A new hybrid active magnetic bearing (AMB) system, consisting of an outer rotor and an inner stator, is developed in order to levitate compact rotating disk systems. The inner stator consists of three electromagnet main poles, three permanent magnet sub-poles and three Hall diodes. Each sub-pole face is designed such that the high and low bias flux densities of each permanent magnet flow through sides and middle of the face, respectively. Preliminary calibration tests indicate that the output of Hall diode is linearly proportional to the actual displacement of rotor over the operational range.
In this paper, the concept of redundant coordinates is adopted so that the identical controller design for three coordinates can be conveniently achieved, but it requires the imposition of one geometric constraint in the design and implementation of three controllers. One of the immediate advantages in the use of redundant coordinates is to deal with symmetric system matrices for the linearized control model with respect to the equilibrium position.
The levitation test of the prototype AMB performed at rest from its dead weight equilibrium. The result shows that the rotor position is quickly settled down to the neutral position within about 0.5 second and the residual displacement remains less than 10㎛. The maximum control current to each power amplifier was 1.3 A and the steady-state residual current was kept below 10 mA, which is quite satisfactory.
최근들어 전자기 베어링 시스템은 소형화와 전력소비를 최소로 하는 경향이 있다. 특히 회전 원판 시스템의 소형 전자기 베어링의 응용분야로는 혈류펌프와 하드디스크이다. 본 논문에서는 회전 원판 시스템에 적당한 소형 전자기 베어링을 제안하는데 있어, 소형화에 중점을 두었으며 이를 위해서 영구자석을 이용한 하이브리드 형 전자기 베어링을 제안하였다.
제안된 하이브리드형 소형 전자기 베어링은 회전원판 시스템에 적당한 형식이다. 고정자는 세개의 전자석 폴(메인폴)과 세개의 영구자석 폴(서브폴), 그리고 홀센서로 구성되어있다. 각 서브폴은 영구자석에의한 자속이 양끝쪽에 많이 흐를 수 있게 하고 가운데 부분은 적게 흐르도록 설계되어 있다. 홀센서는 서브폴의 가운데 부분에 위치시켜서 회전자의 반경방향의 위치를 측정할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 잉여좌표계(redundant coordinates)를 제안하였다. 이로서 세개의 독립적인 동일한 제어기 구성이 가능하였으며, 시스템의 선형화 모델행렬식이 대칭이 되는 이점이 있다. 그러나 제어기구성과 시스템으로의 적용에서 기하학적 구속조건을 만족시켜줘야 한다. 제안된 시스템의 부상실험 결과, 0.5초 내에 작동점으로 수렴하며, 수렴후 잔류진동은 10㎛ 임을 확인할 수 있다. 또한 최대 제어 전류는 약 1.3A이며 정상상태에서 잔류전류는 10mA 이내의 만족할만한 값임을 확인할 수 있었다.
