• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.41 no.2
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• pp.121-127
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• 2017

From the perspective of commercializing rotating machines equipped with magnetic bearings, maintaining the error between the mechanical center and the magnetic center within an acceptable level is crucial. The existing method of measuring the center error is to adjust the position references that minimize the current imbalance present in levitation control outputs. However, this method can be applied only after all the components of the system are operational. In this paper, we present a new method of estimating the center error by using only the position sensors and a current source. A force model that relates the position of the rotor with the coil currents is set up. Using this model, the center error is estimated by minimizing the difference between the force angles and the contact angles measured in a pull test. The feasibility of the method is numerically and experimentally validated.

• Journal of the KSME
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• v.35 no.10
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• pp.917-923
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• 1995

회전체 진동은 주로 밸런싱에 의해 줄일수 있지만 위험속도에서 나타나는 회전체 진동은 종종 피할 수 없다. 전자기 베어링은 이러한 회전체 진동을 능동적으로 제어하는 방법으로써 사용된다. 비접촉으로 회전체에 힘을 작용하는 동흡진기(dynamic vibration absorber)는 기존의 것에 비해 새로운 것을 필요로 하지 않는 아주 간단한 방법이다. 영구자석으로 구성된 자석 댐퍼는 비접 촉동흡진기의 일종이지만 영구자석만으로는 적절한 감쇠 성능을 만족시킬 수 없다. 따라서 영 구자석과 전자석을 동시에 사용하는 하이브리드 자석이 넓은 운전영역에서 좋은 진동제어 성능을 자지기 때문에 유용하다. 전력공급의 편리성을 위해서 하이브리드 자석을 합진기쪽에 설치하고 여러 개의 편으로 된 영구자석은 회전체의 주위에 부착하였다. 본 연구의 목적은 수직 회전 체(vertical rotor)의 진동을 제어하기 위해서 전자기력을 이용하는 하이브리드 관성 댐퍼를 개 발하는 것이다. 지금까지 전자석을 이용한 진동제어는 여러 저자에 의해 연구되어 왔으며 자기 베어링은 회전체의 진동을 제어하기 위한 전형적인 예이다. 그러나 회전체에 능동관성 댐퍼를 직접 적용한 예는 없었다. 이동흡진기는 전자석의 반발력(repulsive force)을 이용하고 흡진기의 운동에 의해 에너지가 감쇠된다. 반면에 자기 베어링에서는 전자석의 흡인력(attractive force)을 이용한다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.20 no.7
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• pp.91-98
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• 2003

In the field of precision manufacturing demanding high positioning performance, the mechanical friction in positioning device deteriorates the quality of the product and increases the cost of production for positioning devices. Therefore, we propose a contract-free linear actuator using active magnetic bearing. The structure and operating principle of the proposed system are explained, and the magnetic forces are analyzed by magnetic circuit theory to design magnetic bearings and linear actuator. With the derived equation of motion, the stability is identified. Experimental results are presented to show the feasibility.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.89-89
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• 2011

반도체 공정 등에서 $10^{-6}{\sim}10^{-8}$ mbar의 고진공 환경을 제공하기 위하여 사용되는 고진공 터보분자펌프 (Turbomolecular Pump, TMP)는 다층의 회전깃을 갖는 로터를 회전시켜 분자를 배출시키는 방식을 사용하는 진공펌프이다. 또한 최근에는 디스플레이 및 반도체 공정에서 높은 진공도뿐만 아니라, 높은 배기속도를 요구하는 추세에 따라, 터보 펌프와 드래그 펌프부분을 동시에 가지고 있어 상대적으로 작동 진공도 영역이 넓은 복합 분자펌프(Compound Turbomolecular Pump, CMP)의 활용도가 넓어지고 있다. 이러한 분자펌프가 장시간의 고속회전에 적합하도록 비접촉 방식인 자기부상 방식의 적용이 최근 거의 표준화 되어 있다. 자기베어링 시스템은 전자기력을 이용하여 자성체인 회전축을 부상지지 함으로써 비접촉 고속 회전이 가능하여 윤활이 용이하지 않은 진공 환경 등 가혹한 환경에 적합하며, 터보분자펌프는 자기베어링이 가장 널리 사용되고 있는 분야이기도 하다. 자기베어링 시스템의 설계는 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나누어질 수 있는데, 하드웨어의 경우 전체 로터 시스템의 특성을 고려하여 설계되어야 하며, 주로 자기베어링 코어와 코일, 변위센서 및 전력 증폭 시스템 등의 기전적인 요소들이 이루어져 있다. 하드웨어 설계와 함께 제어시스템의 설계도 매우 중요하며, 이는 자기베어링 시스템이 불안정한 특성을 갖는 개루프계를 갖고 있으므로 안정화를 위한 능동제어 시스템이 필수적이며 진동제어 등 여러 가지 기능이 요구되기 때문이다. 본 논문에서는 이러한 자기부상형 고진공 복합분자펌프의 제어를 위한 선형제어시스템의 구성을 실제 시스템의 적용을 통하여 설명하였다. 각 제어기는 DSP 를 이용한 디지털 제어시스템으로 구성되었으며, 2,500 l/s 급의 복합 분자펌프 시작품에 적용하여 25,000 rpm 까지의 기본 성능시험을 수행하였으며, 발열 특성의 개선을 위한 비선형 제어기의 설계 사례에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2011.06a
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• pp.417-418
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• 2011

