JP2000161359A - 回転部材の支持構造 - Google Patents
回転部材の支持構造Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C39/00—Relieving load on bearings
- F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
- F16C39/063—Permanent magnets
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0423—Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other
- F16C32/0429—Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other for both radial and axial load, e.g. conical magnets
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転側軸受部材と非回転側軸受部材との摩擦
をなくすことができる回転軸の支持構造を提供する。 【解決手段】 回転側軸受部材を、回転軸１の軸線と中
心線が実質的に一致し且つ回転軸１の一方側及び他方側
の端部側にそれぞれ向かうに従って縮径する截頭円錐面
形状の外周面７ａ及び９ａを有する内側環状永久磁石に
より構成する。非回転側軸受部材を、回転軸１の軸線と
中心線が実質的に一致し、回転軸１の一方側及び他方側
の端部側にそれぞれに向かうに従って縮径し且つ外周面
７ａ及び９ａと間隙を介して対向する截頭円錐面形状の
内周面１３ａ及び１５ａを有する外側環状永久磁石によ
り構成する。内側環状永久磁石７，９及び外側環状永久
磁石１３，１５を、それぞれ対向する磁極面に同じ極性
の磁極が表れるように磁化する。内側環状永久磁石７，
９及び外側環状永久磁石１３，１５の磁化の程度を、対
向する外周面７ａ，９ａと内周面１３ａ，１５ａとがそ
れぞれ接触しないように定める。
をなくすことができる回転軸の支持構造を提供する。 【解決手段】 回転側軸受部材を、回転軸１の軸線と中
心線が実質的に一致し且つ回転軸１の一方側及び他方側
の端部側にそれぞれ向かうに従って縮径する截頭円錐面
形状の外周面７ａ及び９ａを有する内側環状永久磁石に
より構成する。非回転側軸受部材を、回転軸１の軸線と
中心線が実質的に一致し、回転軸１の一方側及び他方側
の端部側にそれぞれに向かうに従って縮径し且つ外周面
７ａ及び９ａと間隙を介して対向する截頭円錐面形状の
内周面１３ａ及び１５ａを有する外側環状永久磁石によ
り構成する。内側環状永久磁石７，９及び外側環状永久
磁石１３，１５を、それぞれ対向する磁極面に同じ極性
の磁極が表れるように磁化する。内側環状永久磁石７，
９及び外側環状永久磁石１３，１５の磁化の程度を、対
向する外周面７ａ，９ａと内周面１３ａ，１５ａとがそ
れぞれ接触しないように定める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸等の回転部
材を非接触で回転自在に支持する回転部材の支持構造に
関するものである。
材を非接触で回転自在に支持する回転部材の支持構造に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の回転軸等の回転部材の支持構造で
は、回転軸をハウジングに取付られた一対のボールベア
リングやプレーンベアリング等の軸受により回転自在に
支持する。例えば、ボールベアリングは、回転軸に固定
された回転側軸受部材と、ハウジングに取付けられた非
回転側軸受部材と、回転側軸受部材と非回転側軸受部材
との間に配置されたはボールまたはコロ等の回転体とを
有している。プレーンベアリングでは、回転側軸受部材
と非回転側軸受部材とが直接接触する。
は、回転軸をハウジングに取付られた一対のボールベア
リングやプレーンベアリング等の軸受により回転自在に
支持する。例えば、ボールベアリングは、回転軸に固定
された回転側軸受部材と、ハウジングに取付けられた非
回転側軸受部材と、回転側軸受部材と非回転側軸受部材
との間に配置されたはボールまたはコロ等の回転体とを
有している。プレーンベアリングでは、回転側軸受部材
と非回転側軸受部材とが直接接触する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来用いられている軸
受では、回転軸が回転するときに、軸受を構成する各部
材の間で接触による摩擦が発生する。そのため、摩擦損
によりエネルギ効率が悪くなる問題が発生し、また摩耗
によって軸受の寿命が決まってしまう。また、摩擦熱が
発生するために、高速で軸受を回転させることには限界
がある。
受では、回転軸が回転するときに、軸受を構成する各部
材の間で接触による摩擦が発生する。そのため、摩擦損
によりエネルギ効率が悪くなる問題が発生し、また摩耗
によって軸受の寿命が決まってしまう。また、摩擦熱が
発生するために、高速で軸受を回転させることには限界
がある。
【０００４】本発明の目的は、摩擦が発生しない回転軸
の支持構造を提供することにある。
の支持構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸をハウ
ジングに取付られた一対の軸受により回転自在に支持す
る回転部材の支持構造及び非回転状態にある軸に対して
一対の軸受により回転自在にハウジングを支持する回転
部材の支持構造を改良の対象とする。
ジングに取付られた一対の軸受により回転自在に支持す
る回転部材の支持構造及び非回転状態にある軸に対して
