자기 베어링의 작동 원리 및 분류

 

자석 베어링자기 베어링 시스템은 작동 원리에 따라 능동형 자기 베어링, 수동형 자기 베어링, 하이브리드형 자기 베어링의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

 

능동형 자기 베어링

 

능동형 자기 베어링은 제어 가능한 전자기력을 이용하여 회전축을 부상시키는 방식으로 작동하며, 주로 로터, 솔레노이드, 센서, 컨트롤러 및 전력 증폭기로 구성됩니다. 솔레노이드는 방사형 대칭으로 배치된 전자석에 의해 생성된 자기장 내에 떠 있는 고정자에 장착됩니다. 각 전자석에는 하나 이상의 센서가 장착되어 회전축의 위치 변화를 지속적으로 감지합니다. 센서에서 출력된 신호는 전자 제어 시스템을 통해 전자석을 통과하는 전류를 보정하여 전자석의 인력을 제어함으로써 회전축이 안정적이고 균형 잡힌 상태로 회전하고 특정 정밀도 요구 사항을 충족하도록 합니다.

 

능동형 자기 베어링은 제어 방식에 따라 전류 제어식과 전압 제어식으로 나눌 수 있으며, 지지 방식에 따라 레이디얼 자기 베어링과 축 방향 자기 베어링으로 ​​나눌 수 있다. 현재 능동형 자기 베어링 중 가장 널리 사용되는 것은 DC 제어식 자기 베어링이다.

 

능동형 자기 베어링의 기계 부분은 일반적으로 레이디얼 베어링과 액시얼 베어링으로 ​​구성되며, 레이디얼 베어링은 고정자(전자석)와 회전자로 구성되고, 액시얼 베어링은 고정자(전자석)와 스러스트 플레이트로 구성됩니다.

 

능동형 자기 베어링은 회전자 위치, 베어링 강성 및 감쇠를 제어 시스템으로 조절할 수 있다는 장점이 있어 자기 부상 분야에서 가장 널리 사용되고 있으며, 능동형 자기 베어링 연구는 자기 부상 기술 연구의 핵심 주제로 꾸준히 자리매김해 왔습니다. 수년간의 노력 끝에 능동형 자기 베어링의 설계 이론과 방법은 더욱 성숙해졌습니다.

 

수동 자석 베어링

 

수동형 자기 베어링은 자기 베어링의 한 종류로서, 크기가 작고 전력 소모가 없으며 구조가 간단하다는 고유한 장점을 가지고 있습니다. 수동형 자기 베어링과 능동형 자기 베어링의 가장 큰 차이점은 수동형 베어링은 능동적인 전자 제어 시스템이 없고, 자기장 자체의 특성을 이용하여 회전축을 부상시킨다는 점입니다. 현재 가장 널리 사용되는 수동형 자기 베어링은 영구 자석으로 구성된 영구 자석 베어링입니다. 영구 자석 베어링은 반발형과 흡착형의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

 

수동형 영구 자석 베어링은 레이디얼 베어링과 스러스트 베어링(축 방향 베어링) 모두에 사용할 수 있으며, 흡입식 또는 반발식일 수 있습니다. 자화 방향과 자석 링의 상대적 위치에 따라 영구 자석 베어링은 다양한 자기 회로 구조를 가질 수 있지만, 기본적으로는 두 가지 구조가 있습니다.

 

또 다른 유형의 수동 자기 베어링은 자화된 연자성 부품 사이에 작용하는 흡착력을 기반으로 합니다. 회전 부품이 반경 방향으로 회전할 때 흡착 효과는 자기저항의 변화에서 비롯되므로 "자기저항 베어링"이라고도 합니다. 이러한 종류의 베어링은 영구 자석 부분은 회전하지 않고 연철 부분만 회전하도록 설계할 수 있어 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

 

저항 베어링의 안정화 효과와 능동 솔레노이드의 조합으로 에너지 소비가 최소화된 자기 베어링 시스템이 구현됩니다.

 

하이브리드 자기 베어링

 

하이브리드 자기 베어링은 능동형 자기 베어링, 수동형 자기 베어링 및 기타 보조 지지 및 안정화 구조를 기반으로 형성되는 일종의 복합 자기 베어링 시스템입니다. 이는 능동형 자기 베어링과 수동형 자기 베어링의 종합적인 특성을 고려한 것입니다.

 

하이브리드 자기 베어링은 영구 자석에서 생성된 자기장을 전자석의 정적 바이어스 자기장 대신 사용하여 전력 증폭기의 전력 소비를 크게 줄일 뿐만 아니라 전자석의 암페어 턴 수를 절반으로 줄이고 자기 베어링의 부피를 축소하며 하중 지지력을 향상시킬 수 있습니다.

 

영구 자석에 의해 바이어스 자기장이 생성되고 전자석에 의해 제어된 자기장이 생성되므로, 영구 자석 오프셋 하이브리드 자기 베어링은 다음과 같은 장점을 갖습니다.

 

1) 영구 자석은 바이어스 정적 자기장을 제공하는 데 사용되고, 전자석은 부하 균형 또는 외부 간섭 방지를 위한 제어 자기장만 제공하므로 시스템의 바이어스 전류로 인한 전력 손실을 방지하고 코일의 발열을 줄일 수 있습니다.

 

2) 하이브리드 자기 베어링의 전자석에 필요한 권선 수는 능동형 자기 베어링보다 훨씬 적어 베어링의 부피를 줄이고 재료를 절약하는 데 유리합니다. 이러한 베어링은 소형, 경량, 고효율의 장점을 가지며 소형화 및 소형화 응용 분야에 적합합니다.