WO2019245226A1 - Thrust magnetic bearing using flux switching - Google Patents
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- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/18—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using electric, magnetic or electromagnetic means
Definitions
- the present invention relates to an axial magnetic bearing, and more particularly to an axial magnetic bearing using magnetic flux switching.
- Magnetic bearings are stably supporting the injured body by two magnetic poles facing each other attracting the injured body to each other and by adding or subtracting the magnetic force according to the positional change of the injured body.
- Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-1552350
- Embodiments of the present invention in the axial magnetic bearing having an electromagnet coil and a permanent magnet, by designing an axial magnetic bearing capable of magnetic flux switching to form the magnetic flux of the magnetic bearing in only one direction, the same as the existing axial magnetic bearing To provide an axial magnetic bearing that can secure about twice the thrust of the volume.
- a ring-shaped permanent magnet having a radially magnetized bias magnetic flux, provided with a predetermined distance spaced apart from the permanent magnet, is provided on top of the permanent magnet
- An electromagnet coil including an upper coil and a lower coil provided below the permanent magnet, a stator core including an upper stator core covering the upper electromagnet coil and a lower stator core covering the lower coil, and the upper and lower coils.
- any one of the upper coil or the lower coil of the inner magnetic flux direction is the same direction as the bias magnetic flux direction of the permanent magnet, the outer surface of the rotor collar and the outer surface of the stator core is The upper coil and the lower coil are disposed on the same plane in the axial direction of the rotor, and both coils are wound in the same direction so that both coils are in the same direction when the same current is applied to the upper and lower coils from the current driver. Thrust occurs.
- the permanent magnet may be provided through the rotor collar in the direction of the rotation axis of the rotor.
- it may include a gap sensor provided on one side of the rotor collar to measure the gap according to the axial vibration of the rotor.
- Embodiments of the present invention relate to an axial magnetic bearing for controlling the axial vibration of the rotor, the axial magnetic bearing having an electromagnet coil and a permanent magnet capable of magnetic flux switching to form the magnetic flux of the magnetic bearing in only one direction It is designed to secure about twice the thrust of the same volume compared to the existing axial magnetic bearing.
- the permanent magnet is inserted and fixed to the rotor collar to remove the disturbance in the radial direction to generate the thrust only in the axial direction, radial in accordance with the radial disturbance in the structure including the radial magnetic bearing and the axial magnetic bearing Can be eliminated by the axial magnetic bearing structure of the present invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a magnetic bearing system including an axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a magnetic bearing system including a conventional axial magnetic bearing.
- FIG 3 is a view for explaining the magnetic flux direction of the axial magnetic bearing by the permanent magnet in the state that no current is applied to the electromagnet coil.
- FIG 4 and 5 are views for explaining the flow of current in the electromagnetic coil and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing for generating the lower thrust.
- FIGS. 6 and 7 are views for explaining the flow of current in the electromagnet coil for generating the upper thrust and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing.
- a ring-shaped permanent magnet having a radially magnetized bias magnetic flux, provided with a predetermined distance spaced apart from the permanent magnet, is provided on top of the permanent magnet
- An electromagnet coil including an upper coil and a lower coil provided below the permanent magnet, a stator core including an upper stator core covering the upper electromagnet coil and a lower stator core covering the lower coil, and the upper and lower coils.
- any one of the upper coil or the lower coil of the inner magnetic flux direction is the same direction as the bias magnetic flux direction of the permanent magnet, the outer surface of the rotor collar and the outer surface of the stator core is The upper coil and the lower coil are disposed on the same plane in the axial direction of the rotor, and both coils are wound in the same direction so that both coils are in the same direction when the same current is applied to the upper and lower coils from the current driver. Thrust occurs.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a magnetic bearing system including an axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention.
- the disk-shaped rotor is installed on one side of the rotor (1) having a rotation axis formed in one direction and coupled to the rotor (1) in a direction perpendicular to the rotation axis
- the collar 2 is floated to control the axial vibration of the rotor 1.
- the axial magnetic bearing includes a permanent magnet 10, an electromagnet coil 20, and a stator core 30.
- the axial magnetic bearing is formed through the rotor collar (2) including the rotating shaft and the rotating shaft, and a ring-shaped permanent magnet (10), an electromagnet coil (20) and a stator core (30) surrounding the rotating shaft.
- the rotor collar 2 coupled to the rotor 1 in a direction perpendicular to the rotation axis is magnetically floated to support the axial vibration of the rotor 1.
- the permanent magnet 10 is provided in a ring shape that is inserted and fixed to the rotor collar (2).
- the permanent magnet 10 is magnetized in a radial direction, that is, in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis of the rotor 1, and has a deflection magnetic force in the radial direction.
- the deflection magnetic force In the case of the axial magnetic bearing of the electromagnet type that does not include the permanent magnet 10, since the deflection magnetic force must be applied to the rotor collar 2 in advance, a constant current must be supplied for the deflection magnetic force.
- the deflection magnetic force eliminates the need for this current supply and is economical.
- the permanent magnet 10 may be provided through the rotor collar 2 in the direction of the rotation axis of the rotor 1.
- the permanent magnet 10 may be provided in a form in which two permanent magnets separated at positions corresponding to the upper and lower surfaces of the rotor collar 2 are inserted and fixed.
- the two permanent magnets The magnetization directions may be arranged in the same manner.
- the electromagnet coil 20 is provided spaced apart from the permanent magnet 10 by a predetermined distance.
- the electromagnet coil 20 is provided above and below the permanent magnet 10.
- the electromagnet coil 20 includes an upper coil 21 provided on the upper portion of the permanent magnet 10 and a lower coil 22 provided on the lower portion of the permanent magnet 10.
- the upper coil 21 and the lower coil 22 are provided in a ring shape by winding a plurality of coils, and coils are wound in the same direction in both the upper and lower coils 21 and 22. Therefore, when the same current is applied to both the upper and lower coils 21 and 22, thrust is generated in both coils in the same direction.
- the stator core 30 covers the electromagnet coil 20.
- the stator core 30 includes an upper stator core covering the upper surface and both sides of the upper coil 21, and a lower stator core covering the lower surface and both sides of the lower coil 22.