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2006.05a
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• pp.135-136
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• 2006

A precise linear motion stage supported by magnetically preloaded air bearings is introduced where preloading magnetic actuators are combined with permanent magnets and coils to adjust air bearing clearance by controlling magnetic force actively. Each of the magnetic actuators has a permanent magnet generating nominal magnetic flux for required preload and a coil to perturb the magnetic force resulting adjustment of air-bearing clearance. The characteristics of porous aerostatic bearing are analyzed by numerical analysis, and analytic magnetic circuit model is driven for magnetic actuator to calculate nominal preload and variation of force due to current. A 1-axis linear stage motorized with a coreless linear motor and a linear encoder is built for verifying this design concept. With the active magnetic preloading actuators controlled with DSP board and PWM power amplifiers, the active on-line adjusting tests about the vertical, pitching and rolling motion were performed, and the result shows very good linearity.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.20-20
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• 2010

반도체 공정 등에서 10-6~10-8 Torr의 고진공 환경을 제공하기 위하여 사용되는 고진공 터보분자펌프 (Turbomolecular Pump, TMP)는 다층의 회전깃을 갖는 로터를 회전시켜 분자를 배출시키는 방식을 사용하는 진공펌프이다. 또한 최근에는 디스플레이 및 반도체 공정에서 높은 진공도뿐만 아니라, 높은 배기속도를 요구하는 추세에 따라, 터보 펌프와 드래그 펌프부분을 동시에 가지고 있어 상대적으로 작동 진공도 영역이 넓은 복합 분자펌프(Compound Turbomolecular Pump, CMP)의 활용도가 넓어지고 있다. 이러한 분자펌프가 장시간의 고속회전에 적합하도록 비접촉 방식인 자기부상 방식의 적용이 최근 거의 표준화되어 있다. 자기베어링 시스템은 전자기력을 이용하여 자성체인 회전축을 부상지지 함으로써 비접촉 고속 회전이 가능하여 윤활이 용이하지 않은 진공 환경 등 가혹한 환경에 적합하며, 터보분자펌프는 자기베어링이 가장 널리 사용되고 있는 분야이기도 하다. 자기베어링 시스템의 설계는 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나누어질 수 있는데, 하드웨어의 경우 전체 로터 시스템의 특성을 고려하여 설계되어야 하며, 주로 자기베어링 코어와 코일, 변위센서 및 전력 증폭 시스템 등의 기전적인 요소들이 이루어져 있다. 하드웨어 설계와 함께 제어시스템의 설계도 매우 중요하며, 이는 자기베어링 시스템이 불안정한 특성을 갖는 개루프계를 갖고 있으므로 안정화를 위한 능동제어 시스템이 필수적이며 진동제어 등 여러 가지 기능이 요구되기 때문이다. 본 논문에서는 이러한 자기부상형 고진공 복합분자펌프의 제어를 위한 선형제어시스템의 구성을 실제 시스템의 적용을 통하여 설명하였다. 각 제어기는 DSP 를 이용한 디지털 제어시스템으로 구성되었으며, 2, 500 l/s 급의 복합 분자펌프 시작품에 적용하여 10,000 rpm까지의 기본성능시험을 수행하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.10a
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• pp.115-115
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• 2003

