자기베어링을 이용한 무진공챔버 초원심분리기에 관한 연구 = Study on vacuum chamber-free ultracentrifuge with magnetic bearings

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원심분리기는 원심력을 이용하여 밀도나 크기가 다른 입자를 분리해내는 장치로서 세포생물학, 분자생물학, 생화학, 고분자 화학 등의 분야에서 폭넓게 사용된다. 초원심분리기는 35,000 rpm이상의 속도로 회전하면서 최대 700,000 g의 상대원심력을 발생해 낼 수 있는 원심분리기이다. 본 연구에서는 시료밸런싱 및 진공챔버가 불필요한 새로운 형태의 무진공챔버 초원심분리기를 제안하고 그 가능성을 확인하였다. 제안된 초원심분리기는 기존 원심분리기에서 사용하는 볼베어링 대신 자기베어링을 사용할 때 가능하다. 제안된 무진공챔버 초원심분리기는 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째, 대기조건에서 동작할 수 있기때문에, 초원심분리기에서 진공챔버, 진공펌프, 확산펌프, 실링 등의 진공관련 장비들을 모두 제거할 수 있다. 둘째, 진공을 생성하거나 해제하기 위한 부가적인 시간이 필요하지 않다. 셋째, 자기베어링의 자동밸런싱 기능을 이용하여 원심분리용 시료에 의한 불균형량 변동에 강인하게 대처할 수 있다. 사용자가 시료밸런싱을 정밀하게 진행할 필요가 없어 사용 편의성이 향상된다. 넷째, 베어링, 실링 등에 대한 유지보수가 필요없다. 다섯째, 베어링을 위한 별도의 윤활장치가 필요없다. 본 연구에서는 초고속 회전을 고려하여 자기베어링을 이용한 무진공챔버 초원심분리기를 구성하는 로터, 샤프트, 모터, 자기베어링 등을 구성하였다. 대기 조건에서 샤프트만을 이용한 95,000 rpm, 로터-샤프트 조립체를 이용한 80,000 rpm 회전실험을 통해 회전체의 구조강도와 자기베어링 성능을 검증하였다. 새로운 방식의 축방향착자 영구자석을 이용한 축방향 자기베어링인 AM-HMB를 제안하고 적용하였다. 자기베어링의 자동밸런싱을 적용함으로써 시료밸런싱을 제거할 수 있음을 확인하였다. 대기조건 초원심분리급 회전을 통해 진공챔버가 제거된 초원심분리기가 실현가능한 것임을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 자기베어링을 이용한 무진공챔버 초원심분리기를 적용하면 기존 초원심분리기의 복잡하고 어려운 설계, 제작, 유지보수, 사용상 번거로움 등의 문제를 모두 해결할 수 있을 것으로 기대한다.
Advisors
김수현researcherKim, Soohyunresearcher
Description
한국과학기술원 :기계공학전공,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2014
Identifier
325007
Language
kor
Description

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공, 2014.2 ,[viii, 144 p. :]

Keywords

초원심분리기; 무진공챔버; 자기베어링; 자동밸런싱; Ultracentrifuge; Vacuum chamber-free; Magnetic bearings; Autobalancing

URI
http://hdl.handle.net/10203/220559
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=657391&flag=dissertation
Appears in Collection
ME-Theses_Ph.D.(박사논문)
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