- the upper coil 21 and the upper stator core at the upper part, and the lower coil 22 and the lower stator core at the lower part of the permanent magnet 10 are perpendicular to the rotation axis of the rotor 1. It may be provided symmetrically.
- a current driver 40 connected to the upper and lower coils 21 and 22 to supply a current.
- the current driver 40 may be connected to the upper and lower coils 21 and 22 from one current driver to supply the same current.
- the current driver 40 supplies a current to the electromagnet coil 20 according to the driving current information provided by the other controller.
- the rotor collar 2 is a floating body by the magnetic flux by the permanent magnet 10 and the magnetic flux by the electromagnet coil 20 and the upper coil 21 and the upper stator core and the lower coil 22. ) And the space between the lower stator cores.
- the permanent magnet is radially spaced apart from the rotor and the rotor collar in a radial distance, whereby the permanent magnet is a radial structure of the rotor and the rotor An attractive force is generated between the collar and additional force in the radial direction.
- the permanent magnet 10 of the axial magnetic bearing can be inserted and fixed to the rotor collar 2 to block the occurrence of the radial disturbance as described above, independently Directional vibration can be controlled.
- an axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention is provided at the upper and lower sides of the side of the rotor collar 2, in this case, the outer surface of the rotor collar 2 and the stator core ( The outer surface of 30 may be disposed on the same plane in the axial direction of the rotor (1).
- the axial magnetic bearing of the present invention includes a gap sensor 50 which is provided on one side of the rotor collar 2 and measures the gap according to the axial vibration of the rotor 1.
- the gap sensor 50 is disposed in the same direction as the rotation axis of the rotor 1 to detect vibration of the rotor 1 in the axial direction, and although not shown, is connected to the current driver 40 through a control unit.
- the driving current of the current driver 40 is calculated and transmitted based on the displacement information of the gap sensor 50. Accordingly, axial vibration of the rotor 1 may be minimized.
- FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a magnetic bearing system including a conventional axial magnetic bearing.
- 3 is a view for explaining the magnetic flux direction of the axial magnetic bearing by the permanent magnet in the state that no current is applied to the electromagnet coil.
- 4 and 5 are views for explaining the flow of current in the electromagnetic coil and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing for generating the lower thrust.
- 6 and 7 are views for explaining the flow of current in the electromagnet coil for generating the upper thrust and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing.
- the axial magnetic bearing of the present invention is an axial magnetic bearing including a permanent magnet 10 and an electromagnet coil 20, and the permanent magnet 10 is inserted and fixed to the rotor collar 2 to exclude radial disturbances. Therefore, only the axial magnetic bearing of the present invention can independently control the axial direction.
- a deflection magnetic force that is, a bias magnetic flux (BMF) magnetized to the permanent magnet 10 in a state in which no current is supplied to the electromagnet coil 20, is indicated by an arrow.
- BMF bias magnetic flux
- the permanent magnet 10 of FIG. 3 is magnetized in a desired direction and has a deflection magnetic force (BMF) according to the magnetized direction.
- BMF deflection magnetic force
- the basic magnetic flux MF by the magnet induced by the deflecting magnetic force of the permanent magnet 10 is formed in both stator cores 30.
- the permanent magnet 10 of FIG. 3 magnets outward from the rotor 1 to have a deflection magnetic force.
- the permanent magnet 10 may be magnetized in the opposite direction to the opposite direction to have the deflection magnetic force in the opposite direction, in which case it may be reversed from the description below, which may be appropriately modified at the level of ordinary skill in the art. will be.
- the basic magnetic flux MF is formed upward from the outer circumferential surface to the inner circumferential surface.
- the basic magnetic flux MF is formed downward from the outer circumferential surface to the inner circumferential surface.
- thrust may be generated only in a specific direction by using magnetic flux switching, as will be described later.
- FIG. 5 is a perspective view of the electromagnet coil 20 of FIG. 4 separated from each other and illustrates a current flow and a thrust generation direction.
- the electromagnet coil 20 of FIG. 5 is viewed from the top, the current direction and the thrust direction of the axial magnetic bearing in the state in which the current is applied in the clockwise direction of the electromagnet coil 20 in the form of a ring are shown.
- the electromagnet coil 20 is provided in a ring shape by winding a plurality of coils.
- a current is applied in a clockwise direction in a ring shape
- thrust is generated downward in accordance with the law of the right hand screw.
- an arrow marked to rotate clockwise along the coil on the right side of the electromagnet coil 20 denotes an applied current direction
- an arrow marked vertically downward refers to a thrust F direction.
- the magnetic flux (CF) direction inside the electromagnet coil 20 is formed from the outer circumferential surface to the inner circumferential surface downward from the cross section of the axial magnetic bearing in the axial direction.
- the deflection magnetic force BMF of the permanent magnet 10 Since the deflection magnetic force BMF of the permanent magnet 10 is formed outward from the rotor 1, the direction of the magnetic flux CF inside the upper coil 21 according to the current supply is the deflection of the permanent magnet 10.
- the magnetic flux MF formed along the upper stator core in a direction opposite to the magnetic force BMF direction does not pass through the permanent magnet 10. Therefore, the magnetic flux MF of the upper stator core is absorbed by the magnetic flux MF of the lower stator core along the magnetization direction of the permanent magnet 10.
- the direction of the magnetic flux CF inside the lower coil 22 is the same as the direction of the magnetic flux BMF by the permanent magnet 10, all of the basic magnetic flux MF is transferred to the lower stator core by the permanent magnet 10. Is formed. That is, both the magnetic flux MF of the upper stator core and the lower stator core are formed in the lower stator core, and as the current applied to the electromagnet coil 20 increases, the magnetic flux MF is concentrated on the lower stator core so that the upper or When using any one of the magnetic flux (MF) of the lower stator core, the magnetic flux of about 2 times can be concentrated on one side, which can generate the same volume and twice the thrust of the same power as the conventional axial magnetic bearings. .
- an arrow marked to rotate in the counterclockwise direction along the coil on the left side of the electromagnet coil 20 denotes an applied current direction
- an arrow vertically indicated upward means a thrust F direction.
