KR20010015464A

KR20010015464A - 복합형 전자석 및 레이디얼 자기 베어링

Info

Publication number: KR20010015464A
Application number: KR1020000043717A
Authority: KR
Inventors: 야마우치아키라; 구와하라오키카즈
Original assignee: 다카키도시요시; 세이코세이키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-02-26
Also published as: US6563244B1; EP1072807A2; JP2001041238A; EP1072807A3

Abstract

본 발명은 자성재(磁性材)의 전자석 코어(core)에 제어코일이 두루 감긴 전자석과, 상기 전자석 코어의 사이에 접합부를 가지는 바이어스용 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석에서, 상기 접합부에서 발생하는 자속누설을 최소한으로 억제하고자 하는 것이다.

레이디얼(radial) 자기 베어링용 복합형 전자석은, 4개의 복합형 전자석부(1a, 1b, 1c, 1d)를 가지고, 각각은 두 개의 돌출극부가 형성된 자성재의 4개의 전자석 코어(2a∼2d)와, 돌출극부(3a∼3h)에 각각 두루 감긴 여덟개의 제어코일(5a∼5h)과, 4개의 바이어스용 영구자석(4a∼4d)으로 구성된다. 그리고, 전자석 코어(2a∼2d)와 바이어스용 영구자석(4a∼4d) 사이의 접합부(Q)에는 투명 자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 제작한 그리스(grease) 등의 점성재, 접착제, 자성유체 등이 개재되어 있다.

Description

복합형 전자석 및 레이디얼 자기 베어링{Composite-type electromagnet and radial magnetic bearing}

본 발명은, 자성재의 전자석 코어에 제어코일이 두루 감긴 전자석과, 래이디얼용 영구자석을 조합하여 구성된 복합형 전자석 및 이 복합형 전자석을 구비한 레이디얼 자기 베어링에 관한 것이다.

모터 등의 회전장치의 회전 샤프트를 레이디얼 방향으로 접촉시키지 않고 회전할 수 있게 지지하는 레이디얼 자기 베어링은, 위치센서와 제어용 전자석 및 바이어스용 전자석으로 구성된다. 단, 구조의 간략화를 위해 제어용·바이어스용을 겸용한 전자석을 이용하는 경우도 있다. 위치센서는 회전 샤프트의 레이디얼 방향의 변위를 검출하여, 검출신호를 자기 베어링 제어장치에 부여하는 것이다. 바이어스용 전자석은 일정한 크기의 바이어스용 자속을 회전 샤프트와 레이디얼 자기 베어링 사이의 공극을 통해 회전 샤프트에 부여하는 것이다. 제어용 전자석은 자기 베어링 제어장치로부터 출력신호를 따라 제어용 자속을 상기 공극을 통해 회전 샤프트에 부여하고, 변위한 회전 샤프트를 소정위치로 되돌려, 그 위치에 유지하도록 기능한다.

바이어스용 자기장은 일정하기 때문에, 이것을 영구자석으로 부여하게 되면, 바이어스용 전자석이 불필요해진다. 따라서, 바이어스용 전자석의 여자 코일에 흐르는 바이어스 전류가 불필요해지므로, 레이디얼 자기 베어링의 소비전력과 발열량이 대폭 감소한다. 또, 바이어스용 전자석의 코어나 코일이 감소하므로, 장치의 소형화와 비용절감도 도모할 수 있다. 이와 같이 여러 장점을 얻을 수 있으므로, 바이어스용 영구자석과 제어용 전자석을 조합한 복합형 전자석을 채용한 레이디얼 자기 베어링이 제안 또는 개발되고 있다.

특개평 6-26520호 공보에 개시된 레이디얼 자기 베어링은, 도 10에 도시한 바와 같이, 고리형상 요크(57)의 폭방향의 중심의 내측부에는 다수개 등분하여 바이어스 자계용의 영구자석(54a, 54b, 54c, 54d)을 배치하고, 이들의 영구자석을 고리형상 요크(57)의 내면과 내측자극(52a, 52b, 52c, 52d)의 뒷면에 끼워 두고, 각 내측자극의 다리부에 여자용 코일(53a, 53b, 53c, 5d)을 둘레에 설치하고, 또 다수개의 자극은 구분된 한 쌍의 원반형상의 외측 자극(55, 56)을 고리형상 요크(57)의 양쪽에 설치하여 상기 내측자극과 상기 외측자극에 의해 자기회로를 형성한 것으로, 상기 내측자극의 뒷면의 두께와 뒷면측부와 상기 외측자극과의 공극을 변화시킴으로써 상기 바이어스용 영구자석에 의한 흡인력을 조정할 수 있게 한 것을 특징으로 한 것이다.

