CN102076981A - 磁力轴承装置 - Google Patents

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Abstract

一种用磁力来支承旋转轴(3)的磁力轴承装置(10)，设有沿旋转轴(3)的圆周方向配置的多个磁极(5)，且各磁极(5)具有接近旋转轴外表面并与之相向的内端面(5b)，沿圆周方向相邻的磁极彼此分别沿该磁极(5)的轴向延伸到该磁极(5)的内端面(5b)为止，由此形成能够在旋转轴外表面附近相互干扰的状态，并且，能够进行干扰的两个磁极(5)的干扰部(5a)被切除。本发明能够在维持涡流减轻效果的同时，使磁力轴承装置的制造容易并能够提高制造精度。

Description

磁力轴承装置
技术领域
本发明涉及磁力轴承装置。
背景技术
磁力轴承装置具有旋转轴和磁极，旋转轴作为转子，磁极则设置在定子上而围住旋转轴，并以磁力对旋转轴作非接触式支承。
旋转轴用磁性材料形成，是用于譬如高速旋转的涡轮压缩机、极低温旋转机械、涡轮增压器、以及飞轮等的旋转轴。磁极则以围住旋转轴的方式沿圆周方向设置多个。在本申请中，所谓圆周方向是指旋转轴的圆周方向。
图1A和图1B是单极型磁力轴承装置的结构图。图1B是图1A的B-B线剖视图。
如图1A和图1B所示，多个磁极15以围住旋转轴3的方式沿圆周方向配置。磁通从这些磁极15通往高速旋转中的旋转轴3，以其电磁吸引力使旋转轴3上浮，从而予以非接触式支承。
如果是单极型，则如图1A所示，在旋转轴3的圆周方向排列相同极性(图1A中是N极)的磁极15，并且如图1B所示，在旋转轴3的轴向排列N极和S极。如图1所示，沿圆周方向排列的相邻磁极15相互间不靠近，因此会在有磁极15存在的部分和无磁极15存在的部分产生磁场的强弱分布。因此，就圆周方向而言，为了在旋转轴表面局部地消除磁通变动，会发生涡流。即，成为涡流发生原因的电动势用以下公式(1)来表示，即使磁通密度(磁场B)较小时，在如高速旋转轴那样高速旋转时，也会产生较大的涡流。
e∝B·v·L...(1)
其中，e是电动势，B是磁通密度，v是切断磁场的速度，L是导体的长度。
图2A和图2B、图3A和图3B表示专利文献1的磁力轴承装置的结构。图2B和图3B分别是图2A和图3A的B-B线剖视图。在专利文献1中，单极型磁力轴承装置上设置伸出部17，且使在圆周方向相邻的N极15彼此之间在圆周方向连接(图2A和图2B)或接近(图3A和图3B)。由此来提高在圆周方向相邻的磁极15的中间位置上的磁通密度，以缩小圆周方向的磁通密度强弱分布的发生。由此来抑制涡流发生。
而且在图2A和图2B、图3A和图3B中，将伸出部17做成较薄，因此会在伸出部17发生磁饱和，由此来防止磁通从相邻磁极15中的一方向另一方泄漏。
专利文献1日本发明专利申请特开2001-271836号公报“磁力轴承装置”
然而，专利文献1的伸出部17的厚度譬如为0.3～1mm左右，材质为层叠钢板，因此可能减弱强度，并且可能产生制作时的加工困难。现实的情况是，很难使全部伸出部17的厚度完全相同，可能导致伸出部17的厚度相差很大。即，伸出部17的磁阻可能发生波动。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种磁力轴承装置，既能保持专利文献1获得的那种减轻涡流的效果，又能使磁力轴承装置的制造容易，且能提高制造精度。