- the magnetic flux (CF) direction inside the electromagnet coil 20 is formed from an outer circumferential surface to an inner circumferential surface upwardly in a cross section cut in the axial magnetic bearing.
- the deflection magnetic force BMF of the permanent magnet 10 Since the deflection magnetic force BMF of the permanent magnet 10 is formed outward from the rotor 1, the direction of the magnetic flux CF inside the lower coil 22 according to the current supply is the deflection of the permanent magnet 10.
- the magnetic flux MF formed along the lower stator core in a direction opposite to the magnetic force BMF direction does not pass through the permanent magnet 10. Therefore, the magnetic flux MF of the lower stator core is absorbed by the magnetic flux MF of the upper stator core along the magnetization direction of the permanent magnet 10.
- the direction of the magnetic flux CF inside the upper coil 22 is the same as the direction of the magnetic flux BMF by the permanent magnet 10, all of the basic magnetic flux MF is transferred to the upper stator core by the permanent magnet 10. Is formed. That is, both the magnetic flux MF of the upper stator core and the lower stator core are formed in the upper stator core, and as the current applied to the electromagnet coil 20 increases, the magnetic flux MF concentrates on the upper stator core so that the upper or When using any one of the magnetic flux (MF) of the lower stator core, the magnetic flux of about 2 times can be concentrated on one side, which can generate the same volume and twice the thrust of the same power as the conventional axial magnetic bearings. .
- the thrust may be generated only in any one of the upper and lower directions according to the supply direction of the electric current to the electromagnet coil 20. That is, the magnetic flux generated by the permanent magnet 10 and the direction of the magnetic flux generated by supplying current to the electromagnet coil 20 are controlled to facilitate the upward or downward direction of the axial magnetic bearing through magnetic flux switching. It can generate manpower.
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Abstract
Description
본 발명은 축방향 자기 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자속 스위칭을 이용한 축방향 자기 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an axial magnetic bearing, and more particularly to an axial magnetic bearing using magnetic flux switching.
종래의 일반 베어링들은 기계적인 구름 베어링을 사용하며, 이들은 로터와 베어링들 사이의 접촉에 의한 기계적 마찰이 발생하여 소음, 분진, 수명 등의 문제점을 가지고 있으며, 최근에는 기존의 기계적인 구름 베어링의 기계적 마찰 등에 의한 문제점을 해결하기 위하여 비접촉식의 자기 베어링에 관한 연구가 지속적으로 수행되고 있다.Conventional general bearings use mechanical rolling bearings, and they have problems such as noise, dust, and life due to mechanical friction caused by contact between the rotor and the bearings. In order to solve the problems caused by friction, research on non-contact magnetic bearings has been continuously conducted.
자기 베어링은 서로 마주보는 두 개의 자극(pole) 면이 부상체를 서로 끌어당기면서 부상체의 위치변화에 따라 자기력을 가감하여 안정적으로 부상체를 지지하는 것이다.Magnetic bearings are stably supporting the injured body by two magnetic poles facing each other attracting the injured body to each other and by adding or subtracting the magnetic force according to the positional change of the injured body.
종래의 축방향(thrust) 자기 베어링은 전자석 코일을 배치하고 전자석 코일에 공급하는 전류의 양을 조절하여 부상체를 지지하는 방식(특허문헌1의 배경기술, 전자석 방식)이 있으며, 이의 경우 편향 자기력을 미리 가하여야 하므로 부상체와 관계없이 일정한 바이어스(bias) 전류를 공급하여 전력이 낭비될 뿐만 아니라, 코일로만 전자기력을 발생시켜야 하므로 코일의 양이 늘어나게 되며 이에 따라 자기 베어링의 크기 역시 비례하여 증가하는 문제점이 있다.Conventional axial magnetic bearings have a method of arranging an electromagnet coil and adjusting the amount of current supplied to the electromagnet coil to support the floating body (the background art of
이와 달리, 상기 문제를 해결하기 위한 축방향 자기 베어링으로 전자석 코일과 함께 영구 자석을 포함하는 방식(특허문헌1의 배경기술, 전자석 및 영구 자석 방식)의 경우, 전력 낭비 및 자기 베어링 크기 문제를 해결할 수 있으나, 영구 자석의 배치에 따라 영구 자석과 로터 및 회전자 칼라 사이의 인력이 발생하며, 이는 3축 부상이 요구되는 반경 방향 자기 베어링 및 축방향 자기 베어링을 포함하는 구조에서 반경 방향으로의 불필요한 힘의 발생하여 반경 방향 자기 베어링의 제어와 관련된 외란으로 작용하고 이에 따른 전력 낭비의 문제가 발생하며, 이러한 외란을 커버하기 위하여 보다 큰 사이즈의 반경 방향 자기 베어링을 요구하는 문제점이 있다.On the contrary, in the case of the method of including a permanent magnet together with an electromagnet coil as an axial magnetic bearing to solve the above problem (Background art of
또한, 특허문헌1에서와 같이 영구 자석의 배치를 축방향으로 하더라도 구조상 반경 방향으로 여전히 외란이 존재하며, 영구 자석의 개수가 늘어남에 따른 비용 및 가공의 어려움이 증가하게 되고, 영구 자석에 의한 자속이 분리되어 상부 내지 하부에 배치된 영구 자석 중 어느 하나만의 자속에 의한 인력만이 발생된다.In addition, even when the arrangement of the permanent magnet in the axial direction as in
특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-1552350호Patent Document 1: Republic of Korea Patent Publication No. 10-1552350
본 발명의 실시예들은 전자석 코일 및 영구 자석을 구비하는 축방향 자기 베어링에 있어서, 자기 베어링의 자속을 일 방향으로만 형성되도록 자속 스위칭이 가능한 축방향 자기 베어링을 설계하여 기존 축방향 자기 베어링과 동일 체적 대비 약 2배의 추력을 확보할 수 있는 축방향 자기 베어링을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention, in the axial magnetic bearing having an electromagnet coil and a permanent magnet, by designing an axial magnetic bearing capable of magnetic flux switching to form the magnetic flux of the magnetic bearing in only one direction, the same as the existing axial magnetic bearing To provide an axial magnetic bearing that can secure about twice the thrust of the volume.
