KR101343879B1 - Magnetic bearing combined radial auxiliary bearing - Google Patents

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KR101343879B1
KR101343879B1 KR1020130087123A KR20130087123A KR101343879B1 KR 101343879 B1 KR101343879 B1 KR 101343879B1 KR 1020130087123 A KR1020130087123 A KR 1020130087123A KR 20130087123 A KR20130087123 A KR 20130087123A KR 101343879 B1 KR101343879 B1 KR 101343879B1
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박철훈
최상규
함상용
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한국기계연구원
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a complex magnetic bearing with a radial auxiliary bearing. The purpose of the present invention is to provide a complex magnetic bearing with a radial auxiliary bearing which suggests the structure of a new radial auxiliary bearing capable of being joined to the magnetic bearing to minimize the length of a rotor and a volume of a system by joining the radial auxiliary bearing to the magnetic bearing; and which reinforces power maintaining the concentricity of the magnetic bearing.

Description

래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링 {Magnetic bearing combined radial auxiliary bearing}Magnetic bearing with radial auxiliary bearings {Magnetic bearing combined radial auxiliary bearing}

본 발명은 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to a composite magnetic bearing equipped with a radial auxiliary bearing.

회전 또는 왕복 운동과 같은 움직임이 있는 부품(회전축, 이동축 등)에 있어서, 부품의 운동 과정에서 일어나는 마찰 때문에 발생될 수 있는 부품 마모나 손상 문제, 소음 문제, 에너지 낭비 문제 등과 같은 문제들을 해소하기 위하여 다양한 종류의 베어링이 구비되고 있다. 일반적으로 널리 사용되는 베어링에는 미끄럼 베어링(sliding bearing)과 구름 베어링(rolling bearing)이 있는데, 미끄럼 베어링은 축을 둘러싼 형태로 되어 베어링과 접촉하는 부분에 윤활유가 개재되어 있도록 한 형태로 되고, 구름 베어링은 베어링과 접촉하는 부분에 볼, 롤러 등과 같이 회전 가능한 부품들이 들어가 있어서 마찰을 최소화하도록 형성된다.For parts with movements such as rotation or reciprocation (rotation axis, moving shaft, etc.), it is possible to solve problems such as part wear or damage, noise, energy waste, etc. which may be caused by friction during the movement of the part. In order to provide a variety of bearings. Commonly used bearings include sliding bearings and rolling bearings. The sliding bearings are formed around the shaft so that lubricating oil is interposed in contact with the bearings. Rotatable parts, such as balls and rollers, are placed in contact with the bearings to minimize friction.

고전적으로 널리 사용되는 이러한 베어링들은 어떤 부분이든 간에 축과의 접촉이 반드시 발생하게 되는데, 축과의 접촉이 없도록 하여 마찰을 그야말로 최소화한 자기 베어링(magnetic bearing)이 최근 다양한 분야에서 그 사용이 확대되어 가고 있다. 자기 베어링은 한국특허공개 제2009-0070178호("정전용량을 이용하는 자기베어링의 원통형 반경방향 변위측정 시스템 및 이의 고장 유무 판단 방법", 2009.07.01) 등에 나타나 있는 바와 같이, 축 둘레에 강한 자성을 띠는 자석 또는 전자석을 배치하여 자기 부상에 의해 축을 띄워 줌으로써 베어링 역할을 하도록 되어 있다. 자기 베어링은 축과의 접촉이 전혀 없어 마찰이 0이 되므로, 부품의 마모나 손상 등이 발생하지 않아 내구성이 높고 소음이 매우 적은 등의 많은 장점이 있다. 그러나 실질적으로 자기 베어링만으로 축을 지지하도록 설계되기보다는, 보다 안정적인 축의 지지를 위하여 직접 접촉이 있는 형태로 된 보조 베어링이 더 구비되어 있는 것이 일반적이다.
These bearings, which are widely used in classical applications, must come into contact with the shaft regardless of any part. The magnetic bearings which minimize the friction by preventing contact with the shaft have recently been expanded in various fields. It is going. As shown in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0070178 ("Cylindrical radial displacement measurement system of magnetic bearing using electrostatic capacity, and method for determining the failure thereof ", 2009.07.01), magnetic bearings have a strong magnetism around the shaft A magnet or an electromagnet is arranged in the belt so as to serve as a bearing by floating the shaft by magnetic levitation. Since the magnetic bearing has no contact with the shaft and the friction is zero, there is no abrasion or damage of the parts, so there are many advantages such as high durability and very little noise. However, rather than being designed to substantially support the shaft with a magnetic bearing alone, it is common to further include an auxiliary bearing in direct contact form for more stable shaft support.

도 1은 종래의 자기 베어링 시스템이 구비되는 로터를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 모터(2)에 의하여 회전하는 로터(1)에는 일반적으로 여러 베어링들(3)(4)(6)(7)(9) 및 갭 센서들(5)(8)(10)이 구비된다. 상기 로터(1)는 한 방향으로 길게 연장된 기둥 형태로 형성되므로 일반적으로 상하에 하나씩 적어도 2개의 래디얼(radial) 베어링이 구비되며, 일측에는 쓰러스트(thrust) 베어링이 구비된다. 도 1에서 상기 래디얼 베어링들 및 상기 쓰러스트 베어링은 자기 베어링들(3)(6)(9)로서, 자기 부상에 의하여 상기 로터(1)를 지지하므로 상기 로터(1)와의 직접 접촉이 없다.Figure 1 shows a rotor equipped with a conventional magnetic bearing system. 3, 4, 6, 7, 9 and gap sensors 5, 8, 10 are generally provided in the rotor 1 rotated by the motor 2 as shown. Respectively. Since the rotor 1 is formed in a column shape extending in one direction, at least two radial bearings are generally provided, one at a top and a bottom, and one side is provided with a thrust bearing. In Fig. 1 the radial bearings and the thrust bearings are magnetic bearings 3, 6 and 9, which support the rotor 1 by magnetic levitation and therefore do not have direct contact with the rotor 1.