一対の軸受により回転自在にハウジングを支持する回転
部材の支持構造を改良の対象とする。
【０００６】代表例として、回転軸を支持する場合につ
いて説明する。まず一対の軸受は、それぞれ回転軸に固
定された回転側軸受部材とハウジングに取付けられた非
回転側軸受部材とを有する。そして、一方の軸受の回転
側軸受部材は、回転軸の軸線と中心線が実質的に一致し
且つ回転軸の一方側の端部側に向かうに従って縮径する
截頭円錐面形状の外周面を有する内側環状永久磁石を備
えており、また一方の軸受の非回転側軸受部材は、回転
軸の軸線と中心線が実質的に一致し、回転軸の一方側の
端部側に向かうに従って縮径し且つ内側環状永久磁石の
截頭円錐面形状の外周面と間隙を介して対向する截頭円
錐面形状の内周面を有する外側環状永久磁石を備えてい
る。同様にして、他方の軸受の回転側軸受部材は、回転
軸の軸線と中心線が実質的に一致し且つ回転軸の他方側
の端部側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外
周面を有する内側環状永久磁石を備えており、また他方
の軸受の非回転側軸受部材は、回転軸の軸線と中心線が
実質的に一致し、回転軸の他方側の端部側に向かうに従
って縮径し且つ内側環状永久磁石の截頭円錐面形状の外
周面と間隙を介して対向する截頭円錐面形状の内周面を
有する外側環状永久磁石を備えている。そして、一対の
軸受のそれぞれの内側環状永久磁石及び外側環状永久磁
石を、それぞれ対向する磁極面に同じ極性の磁極が表れ
るように磁化する。一対の軸受のそれぞれの内側環状永
久磁石及び外側環状永久磁石の磁化の程度は、回転軸が
静止しているとき及び回転しているときのいずれにおい
ても、対向する截頭円錐面形状の外周面と截頭円錐面形
状の内周面とが接触しないように定める。
いて説明する。まず一対の軸受は、それぞれ回転軸に固
定された回転側軸受部材とハウジングに取付けられた非
回転側軸受部材とを有する。そして、一方の軸受の回転
側軸受部材は、回転軸の軸線と中心線が実質的に一致し
且つ回転軸の一方側の端部側に向かうに従って縮径する
截頭円錐面形状の外周面を有する内側環状永久磁石を備
えており、また一方の軸受の非回転側軸受部材は、回転
軸の軸線と中心線が実質的に一致し、回転軸の一方側の
端部側に向かうに従って縮径し且つ内側環状永久磁石の
截頭円錐面形状の外周面と間隙を介して対向する截頭円
錐面形状の内周面を有する外側環状永久磁石を備えてい
る。同様にして、他方の軸受の回転側軸受部材は、回転
軸の軸線と中心線が実質的に一致し且つ回転軸の他方側
の端部側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外
周面を有する内側環状永久磁石を備えており、また他方
の軸受の非回転側軸受部材は、回転軸の軸線と中心線が
実質的に一致し、回転軸の他方側の端部側に向かうに従
って縮径し且つ内側環状永久磁石の截頭円錐面形状の外
周面と間隙を介して対向する截頭円錐面形状の内周面を
有する外側環状永久磁石を備えている。そして、一対の
軸受のそれぞれの内側環状永久磁石及び外側環状永久磁
石を、それぞれ対向する磁極面に同じ極性の磁極が表れ
るように磁化する。一対の軸受のそれぞれの内側環状永
久磁石及び外側環状永久磁石の磁化の程度は、回転軸が
静止しているとき及び回転しているときのいずれにおい
ても、対向する截頭円錐面形状の外周面と截頭円錐面形
状の内周面とが接触しないように定める。
【０００７】本発明の回転軸の支持構造によれば、回転
側軸受部材と非回転側軸受部材とにそれぞれ設けた内側
環状永久磁石と外側環状永久磁石との間に発生する反発
力により回転軸を支持するため、回転軸が回転しても軸
受を構成する各部材の間で摩擦が発生しない。そのた
め、摩擦損や摩耗が発生することなく、エネルギ効率が
良くなって軸受の寿命を大幅に延ばすことができる。ま
た、高速で軸受を回転させることも可能になる。
側軸受部材と非回転側軸受部材とにそれぞれ設けた内側
環状永久磁石と外側環状永久磁石との間に発生する反発
力により回転軸を支持するため、回転軸が回転しても軸
受を構成する各部材の間で摩擦が発生しない。そのた
め、摩擦損や摩耗が発生することなく、エネルギ効率が
良くなって軸受の寿命を大幅に延ばすことができる。ま
た、高速で軸受を回転させることも可能になる。
【０００８】内側環状永久磁石と外側環状永久磁石は、
内側環状永久磁石の中心線と截頭円錐面形状の外周面の
接平面との交差角度を４５±１度の値とし、外側環状永
久磁石の中心線と截頭円錐面形状の内周面の接平面との
交差角度も４５±１度の値とするのが好ましい。言い換
えるならば、内側環状永久磁石の中心線と截頭円錐面形
状の外周面の母線の延長線との交差角度が４５±１度の
値となるように一対の軸受の内側環状永久磁石を構成
し、外側環状永久磁石の中心線と截頭円錐面形状の内周
面の母線の延長線との交差角度が４５±１度の値となる
ように一対の軸受の外側環状永久磁石を構成するのが好
ましい。また、この場合に、一対の軸受のそれぞれの内
側環状永久磁石及び外側環状永久磁石の磁化は、それぞ
れ前述の接平面に対する法線が延びる方向に磁化するの
が好ましい。このような角度範囲と磁化の方向であれ
ば、回転軸の軸方向及び径方向のいずれの方向に回転軸
に力が加わっても、回転軸を元の状態に復元する力が確
実に発生する。
内側環状永久磁石の中心線と截頭円錐面形状の外周面の
接平面との交差角度を４５±１度の値とし、外側環状永
久磁石の中心線と截頭円錐面形状の内周面の接平面との
交差角度も４５±１度の値とするのが好ましい。言い換
えるならば、内側環状永久磁石の中心線と截頭円錐面形
状の外周面の母線の延長線との交差角度が４５±１度の