또한, 축방향 자기 베어링에 대칭되어 구비되는 전자석 코일에 모두 동일한 전류가 공급되어 자속 스위칭이 되므로, 기존 축방향 자기 베어링에 구비되는 전자석 코일에 2개의 전류 드라이버가 필요하던 것을 하나의 전류 드라이버로 운용이 가능한 축방향 자기 베어링을 제공하고자 한다.In addition, since the same current is supplied to the electromagnet coils provided symmetrically on the axial magnetic bearing, the magnetic flux switching is performed. Therefore, two current drivers required for the electromagnet coil provided in the axial magnetic bearing are operated as one current driver. It is intended to provide this possible axial magnetic bearing.
또한, 기존 축방향 자기 베어링의 영구 자석 배치에 따른 구조상 작용하는 반경 방향으로의 외란에 따라 반경방향 자기 베어링을 통하여 추가로 제어가 필요하였으나, 반경 방향 외란을 제거하여 독립적으로 축방향 진동을 제어할 수 있는 축방향 자기 베어링을 제공하고자 한다.In addition, according to the structural disturbance in the radial direction acting in accordance with the permanent magnet arrangement of the existing axial magnetic bearing, additional control is required through the radial magnetic bearing, but the axial vibration can be independently controlled by eliminating the radial disturbance. An axial magnetic bearing can be provided.
본 발명의 일 실시예에 따른 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라를 부상시켜 상기 로터의 축방향 진동을 제어하는 축방향 자기 베어링은, 상기 회전자 칼라에 삽입 고정되고, 반경 방향으로 착자된 바이어스 자속을 가지는 링 형상의 영구 자석, 상기 영구 자석과 일정거리 이격되어 구비되며, 상기 영구 자석의 상부에 구비되는 상부 코일 및 상기 영구 자석의 하부에 구비되는 하부 코일을 포함하는 전자석 코일, 상기 상부 전자석 코일을 커버하는 상부 고정자 코어 및 상기 하부 코일을 커버하는 하부 고정자 코어를 포함하는 고정자 코어 및 상기 상부 및 하부 코일과 연결되어 동일한 전류를 공급하는 하나의 전류 드라이버를 포함하며, 전류 공급에 따른 내부의 자속 방향이 상기 영구 자석의 바이어스 자속 방향과 서로 동일한 방향인 상기 상부 코일 또는 하부 코일 중 어느 하나에만 자속을 집중시키고, 상기 회전자 칼라의 외측면 및 상기 고정자 코어의 외측면은 상기 로터의 축방향으로 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 상부 코일 및 상기 하부 코일은 모두 동일한 방향으로 코일들이 감겨져 있어 상기 하나의 전류 드라이버로부터 상기 상부 및 하부 코일에 동일한 전류가 인가되면 양 코일 모두 동일한 방향으로 추력이 발생한다.It is installed on one side of the rotor having a rotating shaft formed in one direction according to an embodiment of the present invention to control the axial vibration of the rotor by floating a rotor-shaped collar of the disk type coupled to the rotor in a direction perpendicular to the rotating shaft The axial magnetic bearing is inserted into and fixed to the rotor collar, a ring-shaped permanent magnet having a radially magnetized bias magnetic flux, provided with a predetermined distance spaced apart from the permanent magnet, is provided on top of the permanent magnet An electromagnet coil including an upper coil and a lower coil provided below the permanent magnet, a stator core including an upper stator core covering the upper electromagnet coil and a lower stator core covering the lower coil, and the upper and lower coils. Includes a single current driver connected to the current supply to supply the same current Concentrate the magnetic flux in any one of the upper coil or the lower coil of the inner magnetic flux direction is the same direction as the bias magnetic flux direction of the permanent magnet, the outer surface of the rotor collar and the outer surface of the stator core is The upper coil and the lower coil are disposed on the same plane in the axial direction of the rotor, and both coils are wound in the same direction so that both coils are in the same direction when the same current is applied to the upper and lower coils from the current driver. Thrust occurs.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영구 자석은 상기 로터의 회전축 방향으로 상기 회전자 칼라를 관통하여 구비될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the permanent magnet may be provided through the rotor collar in the direction of the rotation axis of the rotor.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전자 칼라의 일측에 구비되어 상기 로터의 축방향 진동에 따른 갭을 측정하는 갭 센서를 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it may include a gap sensor provided on one side of the rotor collar to measure the gap according to the axial vibration of the rotor.
본 발명의 실시예들은 로터의 축방향 진동을 제어하기 위한 축방향 자기 베어링에 관한 것으로, 자기 베어링의 자속을 일 방향으로만 형성되도록 자속 스위칭이 가능한 전자석 코일 및 영구 자석을 구비하는 축방향 자기 베어링을 설계하여 기존 축방향 자기 베어링 대비하여 동일 체적 대비 약 2배의 추력 확보가 가능하다.Embodiments of the present invention relate to an axial magnetic bearing for controlling the axial vibration of the rotor, the axial magnetic bearing having an electromagnet coil and a permanent magnet capable of magnetic flux switching to form the magnetic flux of the magnetic bearing in only one direction It is designed to secure about twice the thrust of the same volume compared to the existing axial magnetic bearing.
또한, 영구 자석이 회전자 칼라에 삽입 고정되어 반경 방향으로의 외란을 제거하여 축방향으로만 추력을 발생시켜, 반경 방향 자기 베어링 및 축방향 자기 베어링을 포함하는 구조에서 반경 방향 외란에 따라 반경 방향으로의 제어가 필요하던 것을 본 발명의 축방향 자기 베어링 구조로 해소할 수 있다.In addition, the permanent magnet is inserted and fixed to the rotor collar to remove the disturbance in the radial direction to generate the thrust only in the axial direction, radial in accordance with the radial disturbance in the structure including the radial magnetic bearing and the axial magnetic bearing Can be eliminated by the axial magnetic bearing structure of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a magnetic bearing system including an axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention.
도 2는 종래의 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view for explaining a magnetic bearing system including a conventional axial magnetic bearing.