상기 로터 및 자기 베어링 시스템 전체가 정상적인 작동 중일 때에는 상기 래디얼 자기 베어링들(3)(6)이 작동하여 상기 로터(1)를 자기 부상에 의하여 지지하고 있게 된다. 그러나 시스템이 정지해 있을 때에는 상기 래디얼 자기 베어링(3)(6)에 전력이 공급되지 않아 자력이 발생되지 않으므로 상기 로터(1)를 지지할 수 없으며, 따라서 이런 경우를 위해 상기 로터(1)에는 볼 베어링 등과 같은 일반적인 접촉식 베어링 형태로 된 래디얼 보조 베어링(4)(7)이 구비된다. 상기 래디얼 보조 베어링(4)(7)은 시스템 정지 시 상기 로터(1)를 지지할 뿐 아니라, 비정상 동작(fault) 시에도 상기 로터(1)가 최대한 손상되지 않고 안전하게 회전이 멈출 수 있도록 상기 로터(1)를 지지하여 주는 역할을 한다. 따라서 이러한 상기 래디얼 보조 베어링(4)(7)은 이러한 로터에 필수적으로 구비되는 부품이다. 도 1과 형태는 다르나 유사한 구조로서, 회전체에 자기 베어링과 더불어 보조적으로 볼 베어링이 더 구비되는 형태의 장치가 한국특허공개 제2010-0054253호("스프링 - 댐퍼 시스템을 구비한 터치다운 볼베어링", 2010.05.25)에 개시되어 있다.The radial magnetic bearings 3 and 6 are actuated to support the rotor 1 by magnetic levitation when the entire rotor and magnetic bearing system is in normal operation. However, when the system is stopped, no electric power is supplied to the radial magnetic bearings 3 and 6, so that no magnetic force is generated. Therefore, the rotor 1 can not be supported. Therefore, A radial auxiliary bearing 4 (7) in the form of a general contact bearing such as a ball bearing or the like is provided. The radial auxiliary bearings 4 and 7 not only support the rotor 1 when the system is stopped but also can prevent the rotor 1 from being damaged even when the rotor 1 is in an abnormal state, (1). Therefore, the radial auxiliary bearings (4) and (7) are parts essential to such a rotor. 1, a device having a similar structure but further comprising a magnetic bearing and an additional ball bearing is disclosed in Korean Patent Publication No. 2010-0054253 ("Touchdown Ball Bearing with Spring-Damper System" , May 25, 2010).

상기 래디얼 보조 베어링(4)(7)을 구비하기 위한 공간 확보를 위하여, 상기 로터(1)는 상기 래디얼 보조 베어링(4)(7)이 차지하는 부피만큼 그 길이를 늘리도록 설계된다. 그런데, 이처럼 상기 로터(1)의 길이가 길어질수록 시스템 자체의 부피가 커지게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 상기 로터(1)의 길이가 길어질수록 굽힘 모드에 의한 위험 속도가 낮아지게 되는 문제가 있어, 상기 로터(1)의 동작 속도를 높이는데 제한이 생기게 된다.
The rotor 1 is designed to increase its length by the volume occupied by the radial auxiliary bearings 4, 7, in order to secure a space for providing the radial auxiliary bearings 4, However, the longer the length of the rotor 1, the greater the volume of the system itself. In addition, as the length of the rotor 1 becomes longer, the dangerous speed due to the bending mode is lowered, and the operation speed of the rotor 1 is limited.

1. 한국특허공개 제2009-0070178호("정전용량을 이용하는 자기베어링의 원통형 반경방향 변위측정 시스템 및 이의 고장 유무 판단 방법", 2009.07.01)1. Korean Patent Publication No. 2009-0070178 ("Cylindrical Radial Displacement Measurement System of Magnetic Bearing Utilizing Capacitive Capacity and Method for Judging Failure ", 2009.07.01) 2. 한국특허공개 제2010-0054253호("스프링 - 댐퍼 시스템을 구비한 터치다운 볼베어링", 2010.05.25)2. Korean Patent Publication No. 2010-0054253 ("Touch-down ball bearing with spring-damper system ", May 25, 2010)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자기 베어링에 래디얼 보조 베어링이 결합되도록 하여 로터의 길이 및 시스템 부피를 최소화하는, 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 자기 베어링에 결합 가능한 새로운 래디얼 보조 베어링의 구조를 제시하는, 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링을 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은, 자기 베어링에 결합된 래디얼 보조 베어링에 의하여 자기 베어링의 동심도 유지력을 더욱 강화시키는, 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링을 제공함에 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a radial auxiliary bearing coupled to the magnetic bearing to minimize the length and system volume of the rotor, It is to provide a composite magnetic bearing provided. Another object of the present invention is to provide a composite magnetic bearing with a radial auxiliary bearing, which proposes a structure of a new radial auxiliary bearing that can be coupled to a magnetic bearing. Still another object of the present invention is to provide a composite magnetic bearing with a radial auxiliary bearing, which further enhances the concentricity holding force of the magnetic bearing by the radial auxiliary bearing coupled to the magnetic bearing.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링은, 로터(500) 둘레에 구비되어 마찰을 저감하는 래디얼(radial) 형의 복합 자기 베어링(100)으로서, 상기 로터(500) 둘레에 부착 구비되는 로터측 코어(114)와, 그 내부에 빈 공간이 형성되며 상기 로터측 코어(114) 둘레에 복수 개가 방사상으로 배치 구비되는 고정자측 코어(113)와, 각각의 상기 고정자측 코어(113)의 최외측부에 각각 구비되는 복수 개의 영구자석(112)과, 상기 고정자측 코어(113)에 구비되며 상기 영구자석(112)을 중심으로 상기 영구자석(112)을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수 개의 코일(111)과, 상기 코일(111)ㆍ상기 영구자석(112)ㆍ상기 고정자측 코어(113)ㆍ상기 로터측 코어(114)의 결합체 상측을 덮어싸는 하우징(115)과, 상기 결합체 하측을 덮어싸며 상기 하우징(115)과 결합되어 외부에 지지되는 플랜지(116)를 포함하여 이루어지는 자기 베어링(110); 상기 코일(111) 및 상기 고정자측 코어(113) 내측면과 밀착되도록 상기 고정자측 코어(113) 내부 공간에 채워지는 형태로 형성되며, 내측면이 상기 로터측 코어(114)와 밀착 지지되는 지지면(S)을 형성하는 상부 몸체(121)와, 상기 상부 몸체(121)와 연결되며 상기 하우징(115) 및 상기 플랜지(116) 사이의 빈 공간에 채워지는 형태로 형성되는 하부 몸체(122)를 포함하여 이루어지는 보조 베어링(120); 을 포함하여 이루어질 수 있다.The composite magnetic bearing provided with the radial auxiliary bearing of the present invention for achieving the above object is a radial magnetic composite magnetic bearing 100 provided around the rotor 500 to reduce friction. A rotor side core 114 attached to the rotor 500, an empty space formed therein, and a plurality of stator side cores 113 radially disposed around the rotor side core 114, respectively, A plurality of permanent magnets 112 respectively provided at the outermost portions of the stator side cores 113 and the stator side cores 113 and the permanent magnets 112 around the permanent magnets 112. A plurality of coils 111 arranged in an enclosed form, and a housing covering an upper side of a combination of the coil 111, the permanent magnet 112, the stator side core 113, and the rotor side core 114 ( 115), covering the lower side of the assembly The magnetic bearing 110 comprises a flange 116 which is combined with group housing 115 supported on the outside; The coil 111 and the stator side core 113 is formed in a shape that is filled in the inner space of the stator side core 113 in close contact, the inner surface is supported in close contact with the rotor side core 114 Upper body 121 forming a surface (S), and the lower body 122 is connected to the upper body 121 and formed in a form filled in the empty space between the housing 115 and the flange 116 Auxiliary bearing 120 comprising a; . ≪ / RTI >

이 때 상기 자기 베어링(110)은, 호모폴라(homopolar, 동극) 형 자기 베어링인 것이 바람직하다.At this time, the magnetic bearing 110 is preferably a homopolar magnetic bearing.