또, 특개평 11-101235호 공보에 개시된 레이디얼 자기 베어링은, 도 11에 도시한 바와 같은 구조의 저소비 전류의 레이디얼 자기 베어링이다. 즉, 하우징(67)에는 コ자 형상의 전자석 코어(62a, 62b, 62c, 62d)가 회전 샤프트(69)의 원주방향 둘레에 배치되어 고정되고, 이들 전자석 코어에는 여자용 코일(63a, 63b, 63c, 63d)이 휘감겨지는 동시에, 그 일부 단면에 바이어스용 영구자석(64a, 64b, 64c, 6d)이 배치되어 있다. 또, 회전 샤프트(69)에는 I형 전자 강판의 원주방향 적층제의 로터 코어(rotor core)(66)가 전자석 코어(62a, 62b, 62c, 6d)의 전자면에 대향하여 설치되어 있다. 회전 샤프트(69)의 반경방향 위치를 검출하는 위치센서의 신호에 따라, 도시하지 않은 자기 베어링 제어장치는 여자용 코일(63a, 63b, 63c, 63d)에 제어전류를 흐르게 하여, 회전 샤프트(69)의 레이디얼 방향위치를 제어한다.

특히, 특개평 8-232955호 공보에 개시된 레이디얼 자기 베어링은, 도 12에 도시한 바와 같이, 회전 샤프트(79)의 둘레에 고정자가 배치되고, 이 고정자로부터 회전 샤프트(79)에 자기를 작용시켜 레이디얼 방향의 구동력을 부여하고, 회전 샤프트(79)를 축심에 일정하게 유지하도록 한 구조가 간단하고, 대형으로 이용할 수 있는 자기 베어링이다. 즉, 상기 고정자는 축방향을 따라 늘어나고 또는 원주상에 배치된 전자석 코어(72a, 72b, 72c, 72d)와, 이들 전자석 코어에 두루감긴 제어코일(73a, 73b, 73c, 73d)과, 상기 전자석 코어의 단부에 각각 고착된 한 쌍의 원반형상의 고정자 요크(75, 76)와, 이들 고정자 요크의 상기 제어코일의 내측을 서로 연결하는 통형상의 영구자석에서, 축방향으로 자기 장착된 바이어스용 영구자석(74)으로 구성된다.

그런데, 상기와 같은 레이디얼 자기 베어링에 이용되는 것에 한정되지 않지만, 영구자석과 전자석을 조합한 복합형 전자석에서, 전자석 코어를 형성하고 있는 자성재와 영구자석의 접합부는 비자성재의 접착제, 예컨대 에폭시계의 접착재로 접합되거나, 또는 기계적으로 끼워 접합되어 있다. 이렇게 하여 접합된 영구자석과 전자석 코어와의 접합부에서는 접합상의 정도의 차이는 있지만, 반드시 극간이 존재한다. 이 극간은 전자석의 크기나 가공정밀도 등에 의존하지만 수 100㎛정도이고, 에어 갭(air gap)인 경우도 있으면, 접착제 등의 비자성재가 사이에 끼워진 경우도 있다. 어느 경우에서도 자속의 누설을 방해하는 요인이 되어, 이 때문에 원하는 자력을 얻을 수 없거나, 자력의 불균형을 초래하거나 또는 외부로의 자속누설이 발생하여 외부장치 등에 악역향을 일으키는 등의 문제가 있었다.