도 3은 전자석 코일에 전류가 인가되지 않은 상태에서의 영구 자석에 의한 축방향 자기 베어링의 자속 방향을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the magnetic flux direction of the axial magnetic bearing by the permanent magnet in the state that no current is applied to the electromagnet coil.
도 4 및 도 5는 하부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다.4 and 5 are views for explaining the flow of current in the electromagnetic coil and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing for generating the lower thrust.
도 6 및 도 7은 상부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다.6 and 7 are views for explaining the flow of current in the electromagnet coil for generating the upper thrust and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing.
본 발명의 일 실시예에 따른 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라를 부상시켜 상기 로터의 축방향 진동을 제어하는 축방향 자기 베어링은, 상기 회전자 칼라에 삽입 고정되고, 반경 방향으로 착자된 바이어스 자속을 가지는 링 형상의 영구 자석, 상기 영구 자석과 일정거리 이격되어 구비되며, 상기 영구 자석의 상부에 구비되는 상부 코일 및 상기 영구 자석의 하부에 구비되는 하부 코일을 포함하는 전자석 코일, 상기 상부 전자석 코일을 커버하는 상부 고정자 코어 및 상기 하부 코일을 커버하는 하부 고정자 코어를 포함하는 고정자 코어 및 상기 상부 및 하부 코일과 연결되어 동일한 전류를 공급하는 하나의 전류 드라이버를 포함하며, 전류 공급에 따른 내부의 자속 방향이 상기 영구 자석의 바이어스 자속 방향과 서로 동일한 방향인 상기 상부 코일 또는 하부 코일 중 어느 하나에만 자속을 집중시키고, 상기 회전자 칼라의 외측면 및 상기 고정자 코어의 외측면은 상기 로터의 축방향으로 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 상부 코일 및 상기 하부 코일은 모두 동일한 방향으로 코일들이 감겨져 있어 상기 하나의 전류 드라이버로부터 상기 상부 및 하부 코일에 동일한 전류가 인가되면 양 코일 모두 동일한 방향으로 추력이 발생한다.It is installed on one side of the rotor having a rotating shaft formed in one direction according to an embodiment of the present invention to control the axial vibration of the rotor by floating a rotor-shaped collar of the disk type coupled to the rotor in a direction perpendicular to the rotating shaft The axial magnetic bearing is inserted into and fixed to the rotor collar, a ring-shaped permanent magnet having a radially magnetized bias magnetic flux, provided with a predetermined distance spaced apart from the permanent magnet, is provided on top of the permanent magnet An electromagnet coil including an upper coil and a lower coil provided below the permanent magnet, a stator core including an upper stator core covering the upper electromagnet coil and a lower stator core covering the lower coil, and the upper and lower coils. Includes a single current driver connected to the current supply to supply the same current Concentrate the magnetic flux in any one of the upper coil or the lower coil of the inner magnetic flux direction is the same direction as the bias magnetic flux direction of the permanent magnet, the outer surface of the rotor collar and the outer surface of the stator core is The upper coil and the lower coil are disposed on the same plane in the axial direction of the rotor, and both coils are wound in the same direction so that both coils are in the same direction when the same current is applied to the upper and lower coils from the current driver. Thrust occurs.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are presented to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. The present invention is not limited to the embodiments presented herein but may be embodied in other forms. The drawings may omit illustrations of parts not related to the description in order to clarify the present invention, and may be exaggerated to some extent in order to facilitate understanding.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a magnetic bearing system including an axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링은, 일 방향으로 형성되는 회전축을 가지는 로터(1)의 일측에 설치되어 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터(1)에 결합된 디스크 형태의 회전자 칼라(2)를 부상시켜 상기 로터(1)의 축방향 진동을 제어한다.The axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention, the disk-shaped rotor is installed on one side of the rotor (1) having a rotation axis formed in one direction and coupled to the rotor (1) in a direction perpendicular to the rotation axis The
도 1을 참조하면, 상기 축방향 자기 베어링은, 영구 자석(10), 전자석 코일(20) 및 고정자 코어(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the axial magnetic bearing includes a
상기 축방향 자기 베어링은 회전축 및 상기 회전축을 포함하는 상기 회전자 칼라(2), 그리고 상기 회전축을 둘러싸는 링 형상의 영구 자석(10), 전자석 코일(20) 및 고정자 코어(30)를 통하여 상기 회전축과 수직방향으로 상기 로터(1)에 결합된 상기 회전자 칼라(2)를 자기 부상시켜 상기 로터(1)의 축방향 진동을 지지한다.The axial magnetic bearing is formed through the rotor collar (2) including the rotating shaft and the rotating shaft, and a ring-shaped permanent magnet (10), an electromagnet coil (20) and a stator core (30) surrounding the rotating shaft. The
상기 영구 자석(10)은 상기 회전자 칼라(2)에 삽입 고정되는 링(ring) 형상으로 구비된다. 상기 영구 자석(10)은 반경 방향, 즉 상기 로터(1)의 회전축 방향과 수직 방향으로 착자되어, 반경 방향으로 편향 자기력을 가진다.The
