JP2001182746A - 磁気軸受装置 - Google Patents
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- JP2001182746A JP2001182746A JP36955799A JP36955799A JP2001182746A JP 2001182746 A JP2001182746 A JP 2001182746A JP 36955799 A JP36955799 A JP 36955799A JP 36955799 A JP36955799 A JP 36955799A JP 2001182746 A JP2001182746 A JP 2001182746A
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- magnetic
- rotor
- yoke
- stator
- electromagnet
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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
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/047—Details of housings; Mounting of active magnetic bearings
-
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
- F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
- F16C2300/42—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions corrosive, i.e. with aggressive media or harsh conditions
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ステータとロータの間に非磁性体からなるキ
ャンを配置しても、センサ感度の低下、浮上用制御磁力
の減少及びモータステータの磁気回転力の減少がなく、
磁気軸受を構成するセンサ、電磁石及びモータを小型化
できる磁気軸受装置を提供すること。 【解決手段】 ロータ19とステータの間に非磁性体か
らなるキャン13を配置し、ステータ側に配置した電磁
石10の磁気力によりロータ19を浮上支持する磁気軸
受装置において、電磁石10のヨーク11をキャン13
を貫通させるか又は該キャン13の該電磁石10のヨー
ク11が対向する部分に磁性体部材17を埋め込み、該
ヨーク11を直接的又は該磁性体部材17を介してロー
タ19の電磁石ターゲット20に非接触で対向させる。
ャンを配置しても、センサ感度の低下、浮上用制御磁力
の減少及びモータステータの磁気回転力の減少がなく、
磁気軸受を構成するセンサ、電磁石及びモータを小型化
できる磁気軸受装置を提供すること。 【解決手段】 ロータ19とステータの間に非磁性体か
らなるキャン13を配置し、ステータ側に配置した電磁
石10の磁気力によりロータ19を浮上支持する磁気軸
受装置において、電磁石10のヨーク11をキャン13
を貫通させるか又は該キャン13の該電磁石10のヨー
ク11が対向する部分に磁性体部材17を埋め込み、該
ヨーク11を直接的又は該磁性体部材17を介してロー
タ19の電磁石ターゲット20に非接触で対向させる。
Description
【0001】本発明はロータとステータの間に非磁性体
からなるキャンを配置し、ステータ側に配置した電磁石
の磁気力によりロータを浮上支持する磁気軸受装置に関
するものである。
からなるキャンを配置し、ステータ側に配置した電磁石
の磁気力によりロータを浮上支持する磁気軸受装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】腐食性ガス雰囲気等の特殊な雰囲気で使
用する磁気軸受装置は、ロータとステータの間に非磁性
体からなるキャンを配置し、ステータ側に配置された磁
気軸受の電磁石、ロータの変位や回転を検出するセン
サ、ロータに回転磁力を与えるモータステータを腐食性
ガスから保護している。
用する磁気軸受装置は、ロータとステータの間に非磁性
体からなるキャンを配置し、ステータ側に配置された磁
気軸受の電磁石、ロータの変位や回転を検出するセン
サ、ロータに回転磁力を与えるモータステータを腐食性
ガスから保護している。
【0003】また、各種の処理ガスを取り扱う処理装置
