• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2004년도 춘계학술대회 논문요약집
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• pp.315-315
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• 2004

자기베어링 시스템은 액츄에이터, 센서, 제어기, 전류앰프 등으로 구성되어 있으며 시스템의 신뢰도는 각 구성 요소의 신뢰도와 구성요소의 상호 작용에 의해 결정된다. 자기 베어링 기술이 현재 보다 많은 분야에 적용되기 위해서는 신뢰도의 향상이 필수적이다. 본 논문에서는 자기베어링에서 사용되는 센서 중 일부가 작동하지 않더라도 시스템이 정상적으로 작동하는 센서 고장 허용 자기 베어링 시스템을 기술하였다.(중략)

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.372-377
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• 2011

본 논문에서는 하이브리드 자기베어링 시스템의 효과적인 제어 방안 마련을 위한 기법 제안을 목표로 한다. 자기베어링 시스템에서의 제어 목적이란, 회전자(rotor)의 회전을 외부의 물리적 접촉 없이 자기장의 힘만으로 동작하도록 베어링의 위치를 최대한 센터에 위치케 하는 것이다. 기본적으로 자기베어링 시스템은 비선형적 동적방정식으로 구성되기 때문에, 제어 목적을 달성하기 위한 제어 입력 신호의 설계가 쉽지 않으며, 외부 환경의 영향에 따른 시스템 파라미터 변화율에도 많이 민감한 편이다. 본 논문에서는 자기베어링 시스템의 비선형성에 대한 해석 방안으로 퍼지 모델링을 통해 시스템을 재해석하게 되며, 제어 목적에 대한 설정은 선형행렬 부등식 기반 안정화 문제로 변환하여 제어 입력을 설계하고자 한다. 해당 퍼지 모델링 및 제어 알고리즘의 정당성은 시뮬레이션을 통해 검증된다.

• 한국공작기계학회:학술대회논문집
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• 한국공작기계학회 2002년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.333-338
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• 2002

자기베어링의 회전정밀도에 영향을 미치는 인자로 PWM 전력증폭기, 위치 센서 등과 같은 자기베어링 구성 장치의 동특성 및 정밀도, 시스템의 정확한 모델링, 제어기법, 런아웃 등이 있다. 본 연구에서는 능동 자기베어링을 제어하기 위해 자기베어링의 PWM 전력증폭기와 회전축을 모델링하고 이를 바탕으로 능동 자기베어링 제어를 위한 PID 제어기를 구성하였으며, 변위 센서의 부착위치 및 회전축의 진원도의 영향으로 발생하는 주기적인 런아웃 요소를 첨가하여 런아웃의 영향을 확인하였으며, 런아웃 (Runout)에 의해 발생하는 에러(Error)를 효과적으로 제어하여 자기베어링의 제어 정밀도를 향상시키기 위한 방법으로 기본적인 PID 제어기에 최소평균자승(Least Mean Square, LMS) 알고리즘을 적용한 적응 피드포워드 제어기를 구성하여 자기베어링의 능동 제어에서 발생하는 주기적인 런아웃을 효과적으로 제어할 수 있음을 MATLAB을 통한 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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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.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.538-539
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• 2010

자기 베어링 시스템은 축과 베어링간의 자기적 힘을 이용하여 축을 비접촉으로 지지함으로써 고속으로 회전하는 회전체의 마찰손을 저감시킨다. 고속 회전체에 편심(Eccentricity)이 있을 경우 편심 질량으로 인한 원심력이 속도의 제곱에 비례하여 발생하게 되고, 축을 지지하고 있는 베어링에 과도한 진동을 유발하게 된다. 베어링에 전해지는 진동이 커지게 되면 진동 자체도 문제일 뿐 아니라 베어링이 부담해야 하는 힘의 크기가 커지게 되어 자기 베어링 및 이를 구동하는 전력전자 기기의 용량을 증가시켜야 하는 문제가 있다. 본 논문에서는 베어링의 지지력을 능동적으로 제어하는 능동 자기 베어링을 사용하여 축의 편심 질량의 크기 및 편심 위치를 파악하고 회전 관성 중심점으로 축을 회전시킴으로써 회전 진동을 저감하는 방법을 제안하고, 실험 결과로써 제안된 방법의 타당성을 검증한다.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.267-272
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• 2012

본 논문에서는 6 방향 자유도를 지닌 능동 자기베어링 시스템의 강인 디지털 퍼지 제어에 대한 내용을 다루고자 한다. 6방향 자유도에 대한 기본 모델은 회전자 구조와 원뿔형의 능동 자기베어링 시스템의 자기력 간의 상관관계에 의해 결정된다. 구성된 모델은 비선형 동적방정식으로 구성되기 때문에, 제어 목적을 달성하기 위한 제어 입력 신호의 설계가 어려우며, 외부 환경의 영향에 따른 시스템 파라미터 변화율에도 많이 민감한 편이다. 이를 보완하기 위하여, 획득한 동적방정식을 기반으로 TS 퍼지 모델에 기반 한 디지털 제어 목적에 적합한 구조로의 변환이 이루어진다. 여기서 말하는 제어 목적이란, 회전자의 회전을 외부의 물리적 접촉 없이 자기장의 힘만으로 동작하도록 베어링의 위치를 최대한 센터에 위치케 하는 것을 말한다. 본 논문에서는 6자유도를 지닌 능동 자기베어링 시스템의 비선형성에 대한 해석 방안으로 퍼지 모델링을 통해 시스템을 재해석하게 되며, 외부 파라미터 변화에 따른 대응을 위하여 강인 제어기 설계를 목적으로 한다. 제안된 강인 제어 알고리즘은 시뮬레이션 과정을 통해 검증된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.97-97
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• 2012

반도체 및 디스플레이 공정등에서 고진공 및 급 배기 환경을 제공하기 위하여 사용되는 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 적합하고, 베어링에서의 오염을 없앨 수 있는 비접촉 방식인 자기부상 방식이 주로 적용된다. 자기베어링 시스템은 하드웨어와 소프트웨어로 나누어질 수 있는데, 하드웨어는 회전하게 되는 블레이드 로터 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 자기 베어링이 불안정한 특성을 갖는 개루프계를 갖고 있으므로 안정화를 위한 능동제어 시스템이 필수적이며 진동제어 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 rpm까지의 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.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.1112-1113
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• 2007

능동형 자기베어링과 보(Beam)와 피봇으로 구성되는 시소 (SISO)는 제어적 관점에서 보면 많은 유사성이 있다. 본 논문에서는 Carl R. Knospe 등이 제안한 보와 피봇을 이용한 1자유도 자기베어링 시뮬레이터를 실제 제작하여, 비레 미분 적분 제어 알고리즘을 적용한 디지털 제어기와, 큰 힘을 발생시키기 위해서는 필연적인 전자석 코일의 큰 인덕턴스에 의해 제한되는 Bandwidth(BW)를 보상하기 위해 앞섬 보상기를 가지는 전류제어기를 구현하였다. 복잡한 자기베어링 시스템을 기구적으로 간단한 보와 피봇 시스템으로 상사시킴으로써, 자기베어링 제어 알고리즘 개발 및 파라미터 튜닝의 목적을 달성할 수 있었다.