또한 상기 보조 베어링(120)은, 드라이 베어링(dry bearing)일 수 있다. 또는 상기 보조 베어링(120)은, 카본, 수지재, 금속재, 다공성 금속(porous metal), 메탈 메쉬(metal mesh) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the auxiliary bearing 120 may be a dry bearing. Alternatively, the auxiliary bearing 120 may be made of at least one material selected from carbon, resin, metal, porous metal, and metal mesh.

또한 상기 복합 자기 베어링(100)은, 상기 하우징(115) 상의 일측에 구비되어 상기 복합 자기 베어링(100) 및 상기 로터(500) 간의 갭(gap)을 측정하는 갭 센서(130); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
In addition, the composite magnetic bearing 100, the gap sensor 130 is provided on one side on the housing 115 to measure the gap (gap) between the composite magnetic bearing 100 and the rotor (500); As shown in FIG.

본 발명에 의하면, 비접촉식의 자기 베어링 및 접촉식의 보조 베어링이 모두 구비되는 로터에 대하여, 그 내부에 보조 베어링이 구비되는 형태로 된 자기 베어링이 구비되도록 함으로써, 종래에 보조 베어링을 구비할 공간을 확보하기 위한 만큼의 로터 길이를 축소할 수 있도록 하는 효과가 있다. 이처럼 로터 길이를 최소화함으로써, 시스템 전체의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다. 더불어 본 발명에 의하면, 이처럼 로터 길이가 종래보다 줄어듦으로써 로터의 굽힘 모드에 의한 위험 속도가 종래에 비하여 높아지게 되므로, 로터가 안정적으로 동작할 수 있는 동작 속도 범위를 보다 넓힐 수 있는 효과 또한 있다.According to the present invention, a rotor having both a non-contact magnetic bearing and a contact auxiliary bearing is provided with a magnetic bearing in a form in which an auxiliary bearing is provided therein. There is an effect of reducing the rotor length as much as possible to secure. By minimizing the rotor length in this way, it is possible to reduce the volume of the entire system. In addition, according to the present invention, as the rotor length is reduced as compared to the prior art, the dangerous speed due to the bending mode of the rotor is higher than that of the conventional art, and thus, the rotor can be stably operated.

특히 본 발명에 의하면, 종래에 보조 베어링으로 사용되던 볼 베어링 등과 같은 구조가 아닌 래디얼 보조 베어링의 새로운 구조를 제시함으로써, 종래의 볼 베어링 등과 같은 구조의 베어링의 경우 자기 베어링에 결합하는 것이 구조적으로 매우 어려웠던 문제를 원천적으로 제거하는 큰 효과가 있다. 즉 본 발명에서 제시하는 래디얼 보조 베어링의 구조는 자기 베어링과의 결합이 매우 용이한 효과가 있는 것이다. 따라서 본 발명에 의하면, 보조 베어링이 결합된 자기 베어링의 설계 용이성 및 생산 편의성 또한 크게 향상시켜 주는 효과가 있다.In particular, according to the present invention, by presenting a new structure of a radial auxiliary bearing, rather than a structure such as a ball bearing conventionally used as an auxiliary bearing, in the case of a bearing having a structure such as a conventional ball bearing, it is very structurally coupled to a magnetic bearing. There is a big effect to eliminate the problem that was difficult at the source. That is, the structure of the radial auxiliary bearing proposed in the present invention is very easy to combine with the magnetic bearing. Therefore, according to the present invention, there is an effect that greatly improves the ease of design and production convenience of the magnetic bearing combined with the auxiliary bearing.

뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 본 발명의 보조 베어링의 구조에 의하여, 보조 베어링이 단지 보조적인 로터 지지 역할만 해 주는 것이 아니라 자기 베어링의 동심도를 안정적으로 유지시켜 주는 효과 또한 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 자기 베어링에 있어서 베어링 효과가 올바르게 나타나기 위해서는 각 부품의 동심도 조건이 달성되어야 하는데, 실제로는 조립공차 및 부품 가공공차에 의해 동심도가 어그러지는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 보조 베어링이 자기 베어링에 결합됨으로써 결과적으로 자기 베어링의 구조적 안정성이 높아지며, 궁극적으로는 자기 베어링의 동심도 유지력이 더욱 강화되게 되는 것이다.
In addition, according to the present invention, by the structure of the auxiliary bearing of the present invention, the auxiliary bearing not only serves as an auxiliary rotor support but also has an effect of stably maintaining the concentricity of the magnetic bearing. More specifically, in order for the bearing effect to appear correctly in the magnetic bearing, concentricity conditions of each component must be achieved. In reality, there is a problem that the concentricity is distorted by the assembly tolerance and the component machining tolerance. However, as the auxiliary bearing of the present invention is coupled to the magnetic bearing, the structural stability of the magnetic bearing is increased, and ultimately, the concentricity holding force of the magnetic bearing is further enhanced.

도 1은 종래의 자기 베어링 시스템이 구비되는 로터.
도 2는 본 발명의 복합 자기 베어링의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 복합 자기 베어링의 단면이 나타난 사시도.
도 4는 본 발명의 복합 자기 베어링에 구비되는 보조 베어링.
도 5는 종래의 자기 베어링 시스템 및 본 발명의 복합자기 베어링이 구비되는 로터의 비교도.FIG. 1 shows a conventional magnetic bearing system. FIG.
2 is an exploded perspective view of a composite magnetic bearing of the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing a cross section of the composite magnetic bearing of the present invention.
Figure 4 is an auxiliary bearing provided in the composite magnetic bearing of the present invention.
Figure 5 is a comparison of the rotor provided with a conventional magnetic bearing system and the composite magnetic bearing of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a composite magnetic bearing having a radial auxiliary bearing according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 복합 자기 베어링의 분해 사시도를, 도 3은 본 발명의 복합 자기 베어링의 단면(도 2에서의 A-A' 단면)이 나타난 사시도를, 도 4는 본 발명의 복합 자기 베어링에 구비되는 보조 베어링을 각각 도시하고 있다.2 is an exploded perspective view of the composite magnetic bearing of the present invention, Figure 3 is a perspective view showing a cross section (AA 'cross section in Figure 2) of the composite magnetic bearing of the present invention, Figure 4 is provided in the composite magnetic bearing of the present invention Each auxiliary bearing is shown.

본 발명의 복합 자기 베어링(100)은 기본적으로 로터(500) 둘레에 구비되어 마찰을 저감하는 래디얼(radial) 형으로 되어 있다. 이 때, 상기 복합 자기 베어링(100)은 자기 베어링(110)과 보조 베어링(120)이 서로 결합되어 있는 구조로 이루어진다.The composite magnetic bearing 100 according to the present invention is basically provided around the rotor 500 to have a radial shape for reducing friction. At this time, the composite magnetic bearing 100 has a structure in which the magnetic bearing 110 and the auxiliary bearing 120 are coupled to each other.