値となるように一対の軸受の内側環状永久磁石を構成
し、外側環状永久磁石の中心線と截頭円錐面形状の内周
面の母線の延長線との交差角度が４５±１度の値となる
ように一対の軸受の外側環状永久磁石を構成するのが好
ましい。また、この場合に、一対の軸受のそれぞれの内
側環状永久磁石及び外側環状永久磁石の磁化は、それぞ
れ前述の接平面に対する法線が延びる方向に磁化するの
が好ましい。このような角度範囲と磁化の方向であれ
ば、回転軸の軸方向及び径方向のいずれの方向に回転軸
に力が加わっても、回転軸を元の状態に復元する力が確
実に発生する。
【０００９】また、回転軸及びハウジングを、それぞれ
回転軸の軸線方向及び径方向に磁気的に対称となる形状
に形成すれば、軸線方向及び径方向に磁気的なアンバラ
ンスが生じないため、振動が発生し難くなる利点があ
る。
回転軸の軸線方向及び径方向に磁気的に対称となる形状
に形成すれば、軸線方向及び径方向に磁気的なアンバラ
ンスが生じないため、振動が発生し難くなる利点があ
る。
【００１０】また、回転側軸受部材は、その一部を内側
環状永久磁石により構成してもよいし、全体を内側環状
永久磁石により構成してもよい。また、非回転側軸受部
材もその一部を外側環状永久磁石により構成してもよい
し、全体を外側環状永久磁石により構成してもよい。回
転側軸受部材全体を内側環状永久磁石により構成し、非
回転側軸受部材全体を外側環状永久磁石により構成すれ
ば、磁石の保磁力を大きくすることができる。
環状永久磁石により構成してもよいし、全体を内側環状
永久磁石により構成してもよい。また、非回転側軸受部
材もその一部を外側環状永久磁石により構成してもよい
し、全体を外側環状永久磁石により構成してもよい。回
転側軸受部材全体を内側環状永久磁石により構成し、非
回転側軸受部材全体を外側環状永久磁石により構成すれ
ば、磁石の保磁力を大きくすることができる。
【００１１】また、回転軸及びハウジングを非磁性材料
により形成すれば、回転軸及びハウジングを通って漏れ
る漏れ磁束がなくなるため、永久磁石の保磁力を最大限
利用することができる。
により形成すれば、回転軸及びハウジングを通って漏れ
る漏れ磁束がなくなるため、永久磁石の保磁力を最大限
利用することができる。
【００１２】また、一方の軸受が上に位置し他方の軸受
が下に位置するように回転軸を配置する場合には、他方
の軸受の内側環状永久磁石及び外側環状永久磁石のそれ
ぞれの保磁力を、自重によって他方の軸受の内側環状永
久磁石及び外側環状永久磁石が接触状態にならないよう
に一方の軸受の内側環状永久磁石及び外側環状永久磁石
のそれぞれの保磁力よりも大きくする。このようにすれ
ば、自重によって下側の軸受で接触状態が発生するのを
防止できる。
が下に位置するように回転軸を配置する場合には、他方
の軸受の内側環状永久磁石及び外側環状永久磁石のそれ
ぞれの保磁力を、自重によって他方の軸受の内側環状永
久磁石及び外側環状永久磁石が接触状態にならないよう
に一方の軸受の内側環状永久磁石及び外側環状永久磁石
のそれぞれの保磁力よりも大きくする。このようにすれ
ば、自重によって下側の軸受で接触状態が発生するのを
防止できる。
【００１３】以上の説明は、回転軸を支持する場合であ
るが、軸を固定状態としてハウジングを回転させること
もできる。その場合には、前述の説明において回転軸を
「非回転状態にある軸」と読み替え、軸に固定される軸
受部材を「非回転側軸受部材」として、ハウジングに固
定される軸受部材を「回転側軸受部材」と読み替えれば
よい。
るが、軸を固定状態としてハウジングを回転させること
もできる。その場合には、前述の説明において回転軸を
「非回転状態にある軸」と読み替え、軸に固定される軸
受部材を「非回転側軸受部材」として、ハウジングに固
定される軸受部材を「回転側軸受部材」と読み替えれば
よい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の回転部材の
支持構造の実施の形態を備えた回転機器の一例の断面図
であり、図２は図１のII−II線断面図であり、図３は図
１のIII −III 線断面図である。このような回転機器の
典型例はモータである。各図に示すように、この回転機
器は回転軸１が一対の軸受３及び５により回転自在に支
持された構造を有している。回転軸１はアルミニウム等
の非磁性材料により形成された断面が円形の軸である。
回転機器がモータであれば、回転軸１には回転子２が固
定される。一対の軸受３，５は、それぞれ回転軸１に固
定された内側永久磁石７及び９からなる回転側軸受部材
とハウジング１１に取付けられた外側永久磁石１３及び
１５からなる非回転側軸受部材とから構成されている。
ハウジング１１は、エンドキャップ１１ａ及び１１ｂ
と、筒体１１ｃとから構成されており、エンドキャップ
１１ａ及び１１ｂと筒体１１ｃとは公知の結合手段によ
り結合されている。エンドキャップ１１ａ及び１１ｂ
は、回転軸１と間隔を隔てて回転軸１を貫通させる開口
部１１ｄ及び１１ｅをそれぞれ有している。本例では、
エンドキャップ１１ａ及び１１ｂ並びに筒体１１ｃが、
それぞれアルミニウム等の非磁性材料により形成されて
いる。軸受３に設けられた一方の内側環状永久部材７
は、回転軸１の軸線と中心線Ｌが実質的に一致し且つ回
転軸１の一方側の端部側（図面に向って上側）に向かう
に従って縮径する截頭円錐面形状の外周面７ａを有して
いる。なお外周面７ａが磁極面を構成している。この一
方の内側環状永久磁石７は、中心線Ｌと外周面７ａの接
平面との交差角度（中心線Ｌと外周面７ａの母線の延長
線との交差角度）θ１が４５±１度の値となるように形
成されている。
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の回転部材の