상기 영구 자석(10)을 포함하지 않는 전자석 방식의 축방향 자기 베어링의 경우에는 미리 편향 자기력을 회전자 칼라(2)에 주어야 하므로 편향 자기력을 위한 일정 전류을 공급하여야 하나, 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력을 통하여 이러한 전류의 공급의 필요가 없어 경제적이다.In the case of the axial magnetic bearing of the electromagnet type that does not include the
예를 들어, 상기 영구 자석(10)은 상기 로터(1)의 회전축 방향으로 상기 회전자 칼라(2)를 관통하여 구비될 수 있다. 이와 달리, 상기 영구 자석(10)은 상기 회전자 칼라(2)의 상면 및 하면에 대응되는 위치에 분리된 2개의 영구 자석이 삽입 고정된 형태로 구비될 수 있으며, 이 경우 2개의 영구 자석의 착자 방향을 동일하게 맞추어 배치될 수 있다.For example, the
상기 전자석 코일(20)은 상기 영구 자석(10)과 일정거리 이격되어 구비된다.The
상기 전자석 코일(20)은 상기 영구 자석(10)의 상부 및 하부에 구비된다.The
상기 전자석 코일(20)은 상기 영구 자석(10)의 상부에 구비되는 상부 코일(21) 및 상기 영구 자석(10)의 하부에 구비되는 하부 코일(22)을 포함한다.The
상기 상부 코일(21) 및 상기 하부 코일(22)은 복수개의 코일들이 감겨서 링 형태로 구비되며, 상부 및 하부 코일(21, 22) 모두 동일한 방향으로 코일들이 감겨져 있다. 따라서, 상부 및 하부 코일(21, 22)에 모두 동일한 전류가 인가되면 양 코일 모두 동일한 방향으로 추력이 발생한다.The
상기 고정자 코어(30)는 상기 전자석 코일(20)을 커버한다.The
상기 고정자 코어(30)는 상기 상부 코일(21)의 상부면 및 양 측면을 커버하는 상부 고정자 코어, 그리고 상기 하부 코일(22)의 하부면 및 양 측면을 커버하는 하부 고정자 코어를 포함한다.The
상기 영구 자석(10)을 기준으로 하여 상부에 상기 상부 코일(21) 및 상기 상부 고정자 코어, 그리고 하부에 상기 하부 코일(22) 및 상기 하부 고정자 코어가 상기 로터(1)의 회전축과 수직 방향으로 대칭되어 구비될 수 있다.The
상기 상부 및 하부 코일(21, 22)과 연결되어 전류를 공급하는 전류 드라이버(40)를 포함한다. 예를 들어, 상기 전류 드라이버(40)는 하나의 전류 드라이버로부터 상기 상부 및 하부 코일(21, 22)과 연결되어 동일한 전류를 공급할 수 있다. 상기 전류 드라이버(40)는 기타 제어부 등에 의하여 제공된 구동 전류 정보에 따라 상기 전자석 코일(20)에 전류를 공급한다.And a current driver 40 connected to the upper and
상기 축방향 자기 베어링의 동작을 설명하면, 상기 전류 드라이버(40)로부터 상기 상부 및 하부 코일(21, 22)에 전류가 공급되면 상기 전자석 코일(20)에 자속이 발생하게 된다.Referring to the operation of the axial magnetic bearing, when current is supplied from the current driver 40 to the upper and
상기 회전자 칼라(2)는 부상체로서 상기 영구 자석(10)에 의한 자속과 상기 전자석 코일(20)에 의한 자속에 의하여 상기 상부 코일(21) 및 상기 상부 고정자 코어, 그리고 상기 하부 코일(22) 및 상기 하부 고정자 코어의 사이의 공간에 부상된다.The
종래의 영구 자석 및 전자석 코일을 포함하는 축방향 자기 베어링의 경우, 영구 자석이 로터 및 회전자 칼라와 반경방향으로 일정거리 이격되어 배치되었으며, 이에 영구 자석이 반경방향으로의 구조물인 로터 및 회전자 칼라와의 사이에서 인력이 발생하여 반경방향으로 추가적인 힘이 발생하게 된다.In the axial magnetic bearing including a conventional permanent magnet and an electromagnet coil, the permanent magnet is radially spaced apart from the rotor and the rotor collar in a radial distance, whereby the permanent magnet is a radial structure of the rotor and the rotor An attractive force is generated between the collar and additional force in the radial direction.
로터(10)의 반경 방향 및 축 방향 3축 부상이 요구되는 반경 방향 자기 베어링 및 축방향 자기 베어링을 포함하는 구조에서, 이러한 영구 자석의 배치에 따른 반경 방향으로의 불필요한 힘의 발생은 반경 방향 자기 베어링의 제어와 관련된 외란으로 작용하며, 반경 방향으로의 제어가 추가로 요구된다.In a structure including a radial magnetic bearing and an axial magnetic bearing in which the radial and axial triaxial floatation of the
이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링의 상기 영구 자석(10)은 상기 회전자 칼라(2)에 삽입 고정되어 상기와 같은 반경 방향 외란의 발생을 차단할 수 있으므로, 독립적으로 축방향 진동을 제어할 수 있다.Alternatively, the
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 자기 베어링은 상기 회전자 칼라(2)의 측부의 상하부에 구비되며, 이 경우, 상기 회전자 칼라(2)의 외측면 및 상기 고정자 코어(30)의 외측면은 상기 로터(1)의 축방향으로 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.For example, an axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention is provided at the upper and lower sides of the side of the
전자석 코일에 전류 공급에 따른 자속 방향 변화 및 자속 스위칭에 대하여는 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 후술하도록 한다.The magnetic flux direction change and the magnetic flux switching according to the current supply to the electromagnet coil will be described later in detail with reference to FIGS. 2 to 7.
본 발명의 축방향 자기 베어링은 상기 회전자 칼라(2)의 일측에 구비되어 상기 로터(1)의 축방향 진동에 따른 갭을 측정하는 갭 센서(50)를 포함한다.The axial magnetic bearing of the present invention includes a
상기 갭 센서(50)는 상기 로터(1)의 회전축과 동일한 방향으로 배치되어 축방향으로의 상기 로터(1)의 진동을 감지하며, 도시하지는 않았으나, 제어부를 통하여 상기 전류 드라이버(40)와 연결되어 상기 갭 센서(50)의 변위 정보를 기초로 상기 전류 드라이버(40)의 구동 전류를 계산하여 전달하며, 이에 따라 상기 로터(1)의 축방향 진동이 최소화될 수 있다.The
도 2는 종래의 축방향 자기 베어링을 포함하는 자기 베어링 시스템을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 전자석 코일에 전류가 인가되지 않은 상태에서의 영구 자석에 의한 축방향 자기 베어링의 자속 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 하부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다. 도 6 및 도 7은 상부 추력을 발생하기 위한 전자석 코일 내 전류의 흐름 및 축방향 자기 베어링 내 자속의 방향을 설명하기 위한 도면들이다.2 is a cross-sectional view for explaining a magnetic bearing system including a conventional axial magnetic bearing. 3 is a view for explaining the magnetic flux direction of the axial magnetic bearing by the permanent magnet in the state that no current is applied to the electromagnet coil. 4 and 5 are views for explaining the flow of current in the electromagnetic coil and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing for generating the lower thrust. 6 and 7 are views for explaining the flow of current in the electromagnet coil for generating the upper thrust and the direction of the magnetic flux in the axial magnetic bearing.
