어 상기 슬라이드부(160)와 상기 제2트러스트 자석(142)이 'Δd' 길이만큼 상기 제1자성체(131) 방향으로 슬라이딩되면서 상기 가압부(150)에 가해지던 예압은 감소하게 된다.
따라서 상기 주축(110)이 고속으로 회전하는 상태에서는 상기 볼(151)의 원심력에 의해 상기 제2자기베어링부(140)에 예압을 감소시켜 상기 가압부(150)에 마찰력을 감소시킬 수 있고, 이에 따르는 유지보수 비용 및 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기 주축(110)의 회전력이 감소함에 따라 상기 볼(151)의 원심력이 감소하면, 상기 제2자성체(141)와 상기 제2트러스트 자석(142)의 척력에 의해 상기 제2트러스트 자석(142)와 상기 슬라이드부(160)는 원위치로 복귀된다.
따라서 본 발명에 의한 자기베어링 예압 조절장치(100)는 상기 가압부(150)에 발생하는 원심력에 의해 상기 제2자기베어링부(140)의 예압을 자동적으로 조절할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 자기베어링 예압 조절장치에 따르면, 주축의 회전속도에 대응하는 가압부의 원심력에 의해서 가변적인 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있어 공작기계용 주축의 광범위한 회전 속도에 대응할 수 있고, 정밀한 응답성을 가지므로 다양한 분야의 공작기계용 주축에 설치 적용이 가능하다.

Claims (6)

  1. 봉 형상으로 길이방향으로 길게 형성되어 회전 가능하도록 구비되고, 외주면 상에 원주방향을 따라서 경사부가 결합되는 주축;
    외부에 고정되어 상기 주축을 감싸도록 배치되는 하우징;
    상기 하우징과 주축 사이에 개재되며, 상기 주축이 상기 하우징 내부에서 이격되어 회전 가능하도록 제1자성체가 구비되는 제1자기베어링부;
    상기 제1자기베어링부로부터 상기 주축의 축 방향으로 이격 배치되어 상기 하우징과 주축 사이에 개재되고, 상기 주축이 상기 하우징 내부에서 이격되어 회전 가능하도록 일 측에 제2자성체가 구비되며, 상기 제2자성체로부터 발생되는 척력에 의해 상기 경사부 방향으로 슬라이딩되어 초기 예압을 제공하는 제2자기베어링부;
    상기 제2자기베어링부와 상기 경사부 사이에 배치되고, 상기 경사부 외주면에 결합되어 상기 주축의 회전력에 따른 원심력에 대응하여 상기 주축의 원주 방향으로 가압되도록 마련되는 가압부; 및
    상기 가압부와 상기 제2자기베어링부 사이에 배치되어, 상기 가압부로부터 발생되는 압력에 의해 상기 제2자기베어링부를 상기 제1자기베어링부 방향으로 슬라이딩 시키는 슬라이드부를 포함하는 자기베어링 예압 조절장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 경사부 및 상기 슬라이드부와 접촉하는 볼과, 상기 볼을 상기 경사부로부터 이탈되지 않도록 지지하는 케이지를 포함하고, 상기 볼이 원심력에 의해 상기 케이지 내부로부터 유동할 수 있는 유격이 형성되는 자기베어링 예압 조절장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬라이드부에는,
    상기 볼의 원심력에 의해 상기 제2자기베어링부가 상기 제1자기베어링부 방향으로 슬라이딩되도록 상기 경사부에 대응하는 경사면이 형성되는 자기베어링 예압 조절장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 볼은,
    상기 주축의 회전력이 감소함에 따라 상기 볼의 원심력이 감소하면, 상기 제1자기베어링부와 상기 제2자기베어링부의 척력에 의해 원위치로 복귀되는 자기베어링 예압 조절장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1자기베어링부는 상기 하우징 내주면에 한 쌍의 상기 제1자성체가 이격 배치되어 고정되고, 한 쌍의 상기 제1자성체 사이에 자기부상되도록 배치되는 제1트러스트 자석과, 상기 제1트러스트 자석의 위치에 대응하여 상기 주축에 내삽되도록 결합되는 제1레이디얼 자석을 포함하고,
    상기 제2자기베어링부는 상기 하우징 내주면에서 상기 제1자기베어링부 방향으로 상기 제2자성체가 고정되고, 상기 제2자성체로부터 상기 경사부 방향으로 자기부상되도록 배치되는 제2트러스트 자석과, 상기 제2트러스트 자석의 위치에 대응하여 상기 주축에 내삽되도록 결합되는 제2레이디얼 자석을 포함하는 자기베어링 예압 조절장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 및 제2레이디얼 자석은 상기 제1 및 제2트러스트 자석으로부터 각각 자기부상되도록 배치되는 자기베어링 예압 조절장치.
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