支持構造の実施の形態を備えた回転機器の一例の断面図
であり、図２は図１のII−II線断面図であり、図３は図
１のIII −III 線断面図である。このような回転機器の
典型例はモータである。各図に示すように、この回転機
器は回転軸１が一対の軸受３及び５により回転自在に支
持された構造を有している。回転軸１はアルミニウム等
の非磁性材料により形成された断面が円形の軸である。
回転機器がモータであれば、回転軸１には回転子２が固
定される。一対の軸受３，５は、それぞれ回転軸１に固
定された内側永久磁石７及び９からなる回転側軸受部材
とハウジング１１に取付けられた外側永久磁石１３及び
１５からなる非回転側軸受部材とから構成されている。
ハウジング１１は、エンドキャップ１１ａ及び１１ｂ
と、筒体１１ｃとから構成されており、エンドキャップ
１１ａ及び１１ｂと筒体１１ｃとは公知の結合手段によ
り結合されている。エンドキャップ１１ａ及び１１ｂ
は、回転軸１と間隔を隔てて回転軸１を貫通させる開口
部１１ｄ及び１１ｅをそれぞれ有している。本例では、
エンドキャップ１１ａ及び１１ｂ並びに筒体１１ｃが、
それぞれアルミニウム等の非磁性材料により形成されて
いる。軸受３に設けられた一方の内側環状永久部材７
は、回転軸１の軸線と中心線Ｌが実質的に一致し且つ回
転軸１の一方側の端部側（図面に向って上側）に向かう
に従って縮径する截頭円錐面形状の外周面７ａを有して
いる。なお外周面７ａが磁極面を構成している。この一
方の内側環状永久磁石７は、中心線Ｌと外周面７ａの接
平面との交差角度（中心線Ｌと外周面７ａの母線の延長
線との交差角度）θ１が４５±１度の値となるように形
成されている。
【００１５】軸受３に設けられた一方の外側環状永久磁
石１３は、内側環状永久磁石７を囲むように配置されて
おり、内側環状永久磁石７と同様に、回転軸１の軸線と
中心線Ｌが実質的に一致し、回転軸の一方側の端部側
（図面に向って上側）に向かうに従って縮径し且つ内側
環状永久磁石７の截頭円錐面形状の外周面７ａと間隙を
介して対向する截頭円錐面形状の内周面１３ａを有して
いる。なお内周面１３ａが磁極面を構成している。外側
環状永久磁石１３も、内側環状永久磁石７と同様に、中
心線Ｌと截頭円錐面形状の内周面１３ａの接平面との交
差角度θ２が４５±１度の値となるように形成されてい
る。
石１３は、内側環状永久磁石７を囲むように配置されて
おり、内側環状永久磁石７と同様に、回転軸１の軸線と
中心線Ｌが実質的に一致し、回転軸の一方側の端部側
（図面に向って上側）に向かうに従って縮径し且つ内側
環状永久磁石７の截頭円錐面形状の外周面７ａと間隙を
介して対向する截頭円錐面形状の内周面１３ａを有して
いる。なお内周面１３ａが磁極面を構成している。外側
環状永久磁石１３も、内側環状永久磁石７と同様に、中
心線Ｌと截頭円錐面形状の内周面１３ａの接平面との交
差角度θ２が４５±１度の値となるように形成されてい
る。
【００１６】軸受５に設けられた他方の内側環状永久磁
石９は、一方の内側環状永久磁石７と同様に、回転軸１
の軸線と中心線Ｌが実質的に一致し且つ回転軸１の他方
側の端部側（図面に向って下側）に向かうに従って縮径
する截頭円錐面形状の外周面９ａを有している。なお外
周面９ａは磁極面を構成している。この内側環状永久磁
石９は、中心線Ｌと外周面９ａの接平面との交差角度
（中心線Ｌと外周面７ａの母線の延長線との交差角度）
θ３が４５±１度の値となるように形成されている。
石９は、一方の内側環状永久磁石７と同様に、回転軸１
の軸線と中心線Ｌが実質的に一致し且つ回転軸１の他方
側の端部側（図面に向って下側）に向かうに従って縮径
する截頭円錐面形状の外周面９ａを有している。なお外
周面９ａは磁極面を構成している。この内側環状永久磁
石９は、中心線Ｌと外周面９ａの接平面との交差角度
（中心線Ｌと外周面７ａの母線の延長線との交差角度）
θ３が４５±１度の値となるように形成されている。
【００１７】軸受５に設けられた他方の外側環状永久磁
石１５は、内側環状永久磁石９を囲むように配置されて
おり、内側環状永久磁石９と同様に、回転軸１の軸線と
中心線Ｌが実質的に一致し、回転軸の一方側の端部側
（図面に向って下側）に向かうに従って縮径し且つ内側
環状永久磁石９の截頭円錐面形状の外周面９ａと間隙を
介して対向する截頭円錐面形状の内周面１５ａを有して
いる。なお内周面１５ａは磁極面を構成している。外側
環状永久磁石１５も、内側環状永久磁石９と同様に、中
心線Ｌと截頭円錐面形状の内周面１５ａの接平面との交
差角度θ４が４５±１度の値となるように形成されるこ
とになる。
石１５は、内側環状永久磁石９を囲むように配置されて
おり、内側環状永久磁石９と同様に、回転軸１の軸線と
中心線Ｌが実質的に一致し、回転軸の一方側の端部側
（図面に向って下側）に向かうに従って縮径し且つ内側
環状永久磁石９の截頭円錐面形状の外周面９ａと間隙を
介して対向する截頭円錐面形状の内周面１５ａを有して
いる。なお内周面１５ａは磁極面を構成している。外側
環状永久磁石１５も、内側環状永久磁石９と同様に、中
心線Ｌと截頭円錐面形状の内周面１５ａの接平面との交
差角度θ４が４５±１度の値となるように形成されるこ
とになる。
【００１８】なお、θ１またはθ３が４６度であれば、
θ２またはθ４は４４度とするのが好ましい。
θ２またはθ４は４４度とするのが好ましい。
【００１９】内側環状永久磁石７，９及び外側環状永久
磁石１３，１５は、それぞれ対向する磁極面７ａと９ａ
または１３ａと１５ａにそれぞれ同じ極性の磁極が表れ
るように各磁極面７ａ，１３ａ，９ａ，１５ａの接平面
に対する法線が延びる方向（図１において矢印Ｍで示す
方向）に磁化されている。本例では、全ての磁極面（７