상기 자기 베어링(110)은, 상기 로터(500) 둘레에 부착 구비되는 로터측 코어(114)와, 그 내부에 빈 공간이 형성되며 상기 로터측 코어(114) 둘레에 복수 개가 방사상으로 배치 구비되는 고정자측 코어(113)와, 각각의 상기 고정자측 코어(113)의 최외측부에 각각 구비되는 복수 개의 영구자석(112)과, 상기 고정자측 코어(113)에 구비되며 상기 영구자석(112)을 중심으로 상기 영구자석(112)을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수 개의 코일(111)을 포함하여 이루어진다. 즉 하나의 상기 고정자측 코어(113)에는, 상기 로터(500)에서 제일 먼 쪽 부분에 상기 영구자석(112)이 구비되며, 상기 영구자석(112)을 둘러싸는 형태로 상기 코일(111)이 구비된다. 또한 도시된 바와 같이 상기 코일(111)은, 상기 로터(500)의 축 방향과 동일한 방향의 축에 감기는 방향으로 형성된다. 이와 같이 상기 코일(111) 및 상기 영구자석(112)이 구비된 상기 고정자측 코어(113)가, 상기 로터측 코어(114)의 둘레에 방사상으로 복수 개 배치된다. 또한 상기 자기 베어링(110)은, 상기 코일(111)ㆍ상기 영구자석(112)ㆍ상기 고정자측 코어(113)ㆍ상기 로터측 코어(114)의 결합체 상측을 덮어싸는 하우징(115)과, 상기 결합체 하측을 덮어싸며 상기 하우징(115)과 결합되어 외부에 지지되는 플랜지(116)도 포함하여 이루어진다. 도 3(B)는 상기 코일(111)ㆍ상기 영구자석(112)ㆍ상기 고정자측 코어(113)ㆍ상기 로터측 코어(114)의 결합체만을 도시하고 있으며, 도 3(A)는 상기 결합체의 상하를 덮어싸는 상기 하우징(115) 및 상기 플랜지(116)까지 모두 결합된 형태를 도시하고 있다.The magnetic bearing 110 includes a rotor-side core 114 attached around the rotor 500, and a plurality of radially disposed rotor-side cores 114 around the rotor- A plurality of permanent magnets 112 provided on the stator side core 113 and an outermost portion of each of the stator side cores 113 and a plurality of permanent magnets 112 provided on the stator side core 113, And a plurality of coils (111) arranged to surround the permanent magnet (112) as a center. In other words, one stator-side core 113 is provided with the permanent magnet 112 at a portion farthest from the rotor 500, and the coil 111 is surrounded by the permanent magnet 112, Respectively. Also, as shown in the drawing, the coil 111 is formed in a winding direction on an axis in the same direction as the axial direction of the rotor 500. As described above, the plurality of stator-side cores 113 provided with the coils 111 and the permanent magnets 112 are radially arranged around the rotor-side cores 114. In addition, the magnetic bearing 110 includes a housing 115 covering the upper side of the combination of the coil 111, the permanent magnet 112, the stator side core 113, and the rotor side core 114. A flange 116 that covers the lower side of the assembly and is coupled to the housing 115 and supported on the outside is also included. FIG. 3B shows only the combination of the coil 111, the permanent magnet 112, the stator side core 113 and the rotor side core 114, and FIG. Both the housing 115 and the flange 116 covering the upper and lower sides are coupled to each other.

먼저 상기 자기 베어링(110)의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다. 전력이 공급되면 복수 개의 상기 고정자측 코어(113) 각각의 상기 코일(111) 및 상기 영구자석(112)에서 자기력이 발생된다. 상기 로터(500)는 각각의 상기 고정자측 코어(113)가 구비된 각 방향에서 힘을 받게 되며, 따라서 상기 로터(500)는 각각의 상기 고정자측 코어(113)와의 반발력에 의하여 복수 개의 상기 고정자측 코어(113)들 사이의 공간에 부양된다. 이러한 현상이 바로 자기 부상 원리에 의한 것으로서, 이처럼 상기 자기 베어링(110)은 상기 로터(500)를 자기 부상 원리를 이용하여 지지하는 것이다. 상기 코일(111)에 공급되는 전력의 세기, 방향, 위상, 주기 등을 조절함으로써 상기 자기 베어링(110)에서 발생되는 자기력을 조절할 수 있다.First, the operation of the magnetic bearing 110 will be described. A magnetic force is generated in the coils 111 and the permanent magnets 112 of the plurality of stator cores 113 when power is supplied. The rotor 500 receives a force in each of the directions in which the respective stator-side cores 113 are provided, so that the rotor 500 is rotated by the repulsive force of each of the stator- Side cores 113, as shown in Fig. This phenomenon is caused by the principle of magnetic levitation, and thus the magnetic bearing 110 supports the rotor 500 using the magnetic levitation principle. The magnetic force generated in the magnetic bearing 110 can be adjusted by controlling the intensity, direction, phase, period, etc. of the power supplied to the coil 111.

이 때, 상기 자기 베어링(110)은 상기 구조에서 알 수 있는 바와 같이 호모폴라(homopolar, 동극) 형 자기 베어링인 것이 바람직하다. 호모폴라 형 자기 베어링은 헤테로폴라 형에 비하여 와전류(eddy currunt)에 의한 발열 문제가 없고, 샤프트 코어를 제작하기가 용이하며, 영구자석 및 전자석(코일)을 함께 사용하는 형태이므로 에너지 사용이 최소화될 수 있다는 장점이 있다. 또한 전자석 코어가 축방향으로 배치되므로 축의 둘레 방향으로의 여유 공간을 좀더 확보할 수 있다는 장점 또한 있다.
At this time, it is preferable that the magnetic bearing 110 is a homopolar magnetic bearing as can be seen from the above structure. The homo-polar type magnetic bearing has no heat generation problem due to eddy currunt as compared with the heteropolar type, it is easy to manufacture the shaft core, and the permanent magnet and the electromagnet (coil) are used together, There is an advantage that it can be. In addition, since the electromagnet core is disposed in the axial direction, it is possible to further secure the clearance in the circumferential direction of the shaft.

이 때, 앞서 설명한 바와 같이 일반적으로 로터(500)를 자기 베어링(110)만으로 지지하게 될 경우 다음과 같은 문제가 생긴다. 상기 자기 베어링(110)은 전력이 공급되면 작동을 하기 때문에, 시스템 전체가 정상적으로 작동할 때(즉 상기 자기 베어링(110) 및 상기 로터(500) 모두에 정상적으로 전력이 공급될 때)에는 정상적으로 자기력이 발생되므로, 상기 자기 베어링(110)이 상기 로터(500)와 접촉하지 않은 상태로 상기 로터(500)를 지지하는데 아무런 문제가 없다. 그러나 시스템 정지 상태에서는 상기 자기 베어링(110) 및 상기 로터(500)에 전력이 공급되지 않으며, 이 경우 상기 자기 베어링(110)에서 자기력이 발생되지 않으므로 상기 로터(500)는 상기 자기 베어링(110)에 접촉한 상태가 된다.At this time, as described above, generally, when the rotor 500 is supported by only the magnetic bearing 110, the following problem arises. Since the magnetic bearing 110 operates when power is supplied, when the entire system operates normally (that is, when power is normally supplied to both the magnetic bearing 110 and the rotor 500) There is no problem in supporting the rotor 500 in a state where the magnetic bearing 110 is not in contact with the rotor 500. However, no power is supplied to the magnetic bearing 110 and the rotor 500 when the system is stopped. In this case, since no magnetic force is generated in the magnetic bearing 110, As shown in Fig.