복합형 전자석 또는 이 복합형 전자석을 구비한 레이디얼 자기 베어링의 실용화에 관해서는, 바이어스 자계의 조정의 문제와 동시에, 자성재의 전자석 코어와 영구자석의 접합재에서의 자속의 흐름 방해의 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자성재의 전자석 코어에 제어코일이 두루 감긴 전자석과, 상기 전자석 코어와의 사이에 접합부를 가지는 바이어스용 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석, 또는 이 복합형 전자석을 구비한 레이디얼 자기 베어링에서, 상기 접합부에서 발생하는 자속누설을 최소한으로 억제하여, 이용할 수 있는 자속량을 감소시키지 않도록 하는 동시에, 외부의 부재나 장치 등에 부여하는 누설자속에 의한 악영향을 방지하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 자성재의 전자석 코어에 제어코일이 두루 감긴 전자석과 상기 전자석 코어와의 사이에 접합부를 가지는 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석, 또는 이 복합형 전자석을 구비한 레이디얼 자기 베어링에서, 상기 접합부에 투명자기률이 높고 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 제작한 그리스 등의 점성재, 접착제, 자성유체 등을 개재시켰다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링의 횡단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링의 종단면도,

도 3은 전자석 코어, 제어코일 및 바이어스용 영구자석의 부분 사시도,

도 4는 전자석 코어와 바이어스용 영구자석의 접합부를 극간을 확대하여 도시한 부분 단면도,

도 5는 도 1의 레이디얼 자기 베어링의 제어 블록도,

도 6은 본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 9는 본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 10은 종래의 레이디얼 자기 베어링의 제 1예를 도시한 도면으로, (A)는 횡단면도, (B)는 종단면도,

도 11은 종래의 레이디얼 자기 베어링의 제 2예를 도시한 도면으로, (A)는 횡단면도, (B)는 종단면도,

도 12는 종래의 레이디얼 자기 베어링의 제 3예를 도시한 도면으로, (A)는 횡단면도, (B)는 종단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b, 1c, 1d : 복합형 전자석부

2a, 2b, 2c, 2d : 전자석 코어

3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h : 돌출극부

4a, 4b, 4c, 4d : 바이어스용 영구자석

5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h : 제어코일

6x, 6y : 반경방향 위치센서

7 : 비자성재의 원통 형상 케이스

8 : 타깃(target)

9 : 회전 샤프트

10 : 자기 베어링 제어장치

11 : 제어부

12x, 12y : 전류 증폭부

52a, 52b, 52c, 52d : 내측 자극

53a : 여자(勵磁)용 코일

54a, 54b, 54c, 54d : 바이어스용 영구자석

55, 56 : 외측 자극

57 : 고리형상 요크

59 : 회전 샤프트

62a, 62b, 62c, 62d : 전자석 코어

63a, 63b, 63c, 63d : 여자용 코일

631a, 632a, 631c, 632c : 여자용 코일

64a, 64b, 64c, 64d : 바이어스용 영구자석

641a, 642a, 641c, 642c : 바이어스용 영구자석

72a, 72b, 72c, 72d : 전자석 코어

73a, 73b, 73c, 73d : 제어코일

74 : 바이어스용 영구자석

79 : 회전 샤프트

M : 충전재

Q : 접합부

본 발명의 일 실시예의 레이디얼 자기 베어링은, 도 1에 횡단면도, 도 2에 그 부분적인 종단면도, 또 도 5에 제어 블록도에서 도시한 바와 같이, 4개의 전자석 코어(2a, 2b, 2c, 2d)와, 4개의 바이어스용 영구자석(4a, 4b, 4c, 4d)과, 여덟개의 제어코일(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h)로 구성된 복합형 전자석부와, 레이디얼 방향의 위치를 검출하는 반경방향 위치센서(6x, 6y)와, 상기 복합형 전자석부와 상기 위치센서를 수납하는 비자성재의 원통형상 케이스(7) 및 회전 샤프트(9)로 구성되어 있다. 로터의 일부를 구성하는 비자성체의 회전 샤프트(9)는, 그 표면에 자성재의 타깃(8)이 형성되어 있다.

각각이 두 개의 돌출극을 가지는 전자석 코어(2a∼2d)는, 도 3에 부분적인 사시도에 도시한 바와 같이, 규소 강판 등의 부재를 소정 형상으로 꿰뚫어 제작된 코어조각을 적층하여 이루어진 것이다. 또, 바이어스용 영구자석(4a∼4d)은 마찬가지로 도 3에 사시도로 도시한 바와 같이, 대략 직사각체의 영구자석이다. 이들의 두 개의 돌출극을 가지는 4개의 전자석 코어(2a∼2d)와, 4개의 바이어스용 영구자석(4a∼4d)은 교대로 배치되어 하나의 고리 형상체를 형성하고, 비자성재의 원통형상 케이스(7) 내에 수납되어 고정되어 있다.