ａ，１３ａ，９ａ及び１５ａ）に同じ極性（Ｓ極）が現
れるように各永久磁石７，９，１３及び１５が着磁され
ている。またこの例では回転軸１及びハウジング１１が
非磁性材料で形成されているため、それぞれ回転軸１の
軸線方向及び径方向の磁気的特性が磁気的に対称になっ
ている。
磁石１３，１５は、それぞれ対向する磁極面７ａと９ａ
または１３ａと１５ａにそれぞれ同じ極性の磁極が表れ
るように各磁極面７ａ，１３ａ，９ａ，１５ａの接平面
に対する法線が延びる方向（図１において矢印Ｍで示す
方向）に磁化されている。本例では、全ての磁極面（７
ａ，１３ａ，９ａ及び１５ａ）に同じ極性（Ｓ極）が現
れるように各永久磁石７，９，１３及び１５が着磁され
ている。またこの例では回転軸１及びハウジング１１が
非磁性材料で形成されているため、それぞれ回転軸１の
軸線方向及び径方向の磁気的特性が磁気的に対称になっ
ている。
【００２０】一対の軸受３，５のそれぞれの内側環状永
久磁石７，９及び外側環状永久磁石１３，１５の磁化の
程度は、回転軸１が静止しているとき及び回転している
ときのいずれにおいても、対向する截頭円錐面形状の外
周面７ａ，９ａと截頭円錐面形状の内周面１３ａ，１５
ａとがそれぞれ接触しないように定められている。この
例では、一方の軸受３が上に位置し他方の軸受５が下に
位置するように回転軸１が配置されているので、他方の
軸受５の内側環状永久磁石９及び外側環状永久磁石１５
のそれぞれの保磁力は、自重によって他方の軸受５の内
側環状永久磁石９及び外側環状永久磁石１５が接触状態
にならないように一方の軸受３の内側環状永久磁石７及
び外側環状永久磁石１３のそれぞれの保磁力よりも大き
くなっている。
久磁石７，９及び外側環状永久磁石１３，１５の磁化の
程度は、回転軸１が静止しているとき及び回転している
ときのいずれにおいても、対向する截頭円錐面形状の外
周面７ａ，９ａと截頭円錐面形状の内周面１３ａ，１５
ａとがそれぞれ接触しないように定められている。この
例では、一方の軸受３が上に位置し他方の軸受５が下に
位置するように回転軸１が配置されているので、他方の
軸受５の内側環状永久磁石９及び外側環状永久磁石１５
のそれぞれの保磁力は、自重によって他方の軸受５の内
側環状永久磁石９及び外側環状永久磁石１５が接触状態
にならないように一方の軸受３の内側環状永久磁石７及
び外側環状永久磁石１３のそれぞれの保磁力よりも大き
くなっている。
【００２１】次に前述の交差角度（以下、テーパ角度と
言う）θ１〜θ４を種々の値に変え、その他は前述の例
と同様の構造を有する回転軸の支持構造を作り、回転軸
に外力を加えたときのテーパ角度と回転軸１に発生する
力方向との関係を調べた。ここで言う回転軸１に発生す
る力の方向とは、回転軸１に径方向または軸方向にプラ
ス方向の力を加えたときに、回転軸１に発生する力であ
り、この力がマイナスになれば、復元力が発生している
ことを意味する。図４は、テーパ角度が４５度における
回転軸に発生する力の大きさと方向を−１に正規化した
場合のテーパ角度と回転軸に発生する力方向との関係を
示している。なお、図４は、有限要素法による計算結果
を示している。本図において、曲線Ａは回転軸に径方向
にプラス方向の力を加えた場合の特性を示しており、曲
線Ｂは回転軸に軸方向にプラス方向の力を加えた場合の
特性を示している。本図より径方向、軸方向共に回転に
発生する力が復元力になる（回転軸に発生する力方向が
マイナスとなる）テーパ角度は、４５±１度であること
が分る。このことから、上記例では、θ１〜θ４の各角
度を４５±１度の範囲の値とした。
言う）θ１〜θ４を種々の値に変え、その他は前述の例
と同様の構造を有する回転軸の支持構造を作り、回転軸
に外力を加えたときのテーパ角度と回転軸１に発生する
力方向との関係を調べた。ここで言う回転軸１に発生す
る力の方向とは、回転軸１に径方向または軸方向にプラ
ス方向の力を加えたときに、回転軸１に発生する力であ
り、この力がマイナスになれば、復元力が発生している
ことを意味する。図４は、テーパ角度が４５度における
回転軸に発生する力の大きさと方向を−１に正規化した
場合のテーパ角度と回転軸に発生する力方向との関係を
示している。なお、図４は、有限要素法による計算結果
を示している。本図において、曲線Ａは回転軸に径方向
にプラス方向の力を加えた場合の特性を示しており、曲
線Ｂは回転軸に軸方向にプラス方向の力を加えた場合の
特性を示している。本図より径方向、軸方向共に回転に
発生する力が復元力になる（回転軸に発生する力方向が
マイナスとなる）テーパ角度は、４５±１度であること
が分る。このことから、上記例では、θ１〜θ４の各角
度を４５±１度の範囲の値とした。
【００２２】なお、上記の実施の形態では、回転側軸受
部材を内側環状永久磁石７及び９によって構成し、非回
転側軸受部材を外側環状永久磁石１３及び１５にした
が、磁石７，９，１３，及び１５を非磁性材料からなる
支持部材によって支持する構造を採用してもよい。
部材を内側環状永久磁石７及び９によって構成し、非回
転側軸受部材を外側環状永久磁石１３及び１５にした
が、磁石７，９，１３，及び１５を非磁性材料からなる
支持部材によって支持する構造を採用してもよい。
【００２３】また、上記の実施の形態は、回転軸を支持
する場合であるが、回転軸１を固定状態としてハウジン
グ１１を回転させる場合にも本発明を提供できる。その
場合には、前述の説明において回転軸を「非回転状態に
ある軸」と読み替え、軸に固定される軸受部材を「非回
転側軸受部材」として、ハウジングに固定される軸受部
材を「回転側軸受部材」と読み替えればよい。
する場合であるが、回転軸１を固定状態としてハウジン
グ１１を回転させる場合にも本発明を提供できる。その