물론 상기 로터(500)가 회전하고 있지 않은 상태라면 상기 자기 베어링(110)에 상기 로터(500)가 접촉한다 해도 큰 문제가 되지 않을 수 있겠으나, 문제는 시스템 이상이 발생했을 때이다. 상기 로터(500)는 계속 회전 동작을 하고 있는데, 상기 자기 베어링(110)으로의 전력 공급에 이상이 발생하여 상기 자기 베어링(110)이 정상적으로 동작하지 않게 될 경우, 상기 자기 베어링(110)과 상기 로터(500)가 접촉할 수밖에 없게 되며, 이 경우 상기 로터(500)의 회전에 의하여 상기 자기 베어링(110)이 파손되거나 손상되는 등의 문제가 생길 수 있고 또한 상기 로터(500)가 매우 불안정한 회전을 하게 되어 시스템 전체의 손상 등 사고 발생의 위험성이 커진다.Of course, if the rotor 500 is not rotating, even if the rotor 500 contacts the magnetic bearing 110, it may not be a big problem, but the problem is when a system abnormality occurs. When the magnetic bearing 110 is not operated normally due to an abnormality in the power supply to the magnetic bearing 110, the magnetic bearing 110 and the magnetic bearing 110 are continuously rotated, The rotor 500 is inevitably brought into contact with the rotor 500. In this case, the magnetic bearing 110 may be damaged or damaged by the rotation of the rotor 500, and the rotor 500 may be rotated The risk of an accident such as the damage of the entire system becomes large.

이러한 문제를 피하기 위하여, 종래에는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, (상기 자기 베어링(110)에 해당하는) 자기 베어링과는 별도로 로터 상에 보조 베어링을 더 구비하도록 하고 있었다. 그런데 이와 같이 보조 베어링이 별도 구비될 경우 다음과 같은 문제가 더 발생한다. 먼저, 보조 베어링이 로터 상에 구비될 수 있는 공간을 확보하기 위해서는, 최소한 보조 베어링의 길이만큼 로터의 길이가 늘어나야 하기 때문에 시스템 전체의 부피가 커지는 문제가 생긴다. 뿐만 아니라, 로터의 길이가 늘어남에 따라 로터에서의 굽힘 발생 경향이 커지게 되어, 굽힘 모드에서 안정적으로 회전할 수 있는 한계치 속도인 위험 속도 값이 낮아지게 된다. 따라서 결과적으로는 로터가 안정적으로 회전할 수 있는 동작 속도 범위가 줄어들게 되는 문제가 생기는 것이다.
In order to avoid such a problem, conventionally, as shown in FIG. 1, an auxiliary bearing is further provided on the rotor separately from the magnetic bearing (corresponding to the magnetic bearing 110). However, when the auxiliary bearing is separately provided, the following problems further arise. First, in order to secure a space in which the auxiliary bearing can be provided on the rotor, the length of the rotor must be increased by at least the length of the auxiliary bearing, thereby increasing the volume of the entire system. In addition, as the length of the rotor increases, the tendency of occurrence of bending in the rotor increases, and the dangerous speed value, which is the limit speed that can be stably rotated in the bending mode, is lowered. As a result, there arises a problem that the operating speed range in which the rotor rotates stably is reduced.

본 발명에서는 이와 같이 로터 길이가 늘어남에 따라 발생되는 문제들을 피함과 동시에, 시스템 정지 또는 이상 동작 시에도 안정적으로 동작할 수 있도록 하기 위하여, 상기 자기 베어링(110)의 내부에 상기 보조 베어링(120)이 결합 구비되는 구조를 가지는 복합 자기 베어링(100)을 제시한다. 본 발명의 복합 자기 베어링(100)에 구비되는 상기 보조 베어링(120)은, 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상부 몸체(121) 및 하부 몸체(122)를 포함하여 이루어진다.In the present invention, the auxiliary bearing 120 is installed in the magnetic bearing 110 in order to avoid troubles caused by the increase in the rotor length and to operate stably even when the system is stopped or abnormal operation. The present invention provides a composite magnetic bearing (100) having a structure in which a plurality of magnetic bearings The auxiliary bearing 120 provided in the composite magnetic bearing 100 of the present invention includes an upper body 121 and a lower body 122 as illustrated in FIGS. 2 to 4.

상기 상부 몸체(121)는 도 3의 단면도에 잘 나타나 있는 바와 같이 상기 코일(111) 및 상기 고정자측 코어(113) 내측면과 밀착되도록 상기 고정자측 코어(113) 내부 공간에 채워지는 형태로 형성된다. 이 때 상기 상부 몸체(121)의 중심에는 당연히 상기 로터(500)가 관통하도록 통공이 형성되는데, 이 통공이 형성되는 쪽의 내측면이 상기 로터측 코어(114)와 밀착 지지되는 지지면(S)을 형성하게 된다. 상기 지지면(S)은 상기 로터측 코어(114)와 접촉되어 상기 로터(500)를 지지함으로써, 도 1에 나타난 바와 같은 종래의 보조 베어링의 역할을 하게 된다.The upper body 121 is formed in a form that is filled in the inner space of the stator side core 113 to be in close contact with the inner surface of the coil 111 and the stator side core 113 as shown in the cross-sectional view of FIG. do. At this time, a through hole is naturally formed in the center of the upper body 121 so that the rotor 500 penetrates, and an inner surface of the side through which the through hole is formed is closely supported by the rotor side core 114. ). The support surface S is in contact with the rotor side core 114 to support the rotor 500, thereby serving as a conventional auxiliary bearing as shown in FIG.

상기 하부 몸체(122)는 상기 상부 몸체(121)와 연결되며 상기 하우징(115) 및 상기 플랜지(116) 사이의 빈 공간에 채워지는 형태로 형성된다. 도 4에는 상기 하부 몸체(122)가 방사상의 날개 형상으로 형성되는 것으로 도시되는데, 이는 상기 아루징(115) 및 상기 플랜지(116) 사이의 빈 공간의 형상에 따라 결정되는 것으로, 도 4와 같은 형상으로 한정되는 것이 아니라 상기 빈 공간의 형상에 따라 적절히 변경 설계될 수 있음은 당연하다.The lower body 122 is connected to the upper body 121 and is formed in a form filled in the empty space between the housing 115 and the flange 116. In FIG. 4, the lower body 122 is formed to have a radial wing shape, which is determined according to the shape of the empty space between the arranging 115 and the flange 116, as shown in FIG. 4. It is obvious that the present invention is not limited to the shape and can be appropriately modified according to the shape of the empty space.

