베어링은 모든 회전체 분야에서 핵심이 되는 기술이다.
  일반적으로 회전시의 마찰을 최소화하고 기계적 마찰을 피하기 위해서 오일을 쓰거나 공기를 불어 넣는 방법을 취하고 있으나, 마찰을 최소화하기 위하여 가장 좋은 방법은 진공 속에서 접촉하지 않는 상태에서 도는 것이다. 이러한 기술적 배경으로 나타난 것이 자기베어링(Magmetic Bearings)이다.
  자기베어링의 역사는 1831년 Faraday의 전자유도 발견 후, 1841년 Earnshow의 이론“정자계를 어떠한 방법으로 배치하여도 안정한 부상을 이룰수 없다”를 발표하였고, 최초의 자기베어링 성공은 1937년 버지니아 대학의 Beams, Black &Holmes에 의해 만들어진 1축 자기부상계로 약0.4mm의 강구를 부상시켜 80만 RPM까지 회전시킨 것으로 알려져 있다. 그러나 본격적인 자기베어링 역사는 1976년 프랑스에 자기 베어링 전문회사 (S2M)가 설립되면서부터라 할 수있으며, 국내에 서는 1980년대부터 학계를 중심으로 연구가 시작 되어 90년대 중반부터는 국내산업의 실용화 요구에 따라 국책 연구소를 중심으로 하여 적용연구가 활발히 진행 중에 있다.

1. 자기베어링의 종류
  자기베어링은 부상방식에 따라 크게 초전도체를 이용한 방식과 상전도 흡인식 혹은 기타 유도 부상 형이 나 반발식으로 나눌 수 있으며, 일반적인 산업 계에서는 상전도 흡인식이 주로 적용되고 있다.
  흡인식 자기 베어링의 원리는 <그림 1>과 같이 자성체(축)를 대응되는 자석의 자기력을 조절하여 일정한 위치로 유지시키는 것이다. 그러나 단순히 전자석 자체만으로는 비접촉 부상이 불가능하며 능동제어를 통한 위치제어가 필수적이게 된다.
  따라서 일반적인 자기베어링 시스템은 그림과 같이 전자석, 변위 측정 센서, 제어기 및 전력증폭기로 구성된다.
  초전도체를 이용한 베어링 기술은 초전도 기술분 야에 해당하는 기술로서 초전도체와 영구자석으로 구성되어 있다<그림 2>. 이러한 초전도체를 사용한 베어링은 상전도 흡인식 베어링과 같이 별도의 위치 제어장치가 필요하지 않아 상전도 흡인식 베어 링에 비해 에너지 손실률을 시간당 약 0.1%, 즉 하루에 약 2~3%까지 낮출 수 있고, 다양한 회전기기에 적용될 수 있다. 이러한 초전도체를 이용한 베어링 기술은 초전도 제조 공정기술과 초전도체와 자석사이의 상호작용에 관한 자기장해석 기술, 설계 기술, 특성평가기술과 같은 기반기술을 포함하고 있어 초전도기술에 막대한 파급효과가 예상되고 있다.
 2. 자기베어링의 장단점 및 이용분야
  자기베어링이 종래 베어링에 비해 가지는 장단점을 살펴보면 장점으로는 부상을 통한 비접촉 특성으로 고속화가 가능하다는 점을 우선 들 수있다.
 즉 기계적인 마모나 마찰이 없으므로 윤활이 필요 없고 반영구적인 수명을 가지며, 공기 마찰이 없는 진공에서는 마찰손실이 없다.
  또한 윤활이나 유막형성을 위한 유체가 필요하지 않으므로 고진공이나 극저온 혹은 고압환경 등 극한환경에서 별도의 밀폐장치 없이 사용이 가능하여 우주산업이나 극한기술에 적용하기 용이하다.
  반면에 단점은 초기 투자비가 상대적으로 고가라는 점과 하중 능력이 자성재료의 한계로 인해 약1kg/㎠정도로 기존 볼베어링의 경우의 약 1/100 정도로 작다는 점이다. 그렇지만 이러한 단점들은 여러 가지 기반 기술의 발전에 따라 해결되어지고 있다.
  현재 자기베어링은 초고속 밀링 및 초고속 연삭 기의 주축과 같은 공작기계분야, 초고속 진공펌프, 고온헬륨 송풍기, 터보분자펌프와 같은 터보기계 분야, 고에너지 저장 플라이휠 시스템, 항공우주산 업, 자기부상열차, 반도체 및 나노테크 가공장비 등여러 분야에서 필수적으로 사용되고 있으며 앞으로 적용범위가 계속 커질 것으로 기대되고 있다.
  IBAG社 모터스핀들 S2M社 밀링스핀들 S2M社 터보분자펌프 한국전력 플라이휠 에너지 저장 장치