等においては、上記のようにロータとステータとの間に
キャンを配することにより、ステータ側を密封し、該ス
テータ側から排出されるパーティクルや有機系ガス等に
より処理ガスが汚染されるのを防止している。
等においては、上記のようにロータとステータとの間に
キャンを配することにより、ステータ側を密封し、該ス
テータ側から排出されるパーティクルや有機系ガス等に
より処理ガスが汚染されるのを防止している。
【0004】しかしながら、ロータとステータの間に非
磁性体からなるキャンを配置することは、その分ロータ
とステータとの間の磁気的間隔が大きくなり、磁気抵抗
が増大しロータを浮上制御するための制御磁力が小さく
なるという問題がある。また、大きい制御磁力を得るた
めには電磁石コイルのアンペアターン、即ち起磁力を大
きくする必要があり、電磁石が大型化するという問題が
ある。
磁性体からなるキャンを配置することは、その分ロータ
とステータとの間の磁気的間隔が大きくなり、磁気抵抗
が増大しロータを浮上制御するための制御磁力が小さく
なるという問題がある。また、大きい制御磁力を得るた
めには電磁石コイルのアンペアターン、即ち起磁力を大
きくする必要があり、電磁石が大型化するという問題が
ある。
【0005】また、変位センサや回転センサにインダク
タンス式のセンサを用いた場合、センサヨークとロータ
ターゲットの間に非磁性体からなるキャンを配置するこ
とはその肉厚分センサヨークとターゲットとの間の磁気
的間隔が大きくなり、磁気抵抗が増大し、センサ感度が
低下するという問題がある。また、センサ感度を向上さ
せるためには検出コイルのアンペアターンを大きくする
必要があり、センサが大型化するという問題がある。
タンス式のセンサを用いた場合、センサヨークとロータ
ターゲットの間に非磁性体からなるキャンを配置するこ
とはその肉厚分センサヨークとターゲットとの間の磁気
的間隔が大きくなり、磁気抵抗が増大し、センサ感度が
低下するという問題がある。また、センサ感度を向上さ
せるためには検出コイルのアンペアターンを大きくする
必要があり、センサが大型化するという問題がある。
【0006】また、ロータを回転力を与えるモータのス
テータとロータの間に非磁性体からなるキャンを配置す
ることはその肉厚分ステータとロータとの間の磁気的間
隔が大きくなったこととなり、磁気回転力が小さくなる
という問題がある。また、磁気回転力を大きくするため
にステータコイルのアンペアターンを大きくする必要が
あり、モータが大型化するという問題がある。また、効
率の悪化という問題もある。
テータとロータの間に非磁性体からなるキャンを配置す
ることはその肉厚分ステータとロータとの間の磁気的間
隔が大きくなったこととなり、磁気回転力が小さくなる
という問題がある。また、磁気回転力を大きくするため
にステータコイルのアンペアターンを大きくする必要が
あり、モータが大型化するという問題がある。また、効
率の悪化という問題もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、ステータとロータの間に非磁性体
からなるキャンを配置しても、センサ感度の低下、浮上
用制御磁力の減少及びモータステータの磁気回転力の減
少がなく、磁気軸受を構成するセンサ、電磁石及びモー
タを小型化できる磁気軸受装置を提供することを目的と
する。
みてなされたもので、ステータとロータの間に非磁性体
からなるキャンを配置しても、センサ感度の低下、浮上
用制御磁力の減少及びモータステータの磁気回転力の減
少がなく、磁気軸受を構成するセンサ、電磁石及びモー
タを小型化できる磁気軸受装置を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、ロータとステータの間に非磁
性体からなるキャンを配置し、ステータ側に配置した電
磁石の磁気力によりロータを浮上支持する磁気軸受装置
において、電磁石のヨークをキャンを貫通させるか又は
該キャンの該電磁石のヨークが対向する部分に磁性体材
を埋め込み、該ヨークを直接的又は該磁性体材を介して
ロータのターゲットに非接触で対向させることを特徴と
する。
請求項1に記載の発明は、ロータとステータの間に非磁
性体からなるキャンを配置し、ステータ側に配置した電
磁石の磁気力によりロータを浮上支持する磁気軸受装置
において、電磁石のヨークをキャンを貫通させるか又は
該キャンの該電磁石のヨークが対向する部分に磁性体材
を埋め込み、該ヨークを直接的又は該磁性体材を介して
ロータのターゲットに非接触で対向させることを特徴と
する。
【0009】上記のように電磁石のヨークをキャンを貫
通させるか又は該キャンの該電磁石のヨークが対向する
部分に磁性体材を埋め込んでいるので、その分ヨークと
