• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.88-88
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• 2011

복합분자펌프는 기존의 터보분자펌프 turbine blade에 spiral grooved를 추가하여 초고진공(10-8 Pa)에서 저진공(330Pa)까지 넓은 압력범위에서 사용할 수 있고 이 펌프를 사용함으로서 완전 oil free한 진공시스템을 만들 수 있는 특징을 가지고 있다. 특히, 회전체를 비접촉으로 지지하는 자기베어링 방식을 적용함으로써, 진동은 극히 작고 베어링수명은 길면서 중저진공에 대한 배기속도가 크고 임의의 방향으로 접속이 가능하여 반도체 및 디스플레이 제조 공정과 같은 첨단산업의 다양한 분야에 쉽게 적용되고 있으며, 그 적용 분야와 시장은 계속 성장하고 있다. 고 진공과 배기 속도의 달성을 위해서, 고속으로 이동하는 격면과 기체분자를 충돌시켜, 기체 분자를 원하는 방향으로 유도하는 작동원리를 가지고 있다. 특히 공기분자의 밀도가 매우 낮은 희박가스 상태에서 고속 회전하는 blade로 공기분자를 쳐 내면서 작동됨으로써 날개의 상하 압력차에 의한 공기력보다도 날개의 고속회전이 매우 중요시 되고 압력으로는 10-1 Pa 이하의 분자영역에서 그 성능을 최고로 발휘 할 수 있다. 이러한 복합 펌프의 주요 장점은 다음과 같다. 1. 10-8 Pa (10-10torr)~10 Pa (1 torr) 까지 넓은 영역에서 배기가 가능하다. 2. 탄화수계의 대하여 높은 압축특성을 가지고 있고, 윤활유를 사용하지 않으므로 얻을 수 있는 진공상태가 고청정하다(oil free). 3. 정밀 5축제어 자기베어링으로 완전히 부상하여 회전함으로서 마모가 없고 진동이 최소화하였을 뿐만 아니라, 또한 운전음도 거의 없다. 4. 설치조건에 제한이 없고 고장이 거의 없다. 본 논문에서는 이러한 복합분자펌프의 개발을 위하여, 상기 연구기관에서 수행된 내용을 소개하고 있으며, 펌프 시스템의 기본 설계 및 자기베어링 시스템의 설계 결과 및 수치해석 결과를 나타내었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권4호
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• pp.511-519
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• 2013

능동 자기베어링의 바이어스 선형화 방법은 자기베어링의 동역학적 성능과 선형성을 확보하지만, 바이어스 전류에 의한 상시 소모전력이 발생하여 시스템의 효율이 저하된다. 반면, 스위칭 제어기는 바이어스 전류를 사용하지 않아 베어링의 소비 전력을 최소화할 수 있다. 본 논문에서는 능동 자기베어링 시스템에 적용되는 스위칭 제어기와 동기 노치필터를 포함하는 비례-미분 제어기의 성능을 비교하였다. 공정하고 객관적인 비교를 위해 기준제어기인 동기 노치필터 제어기를 합리적으로 설계하고, 스위칭 제어기가 기준제어기와 동일한 동역학 특성을 갖도록 하였다. 회전축의 굽힘 유연모드 및 센서와 증폭기의 특성을 포함하는 시스템의 동역학 모델을 수립하고 성능 비교 지표를 수립하였다. 불평형 질량에 응답 측면에서 제어기를 비교하여, 저속 영역에서 스위칭 제어기가 기준제어기 대비 10 배 이상 동손을 저감할 수 있으나, 회전축의 굽힘 유연모드와 일치하는 회전 속도 근방에서는 스위칭 제어기가 유효하지 않음을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1990년도 추계학술대회논문집; 한양대학교, 서울; 24 Nov. 1990
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• pp.193-198
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• 1990

전자기 베어링은 기계적 접촉이 없고 전기적 제어가 가능하여 최근 고속 정 밀 회전기에 사용되고 있다. 본 논문에서는 능동 자기베어링을 모형화하고 제어 이득에 따른 계의 안정성 판별 및 응답특성의 변화를 고찰하였다. 이를 토대로 두개의 반경방향 베어링과 회전체를 제작하고 아날로그 제어회로를 구성하여 안정되게 회전체를 부상시킬수 있었으며 이로부터 계의 응답특성 을 구하였다.