전자석 코어(2a∼2d)와 바이어스용 영구자석(4a∼4d)의 접합부(Q)는, 각 2개 지점, 합계 8개 지점이 존재한다. 이들 접합부(Q)에는 도 4에 극간을 확대하여 도시한 바와 같이, 투명자기률이 높고 포화자속밀도가 높은 재료로 이루어진 충전재(M)가 개재되어 있다. 접합부(Q)가 기계적으로 접합되어 있는 경우에는, 접합부(Q)에는 투명자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 제작한 그리스 등의 점성재가 충전되거나 자성유체가 개재되어 있다. 이에 따라 접합부(Q)의 자기저항이 현저히 저하하여, 자성재의 전자석 코어가 거의 변화하지 않게 된다. 접합부(Q)는 투명자기률이 높아 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 제작한 접착제로 접합해도 좋다. 이 경우, 기계적 접합은 불필요하거나 보조적인 것이 된다. 여기에, 투과율이 높고 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 제작한 그리스 또는 접착제는 예컨대, 순철 또는 규소강, 페라이트(ferrite) 등을 분말형상으로 한 것을 실리콘 그리스나, 에폭시계나 아크릴계 등의 접착제에 혼합하여, 충분히 혼합함으로써 얻을 수 있다.

상기 복합형 전자석에서, 전자석 코어(2a)의 양단에는 돌출극부(3h, 3a)가 ,전자석 코어(2b)의 양단에는 돌출극부(3b,3c)가, 전자석 코어(2c)의 양단에는 돌출극부(3d, 3e)가, 전자석 코어(2d)의 양단에는 돌출극부(3f, 3g)가 각각 형성되어 있다. 제어코일(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h)은 돌출극부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)에 각각 두루 감겨 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이들의 제어코일(5a∼5h)에는 자기 베어링 제어장치(10)로부터 제어전류가 각각 공급된다.

즉, 제어코일(5a, 5b) 및 이들과 대향 배치된 제어코일(5a, 5f)은 직렬로 접속되어 자기 베어링 제어장치(10)의 Y축용 전류증폭부(12y)로부터 제어전류가 공급되고, 제어코일(5c, 5d) 및 이들과 대향배치된 제어코일(5g, 5h)은 직렬로 접속되어 자기 베어링 제어장치(10)의 X축용 전류증폭부(12x)로부터 제어전류가 공급된다.

전술한 바와 같이 배치되고, 또 선으로 연결되어 있으므로, 바이어스용 영구자석(4a)과 돌출극부(3a)와 이것에 두루 감긴 제어코일(5a), 및 돌출극부(3b)와 이것에 두루감긴 제어코일(5b)은, 말굽형의 +Y축쪽 복합형 전자석부(1a)를 형성하고, 바이어스용 영구자석(4c)과 돌출극부(3e)와 이것에 두루 감긴 제어코일(5e), 및 돌출극부(3f)와 이것에 두루감긴 제어코일(5f)은 말굽형의 -Y축쪽 복합형 전자석부(1c)를 형성하고, 바이어스용 영구자석(4b)과 돌출극부(3c)와 이것에 두루 감긴 제어코일(5c) 및 돌출극부(3d)와 이것에 두루 감긴 제어코일(5d)은, 말굽형의 +X축쪽 복합형 전자석부(1a)를 형성하고, 또 바이어스용 영구자석(4d)과 돌출극부(3g)와 이것에 두루 감긴 제어코일(5g), 및 돌출극부(3h)와 이것에 두루 감긴 제어코일(5h)은 말굽형의 -X축쪽 복합형 전자석부(1d)를 형성하고 있다.

각 복합형 전자석부에서는, 바이어스용 영구자석(4a∼4d)에 의해, 도 1에 점선의 자속선으로 도시한 바와 같이, 바이어스 자계가 발생하고 있다. 제어자계는 도 5 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 동일축에서 한 쪽의 복합형 전자석부는 바이어스 자계를 강하게 하는 방향으로, 대향 배치된 다른 쪽의 복합형 전자석부는 바이어스 자계를 약하게 하는 방향으로 각각 발생시킨다. 즉, +Y축쪽 복합형 전자석부(1a)의 제어코일(5a, 5b)이 바이어스 자계와 동일방향의 제어자계를 발생시킬 때는, 대향배치된 -Y축쪽 복합형 전자석부(1c)의 제어코일(5e, 5f)은 바이어스 자계와 반대방향의 제어자계를 발생시킨다. 마찬가지로, +X축쪽 복합형 전자석부(1b)의 제어코일(5c, 5d)은 바이어스 자계와 동일방향의 제어자계를 발생시킬 때는, 대향 배치된 -X축쪽 복합형 전자석부의 제어코일(5g, 5h)은 바이어스 자계와 반대방향의 제어자계를 발생시킨다.