본 조사는 한국특허정보원 자체 데이터베이스를 사용하였으며 1970년부터 2002년까지의 자료를 기초로 하였다.
  먼저 자기베어링에 대한 국가별(한국, 일본, 미국, 유럽으로 제한) 특허동향을 <그림 4>에 나타내 었다. 그림에서 보면 일본에서 출원된 건이 전체의 절반을 훨씬 넘는 것을 알 수있으며, 다음으로 미국, 유럽, 대한민국의 순서이다.
  다음으로 각 국의 연도별 출원건수는 <그림 5>에 표시하였다.
  대한민국의 경우 1990년을 기점으로 점진적 증가 를나타내고 있으며, 일본의 경우는 1980년대에 들어서면서 급속히 증가하여 비슷한 건수가 출원되다가 1980년대 후반에 다시 증가하여 계속해서 많은 양의 건수가 출원됨을 알 수있다.
  미국이나 유럽의 경우는 1980년대 초반에는 한자리수로 출원되다가 1980년대 중반을 기점으로 건수가 점진적으로 증가하는 형태를 보이고 있다.
  한편 2000년 이후에 각 국의 특허 건수가 감소하는 것을 볼 수있는데 이는 아직 공개되지 않은 건들이 다수 존재하여 통계에 포함되지 않았기 때문이다.
  마지막으로 각국(대한민국, 일본, 미국)에 출원된 건중에서 출원인별 동향을 살펴보면 <그림 6,7, 8>과 같다. 먼저 국내에 출원된 건을 살펴보면, 131건 중외국인이 출원한 건이 63건으로 거의 과반수를 차지하며 가장 많은 수를 기록하였고(대부 분이 일본 기업임), 다음으로 삼성전기, 삼성전자, 한국과학기술연구원, 현대자동차, 한국전력공사 등의 순으로 나타났다. 이와 같은 상황으로 볼 때 자기베어링에 대한 우리나라의 기술력은 아직 기초단계 있다고 볼 수있다.
  다음으로 일본에 출원된 건을 살펴보면 상당히 많은 수의 기업이 자기베어링에 대한 특허를 출원 하였으며, 그 중에서 SEIKO SEIKI 사가 전체 15％를 차지하며 가장 많은 출원을 하였고 다음으로 KOYO SEIKO, EBARA, HITACHI, TOSHIBA, NTN, MITSUBISHI, YAS KAWA, SHIMADZU 등의 순서이다.
  미국내 출원건 중 출원 인별 동향을 살펴보면 다수의 기업이 자기베어링에 대한 특허를 출원하였으 며, EBARA, SEIKO SEIKI, HITACHI, KOYO SEIKO등의 순서로 일본내 출원에서 많은 양의 출원을 한 일본 기업들이 역시 미국에서도 많은 수의 출원을 하였다.

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회전하는 모든 산업 기기에 고효율의 베어링 기술이 요구됨은 물론, 첨단산업 분야의 반도체 제조 장비 중 터보펌프용 베어링을 비롯하여 소형 컴프 레서용, 우주 산업에서의 인공위성 자세 제어용의 모멘텀 휠 등고부가가치 산업 및 전력저장 분야에 까지 고속 및 고효율의 베어링기술이 요구되고 있으며 이에 따라 자기베어링의 활용도가 증가되고 있는 추세이다.
  일본, 프랑스, 미국, 스위스 등 선진국에서는 이미 SEIKO SEIKI, S2M, AVCON, IBAG등과 같은 자기베어링 전문회사가 설립되어 적용분야를 산업 전반으로 확대해 가고 있으며 국내에서도 아직 초보단계이지만 공작기계 산업뿐만 아니라 반도체산 업을 비롯하여 바이오산업 및 항공우주산업 등에 자기베어링을 활용하기 위한 연구가 수행 중에 있다. 또한, 앞으로 고속 및 고효율의 베어링에 대한 요구가 증가됨에 따라서 자기베어링에 대한 연구는 지금보다 더욱더 활발히 진행될 것이며 이에 동반해서 자기베어링에 관한 특허 출원도 계속 증가할 것이라 생각된다.
 
 ■ 참고자료 ■
 1. 한국공작기계학회지 제11권 제2호 “고정밀 자기베어링의 제어 및 응용 기술”
 2. 대한기계학회논문집 A권, 제22권 제7호 “반경방향 자기 베어링의 최적설계에 관한 연구”
 3. 한국전력공사 전력연구원 초전도 베어링 연구팀 홈페이지(http://neptune.kepri.re.kr/sfes/main.htm)