ロータターゲットとの間の磁気的間隔が減少し、磁気抵
抗が減少するから、電磁石の小型化が可能となる。
通させるか又は該キャンの該電磁石のヨークが対向する
部分に磁性体材を埋め込んでいるので、その分ヨークと
ロータターゲットとの間の磁気的間隔が減少し、磁気抵
抗が減少するから、電磁石の小型化が可能となる。
【0010】また、請求項2に記載の発明は、ロータと
ステータの間に非磁性体からなるキャンを配置し、ステ
ータ側に配置した電磁石の磁気力によりロータを浮上支
持すると共に、該ロータの変位をステータ側に配置し変
位センサで検出する磁気軸受装置において、少なくとも
変位センサのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャ
ンの該変位センサのヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込み該ヨークを直接的又は該磁性体材を介してロー
タのターゲットに非接触で対向させることを特徴とす
る。
ステータの間に非磁性体からなるキャンを配置し、ステ
ータ側に配置した電磁石の磁気力によりロータを浮上支
持すると共に、該ロータの変位をステータ側に配置し変
位センサで検出する磁気軸受装置において、少なくとも
変位センサのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャ
ンの該変位センサのヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込み該ヨークを直接的又は該磁性体材を介してロー
タのターゲットに非接触で対向させることを特徴とす
る。
【0011】上記のように変位センサのヨークをキャン
を貫通させるか又は該キャンの該変位センサのヨークが
対向する部分に磁性体材を埋め込んでいるので、その分
ヨークとロータターゲットとの間の磁気的間隔が減少
し、磁気抵抗が減少するから、変位センサの小型化が可
能となる。また、検出感度の改善が可能となる。
を貫通させるか又は該キャンの該変位センサのヨークが
対向する部分に磁性体材を埋め込んでいるので、その分
ヨークとロータターゲットとの間の磁気的間隔が減少
し、磁気抵抗が減少するから、変位センサの小型化が可
能となる。また、検出感度の改善が可能となる。
【0012】また、請求項3に記載の発明は、ロータと
ステータの間に非磁性体からなるキャンを配置し、ステ
ータ側に配置した電磁石の磁気力によりロータを浮上支
持すると共に、該ロータの回転をステータ側に配置し回
転センサで検出する磁気軸受装置において、少なくとも
回転センサのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャ
ンの該回転センサのヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込み該ヨークを直接的又は該磁性体材を介してロー
タのターゲットに非接触で対向させることを特徴とす
る。
ステータの間に非磁性体からなるキャンを配置し、ステ
ータ側に配置した電磁石の磁気力によりロータを浮上支
持すると共に、該ロータの回転をステータ側に配置し回
転センサで検出する磁気軸受装置において、少なくとも
回転センサのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャ
ンの該回転センサのヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込み該ヨークを直接的又は該磁性体材を介してロー
タのターゲットに非接触で対向させることを特徴とす
る。
【0013】上記のように回転センサのヨークをキャン
を貫通させるか又は該キャンの該回転センサのヨークが
対向する部分に磁性体材を埋め込んでいるので、その分
ヨークとロータターゲットとの間の磁気的間隔が減少
し、磁気抵抗が減少するから、回転センサの小型化が可
能となる。また、検出感度の改善が可能となる。
を貫通させるか又は該キャンの該回転センサのヨークが
対向する部分に磁性体材を埋め込んでいるので、その分
ヨークとロータターゲットとの間の磁気的間隔が減少
し、磁気抵抗が減少するから、回転センサの小型化が可
能となる。また、検出感度の改善が可能となる。
【0014】また、請求項4に記載の発明は、ロータと
ステータの間に非磁性体からなるキャンを配置し、ステ
ータに配置した電磁石の磁気力によりロータを浮上支持
すると共に、該ロータをステータ側に配置したモータス
テータの磁気力で回転させる磁気軸受装置において、少
なくともモータステータのヨークをキャンを貫通させる
か又は該キャンの該モータステータのヨークが対向する