도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자속 스위칭 및 축방향 자기 베어링의 자속 방향 변화에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.2 to 7, the magnetic flux direction change of the magnetic flux switching and the axial magnetic bearing according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2에서와 같이 종래 전자석 방식의 축방향 자기 베어링의 경우 상부 추력 및 하부 추력 발생을 위하여 서로 다른 전류를 공급하기 위하여 상부 전자석 코일 및 하부 전자석 코일에 각각 다른 전류 드라이버를 연결하여 각각 별도로 제어하여 왔으며, 전자석 및 영구 자석 방식의 축방향 자기 베어링의 경우 영구 자석 배치에 따른 반경 방향의 외란 발생으로 불필요한 전력의 낭비가 존재하였다.As shown in FIG. 2, in the case of the axial magnetic bearing of the conventional electromagnet type, different current drivers are connected to the upper electromagnet coil and the lower electromagnet coil to supply different currents for generating the upper thrust and the lower thrust. In the case of axial magnetic bearings of electromagnets and electromagnets, there is a waste of unnecessary power due to radial disturbance caused by permanent magnet arrangement.
본 발명의 축방향 자기 베어링은 영구 자석(10) 및 전자석 코일(20)을 포함하는 축방향 자기 베어링이며, 영구 자석(10)이 회전자 칼라(2)에 삽입 고정되어 있어 반경 방향 외란을 제외하여 본 발명의 축방향 자기 베어링만으로도 독립적으로 축방향 제어가 가능하다.The axial magnetic bearing of the present invention is an axial magnetic bearing including a
도 3을 참조하면, 상기 전자석 코일(20)에 전류를 공급하지 않은 상태에서의 영구 자석(10)에 착자된 편향 자기력, 즉 바이어스 자속(bias magnetic flux, BMF)을 화살표로 나타내었다.Referring to FIG. 3, a deflection magnetic force, that is, a bias magnetic flux (BMF) magnetized to the
예를 들어, 도 3의 영구 자석(10)은 원하는 방향으로 착자되어 착자된 방향에 따라 편향 자기력(BMF)을 가진다. 이의 경우, 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력에 의하여 유도되는 자석에 의한 기본 자속(MF)이 양 고정자 코어(30)에 형성된다.For example, the
예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나, 도 3의 영구 자석(10)은 로터(1)로부터 외측 방향으로 착자되어 편향 자기력을 가진다. 이와 달리, 도시하지는 않았으나, 영구 자석(10)이 위와 반대 방향으로 착자되어 반대 방향의 편향 자기력을 가질 수 있으며 이의 경우 아래 설명과는 반대로 진행되게 되며 이는 통상의 기술자의 수준에서 적절히 수정될 수 있을 것이다.For example, but not limited to this, the
예를 들어, 영구 자석(10)은 로터(1)로부터 외측 방향으로 편향 자기력을 가지는 경우, 상부 고정자 코어의 경우 기본 자속(MF)이 상향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다. 또한, 하부 고정자 코어의 경우 기본 자속(MF)이 하향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다.For example, when the
이에 따라, 하나의 전류 드라이버를 이용하여 상부 및 하부 코일(21, 22)에 동일한 전류를 공급하더라도 후술할 바와 같이 자속 스위칭을 이용하여 특정 방향으로만 추력을 발생시킬 수 있다.Accordingly, even when the same current is supplied to the upper and
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4의 전자석 코일(20)을 분리하여 바라본 사시도로서, 전류의 흐름 및 추력 발생 방향을 나타낸 것이다. 도 5의 전자석 코일(20)을 상부에서 내려다 보았을 때, 링 형태인 전자석 코일(20)의 시계 방향으로 전류가 인가된 상태에서의 축방향 자기 베어링의 전류 방향 및 추력 방향을 나타내었다.4 and 5, FIG. 5 is a perspective view of the
상기 전자석 코일(20)은 복수개의 코일들이 감겨서 링 형태로 구비된다. 상기 전자석 코일(20)을 상부에서 내려다 보았을 때 링 형태에서 시계 방향으로 전류가 인가되면, 앙페르 오른나사 법칙에 따라 하부로 추력이 발생한다. 도 5에서 전자석 코일(20)의 우측에 코일을 따라 시계 방향으로 회전하도록 표시된 화살표는 인가되는 전류 방향을 의미하며, 하향 수직하게 표시된 화살표는 추력(F) 방향을 의미한다.The
상기 전자석 코일(20)에 전류가 시계 반대 방향으로 공급되면 상기 전자석 코일(20) 내부의 자속(CF) 방향은 축방향 자기 베어링을 축방향으로 절단한 단면에서 하향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다.When the current is supplied to the
상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF)이 로터(1)로부터 외측 방향으로 형성되어 있으므로, 전류 공급에 따른 상부 코일(21) 내부의 자속(CF) 방향은 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF) 방향과 서로 반대 방향으로서 상부 고정자 코어를 따라 형성된 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 상부 고정자 코어의 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)의 자화 방향을 따라 하부 고정자 코어의 자속(MF)에 흡수된다.Since the deflection magnetic force BMF of the
하부 코일(22) 내부의 자속(CF) 방향이 상기 영구 자석(10)에 의한 자속(BMF) 방향과 서로 동일한 방향이므로 상기 영구 자석(10)에 의하여 기본 자속(MF)이 모두 하부 고정자 코어에 형성된다. 즉, 상부 고정자 코어 및 하부 고정자 코어의 자속(MF)이 모두 하부 고정자 코어에 형성되며, 전자석 코일(20)에 인가되는 전류를 증가시킬수록 자속(MF)이 하부 고정자 코어에 집중이 되어 상부 또는 하부 고정자 코어의 자속(MF) 중 어느 하나를 이용할 때 보다 약 2배의 자속을 일측에 집중시킬 수 있어 종래의 축방향 자기 베어링 대비 동일 체적, 동일 전력 대비 약 2배의 추력을 발생시킬 수 있다.Since the direction of the magnetic flux CF inside the
도 6 및 도 7을 참조하면, 전자석 코일(20)을 상부에서 내려다 보았을 때 링 형태에서 반시계 방향으로 전류가 인가되면, 앙페르 오른나사 법칙에 따라 상부로 추력이 발생한다.Referring to FIGS. 6 and 7, when the
도 7에서 전자석 코일(20)의 좌측에 코일을 따라 반시계 방향으로 회전하도록 표시된 화살표는 인가되는 전류 방향을 의미하며, 상향 수직하게 표시된 화살표는 추력(F) 방향을 의미한다.In FIG. 7, an arrow marked to rotate in the counterclockwise direction along the coil on the left side of the
상기 전자석 코일(20)에 전류가 시계 방향으로 공급되면 상기 전자석 코일(20) 내부의 자속(CF) 방향은 축방향 자기 베어링을 축방향으로 절단한 단면에서 상향으로 외주면으로부터 내주면으로 형성된다.When a current is supplied to the