为了实现上述目的，本发明的磁力轴承装置是用磁力来支承旋转轴的磁力轴承装置，其特征在于，具有沿所述旋转轴的圆周方向配置的多个磁极，且各磁极具有接近旋转轴外表面并与之相向的内端面，沿圆周方向相邻的所述磁极彼此分别沿该磁极的轴向延伸到该磁极的所述内端面为止，由此形成能够在旋转轴外表面附近相互干扰的状态，并且，能够进行干扰的所述两个磁极的干扰部被切除。
本发明的上述磁力轴承装置具有沿所述旋转轴的圆周方向配置的多个磁极，且各磁极具有接近旋转轴外表面并与之相向的内端面，沿圆周方向相邻的所述磁极彼此分别沿该磁极的轴向延伸到该磁极的所述内端面为止，由此形成能够在旋转轴外表面附近相互干扰的状态，并且，能够进行干扰的所述两个磁极的干扰部被切除，因此通过将磁极的干扰部切除这种简单的加工，即可缩小相邻磁极彼此的圆周方向间隔。即，在圆周方向，能够缩小与旋转轴外表面相向的磁极部分所不存在的圆周方向区域，结果是，能够抑制旋转轴外表面上的磁通变动，从而减轻涡流。
从而，能够在维持涡流减轻效果的同时，使磁力轴承装置的制造容易并能够提高制造精度。
根据本发明的较佳实施例，相邻的所述磁极彼此分别具有通过所述切除而形成的切断面，且该切断面为平面。
这样，将通过切除所述干扰部而形成的切断面做成平面，就能使切除加工更加简单。
另外，根据本发明的较佳实施例，相邻的所述磁极彼此分别具有通过所述切除而形成的切断面，且相邻的所述磁极的所述切断面彼此在所述圆周方向上的间隔比该磁极的所述内端面与旋转轴外表面之间的间隔更大。
这样，由于相邻的所述磁极彼此分别具有通过所述切除而形成的切断面，且相邻的所述磁极的所述切断面彼此在所述圆周方向上的间隔比该磁极的所述内端面与旋转轴外表面之间的间隔更大，因此能够抑制磁通从相邻的磁极中的一方向另一方泄漏。由此能够通过简单的切除加工来消除从磁极5发生的磁通浪费。
而且，无须如专利文献1那样精确地加工伸出部17的厚度，而是通过简单的切除加工就能够抑制上述那样的磁通泄漏。
根据本发明的较佳实施例，与所述多个磁极相向的所述旋转轴的外表面为：与该旋转轴的轴向垂直的截面为圆形，所述内端面为：与所述旋转轴的轴向垂直的截面是沿着所述圆形的圆弧状。
这样，由于与所述多个磁极相向的所述旋转轴的外表面为：与该旋转轴的轴向垂直的截面为圆形，所述内端面为：与所述旋转轴的轴向垂直的截面是沿着所述圆形的圆弧状，因此，在除了相邻磁极彼此间的微小圆周方向间隙以外的范围，旋转轴外表面能够被沿其延伸的磁极的内端面完全地围住。由此能够更可靠地抑制旋转轴外表面上的磁通变动，从而减轻涡流。
根据上述的本发明，能够在维持涡流减轻效果的同时，使磁力轴承装置的制造容易，且能够提高制造精度。
附图说明
图1A是单极型磁力轴承装置的结构图。
图1B是单极型磁力轴承装置的结构图。
图2A是专利文献1的磁力轴承装置的结构图。
图2B是专利文献1的磁力轴承装置的结构图。
图3A是专利文献1的磁力轴承装置的另外的结构图。
图3B是专利文献1的磁力轴承装置的另外的结构图。
图4A是本发明实施例的磁力轴承装置的结构图。
图4B是本发明实施例的磁力轴承装置的结构图。
图5是实心式旋转轴一例。
图6说明本发明实施例的定子铁心的制造过程。
图7说明用层叠钢板形成定子的过程。
具体实施方式
以下结合附图说明实施本发明的最佳实施例。在各图中，共同的部分附加相同符号并省略重复说明。