部分に磁性体材を埋め込み該ヨークを直接的又は該磁性
体材を介してロータに非接触で対向させることを特徴と
する。
ステータの間に非磁性体からなるキャンを配置し、ステ
ータに配置した電磁石の磁気力によりロータを浮上支持
すると共に、該ロータをステータ側に配置したモータス
テータの磁気力で回転させる磁気軸受装置において、少
なくともモータステータのヨークをキャンを貫通させる
か又は該キャンの該モータステータのヨークが対向する
部分に磁性体材を埋め込み該ヨークを直接的又は該磁性
体材を介してロータに非接触で対向させることを特徴と
する。
【0015】上記のようにモータステータのヨークをキ
ャンを貫通させるか又は該キャンの該モータステータの
ヨークが対向する部分に磁性体材を埋め込んでいるの
で、その分ヨークとロータとの間の磁気的間隔が減少
し、磁気抵抗が減少するから、モータの小型化が可能と
なる。また、効率の改善が可能となる。
ャンを貫通させるか又は該キャンの該モータステータの
ヨークが対向する部分に磁性体材を埋め込んでいるの
で、その分ヨークとロータとの間の磁気的間隔が減少
し、磁気抵抗が減少するから、モータの小型化が可能と
なる。また、効率の改善が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図1は本発明に係る磁気軸受装
置のラジアル磁気軸受部の構成を示す図で、図1(a)
は側断面図、図1(b)は(a)のA−A矢視断面図、
図1(c)は(a)のB−B矢視面図である。10は磁
気軸受を構成する電磁石であり、該電磁石10はU字状
のヨーク11を有し該ヨーク11にコイル12が装着さ
れている。また、14はインダクタンス式のラジアル変
位センサであり、該ラジアル変位センサ14はU字状の
ヨーク15を有し該ヨーク15に検出コイル16が装着
されている。
面に基づいて説明する。図1は本発明に係る磁気軸受装
置のラジアル磁気軸受部の構成を示す図で、図1(a)
は側断面図、図1(b)は(a)のA−A矢視断面図、
図1(c)は(a)のB−B矢視面図である。10は磁
気軸受を構成する電磁石であり、該電磁石10はU字状
のヨーク11を有し該ヨーク11にコイル12が装着さ
れている。また、14はインダクタンス式のラジアル変
位センサであり、該ラジアル変位センサ14はU字状の
ヨーク15を有し該ヨーク15に検出コイル16が装着
されている。
【0017】上記電磁石10及びラジアル変位センサ1
4はステータ側(ステータフレームSTF)に固定さ
れ、ロータ19に対向している。電磁石10及びラジア
ル変位センサ14とロータ19の間にはキャン13が配
置され、該キャン13はステータ側に固定されている。
キャン13は非磁性体材からなり、該キャン13の電磁
石10のヨーク11先端が位置する部分及びラジアル変
位センサ14のヨーク15先端が位置する部分にはヨー
ク11及びヨーク15と同一又は同質の磁性体部材1
7、18が埋め込まれ、その埋め込み部には溶接等によ
り接合シール部22、23が形成され、仕上加工されて
いる。
4はステータ側(ステータフレームSTF)に固定さ
れ、ロータ19に対向している。電磁石10及びラジア
ル変位センサ14とロータ19の間にはキャン13が配
置され、該キャン13はステータ側に固定されている。
キャン13は非磁性体材からなり、該キャン13の電磁
石10のヨーク11先端が位置する部分及びラジアル変
位センサ14のヨーク15先端が位置する部分にはヨー
ク11及びヨーク15と同一又は同質の磁性体部材1
7、18が埋め込まれ、その埋め込み部には溶接等によ
り接合シール部22、23が形成され、仕上加工されて
いる。
【0018】ロータ19の電磁石10のヨーク11が磁
性体部材17を介して対向している部分には磁性体から
なる電磁石ターゲット20が固定されている。これによ
り電磁石10で発生した磁束Φは図1(b)に示すよう
に、ヨーク11→磁性体部材17→電磁石ターゲット2
0→磁性体部材17→ヨーク11に至る磁路を通り、ロ
ータ19に磁気浮上力を与える。このように、キャン1
3の電磁石10のヨーク11先端が位置する部分にヨー
ク11と同一又は同質の磁性体部材17を埋め込むこと
により、非磁性体からなるキャン13を設けても上記磁
路が磁気抵抗が増加することなく、電磁石10の磁気浮
上力も減少しないから、電磁石10の小型化が可能にな
る。
性体部材17を介して対向している部分には磁性体から
なる電磁石ターゲット20が固定されている。これによ
り電磁石10で発生した磁束Φは図1(b)に示すよう
に、ヨーク11→磁性体部材17→電磁石ターゲット2
0→磁性体部材17→ヨーク11に至る磁路を通り、ロ
ータ19に磁気浮上力を与える。このように、キャン1