따라서, 회전샤프트(9)가 소정위치에서 변위한 경우, 자기 베어링 제어장치(10)는 반경방향 위치센서(6x, 6y)로부터의 위치신호와 목표값과의 편차를 산출하고, 이 편차를 제로로 하도록 피드백 제어를 행하여, 회전샤프트(9)를 소정위치에 복귀시킨다. 즉, 자기 베어링 제어장치(10)의 제어부(11)는, 반경방향 위치센서(6x, 6y)로부터의 위치신호와 목표값과의 편차에 PID 등의 소정 연산을 하여 제어신호를 발생하여 전류증폭부(12x, 12y)를 제어하고, 그 출력인 제어전류를 변화시킨다. 그러면, 8개의 제어코일(5a∼5h)이 발생하는 자계가 변화하고, 이에 따라 +Y축쪽 복합형 전자석부(1a), -Y축쪽 복합형 전자석부(1b), +X축쪽 복합형 전자석부(1c), -X축쪽 복합형 전자석부(1d)의 전자력이 변화하여 회전샤프트(9)를 소정 위치로 복귀시킨다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 관한 레이디얼 자기 베어링의 작용을 더 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, +Y축쪽 복합형 전자석부(1a), -Y축쪽 복합형 전자석부(1b), +X축쪽 복합형 전자석부(1c), -X축쪽 복합형 전자석부(1d)에는, 각각 바이어스용 영구자석에 의해 화살표 방향의 바이어스 자속()의 폐회로가 각각 형성되어 있다. 이 때문에, 회전 샤프트(9)는 바이어스 자속에 의한 자기흡인력을 +X축, -X축, +Y축, -Y축의 4방향으로부터 등분을 받아 레이디얼 방향의 소정 위치에 회전가능하게 지지되어 있다.

여기에서, 외란이 발생하여 로터가 변위하여, 회전샤프트(9)가 -Y쪽으로 이동했다고 상정하면, Y축방향 위치센서(6y)가 회전샤프트(9)의 변위를 검출하여, 검출신호를 자기 베어링 제어장치(10)의 제어부(11)에 입력한다. 제어부(11)는 반경방향 위치센서(6y)로부터의 검출신호와 Y축방향 목표치 신호를 비교하여 편차신호를 산출하고, 그 편차신호에 PID 등의 소정 연산처리를 하여 제어신호를 출력하여, Y축용 전류 증폭부(12y)로부터 +Y축쪽 복합형 전자석부(1a)의 제어코일(5a, 5b) 및 -Y축쪽 복합형 전자석부(1c)의 제어용 코일(5e, 5f)에 제어전류를 공급시킨다. 그러면 도 6에 도시한 바와 같이, 제어자속(Φ1)의 폐회로의 자로(磁路)가 돌출극(3a, 3b) 및 타깃(8)을 포함하여 형성되고, 또 제어자속(Φ3)의 폐회로의 자로가 돌출극(3e, 3f) 및 타깃(8)을 포함하여 형성된다. 제어자속(Φ1)의 방향은 바이어스 자속()과 같기 때문에, 두 자속은 가산되어 +Y축쪽 복합형 전자석부(1a)의 자기흡인력은 증대하고, 한 편 제어자속(Φ3)의 방향은 바이어스 자속()과 반대방향이므로, 두 개의 자속은 감산되어 -Y축쪽 복합형 전자석부(1c)의 자기흡인력은 감소하며, 이에 따라 회전 샤프트(9)는 Y축방향의 소정위치에 바로 복귀하여, 이 위치에 유지된다.

