능동 자기베어링은 전자기력을 이용하여 회전축을 접촉 없이 지지하는 베어링이다. 자기베어링은 그 자체만으로 불안정하기 때문에 변위센서로 베어링과 회전축 사이의 거리를 측정하여 실시간 궤환 제어를 해야 한다. 와전류 변위 센서는 비 접촉, 높은 측정 정확도, 간단한 구조, 넓은 ...
능동 자기베어링은 전자기력을 이용하여 회전축을 접촉 없이 지지하는 베어링이다. 자기베어링은 그 자체만으로 불안정하기 때문에 변위센서로 베어링과 회전축 사이의 거리를 측정하여 실시간 궤환 제어를 해야 한다. 와전류 변위 센서는 비 접촉, 높은 측정 정확도, 간단한 구조, 넓은 대역폭 및 훌륭한 오염 내성의 장점을 가지고 있어서 자기베어링 시스템에 널리 사용되고 있다. 하지만 설치 공간의 제한과 전자석자기장의 영향을 최소화하기 위해 통상적으로 자기베어링의 외부 한쪽에 설치되어 전자석과 위치가 일치하기 않기 때문에 변위 제어 성능에 한계가 있다. 이 논문에서는 능동 자기베어링 자극 사이의 빈 공간에 설치가 가능한 동위 (collocated) 변위 센서를 개발하고, 이 센서를 이용한 자기 부상 제어 성능을 실험적으로 검증 하였다. 우선 디지털 통신으로 발생할 수 있는 센서의 시간 지연으로 인한 자기베어링 제어 안전성에 대한 영향을 이론적으로 분석하였고 최대 1.6까지 시간 지연이 허용됨을 확인하였다. 다음으로 센서 보정 시험을 수행하고 부상 시험을 통하여 센서의 민감도, 잡음, 선형도 등을 평가하였다. 일자유도 자기부상 실험 장치를 이용하여 개발한 센서가 비 동위 상용 갭 센서 대비 제어 안정성이 공진에서 최대 22.8% 향상됨을 확인하였다. 마지막으로 반경방향 자기베어링 모듈을 제작하여 연성 축 부상시험 장치를 구축하였다.
능동 자기베어링은 전자기력을 이용하여 회전축을 접촉 없이 지지하는 베어링이다. 자기베어링은 그 자체만으로 불안정하기 때문에 변위센서로 베어링과 회전축 사이의 거리를 측정하여 실시간 궤환 제어를 해야 한다. 와전류 변위 센서는 비 접촉, 높은 측정 정확도, 간단한 구조, 넓은 대역폭 및 훌륭한 오염 내성의 장점을 가지고 있어서 자기베어링 시스템에 널리 사용되고 있다. 하지만 설치 공간의 제한과 전자석 자기장의 영향을 최소화하기 위해 통상적으로 자기베어링의 외부 한쪽에 설치되어 전자석과 위치가 일치하기 않기 때문에 변위 제어 성능에 한계가 있다. 이 논문에서는 능동 자기베어링 자극 사이의 빈 공간에 설치가 가능한 동위 (collocated) 변위 센서를 개발하고, 이 센서를 이용한 자기 부상 제어 성능을 실험적으로 검증 하였다. 우선 디지털 통신으로 발생할 수 있는 센서의 시간 지연으로 인한 자기베어링 제어 안전성에 대한 영향을 이론적으로 분석하였고 최대 1.6까지 시간 지연이 허용됨을 확인하였다. 다음으로 센서 보정 시험을 수행하고 부상 시험을 통하여 센서의 민감도, 잡음, 선형도 등을 평가하였다. 일자유도 자기부상 실험 장치를 이용하여 개발한 센서가 비 동위 상용 갭 센서 대비 제어 안정성이 공진에서 최대 22.8% 향상됨을 확인하였다. 마지막으로 반경방향 자기베어링 모듈을 제작하여 연성 축 부상시험 장치를 구축하였다.
Magnetic levitation bearings use electromagnetic force to support a rotating shaft without contact. Since magnetic bearings are unstable by themselves, real-time feedback control must be performed by measuring the distance between the bearing and the rotating shaft with a displacement sensor. Eddy c...
Magnetic levitation bearings use electromagnetic force to support a rotating shaft without contact. Since magnetic bearings are unstable by themselves, real-time feedback control must be performed by measuring the distance between the bearing and the rotating shaft with a displacement sensor. Eddy current displacement sensors are widely used in magnetic bearing systems due to their advantages of non-contact, high measurement accuracy, simple structure, wide bandwidth, and good contamination resistance. Existing displacement sensors require a separate installation space and are usually installed on the outer side of the magnetic bearing to minimize the effect of the electromagnetic field. Since the position of the displacement sensor does not coincide with the electromagnet, the displacement control performance is limited. In this paper, a collocated displacement sensor that can be installed in the space between magnetic levitation bearing magnetic poles was developed, and the magnetic levitation control performance using the developed sensor was experimentally verified. The effect of the sensor time delay caused by digital communication on the magnetic bearing control safety was theoretically analyzed, and it was confirmed that a time delay of up to 1.6 ms is allowed. A sensor calibration test was performed to evaluate the sensitivity, noise, and linearity of the sensor. It was confirmed that the control stability was improved by 17.9% in resonance and 59.5% in bending mode compared to the non-isotope commercial gap sensor by using the 1 DOF magnetic levitation test apparatus. Finally, the radial direction magnetic bearing module was manufactured and the flexible shaft was floated to confirm the control performance of the sensor.
Magnetic levitation bearings use electromagnetic force to support a rotating shaft without contact. Since magnetic bearings are unstable by themselves, real-time feedback control must be performed by measuring the distance between the bearing and the rotating shaft with a displacement sensor. Eddy current displacement sensors are widely used in magnetic bearing systems due to their advantages of non-contact, high measurement accuracy, simple structure, wide bandwidth, and good contamination resistance. Existing displacement sensors require a separate installation space and are usually installed on the outer side of the magnetic bearing to minimize the effect of the electromagnetic field. Since the position of the displacement sensor does not coincide with the electromagnet, the displacement control performance is limited. In this paper, a collocated displacement sensor that can be installed in the space between magnetic levitation bearing magnetic poles was developed, and the magnetic levitation control performance using the developed sensor was experimentally verified. The effect of the sensor time delay caused by digital communication on the magnetic bearing control safety was theoretically analyzed, and it was confirmed that a time delay of up to 1.6 ms is allowed. A sensor calibration test was performed to evaluate the sensitivity, noise, and linearity of the sensor. It was confirmed that the control stability was improved by 17.9% in resonance and 59.5% in bending mode compared to the non-isotope commercial gap sensor by using the 1 DOF magnetic levitation test apparatus. Finally, the radial direction magnetic bearing module was manufactured and the flexible shaft was floated to confirm the control performance of the sensor.
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