이처럼 본 발명에서는 상기 보조 베어링(120)이 상기 자기 베어링(110)의 내부에 완전히 구비되게 형성됨으로써, 상기 보조 베어링(120)을 구비하기 위하여 상기 로터(500)에 대해 별도의 공간이나 길이를 확보할 필요가 전혀 없어지며, 이에 따라 로터의 길이를 종래보다 줄일 수 있게 되어 로터 고속 회전 시의 안정성을 훨씬 향상시킬 수 있다. (이러한 장점에 대해서는 이후 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명한다.)
As such, in the present invention, the auxiliary bearing 120 is formed to be completely provided inside the magnetic bearing 110, thereby securing a separate space or length for the rotor 500 to provide the auxiliary bearing 120. There is no need to do this, and thus the length of the rotor can be shortened compared with the conventional one, and thus the stability at the high speed of the rotor can be further improved. (These advantages will be described in more detail later with reference to FIG. 5.)

본 발명의 상기 보조 베어링(120)에 의해서 얻을 수 있는 장점은 다음과 같은 것이 또 있다. 상술한 바와 같이 상기 상부 몸체(121)는 상기 고정자측 코어(113)의 내부에 꽉 채워지며, 상기 하부 몸체(122)는 상기 하우징(115) 및 상기 플랜지(116) 사이의 빈 공간에 꽉 채워진다. 즉 상기 보조 베어링(120)이 상기 자기 베어링(110)의 내부에 형성되는 빈 공간을 모두 꽉 채워주게 되는 것이다. 이와 같이 상기 보조 베어링(120)이 상기 자기 베어링(110) 내부에 딱 맞게 채워짐으로써, 결과적으로 상기 자기 베어링(110)의 각부 부품들을 단단히 고정 지지해 주는 역할을 하게 된다.Advantages obtained by the auxiliary bearing 120 of the present invention is also as follows. As described above, the upper body 121 is tightly filled inside the stator side core 113, and the lower body 122 is tightly filled in the empty space between the housing 115 and the flange 116. . That is, the auxiliary bearing 120 fills all the empty spaces formed inside the magnetic bearing 110. As such, the auxiliary bearing 120 is filled to fit inside the magnetic bearing 110, and as a result, serves to firmly support each part of the magnetic bearing 110.

상기 자기 베어링(110)의 동작 원리의 설명으로부터도 알 수 있다시피, 자기 베어링에 있어서 베어링 효과가 올바르게 잘 나타나기 위해서는 각 부품의 동심도가 유지되는 것이 매우 중요하다. 그런데 실제로는 각 부품 제작 시의 가공공차나 조립 시 부품들이 살짝 어그러지는 조립공차 때문에 동심도가 흐트러지게 되며, 더구나 실제 자기 베어링이 고속 회전하는 로터에 장착되었을 때에는 외부 진동이나 충격 등의 영향으로 이처럼 동심도가 어긋나는 경향이 더욱 커질 수 있다. 이처럼 자기 베어링에서 동심도가 유지되지 못할 경우 자기 베어링의 베어링 효과가 떨어지게 되는 것은 자명하다. 그러나 본 발명에서는 상기 보조 베어링(120)이 상기 자기 베어링(110)의 내부 빈 공간들을 구석구석 채워주도록 형성됨으로써, 결과적으로 상기 자기 베어링(110)의 구조적 안정성을 높여 주게 된다. 이에 따라 외부 진동이나 충격 등이 가해지더라도 상기 보조 베어링(120)에 의해 구조적 안정성이 높아진 상기 자기 베어링(110)은 (내부에 빈 공간이 잔뜩 있을 때에 비하여) 동심도를 훨씬 더 잘 유지할 수 있게 되며, 결국 상기 보조 베어링(120)은 궁극적으로는 상기 자기 베어링(110)의 베어링 효과를 향상시켜 주는 역할을 하게 되는 것이다.
As can be seen from the description of the principle of operation of the magnetic bearing 110, it is very important to maintain the concentricity of each component in order for the bearing effect to be well represented in the magnetic bearing. However, in practice, concentricity is disturbed due to processing tolerances in manufacturing each part or assembly tolerances in which the parts are slightly distorted during assembly. The tendency to deviate may be greater. As such, when the concentricity is not maintained in the magnetic bearings, it is obvious that the bearing effect of the magnetic bearings is reduced. However, in the present invention, the auxiliary bearing 120 is formed to fill every empty space inside the magnetic bearing 110, resulting in the structural stability of the magnetic bearing 110. Accordingly, even when external vibration or impact is applied, the magnetic bearing 110 having a higher structural stability by the auxiliary bearing 120 can maintain concentricity much better (compared to when there is a lot of empty space therein). As a result, the auxiliary bearing 120 ultimately serves to improve the bearing effect of the magnetic bearing 110.

더불어 이 때, 상기 복합 자기 베어링(100)은 상기 하우징(115) 상의 일측에 구비되어 상기 복합 자기 베어링(100) 및 상기 로터(500) 간의 갭(gap)을 측정하는 갭 센서(130)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 1의 종래 베어링 시스템을 보면, 로터와 베어링 간 갭을 측정하는 갭 센서가 별도로 구비되어 있는 것을 알 수 있다. 이 때 본 발명의 복합 자기 베어링(100)은 상기 갭 센서(130) 또한 상기 자기 베어링(110) 상에 구비되도록 함으로써, 상기 갭 센서(130)가 구비되기 위한 공간 또한 불필요하게 늘릴 필요가 없어, 공간 활용성 및 로터 길이 최소화 효과를 극대화할 수 있다.In addition, at this time, the composite magnetic bearing 100 is provided on one side of the housing 115 to further measure a gap sensor 130 for measuring a gap between the composite magnetic bearing 100 and the rotor 500. It can be made, including. Referring to the conventional bearing system of Figure 1, it can be seen that the gap sensor for measuring the gap between the rotor and the bearing is provided separately. At this time, the composite magnetic bearing 100 of the present invention is also provided on the magnetic sensor 110, the gap sensor 130, there is no need to increase the space for the gap sensor 130 is also unnecessary, The space utilization and rotor length minimization effect can be maximized.

본 발명에서 상기 보조 베어링(120)은 드라이 베어링(dry bearing), 즉 윤활제를 필요로 하지 않는 형태의 베어링으로서, 카본, 수지재, 금속재, 다공성 금속(porous metal), 메탈 메쉬(metal mesh) 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 도 2 내지 도 4에 잘 도시되고 또한 앞서 설명된 바와 같이 상기 보조 베어링(120)은 상기 자기 베어링(110)의 내부 빈 공간에 꽉 채워지는 형태로 형성되는데, 이처럼 약간 복잡한 형태라 하더라도 상술한 재질들을 사용하면 프레스 등의 방식으로 간단하고 용이하게 제작이 가능하다. 또한 이처럼 상기 보조 베어링(120)이 상기 자기 베어링(110)의 내부에 완전히 들어가게 되므로, 상기 갭 센서(130)가 상기 자기 베어링(110) 상에 구비될 위치도 매우 자유롭게 선택할 수 있어 설계 자유도가 높아진다.
In the present invention, the auxiliary bearing 120 is a dry bearing, that is, a bearing that does not require a lubricant, and includes carbon, resin, metal, porous metal, metal mesh, and the like. It may be made of the same material. As shown in FIGS. 2 to 4 and as described above, the auxiliary bearing 120 is formed to be filled in the inner empty space of the magnetic bearing 110, even though the shape is slightly complicated. By using them, it is possible to produce simply and easily in a press or the like manner. In addition, since the auxiliary bearing 120 is completely inside the magnetic bearing 110, the position where the gap sensor 130 is provided on the magnetic bearing 110 can be selected very freely, thus increasing design freedom. .