• 한국초전도저온공학회지:초전도와저온공학
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• 제1권2호
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• pp.38-48
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• 1999

용융공정으로 제조한 YBCO 고온 초전도체는 임계전류밀도가 높기 때문에 외부자장을 강력하게 반발한다. 영구자석과 YBCO 초전도체간의 부상력을 이용하면 무접촉으로 회전할 수 있는 베어링을 제작할 수 있다 고온 초전도체 무접촉 베어링은 고에너지 효율의 플라이휠 에너지 저장장치에 활용된다. 초전도 베어링은 전자석을 이용한 자기 베어링에 비해, 위치 제어 시스템 없이 중량물을 공중에 띄워 회전시킬 수 있는 장점이 있다. 플라이휠 에너지 저장장치는 무공해의 환경 친화적인 기술로, 용량과 규모, 에너지 입출력 양과 시간을 조절하기 쉽다. 또한, 장소설정에 제한이 없으므로 에너지를 필요로 하는 장소에 자유롭게 설치할 수 있고, 에너지밀도가 다른 저장시스템에 비해 상대적으로 높다. 현재 선진 각국에서는 에너지의 효율적 저장 및 활용을 위해 고온 초전도체 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치를 국가적 중점 사업으로 개발 중이며 2000년 초에 실용화될 전망이다. 본 논문에서는 고온 초전도체의 자기 부상력, 플라이흴 에너지 저장장치의 개념설계 및 개발동향에 대해 요약하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.199.1-199.1
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• 2005

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 추계학술대회 논문요약집
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• pp.282-282
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• 2003

• 한국정밀공학회지
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• 제17권12호
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• pp.151-156
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• 2000

A vibration in a high-speed machine may lead to machinery malfunction and even catastrophic failure. So solving the vibration problem is a fundamental requirement for the stability of the high-speed machine. The flywheel energy storage system using superconducting magnetic bearings is a device to store electrical energy as rotational kinetic energy by motor and to convert it to electrical by generator when necessary. The high-speed rotating flywheel has large amplitude at a critical speed. And it has an unstable behavior by the electric torque at the first stage of the energy generation. In this paper, the stability analysis is performed with an analytical model and equations of motion-which is considered the effect of the electric torque-to identify the stable driving condition and the dynamic behavior.

• 한국진공학회지
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• 제19권4호
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• pp.256-264
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• 2010

본 논문에서는 고진공용 터보분자펌프의 비접촉 고속회전을 위한 자기베어링 시스템의 디지털 제어시스템의 설계에 대하여 소개하였으며, 실례로 800 l/s급의 고진공 펌프에 대하여 축 유연모드의 후방향 위험속도를 넘는 최대 40,000 rpm까지의 회전실험 결과를 나타내었다. 제안된 제어시스템은 기본적으로 PID 기반의 직접궤환 제어기와 자이로스코픽 모멘트 효과를 제어하기 위한 교차궤환기, 유연모우드 감쇄를 위한 리드필터와 동기진동 저감을 위한 노치필터 등으로 구성되어 있으며, 이러한 제어기는 자기부상형 터보분자펌프 외에 고속 플라이휠과 같은 자기베어링에 적용될 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.792-800
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• 2021

본 논문은 Halbach 자석 배열을 사용하여 새로운 구조의 선형 능동자기 베어링 개발을 제시하고자 하였다. 선형 능동자기 베어링은 자석 간 발생하는 자중 보상 능력과 코일에 전류를 인가함으로서 발생하는 동적 힘을 이용하여 반도체 장비, 가공 장비 등 다양한 산업분야에서 적용되고 있다. 기존의 선형 능동자기 베어링은 크기에 비해 동적 힘이 낮은 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 기존 보다 높은 동적 힘을 발휘하는 선형 능동자기 베어링을 개발하기 위해 시뮬레이션을 통해 기존 구조를 분석하고 새로운 구조를 제안하였다. 제안된 새로운 구조의 선형 능동 자기베어링을 최적화하기 위해서 모델링 및 최적 설계를 수행하였다. Sequential Quadratic Programming을 사용하여 제안된 선형 능동자기 베어링의 기하학적 설계 변수에 대해 최적의 설계가 수행되었으며, 최적설계 된 선형 능동자기 베어링의 설계성능은 정적 힘 45.063 N, 로렌츠 힘 상수 19.543 N/A 로 기존보다 높은 동적 힘을 발휘하는 것이 확인되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권1호
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• pp.92-101
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• 2010

본 연구에서는 회전체를 지지하는 자기 베어링에 관하여, 2장에서는 적분형 서보계를 이용하여 횡축형 자기베어링 시스템(Horizontal-shaft Magnetic Bearing System: HMBS)에 대한 불확실성을 고려하면서 과도상태 응답개선에 대한 이론적인 고찰과 제어기설계 수식을 유도한다. 그리고 HMBS에 대해 물리 퍼래미터 변동에 대한 강인성과 외란의 영향을 저감하고 기준위치 변경에 따른 추종성을 갖도록 상태 피드백 제어기를 LMI 기법을 이용하여 설계한다. 3장에서는 설계한 제어칙을 가지고 시스템 불확실성의 변동에 대해 시간영역의 설계사양을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대하여 시뮬레이션을 행하고 실제 적용 가능성을 검토한다.