图4A和图4B是本发明实施例的磁力轴承装置10的结构图，图4是从与旋转轴3的轴向垂直的方向看的图，图4B是图4A的B-B线剖视图。
磁力轴承装置10是以磁力支承旋转轴3的装置，具有沿旋转轴3的圆周方向配置的多个磁极5。各磁极5具有接近旋转轴3的外表面并与之相向的内端面5b，并通过在各磁极5与旋转轴3之间产生的磁力(利用从磁极5向着旋转轴3的方向或是相反方向的磁场而产生的磁力)而对旋转轴3进行非接触式支承。在图4A和图4B的例子中，磁力轴承装置10是在圆周方向排列相同极性(图4A中是N极)的磁极5的单极型装置。在图4B中，只是示出了图4A的4个磁极5中的上下2个磁极5。另外，在图4A和图4B中，符号C表示磁极5的轴。
旋转轴3用磁性材料形成，是用于譬如高速旋转的涡轮压缩机、极低温旋转机械、涡轮增压器、以及飞轮等的旋转轴。在本例中，旋转轴3是实心式的旋转轴。实心式的旋转轴3只由旋转轴材料构成(譬如一体成形)，因此刚性很高。
但本发明的旋转轴3也可以是使用层叠钢板的层叠型旋转轴。当采用层叠型时，譬如如图5所示，是在旋转轴3的与磁极5相向的相向部设置套筒7，且经过该套筒7而将层叠钢板固定在旋转轴3上。使层叠钢板中含硅，以作为材料来提高电阻。另外，隔着绝缘层而层叠0.1～0.5mm左右的薄钢板。这样一来，就能比使用实心式旋转轴时更加减轻在旋转轴表面发生的涡流。不过，采用层叠型时，机械强度较低，因此有可能使旋转轴的周向速度受到限制。
各磁极5由定子铁心9构成，该定子铁心9譬如由层叠钢板构成。在该定子铁心9上，卷绕着线圈11，以使产生磁通用的电流流过。在图4A的例子中，各定子铁心9具有2个磁极5。即，各定子铁心9具有N磁极5和S磁极5。磁极5的轴C是线圈11的轴。
与多个磁极5相向的旋转轴3的外表面为：与该旋转轴3的轴向垂直的截面为圆形。因此，内端面5b为：与旋转轴3的轴向垂直的截面成为沿着所述圆形的圆弧状。
各磁极5的内端面5b不管在旋转轴3的圆周方向位置如何，都与旋转轴3的外表面隔开一定间隔。
根据本实施例，在圆周方向相邻的磁极5彼此间分别从旋转轴3的外表面沿该磁极5的轴向延伸到该磁极5的内端面5b为止(即，延伸到以所述一定间隔隔开的位置上)，由此成为能够在旋转轴3的外表面附近相互干扰的状态，且将能够相互干扰的所述两个磁极5的干扰部5a切除。即，在本例中，干扰部5a为角部。干扰部5a如后述的图6(B)所示。
相邻的磁极5彼此分别具有通过所述切除而形成的切断面5c。在本实施例中，相邻的所述磁极5的所述切断面5c彼此间在圆周方向的间隔比该磁极5的内端面与旋转轴3外表面间的间隔更大。由此能够抑制磁通从相邻的磁极5中的一方向另一方泄漏。
磁极5譬如通过如下方法制造。首先准备图6(A)中所示的形状的定子铁心9，并将图中虚线所示的曲面作为切口，从定子铁心9上切除9a部分。由此形成的面就是上述的内端面5b。接着，在图6(B)所示的已形成内端面5b的定子铁心9上，以虚线所示的面为切口而切除干扰部5a。图6(C)表示切除了干扰部5a后的定子铁心9。最好是，通过切除干扰部5a而形成的切断面5c为平面。这样便于进行切除加工。也可以是在形成内端面5b之前(即，在图6(A)的状态下)将干扰部5a切除。
而图6(A)的定子铁心9也可以用层叠钢板形成。在此情况下，通过将多块图7(A)所示的钢板13重叠，就能够形成图7(B)所示的由层叠钢板构成的定子铁心9。