도 5는 종래의 자기 베어링 시스템 및 본 발명의 복합 자기 베어링이 구비되는 로터들의 비교도이다. 앞서 간략히 설명한 바와 같이, 본 발명의 복합 자기 베어링(100)의 가장 큰 특징은 바로 상기 자기 베어링(110) 내부에 상기 보조 베어링(120)이 결합된다는 것이다. 도 5를 통해 본 발명의 복합 자기 베어링을 채용함으로써 얻을 수 있는 장점들에 대하여 보다 상세히 설명한다.5 is a comparison of rotors with conventional magnetic bearing systems and composite magnetic bearings of the present invention. As briefly described above, the biggest feature of the composite magnetic bearing 100 of the present invention is that the auxiliary bearing 120 is coupled to the inside of the magnetic bearing 110. 5 will be described in more detail with respect to the advantages obtained by employing the composite magnetic bearing of the present invention.

본 발명에서, 상기 자기 베어링(110)은 (상기 보조 베어링(120)이 없어도) 그 내부에 원래 여유 공간이 존재한다. 따라서 상기 보조 베어링(120)은 상기 자기 베어링(110) 내에 원래 존재하고 있던 여유 공간 내에 설치할 수 있다. 즉 상기 보조 베어링(120)의 설치에 따라 상기 자기 베어링(110)의 부피가 늘어난다거나 할 필요가 전혀 없으므로, 본 발명의 복합 자기 베어링(100)을 설치할 경우 원래 상기 로터(500)에 자기 베어링을 설치하던 공간만 확보되면 된다. 즉 본 발명의 복합 자기 베어링(100)은 로터 상에 베어링을 설치함에 따른 로터 길이, 시스템 부피 증가 영향을 최소화할 수 있다.In the present invention, the magnetic bearing 110 (originally without the auxiliary bearing 120) has an original free space therein. Therefore, the auxiliary bearing 120 can be installed in the free space originally existing in the magnetic bearing 110. That is, there is no need to increase the volume of the magnetic bearing 110 according to the installation of the auxiliary bearing 120. Therefore, when the composite magnetic bearing 100 of the present invention is installed, You only need to install space. That is, the composite magnetic bearing 100 of the present invention can minimize the effect of increasing the rotor length and system volume by installing the bearing on the rotor.

이처럼 로터 상에 베어링을 설치할 때에 단지 베어링 설치만을 위한 불필요한 길이 증가 영향이 없어지게 되므로, 상기 로터(500)는 기존보다 훨씬 짧게 형성할 수 있다. 한편 도 5 우측에 도시되어 있는 바와 같이, 로터는 일측 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되기 때문에, 일반적으로 베어링은 로터의 양측 끝단에 적어도 둘 이상이 구비되는 것이 일반적이다(도 5는 본 발명의 복합 자기 베어링이 둘 구비되는 경우를 도시한 것으로, 각각의 복합 자기 베어링은 100a, 100b로 표시하였다). 종래에는 자기 베어링을 구비할 때 반드시 그 근처에 보조 베어링이 구비되어야만 했으므로(도 1 참조), 자기 베어링 및 보조 베어링 한 세트가 적어도 둘 이상, 결과적으로 최소한 4개의 베어링이 로터 상에 구비되어야만 했다. 그러나 본 발명의 복합 자기 베어링(100)은 기존의 [자기 베어링 + 보조 베어링] 세트를 하나의 복합 자기 베어링으로 대체할 수 있으므로, 로터 상에 구비되어야 하는 베어링 세트의 개수가 많을수록 로터 길이를 줄이는 효과 또한 커진다. 도 5에서 베어링 세트가 둘 구비되는 종래의 로터(도 5 좌측) 및 베어링 세트를 모두 본 발명의 복합 자기 베어링으로 대체한 로터(도 5 우측)를 비교한 것으로 명확히 알 수 있듯이, 단지 베어링 세트가 둘 구비되던 경우라도 베어링 세트를 본 발명의 복합 자기 베어링으로 대체하면 상기 로터(500)의 전체 길이가 훨씬 짧아진다는 것을 확인할 수 있다.When the bearing is installed on the rotor, the effect of unnecessarily increasing the length of the bearing only for the installation of the bearing is eliminated. Therefore, the rotor 500 can be formed much shorter than before. On the other hand, as shown in the right side of FIG. 5, since the rotor is formed to extend in one direction, it is common that at least two bearings are generally provided at both ends of the rotor (FIG. 5 of the present invention). The case where two composite magnetic bearings are provided is shown, and each composite magnetic bearing is represented by 100a and 100b). Conventionally, when a magnetic bearing is provided, it has to be provided with a supplementary bearing in the vicinity thereof (see FIG. 1), so that at least two sets of magnetic bearings and auxiliary bearings have to be provided on the rotor, and at least four bearings have to be provided on the rotor. However, since the composite magnetic bearing 100 of the present invention can replace a conventional [magnetic bearing + auxiliary bearing] set by a single composite magnetic bearing, the more the number of bearing sets to be provided on the rotor, It also gets bigger. As can be clearly seen in FIG. 5 by comparing the conventional rotor (two left side of the bearing) with two bearing sets and the rotor (right side of FIG. 5) replacing both the bearing set with the composite magnetic bearing of the present invention, only the bearing set is Even if two were provided, it can be seen that replacing the bearing set with the composite magnetic bearing of the present invention results in a much shorter overall length of the rotor 500.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 로터(500)의 길이가 길면 길수록 굽힘 발생 위험성이 커지고, 따라서 상기 로터(500)가 안정적으로 동작할 수 있는 최대 한계치인 위험 속도 값이 낮아지게 된다(다시 말해 상기 로터(500)가 안정적으로 동작할 수 있는 동작 속도 범위가 줄어들게 된다). 그러나 본 발명의 복합 자기 베어링(100)을 채용함으로써 도 5에 도시된 바와 같이 확실하게 상기 로터(500)의 길이를 줄일 수 있으므로, 상기 로터(500)의 굽힘 모드에 의한 위험 속도 값을 높일 수 있고 상기 로터(500)가 안정적으로 동작할 수 있는 동작 속도 범위를 늘릴 수 있어, 궁극적으로는 상기 로터(500)를 종래보다 더욱 고속으로 동작시킬 수 있게 된다.
As described above, the longer the length of the rotor 500, the greater the risk of occurrence of bending, and thus the dangerous speed value, which is the maximum limit for stably operating the rotor 500, is lowered (in other words, 500) can be stably operated). However, since the length of the rotor 500 can be reliably reduced as shown in FIG. 5 by employing the composite magnetic bearing 100 of the present invention, it is possible to increase the dangerous speed value due to the bending mode of the rotor 500 It is possible to increase the operating speed range in which the rotor 500 can operate stably and ultimately to operate the rotor 500 at a higher speed than in the past.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: (본 발명의) 복합 자기 베어링
110: 자기 베어링
111: 코일 112: 영구자석
113: 고정자측 코어 114: 로터측 코어
115: 하우징 116: 플랜지
120: 보조 베어링
121: 상부 몸체 122: 하부 몸체
130: 갭 센서
500: 로터 510: 모터100: Composite magnetic bearing (of the present invention)
110: magnetic bearing
111: coil 112: permanent magnet
113: stator side core 114: rotor side core
115: housing 116: flange
120: secondary bearing
121: upper body 122: lower body
130: gap sensor
500: rotor 510: motor