회전 샤프트(9)가 +Y쪽으로 이동한 경우에는, Y축용 전류증폭부(12y)로부터 +Y축쪽 복합형 전자석부(1a)의 제어코일(5a, 5b) 및 -Y축쪽 복합형 전자석부(1c)의 제어코일(5e, 5f)에 회전샤프트(9)가 -Y쪽으로 이동한 경우에 공급된 제어전류와는 반대방향의 제어전류를 공급시킨다. 그러면, 도 7에 도시한 바와 같이, 제어자속(Φ1)의 폐회로의 자로는 돌출극(3a, 3b) 및 타깃(8)을 포함하여 형성되고, 또 제어자속(Φ3)의 폐회로의 자로는 돌출극(3e,3f) 및 타깃(8)을 포함하여 형성된다. 제어자속(Φ1)의 방향은 바이어스 자속()과 반대방향이므로, 두 개의 자속은 감산되어 +Y축쪽 복합형 전자석부(1a)의 자기흡인력은 감소하고, 또 한 편 제어자속(Φ3)의 방향은 바이어스 자속()과 동일하기 때문에, 두 개의 자속은 가산되어 -Y축쪽 복합형 전자석부(1c)의 자기흡인력은 증대하며, 이에 따라 회선 샤프트(9)는 Y축방향의 소정 위치에 바로 복귀하여 그 위치에 유지된다.

회전샤프트(9)가 -X쪽으로 이동했다고 상정하면, X축방향 위치센서(6x)가 회전샤프트(9)의 변위를 검출하여, 검출신호를 자기 베어링 제어장치(10)의 제어부(11)에 입력한다. 제어부(11)는 반경방향 위치센서(6x)로부터의 검출신호와 X축방향 목표치 신호를 비교하여 편차신호를 산출하고, 그 편차신호에 PID 등의 소정 연산처리를 하여 제어신호를 출력하여, X축용 전류 증폭부(12x)로부터 +X축쪽 복합형 전자석부(1b)의 제어코일(5c, 5d) 및 -X축쪽 복합형 전자석부(1d)의 제어코일(5g, 5h)에 제어전류를 공급시킨다. 그러면 도 8에 도시한 바와 같이, 제어자속(Φ2)의 폐회로의 자로가 돌출극(3c, 3d) 및 타깃(8)을 포함하여 형성되고, 또 제어자속(Φ4)의 폐회로의 자로가 돌출극(3g, 3h) 및 타깃(8)을 포함하여 형성된다. 제어자속(Φ2)의 방향은 바이어스 자속()과 같기 때문에, 두 자속은 가산되어 +X축쪽 복합형 전자석부(1b)의 자기흡인력은 증대하고, 한편 제어자속(Φ4)의 방향은 바이어스 자속()과 반대방향이므로, 두 개의 자속은 감산되어 -X축쪽 복합형 전자석부(1d)의 자기흡인력은 감소하고, 이에 따라 회전 샤프트(9)는 X축방향의 소정위치에 바로 복귀하여, 이 위치에 유지된다.

회전 샤프트(9)가 +X쪽으로 이동한 경우에는, X축용 전류증폭부(12x)로부터 +X축쪽 복합형 전자석부(1b)의 제어코일(5c, 5d) 및 -X축쪽 복합형 전자석부(1d)의 제어코일(5g, 5h)에, 회전샤프트(9)가 -X쪽으로 이동한 경우에 공급된 제어전류와는 반대방향의 제어전류를 공급시킨다. 그러면, 도 9에 도시한 바와 같이, 제어자속(Φ2)의 폐회로의 자로가 돌출극(3c, 3c) 및 타깃(8)을 포함하여 형성되고, 또 제어자속(Φ4)의 폐회로의 자로가 돌출극(3g, 3h) 및 타깃(8)을 포함하여 형성된다. 제어자속(Φ2)의 방향은 바이어스 자속()과 역방향이므로, 두 개의 자속은 감산되어 +X축쪽 복합형 전자석부(1b)의 자기흡인력은 감소하며, 또 한편 제어자속(4)의 방향은 바이어스 자속()과 동일하기 때문에, 두 개의 자속은 가산되어 -X축쪽 복합형 전자석부(1d)의 자기흡인력은 증대하여, 이에 따라 회선 샤프트(9)는 Y축방향의 소정위치에 바로 복귀하여 그 위치에 유지된다.