상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF)이 로터(1)로부터 외측 방향으로 형성되어 있으므로, 전류 공급에 따른 하부 코일(22) 내부의 자속(CF) 방향은 상기 영구 자석(10)의 편향 자기력(BMF) 방향과 서로 반대 방향으로서 하부 고정자 코어를 따라 형성된 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 하부 고정자 코어의 자속(MF)이 상기 영구 자석(10)의 자화 방향을 따라 상부 고정자 코어의 자속(MF)에 흡수된다.Since the deflection magnetic force BMF of the
상부 코일(22) 내부의 자속(CF) 방향이 상기 영구 자석(10)에 의한 자속(BMF) 방향과 서로 동일한 방향이므로 상기 영구 자석(10)에 의하여 기본 자속(MF)이 모두 상부 고정자 코어에 형성된다. 즉, 상부 고정자 코어 및 하부 고정자 코어의 자속(MF)이 모두 상부 고정자 코어에 형성되며, 전자석 코일(20)에 인가되는 전류를 증가시킬수록 자속(MF)이 상부 고정자 코어에 집중이 되어 상부 또는 하부 고정자 코어의 자속(MF) 중 어느 하나를 이용할 때 보다 약 2배의 자속을 일측에 집중시킬 수 있어 종래의 축방향 자기 베어링 대비 동일 체적, 동일 전력 대비 약 2배의 추력을 발생시킬 수 있다.Since the direction of the magnetic flux CF inside the
이에 따라, 상기 전자석 코일(20)에 전류의 공급 방향에 따라 상부 또는 하부 방향 중 어느 하나의 특정 방향으로만 추력을 발생시킬 수 있다. 즉, 영구 자석(10)에 의하여 발생되는 자속 및 상기 전자석 코일(20)에 전류를 공급함에 따라 발생하는 자속의 방향을 제어하여 자속 스위칭을 통하여, 축방향 자기 베어링의 상부 또는 하부 방향으로 용이하게 인력을 발생시킬 수 있다.Accordingly, the thrust may be generated only in any one of the upper and lower directions according to the supply direction of the electric current to the
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the exemplary embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and a person skilled in the art does not depart from the spirit and scope of the following claims. It will be understood that various changes and modifications are possible in the following.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022261733A1 (en) | 2021-06-17 | 2022-12-22 | Weg Equipamentos Elétricos S.a. | Axial alignment system for a rotor of a rotary electric machine, and corresponding rotary electric machines |
| CN116412211A (en) * | 2023-02-03 | 2023-07-11 | 兰州空间技术物理研究所 | A single-degree-of-freedom compact symmetrical hybrid magnetic levitation system |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111173838B (en) * | 2020-01-17 | 2023-05-26 | 淮阴工学院 | Radial uncoupled three-degree-of-freedom direct current hybrid magnetic bearing |
| CN113090654A (en) * | 2021-04-16 | 2021-07-09 | 山东明天机械集团股份有限公司 | Permanent magnet biased axial magnetic bearing and use method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0651550U (en) * | 1992-12-16 | 1994-07-15 | 日機装株式会社 | Thrust magnetic bearing device |
| KR100570539B1 (en) * | 2004-07-09 | 2006-04-13 | 한양대학교 산학협력단 | Spindle motor with magnetic thrust bearing and fluid dynamic journal bearing |
| KR20110047339A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-09 | 한국전력공사 | Axial Magnetic Bearing Device |
| KR20110102713A (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-19 | 한국기계연구원 | Magnetic bearing structure and turbomachinery having same |
| KR101343870B1 (en) * | 2013-06-28 | 2013-12-20 | 한국기계연구원 | Measuring apparatus for thrust of turbo machine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101552350B1 (en) | 2014-05-02 | 2015-09-09 | 한국기계연구원 | Thrust Magnetic Bearing for Bias Compensation |
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-
2019
- 2019-06-12 WO PCT/KR2019/007084 patent/WO2019245226A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0651550U (en) * | 1992-12-16 | 1994-07-15 | 日機装株式会社 | Thrust magnetic bearing device |
| KR100570539B1 (en) * | 2004-07-09 | 2006-04-13 | 한양대학교 산학협력단 | Spindle motor with magnetic thrust bearing and fluid dynamic journal bearing |
| KR20110047339A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-09 | 한국전력공사 | Axial Magnetic Bearing Device |
| KR20110102713A (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-19 | 한국기계연구원 | Magnetic bearing structure and turbomachinery having same |
| KR101343870B1 (en) * | 2013-06-28 | 2013-12-20 | 한국기계연구원 | Measuring apparatus for thrust of turbo machine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022261733A1 (en) | 2021-06-17 | 2022-12-22 | Weg Equipamentos Elétricos S.a. | Axial alignment system for a rotor of a rotary electric machine, and corresponding rotary electric machines |
| CN116412211A (en) * | 2023-02-03 | 2023-07-11 | 兰州空间技术物理研究所 | A single-degree-of-freedom compact symmetrical hybrid magnetic levitation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101963565B1 (en) | 2019-03-29 |
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