Claims (5)

로터(500) 둘레에 구비되어 마찰을 저감하는 래디얼(radial) 형의 복합 자기 베어링(100)으로서,
상기 로터(500) 둘레에 부착 구비되는 로터측 코어(114)와, 그 내부에 빈 공간이 형성되며 상기 로터측 코어(114) 둘레에 복수 개가 방사상으로 배치 구비되는 고정자측 코어(113)와, 각각의 상기 고정자측 코어(113)의 최외측부에 각각 구비되는 복수 개의 영구자석(112)과, 상기 고정자측 코어(113)에 구비되며 상기 영구자석(112)을 중심으로 상기 영구자석(112)을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수 개의 코일(111)과, 상기 코일(111)ㆍ상기 영구자석(112)ㆍ상기 고정자측 코어(113)ㆍ상기 로터측 코어(114)의 결합체 상측을 덮어싸는 하우징(115)과, 상기 결합체 하측을 덮어싸며 상기 하우징(115)과 결합되어 외부에 지지되는 플랜지(116)를 포함하여 이루어져,
호모폴라(homopolar, 동극) 형 자기 베어링 형태로 이루어져 상기 로터(500)의 래디얼 방향의 마찰을 저감하는 자기 베어링(110);
상기 코일(111) 및 상기 고정자측 코어(113) 내측면과 밀착되도록 상기 고정자측 코어(113) 내부 공간에 채워지는 형태로 형성되며, 내측면이 상기 로터측 코어(114)와 밀착 지지되는 지지면(S)을 형성하는 상부 몸체(121)와, 상기 상부 몸체(121)와 연결되며 상기 하우징(115) 및 상기 플랜지(116) 사이의 빈 공간에 채워지는 형태로 형성되는 하부 몸체(122)를 포함하여 이루어져,
상기 래디얼 지지면(S)에 의하여 상기 로터(500)의 래디얼 방향의 마찰을 저감하는 보조 베어링(120);
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링.
A radial type composite magnetic bearing (100) provided around the rotor (500) to reduce friction,
A rotor side core 114 attached to the rotor 500, an empty space formed therein, and a plurality of stator side cores 113 radially disposed around the rotor side core 114; A plurality of permanent magnets 112 respectively provided on the outermost portion of each of the stator side core 113, and the permanent magnet 112 is provided on the stator side core 113, with respect to the permanent magnet 112 A housing covering a plurality of coils 111 arranged in an enclosing manner, and an upper side of a combination of the coils 111, the permanent magnets 112, the stator side cores 113 and the rotor side cores 114; And a flange 116 covering the lower side of the assembly and coupled to the housing 115 to be supported on the outside.
A magnetic bearing 110 having a homopolar type magnetic bearing to reduce friction in the radial direction of the rotor 500;
The coil 111 and the stator side core 113 is formed in a shape that is filled in the inner space of the stator side core 113 in close contact, the inner surface is supported in close contact with the rotor side core 114 Upper body 121 forming a surface (S), and the lower body 122 is connected to the upper body 121 and formed in a form filled in the empty space between the housing 115 and the flange 116 Consisting of,
An auxiliary bearing (120) for reducing friction in the radial direction of the rotor (500) by the radial support surface (S);
Composite magnetic bearing provided with a radial auxiliary bearing comprising a.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 보조 베어링(120)은
드라이 베어링(dry bearing)인 것을 특징으로 하는 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링.
2. The apparatus of claim 1, wherein the auxiliary bearing (120)
Composite magnetic bearing with radial auxiliary bearing, characterized in that the dry bearing (dry bearing).
제 1항에 있어서, 상기 보조 베어링(120)은
카본, 수지재, 금속재, 다공성 금속(porous metal), 메탈 메쉬(metal mesh) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링.
2. The apparatus of claim 1, wherein the auxiliary bearing (120)
Composite magnetic bearing with a radial auxiliary bearing, characterized in that made of at least one material selected from carbon, resin, metal, porous metal, metal mesh.
제 1항에 있어서, 상기 복합 자기 베어링(100)은
상기 하우징(115) 상의 일측에 구비되어 상기 복합 자기 베어링(100) 및 상기 로터(500) 간의 갭(gap)을 측정하는 갭 센서(130);
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 래디얼 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링.
The hybrid magnetic bearing (100) according to claim 1, wherein the composite magnetic bearing
A gap sensor (130) provided at one side on the housing (115) to measure a gap between the composite magnetic bearing (100) and the rotor (500);
Radial secondary bearing provided with a composite magnetic bearing, characterized in that further comprises.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101721496B1 (en) * 2015-12-24 2017-04-10 한국기계연구원 Motor test equipment with magnetic bearings
WO2018181281A1 (en) * 2017-03-27 2018-10-04 Ntn株式会社 Low-temperature fluid pump and low-temperature fluid transfer device
KR101938797B1 (en) * 2017-09-12 2019-01-15 주식회사 마그네타 Magnetic bearing module capable of assembling and disassembling easily
KR102431600B1 (en) 2021-07-30 2022-08-11 주식회사 마그네타 Radial Magnetic Bearing Module with Magnetic Flux Blocker

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100589720B1 (en) * 2004-06-29 2006-06-19 한국기계연구원 Fault Tolerant System for Magnetic Bearing and Method thereof
KR101070895B1 (en) * 2004-07-09 2011-10-06 삼성테크윈 주식회사 Air supplying structure for axial bearing, and axial magnetic bearing with it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100589720B1 (en) * 2004-06-29 2006-06-19 한국기계연구원 Fault Tolerant System for Magnetic Bearing and Method thereof
KR101070895B1 (en) * 2004-07-09 2011-10-06 삼성테크윈 주식회사 Air supplying structure for axial bearing, and axial magnetic bearing with it

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101721496B1 (en) * 2015-12-24 2017-04-10 한국기계연구원 Motor test equipment with magnetic bearings
WO2018181281A1 (en) * 2017-03-27 2018-10-04 Ntn株式会社 Low-temperature fluid pump and low-temperature fluid transfer device
KR101938797B1 (en) * 2017-09-12 2019-01-15 주식회사 마그네타 Magnetic bearing module capable of assembling and disassembling easily
KR102431600B1 (en) 2021-07-30 2022-08-11 주식회사 마그네타 Radial Magnetic Bearing Module with Magnetic Flux Blocker

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