• 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.

• 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.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 1997년도 제26회 추계학술대회
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• pp.129-134
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• 1997

현재 외부 가압 공기베어링이 사용되어지는 분야는 PCB 기판, 엔진의 연료분사노즐 등의 고속가공용 스핀들, 전자 기기, 광학 기기 등에 사용되는 초정밀 부품가공용 스핀들, 정밀 측정 기기, 의료 기기, 저온 팽창기등 상대운동을 하는 많은 분야에서 이용되고 있으며, 이들 분야의 고속화 및 고정밀화 추세에 따라 고속에서의 안정성과 높은 운전정밀도가 보장된 외부 가압 공기 베어링이 요구되고 있다. 정밀 스핀들 시스템에 공기베어링이 사용되는 이유는 윤활제인 공기의 압축성에 기인된 평균화효과로 인하여 어느 정도 형상오차가 존재하더라도 축의 회전 시 떨림 진폭이 흡수되어 높은 운전정밀도를 유지하며 운전이 가능하기 때문이다. 그러나, 공기의 압축성에 의한 평균화효과로 어느 정도의 떨림 진폭은 흡수되나 형상오차에 의한 떨림 진폭은 작은 크기라도 여전히 남아있게 된다. 따라서, 초정밀 가공 기기나 정밀 측정 기기 등 높은 운전정밀도가 요구되는 곳에 공기베어링이 사용될 경우에 있어서 형상오차는 운전정밀도에 영향을 미치는 중요한 인자가 된다. 본 연구에서는 각각 두 개의 오비 가압 공기 저널 및 스러스트 베어링으로 구성된 스핀들 시스템에 대한 축과 베어링의 직각도 오차가 운전정밀도에 미치는 영향에 대해 해석하고 결과를 고찰하여 스핀들 시스템에 있어서 형상 공차에 대한 기초 설계자료를 제시하고자 한다.

• 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.

• 한국정밀공학회지
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• 제15권11호
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• pp.218-226
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• 1998

In this study a neural network based expert system designed to diagnose operating status of a rotating spindle system supported by ball bearings was introduced. In order to facilitate practical failure situations, five exemplary abnormal status was fabricated. Out of several possible data source locations, seven most effective spots were chosen and proven to be the most successful in predicting single and multiple abnormalities. Increased signal strength was measured around where abnormality was embedded. Signal mea-surement locations producing high prediction rate were also classified. Even though multiple abnormalities were hard to be decoupled into their individual causes, proposed diagnostic system was somewhat effective in predicting such cases under certain combination of sensor locations. Among several abnormal operating conditions, highest prediction rate can be expected when signal is spoiled by the failure or damage in outer race. Proposed diagnostic system was again proven to be the most effective system in analyzing and ranking the importance of data sources.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권6호
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• pp.19-25
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• 2019

We have developed a tool that uses finite element analysis (FEA) to rapidly evaluate a shaft-bearing system of machine tools. We extracted commercial data on suitable clamping units and defined the inner profile of the shaft to avoid needing direct user input to define the profile. We use a splitting algorithm to convert the shaft into beam elements with two diameters and length. To validate the tool, we used it to design and evaluate a shaft-bearing system and found that our tool automated the construction of an FE system model in a commercial FEA package as well as the static stiffness evaluation; both tasks were completed in seconds, demonstrating a significant reduction from the minutes normally required to complete these tasks manually.

• 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.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1995년도 추계학술대회논문집; 한국종합전시장, 24 Nov. 1995
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• pp.312-317
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• 1995

씨일의 표면마찰계수 특성이 씨일의 동특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 씨일내의 유속이 증가함에 따라서 마찰계수가 급상승하는 허니콤 씨일을 대상으로 이론적 해석을 하였다. 그 결과 마찰계수의 급상승 현상은 마찰계수의 급상승 현상이 없는 경우에 비하여 강성계수의 감소를 야기하고 회전축-베어링계의 불안정성과 관계가 있는 연성 강성계수의 큰 감소를 보였다. 또한 회전축-베어링계의 안정성을 도모하는 감쇠 계수의 증가를 야기함으로써 회전기계의 운전점이 마찰계수의 급상승 범위에 있다면 시스템의 안정성면에서 매우 유리할 것으로 사료된다. 마찰계수의 급상승 현상을 보이는 허니콤 씨일의 동특성에 대한 이론적 해석 결과, 강성계수는 매우 작게 예측되었으나 연성강성계수와 감쇠계수는 비교적 실험결과와 근사함을 보였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2001년도 추계학술대회논문집 I
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• pp.360-364
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• 2001

본 논문에서는 최근의 진화적 구조최적화(ESO) 전략을 회전축의 형상최적화에 적용하였으며, 각 계산 스텝마다 단위 유한요소의 크기를 변경함으로써 기존의 방법보다 빠르고 정확한 최적형상에 수렴하는 새로운 방법을 제시하였다. 축요소의 직경을 시스템 설계변수로 하였으며, 축중량의 감소, 공진배율(Q-factor)의 감소 및 충분한 위험속도의 분리여유를 갖도록 목적함수를 설정하였다. 불평형응답 및 굽힙응력의 구속조건을 부가하였으며, 목적함수에 대한 설계변수의 감도해석을 수행하였다. 전동기축계에 대한 적용 결과로부터 주파수와 동적 구속조건하의 로터베어링 시스템에 대한 축 형상 최적화에 ESO법이 효과적으로 이용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제9권6호
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• pp.598-604
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• 1999

본 논문에서는 능동형자기베어링(Active Magnetic Bearing AMB)시스템의 제어를 위한 새로운 퍼지제어 알고리즘을 제안한다. 이 방법은 AMB 시스템의 비선형 특성을 효과적으로 다루기 위하여 Joh등[4,5]이 제안한 LMI에 근거한 PDC 알고리즘과 퍼지 싱글톤을 사용하는 Mamdani형의 퍼지제어기를 복합한다. 이들은 각각 fine mode control과 coarse mode control이라고 구분하였다. coarse mode control은 회전축의 위치에러가 큰 경우 빠른 중심복귀 응답특성을 보이며 fine mode control은 회전축의 위치에러가 작을 때 요구되는 과도응답특성을 제공한다. 본 논에서 제안된 방법은 그성능을 입증하기 위하여 AMB 시스템의 제어에 적용되었으며 선형제어기와 일반적인 PDC 알고리즘으로 제어된 결과와의 비교를 통해 제안된 방법의 우수성을 보인다.