上述本发明实施例的磁力轴承装置10具有以下(1)～(3)的效果。
(1)由于沿圆周方向相邻的磁极5彼此间分别沿该磁极5的轴向延伸到该磁极5的内端面5b为止，由此形成能够在旋转轴3外表面附近相互干扰的状态，且将能够干扰的两个磁极5的干扰部5a切除，因此能够通过将磁极5的干扰部5a切除这样简单的加工来使相邻磁极5彼此间在圆周方向的间隔变得微小。即，在圆周方向，能够缩小与旋转轴3外表面相向的磁极5部分所不存在的圆周方向区域，结果是，能够抑制旋转轴3外表面上的磁通变动，从而减轻涡流。从而，即使采用过去较容易发生涡流的实心式旋转轴3，也能够充分地降低涡流。从而，能既够维持涡流减轻效果，又能使磁力轴承装置的制造容易，且能够提高制造精度。
(2)另外，将通过切除干扰部5a而形成的切断面5c做成平面，使切除加工更加简单。
(3)由于相邻的磁极5彼此分别具有通过所述切除而形成的切断面5c，且相邻的磁极5的切断面5c彼此间在圆周方向上的间隔比该磁极5的内端面5b与旋转轴3外表面间的间隔更大，因此能够抑制磁通从相邻的磁极5中的一方向另一方泄漏。由此能够避免因电流流到线圈11而导致从磁极5发生的磁通的浪费。
(4)由于与多个磁极5相向的旋转轴3的外表面为：与该旋转轴3的轴向垂直的截面为圆形，内端面5b为：与旋转轴3的轴向垂直的截面是沿着所述圆形的圆弧状，因此，在除了相邻的磁极5彼此间的微小圆周方向间隙以外的范围，旋转轴3外表面能够被沿其延伸的磁极5的内端面完全地围住。由此，能够更可靠地抑制旋转轴3外表面上的磁通变动，从而减轻涡流。
本发明不仅对于在图4B的左侧沿圆周方向配置的多个N磁极5适用，对于在图4B的右侧沿圆周方向配置的多个S磁极5也适用。
另外，上述实施例的磁力轴承装置10是单极型磁极排列的装置，但本发明还适用于其它形式(譬如异极型磁极排列)的磁力轴承装置。
另外，上述实施例中的定子铁心9是由层叠钢板构成的，但本发明的定子铁心9也可以是切面铁心、非结晶材料构成的铁心、由粉末磁性材料成形的铁心等其它合适的铁心。
根据本发明，配置在旋转轴3周围的磁极5的数量只要是4以上适当的数量即可。
本发明不限于上述实施例，毫无疑问，能够在不脱离本发明宗旨的前提下作各种变更。

Claims (4)

1.一种磁力轴承装置，是用磁力来支承旋转轴的磁力轴承装置，其特征在于，设有沿所述旋转轴的圆周方向配置的多个磁极，且各磁极具有接近旋转轴外表面并与之相向的内端面，沿圆周方向相邻的所述磁极彼此分别沿该磁极的轴向延伸到该磁极的所述内端面为止，由此形成能够在旋转轴外表面附近相互干扰的状态，并且，能够进行干扰的所述两个磁极的干扰部被切除。
2.如权利要求1所述的磁力轴承装置，其特征在于，相邻的所述磁极彼此分别具有由于所述切除而形成的切断面，且该切断面为平面。
3.如权利要求1或2所述的磁力轴承装置，其特征在于，相邻的所述磁极彼此分别具有通过所述切除而形成的切断面，且相邻的所述磁极的所述切断面彼此在所述圆周方向上的间隔比该磁极的所述内端面与旋转轴外表面之间的间隔更大。
4.如权利要求1、2或3所述的磁力轴承装置，其特征在于，与所述多个磁极相向的所述旋转轴的外表面为：与该旋转轴的轴向垂直的截面为圆形，所述内端面为：与所述旋转轴的轴向垂直的截面是沿着所述圆形的圆弧状。
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