이상, 본 발명을 도 1의 레이디얼 자기 베어링의 복합형 전자석을 예시하여, 그 구성과 작용에 대해서 설명했지만, 본 발명은 바이어스 자계가 영구자석에서 부여되는 종래의 레이디얼 자기 베어링의 복합형 전자석에 적용할 수 있는 것은 물론, 자성재의 전자석 코어에 제거코일이 두루 감긴 전자석과 상기 전자석 코어와의 사이에 접합부를 가지는 바이어스용 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석이면, 다른 구조의 것에도 적용할 수 있다. 또, 도 1의 레이디얼 자기 베어링에 적용한 복합형 전자석을 구성하는 전자석 코어(2a∼2d)와 바이어스용 영구자석(4a∼4d)의 형상은, 도 1 내지 도 3에 도시한 것에 한정되지 않고, 4개의 말굽형의 복합형 전자석부의 각 두개의 돌출극, 즉 제어코일이 두루 감긴 합계 여덟개의 돌출극이 같은 간격으로 배치된 고리형상체를 구성할 수 있으면, 다른 형상이어도 물론 상관 없다.

본 발명은, 자성재의 전자석 코어에 제어코일이 두루 감긴 전자석과, 상기 전자석 코어와의 사이에 접합부를 가지는 바이어스용 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석에서, 상기 접합부에 투명자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료로 이루어진 충전재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 것이므로, 상기 접합부에서 발생하는 자속누설을 최소한으로 억제할 수 있어, 이용할 수 있는 자속량을 감소시키지 않도록 하는 것, 및 외부의 부재나 장치 등에 부여하는 누설자속에 의한 악영향을 방지하는 것을 실현할 수 있었다.

또, 본 발명에 관한 레이디얼 자기 베어링은 제어자계를 제어용 전자석으로, 또 바이어스 자계를 바이어스용 영구자석에 의해 각각 부여하도록 한 복합형 전자석을 구비한 것으로, 바이어스용 영구자석과 제어용 전자석의 전자석 코어와의 접합부에 투명자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료로 이루어진 충전재를 개재시킨 것이므로, 이들의 접합부로부터 자속이 외부로 누설하지 않고, 따라서 바이어스용 자속도 제어용 자속도 모두 유효하게 이용되게 되어, 베어링 강성을 높일 수 있었다. 또, 바이어스용 전자석을 구비한 종래의 레이디얼 자기 베어링에 비교하여, 다른 구조의 간단화와 소형경량화를 도모할 수 있었다.

Claims

자성재의 전자석 코어에 제어코일이 두루 감긴 전자석과, 상기 전자석 코어와의 사이에 접합부를 가지는 바이어스용 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석에서, 상기 접합부에 투명자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료로 이루어진 충전재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 복합형 전자석.
제 1항에 있어서,

상기 충전재는 투명자기률이 높고 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 제작한 그리스 등의 점성재, 접착제 또는 자성유체인 것을 특징으로 하는 복합형 전자석.
자성재의 전자석 코어에 제어 코일이 두루 감긴 제어용 전자석과, 상기 전자석 코어와의 사이에 접합부를 가지는 바이어스용 영구자석으로 이루어진 복합형 전자석을 구비한 레이디얼 자기 베어링에서, 상기 접합부에 투명자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료로 이루어진 충전재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 레이디얼 자기 베어링.
두 개의 돌출극을 가지는 4개의 전자석 코어와, 4개의 바이어스용 영구자석을 교대로 배치하여 형성된 고리형상체와, 상기 돌출극에 두루감긴 8개의 제어코일로 이루어진 전자석을 구비한 레이디얼 자기 베어링에서, 각 바이어스용 영구자석과 상기 바이어스용 영구자석의 양 이웃의 두 개의 돌출극과 상기 돌출극에 두루 감긴 두 개의 제어코일에 의해 +Y축쪽 복합형 전자석부, -Y축쪽 복합형 전자석부, +X축쪽 복합형 전자석부 및 -X축쪽 복합형 전자석부의 4개의 복합형 전자석부를 형성하고, 상기 전자석 코어와 상기 바이어스용 영구자석과의 접합부에 투명자기률이 높고, 포화자속밀도가 높은 재료로 이루어진 충전재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 레이디얼 자기 베어링.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

상기 충전재는 투명자기률이 높고 포화자속밀도가 높은 재료를 토대로 하여 제작한 그리스 등의 점성재, 접착제 또는 자성유체인 것을 특징으로 하는 레이디얼 자기 베어링.