최근 회전기계에 대한 세계적인 기술추세를 볼 때 해를 거듭할수록 더욱 정밀해지고 고속화에 대한 요구가 한층 증대되고 있으며 이러한 측면에서 여러 분야에 우수한 장점을 지니고 있는 능동적 자기베어링의 회전축계 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 프랑스를 중심으로 한 미국, 일본 등이 이에 대한 연구를 활발하게 수행하여 고속 공작기계 스핀들을 비롯한 고진공 펌프 및 각종 터어빈, 압축기 등에 실용화시키는 단계에 있다. 그러나 국내 관련기술에 대한 연구는 연구소, 학계를 중심으로 실험실적인 기초연구로서 부분적으로 수행하는 단계에 있으며 관련분야 활용을 위한 본격적인 연구는 수행되지 못하고 있는 실정이고 이를 실용화시키기 위한 일환으로 능동적 자기 베어링의 회전 축계를 구성하고 있는 요소기술 중 하나인 전력 증폭기의 개발이 이뤄져야 할 필요성이 있는데 본 논문에서는 네트웍 기반 전력 증폭기 개발을 시도하였다. 전력 증폭기는 크게 리니어 앰프와 스위칭 앰프로 구분된다. 리니어 앰프의 경우 회로가 간단하고 노이즈가 비교적 작다는 장점이 있지만 전력손실 및 발열이 크기 때문에 에너지 측면에서 저 효율이라는 점과 따로 방열판을 부착해야 한다는 단점을 가지고 있고, 스위칭 앰프의 경우 전력손실이 작은 반면, 회로가 비교적 복잡하고 노이즈의 발생 가능성이 높다는 단점이 있다. 본 논문에선 위 두 가지 방식을 혼합한 혼합형 전력 증폭기로 설계하였다. 또한 기존에 전력증폭기의 경우 상위 주제어기로부터 제어량을 아날로그 신호로 통신하기 때문에 발생할 수 있는 EMI 노이즈신호에 대한 대책을 세워야 하는데 본 연구를 통해 개발된 전력증폭기는 따로 보조제어기(TMS320LF2406A)를 두어 상위 주제어기에 전력증폭기의 상태값을 궤환할 수 있도록 명령 신호체계를 전체 시스템의 샘플링 시간을 고려하여 비교적 전송 속도가 빠른 CAN(Controller Area Network)으로 구축하여 주제어기와 전력 증폭기간에 양방향 통신이 가능하도록 하였다. 이로써 전력증폭기의 상태정보를 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 칩 설계기술의 발전으로 가격대 성능비가 우수한 DSP(TMS320LF2406A)를 이용하여 과거의 아날로그 방식의 명령신호체계를 디지털 신호체계로 바꿈으로써 네트웍을 통해 전력증폭기의 상태진단 가능성을 검증한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.117-117
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• 2012

반도체 및 디스플레이 공정등에서 고진공 및 급 배기 환경을 제공하기 위하여 사용되는 터보 분자펌프(Turbomolecular Pump, TMP)는 다층의 회전깃을 갖는 로터를 회전시켜 분자를 배출시키는 방식을 사용하는 진공펌프이다. 또한 최근에는 디스플레이 및 반도체 공정에서 높은 진공도뿐만 아니라, 높은 배기속도를 요구하는 추세에 따라, 터보 펌프와 드래그 펌프부분을 동시에 가지고 있어 상대적으로 작동 진공도 영역이 넓은 복합 분자펌프(Compound Turbomolecular Pump, CMP)의 활용도가 넓어지고 있다. 이러한 분자펌프가 장시간의 고속회전에 적합하고, 베어링에서의 오염을 없앨 수 있는 비접촉 방식인 자기부상 방식이 주로 적용된다. 자기베어링 시스템은 하드웨어와 소프트웨어로 나누어질 수 있는데, 하드웨어는 회전하게 되는 블레이드로터 및 자기베어링 로터, 모터 로터 등이 포함된 축과 고정되어 있는 자기베어링 코어와 코일, 변위센서 등의 펌프 하우징 부분, 또한 이를 제어하기 위한 전력 증폭 시스템 등의 기전적인 요소들이 이루어져 있다. 소프트웨어라 할 수 있는 제어시스템에 있어서 자기베어링이 불안정한 특성을 갖는 개루프계를 갖고 있으므로 안정화를 위한 능동제어 시스템이 필수적이며 진동 제어 등의 기능을 갖도록 적용된다. 따라서 이러한 복합분자펌프의 성능은 이러한 시스템을 구성하는 개별 요소의 성능과 이를 통합한 제어시스템의 성능이 결정한다고 할 수 있다. 본 논문에서는 현재 개발중인 2,500 l/s급의 자기부상형 고진공 복합분자펌프의 시작품에 대하여 고속회전의 안정성에 대한 연구를 수행한 내용을 보고하고 있다. 디지털 제어시스템을 적용한 시작품의 최대 26,000 rpm 까지의 고속회전시의 회전 응답 및 진동 특성을 측정 분석하였으며, 로터의 고유진동수 및 진동 모우드를 분석하였다. 또한 연속 작동시의 발열특성과 각 부분의 온도와 회전 안정성과의 관계를 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2005.06a
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• pp.269-275
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• 2005

This article describes the development on a new style active hybrid bearing system including both merits of an aerostatic bearing system and a magnetic bearing system. The developed active hybrid bearing system has several advantages: exact rotation, robust controller against the variation of a disturbance, improvement of stiffness and a damper of the system at a high-speed operation, and constraints of the heat generated by a bias current. In order to measure a rotating error due to the change of a cutting force and the variation of a system parameter, a CCS (Cylindrical Capacity displacement Sensor) was used.