3の電磁石10のヨーク11先端が位置する部分にヨー
ク11と同一又は同質の磁性体部材17を埋め込むこと
により、非磁性体からなるキャン13を設けても上記磁
路が磁気抵抗が増加することなく、電磁石10の磁気浮
上力も減少しないから、電磁石10の小型化が可能にな
る。
【0019】また、ロータ19のラジアル変位センサ1
4のヨーク15が磁性体部材18を介して対向している
部分には磁性体からなるセンサターゲット21が固定さ
れている。これにより、ヨーク15→磁性体部材18→
センサターゲット21→磁性体部材18→ヨーク15に
至る磁路が形成される。ロータ19の変位により、磁性
体部材18とセンサターゲット21の間の隙間に変化が
生じ、磁路の磁気抵抗が変化することにより、検出コイ
ル16、16のインダクタンスが変化する。
4のヨーク15が磁性体部材18を介して対向している
部分には磁性体からなるセンサターゲット21が固定さ
れている。これにより、ヨーク15→磁性体部材18→
センサターゲット21→磁性体部材18→ヨーク15に
至る磁路が形成される。ロータ19の変位により、磁性
体部材18とセンサターゲット21の間の隙間に変化が
生じ、磁路の磁気抵抗が変化することにより、検出コイ
ル16、16のインダクタンスが変化する。
【0020】ラジアル変位センサ14はこのインダクタ
ンス変化を利用して、ロータ19の変位を検出する。こ
のように、キャン13のラジアル変位センサ14のヨー
ク15が位置する部分に磁性体部材18を埋め込むこと
により、非磁性体からなるキャン13を設けても上記磁
路の磁気抵抗が増加することがなく、ラジアル変位セン
サ14の感度が低下することがない。従って、検出コイ
ル16、16を大きくする必要がなく、ラジアル変位セ
ンサ14の小型化が可能になる。
ンス変化を利用して、ロータ19の変位を検出する。こ
のように、キャン13のラジアル変位センサ14のヨー
ク15が位置する部分に磁性体部材18を埋め込むこと
により、非磁性体からなるキャン13を設けても上記磁
路の磁気抵抗が増加することがなく、ラジアル変位セン
サ14の感度が低下することがない。従って、検出コイ
ル16、16を大きくする必要がなく、ラジアル変位セ
ンサ14の小型化が可能になる。
【0021】キャン13に埋め込む磁性体部材17及び
18をヨーク11及び15と同一又は同質の磁性体とし
たが、例えば、キャン13と同様に腐食性ガス等の腐食
環境に曝される磁性体部材17及び18には、腐食環境
に曝されることのないヨーク11及び15と異なる腐食
環境に強い磁性体材料を用いるとよい。なお、図1
(b)において、ステータフレームSTF、キャン13
及びロータ19等の断面は実際は円弧をなしているが、
ここでは作図の便宜上直線で表している。
18をヨーク11及び15と同一又は同質の磁性体とし
たが、例えば、キャン13と同様に腐食性ガス等の腐食
環境に曝される磁性体部材17及び18には、腐食環境
に曝されることのないヨーク11及び15と異なる腐食
環境に強い磁性体材料を用いるとよい。なお、図1
(b)において、ステータフレームSTF、キャン13
及びロータ19等の断面は実際は円弧をなしているが、
ここでは作図の便宜上直線で表している。
【0022】図2は上記ラジアル磁気軸受の分解状態を
示す図で、ロータ19は円柱又は円筒状で電磁石10及
びラジアル変位センサ14の位置する部分にはそれぞれ
磁性体からなる電磁石ターゲット20、センサターゲッ
ト21が固着されている。非磁性体からなるキャン13
は円筒状で電磁石10及びラジアル変位センサ14の位
置する部分にはそれぞれ磁性体部材20及び21が埋め
込まれている。ステータ24は円筒状のステータフレー
ムSTFの内周壁に樹脂材等を充填して電磁石10及び
ラジアル変位センサ14を装着した構成で、その中央部
には上記キャン13を嵌挿する貫通孔が形成されてい
る。キャン13の外径と、貫通孔の内径は略等しく形成
し、キャン13を冷却した状態で貫通孔に挿入すること
により固定している。
示す図で、ロータ19は円柱又は円筒状で電磁石10及
びラジアル変位センサ14の位置する部分にはそれぞれ
磁性体からなる電磁石ターゲット20、センサターゲッ
ト21が固着されている。非磁性体からなるキャン13
は円筒状で電磁石10及びラジアル変位センサ14の位
置する部分にはそれぞれ磁性体部材20及び21が埋め
込まれている。ステータ24は円筒状のステータフレー
ムSTFの内周壁に樹脂材等を充填して電磁石10及び
ラジアル変位センサ14を装着した構成で、その中央部
には上記キャン13を嵌挿する貫通孔が形成されてい
る。キャン13の外径と、貫通孔の内径は略等しく形成
し、キャン13を冷却した状態で貫通孔に挿入すること