場合には、前述の説明において回転軸を「非回転状態に
ある軸」と読み替え、軸に固定される軸受部材を「非回
転側軸受部材」として、ハウジングに固定される軸受部
材を「回転側軸受部材」と読み替えればよい。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、回転側軸受部材と非回
転側軸受部材とにそれぞれ設けた内側環状永久磁石と外
側環状永久磁石の間に発生する反発力により回転軸を支
持するため、回転軸が回転しても軸受を構成する各部材
の間で摩擦が発生しない。そのため、摩擦損や摩耗が発
生することなく、エネルギ効率が良くなって軸受の寿命
を大幅に延ばすことができる。また、高速で軸受を回転
させることも可能になる。
転側軸受部材とにそれぞれ設けた内側環状永久磁石と外
側環状永久磁石の間に発生する反発力により回転軸を支
持するため、回転軸が回転しても軸受を構成する各部材
の間で摩擦が発生しない。そのため、摩擦損や摩耗が発
生することなく、エネルギ効率が良くなって軸受の寿命
を大幅に延ばすことができる。また、高速で軸受を回転
させることも可能になる。
【図１】本発明の一実施の形態の回転部材の支持構造を
備えた機器の断面図である。
備えた機器の断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII −III 線断面図である。
【図４】テーパ角度と回転軸に発生する力方向との関係
を示す図である。
を示す図である。
１ 回転軸 ３，５ 一対の軸受 ７，９ 回転側軸受部材（内側環状永久磁石） ７ａ，９ａ 外周面（磁極面） １１ ハウジング １３，１５ 非回転側軸受部材（外側環状永久磁石） １３ａ，１５ａ 内周面（磁極面）
フロントページの続き (72)発明者 江川 克己 東京都豊島区北大塚一丁目十五番一号 山 洋電気株式会社内 Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA04 BA19 CA04 CA28 DA04 DA07 DA11 DA28 GA13
Claims (8)
- 【請求項１】 回転軸をハウジングに取付られた一対の
軸受により回転自在に支持する回転部材の支持構造であ
って、 前記一対の軸受は、それぞれ前記回転軸に固定された回
転側軸受部材と前記ハウジングに取付けられた非回転側
軸受部材とからなり、 一方の前記軸受の前記回転側軸受部材は、前記回転軸の
軸線と中心線が実質的に一致し且つ前記回転軸の一方側
の端部側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外
周面を有する内側環状永久磁石を備えており、前記一方
の軸受の前記非回転側軸受部材は、前記回転軸の軸線と
中心線が実質的に一致し、前記回転軸の一方側の端部側
に向かうに従って縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前
記截頭円錐面形状の外周面と間隙を介して対向する截頭
円錐面形状の内周面を有する外側環状永久磁石を備えて
おり、 他方の前記軸受の前記回転側軸受部材は、前記回転軸の
軸線と中心線が実質的に一致し且つ前記回転軸の他方側
の端部側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外
周面を有する内側環状永久磁石を備えており、前記他方
の軸受の前記非回転側軸受部材は、前記回転軸の軸線と
中心線が実質的に一致し、前記回転軸の他方側の端部側
に向かうに従って縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前
記截頭円錐面形状の外周面と間隙を介して対向する截頭
円錐面形状の内周面を有する外側環状永久磁石を備えて
おり、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石は、それぞれ対向する磁極面に同
じ極性の磁極が表れるように磁化されており、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石の磁化の程度は、前記回転軸が静
止しているとき及び回転しているときのいずれにおいて
も、対向する前記截頭円錐面形状の外周面と前記截頭円
錐面形状の内周面とが接触しないように定められている
ことを特徴とする回転部材の支持構造。 - 【請求項２】 非回転状態にある軸に対して一対の軸受
により回転自在にハウジングを支持する回転部材の支持
構造であって、 前記一対の軸受は、それぞれ前記軸に固定された非回転
側軸受部材と前記ハウジングに取付けられた回転側軸受
部材とからなり、 一方の前記軸受の前記非回転側軸受部材は、前記軸の軸
線と中心線が実質的に一致し且つ前記軸の一方側の端部
側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外周面を
有する内側環状永久磁石を備えており、前記一方の軸受
の前記回転側軸受部材は、前記軸の軸線と中心線が実質
的に一致し、前記軸の一方側の端部側に向かうに従って
縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前記截頭円錐面形状
の外周面と間隙を介して対向する截頭円錐面形状の内周
面を有する外側環状永久磁石を備えており、 他方の前記軸受の前記非回転側軸受部材は、前記軸の軸
線と中心線が実質的に一致し且つ前記軸の他方側の端部
側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外周面を
有する内側環状永久磁石を備えており、前記他方の軸受
の前記回転側軸受部材は、前記軸の軸線と中心線が実質
的に一致し、前記軸の他方側の端部側に向かうに従って
縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前記截頭円錐面形状
の外周面と間隙を介して対向する截頭円錐面形状の内周
面を有する外側環状永久磁石を備えており、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石は、それぞれ対向する磁極面に同
じ極性の磁極が表れるように磁化されており、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石の磁化の程度は、前記ハウジング
が静止しているとき及び回転しているときのいずれにお
いても、対向する前記截頭円錐面形状の外周面と前記截
頭円錐面形状の内周面とが接触しないように定められて
いることを特徴とする回転部材の支持構造。 - 【請求項３】 回転軸をハウジングに取付られた一対の
軸受により回転自在に支持する回転部材の支持構造であ
って、 前記一対の軸受は、それぞれ前記回転軸に固定された回
転側軸受部材と前記ハウジングに取付けられた非回転側
軸受部材とからなり、 一方の前記軸受の前記回転側軸受部材は、前記回転軸の
軸線と中心線が実質的に一致し且つ前記回転軸の一方側
の端部側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外
周面を有する内側環状永久磁石を備えており、前記一方
の軸受の前記非回転側軸受部材は、前記回転軸の軸線と
中心線が実質的に一致し、前記回転軸の一方側の端部側
に向かうに従って縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前
記截頭円錐面形状の外周面と間隙を介して対向する截頭
円錐面形状の内周面を有する外側環状永久磁石を備えて
おり、 他方の前記軸受の前記回転側軸受部材は、前記回転軸の
軸線と中心線が実質的に一致し且つ前記回転軸の他方側
の端部側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外
周面を有する内側環状永久磁石を備えており、前記他方
の軸受の前記非回転側軸受部材は、前記回転軸の軸線と
中心線が実質的に一致し、前記回転軸の他方側の端部側
に向かうに従って縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前
記截頭円錐面形状の外周面と間隙を介して対向する截頭
円錐面形状の内周面を有する外側環状永久磁石を備えて
おり、 前記一対の軸受の前記内側環状永久磁石は、前記中心線
と前記截頭円錐面形状の外周面の接平面との交差角度が
４５±１度の値となるように構成され、 前記一対の軸受の前記外側環状永久磁石は、前記中心線
と前記截頭円錐面形状の内周面の接平面との交差角度が
４５±１度の値となるように構成され、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石は、それぞれ対向する磁極面に同
じ極性の磁極が表れるようにそれぞれ前記接平面に対す
る法線が延びる方向に磁化されており、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石の磁化の程度は、前記回転軸が静
止しているとき及び回転しているときのいずれにおいて
も、対向する前記截頭円錐面形状の外周面と前記截頭円
錐面形状の内周面とが接触しないように定められてお
り、 前記回転軸及び前記ハウジングが非磁性材料により形成
されていることを特徴とする回転部材の支持構造。 - 【請求項４】 非回転状態にある軸に対して一対の軸受
により回転自在にハウジングを支持する回転部材の支持
構造であって、 前記一対の軸受は、それぞれ前記軸に固定された非回転
側軸受部材と前記ハウジングに取付けられた回転側軸受
部材とからなり、 一方の前記軸受の前記非回転側軸受部材は、前記軸の軸
線と中心線が実質的に一致し且つ前記軸の一方側の端部
側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外周面を
有する内側環状永久磁石を備えており、前記一方の軸受
の前記回転側軸受部材は、前記軸の軸線と中心線が実質
的に一致し、前記軸の一方側の端部側に向かうに従って
縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前記截頭円錐面形状
の外周面と間隙を介して対向する截頭円錐面形状の内周
面を有する外側環状永久磁石を備えており、 他方の前記軸受の前記非回転側軸受部材は、前記軸の軸
線と中心線が実質的に一致し且つ前記軸の他方側の端部
側に向かうに従って縮径する截頭円錐面形状の外周面を
有する内側環状永久磁石を備えており、前記他方の軸受
の前記回転側軸受部材は、前記軸の軸線と中心線が実質
的に一致し、前記軸の他方側の端部側に向かうに従って
縮径し且つ前記内側環状永久磁石の前記截頭円錐面形状
の外周面と間隙を介して対向する截頭円錐面形状の内周
面を有する外側環状永久磁石を備えており、 前記一対の軸受の前記内側環状永久磁石は、前記中心線
と前記截頭円錐面形状の外周面の接平面との交差角度が
４５±１度の値となるように構成され、 前記一対の軸受の前記外側環状永久磁石は、前記中心線
と前記截頭円錐面形状の内周面の接平面との交差角度が
４５±１度の値となるように構成され、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石は、それぞれ対向する磁極面に同
じ極性の磁極が表れるようにそれぞれ前記接平面に対す
る法線が延びる方向に磁化されており、 前記一対の軸受のそれぞれの前記内側環状永久磁石及び
前記外側環状永久磁石の磁化の程度は、前記ハウジング
が静止しているとき及び回転しているときのいずれにお
いても、対向する前記截頭円錐面形状の外周面と前記截
頭円錐面形状の内周面とが接触しないように定められて
おり、 前記軸及び前記ハウジングが非磁性材料により形成され
ていることを特徴とする回転部材の支持構造。 - 【請求項５】 前記回転軸及び前記ハウジングは、それ
ぞれ前記回転軸の軸線方向及び径方向に磁気的に対称と
なる形状を有している請求項３に記載の回転部材の支持
構造。 - 【請求項６】 前記軸及び前記ハウジングは、それぞれ
前記軸の軸線方向及び径方向に磁気的に対称となる形状
を有している請求項４に記載の回転部材の支持構造。 - 【請求項７】 前記回転側軸受部材は前記内側環状永久
磁石により構成され、前記非回転側軸受部材は前記外側
環状永久磁石により構成されている請求項１，２，３ま
たは４に記載の回転部材の支持構造。 - 【請求項８】 前記一方の軸受が上に位置し前記他方の
軸受が下に位置するように前記回転軸が配置されてお
り、 前記他方の軸受の前記内側環状永久磁石及び前記外側環
状永久磁石のそれぞれの保磁力は、自重によって前記他
方の軸受の前記内側環状永久磁石及び前記外側環状永久
磁石が接触状態にならないように前記一方の軸受の前記
内側環状永久磁石及び前記外側環状永久磁石のそれぞれ
の保磁力よりも大きいことを特徴とする請求項１，２，
３または４に記載の回転部材の支持構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10339322A JP2000161359A (ja) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | 回転部材の支持構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10339322A JP2000161359A (ja) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | 回転部材の支持構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000161359A true JP2000161359A (ja) | 2000-06-13 |
Family
ID=18326369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10339322A Withdrawn JP2000161359A (ja) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | 回転部材の支持構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000161359A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007105585A1 (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Yukio Nakajima | 液体浄化処理装置 |
| CN100441891C (zh) * | 2006-11-02 | 2008-12-10 | 刘新广 | 永磁与涡轮复合轴承 |
| CN105134779A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-09 | 鞍山钢峰风机有限责任公司 | 一种永磁磁悬浮辅助轴承 |
| CN107740814A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-27 | 南昌工程学院 | 内置环形式永磁体磁性轴承及其加工方法 |
| CN110300859A (zh) * | 2017-02-17 | 2019-10-01 | 蒂森克虏伯罗特艾德有限公司 | 磁性轴承及用于操作磁性轴承的方法 |
-
1998
- 1998-11-30 JP JP10339322A patent/JP2000161359A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007105585A1 (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Yukio Nakajima | 液体浄化処理装置 |
| CN100441891C (zh) * | 2006-11-02 | 2008-12-10 | 刘新广 | 永磁与涡轮复合轴承 |
| CN105134779A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-09 | 鞍山钢峰风机有限责任公司 | 一种永磁磁悬浮辅助轴承 |
| CN110300859A (zh) * | 2017-02-17 | 2019-10-01 | 蒂森克虏伯罗特艾德有限公司 | 磁性轴承及用于操作磁性轴承的方法 |
| US11226002B2 (en) | 2017-02-17 | 2022-01-18 | Thyssenkrupp Rothe Erde Gmbh | Magnetic bearing and method for operating a magnetic bearing |
| CN107740814A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-27 | 南昌工程学院 | 内置环形式永磁体磁性轴承及其加工方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060207 |