により固定している。
【0023】キャン13、該キャン13に埋め込まれた
磁性体部材17、18、ロータ19及び該ロータ19に
固着された電磁石ターゲット20、センサターゲット2
1に高耐食性の材料を用いることにより、高耐食性で組
立性の優れた磁気軸受を構成することができる。ここで
はターゲット20、センサターゲット21の材料として
はPB、PC、電磁ステンレス鋼、Fe−Si材を用い
る。キャン13にSUS316L、SUS304材を用
いている。そして電磁石10のヨーク11及びラジアル
変位センサ14のヨーク15には珪素鋼鈑の積層体を用
いている。
磁性体部材17、18、ロータ19及び該ロータ19に
固着された電磁石ターゲット20、センサターゲット2
1に高耐食性の材料を用いることにより、高耐食性で組
立性の優れた磁気軸受を構成することができる。ここで
はターゲット20、センサターゲット21の材料として
はPB、PC、電磁ステンレス鋼、Fe−Si材を用い
る。キャン13にSUS316L、SUS304材を用
いている。そして電磁石10のヨーク11及びラジアル
変位センサ14のヨーク15には珪素鋼鈑の積層体を用
いている。
【0024】また、上記例では、キャン13に磁性体部
材17、18を埋め込み、該磁性体部材17、18を介
して電磁石10のヨーク11、ラジアル変位センサ14
のヨーク15をロータ19の電磁石ターゲット20、セ
ンサターゲット21に非接触で対向させているが、電磁
石10のヨーク11、ラジアル変位センサ14のヨーク
15をそれぞれキャン13を貫通させて配置し、直接的
にロータ19の電磁石ターゲット20、センサターゲッ
ト21に非接触で対向させても、組立性は劣るが磁気的
には上記と同様の作用効果が得られる。
材17、18を埋め込み、該磁性体部材17、18を介
して電磁石10のヨーク11、ラジアル変位センサ14
のヨーク15をロータ19の電磁石ターゲット20、セ
ンサターゲット21に非接触で対向させているが、電磁
石10のヨーク11、ラジアル変位センサ14のヨーク
15をそれぞれキャン13を貫通させて配置し、直接的
にロータ19の電磁石ターゲット20、センサターゲッ
ト21に非接触で対向させても、組立性は劣るが磁気的
には上記と同様の作用効果が得られる。
【0025】図3は本発明に係る磁気軸受装置の回転セ
ンサ部の構成を示す図で、図3(a)は側断面図、図3
(b)は回転ターゲットの一部平面図である。回転セン
サ30はU字状のヨーク31を具備し、該ヨーク31に
検出コイル32、32が装着されている。34は非磁性
体からなるキャンで、該キャン34のヨーク31の先端
が対向する位置に、該ヨーク31と同一又は同質の磁性
体部材33、33が埋め込まれている。即ち、ヨーク3
1は磁性体部材33、33を介して回転ターゲット35
と対向している。回転ターゲット35は磁性体からな
り、円板状でロータ19に固着され、その外周部には所
定の間隔でスリット35aが放射方向に形成されてい
る。
ンサ部の構成を示す図で、図3(a)は側断面図、図3
(b)は回転ターゲットの一部平面図である。回転セン
サ30はU字状のヨーク31を具備し、該ヨーク31に
検出コイル32、32が装着されている。34は非磁性
体からなるキャンで、該キャン34のヨーク31の先端
が対向する位置に、該ヨーク31と同一又は同質の磁性
体部材33、33が埋め込まれている。即ち、ヨーク3
1は磁性体部材33、33を介して回転ターゲット35
と対向している。回転ターゲット35は磁性体からな
り、円板状でロータ19に固着され、その外周部には所
定の間隔でスリット35aが放射方向に形成されてい
る。
【0026】上記構成の回転センサ30において、ヨー
ク31が磁性体部材33、33を介して、回転ターゲッ
トのスリット35aでない部分に対向した状態ではヨー
ク31→磁性体部材33→回転ターゲット35→磁性体
部材33→ヨーク31に至る磁気抵抗の小さい磁路が形
成される。ヨーク31が磁性体部材33、33を介して
スリット35aに対向すると、スリット35aの部分の
磁気抵抗が大きいから上記磁路の磁気抵抗が大きく変化
し、検出コイル32、32のインダクタンスが変化す
る。このインダクタンスの変化を利用してスリット35
aの単位時間当りの通過個数を検出することにより、ロ
ータ19の回転速度を検出できる。
ク31が磁性体部材33、33を介して、回転ターゲッ
トのスリット35aでない部分に対向した状態ではヨー
ク31→磁性体部材33→回転ターゲット35→磁性体
部材33→ヨーク31に至る磁気抵抗の小さい磁路が形
成される。ヨーク31が磁性体部材33、33を介して
スリット35aに対向すると、スリット35aの部分の
磁気抵抗が大きいから上記磁路の磁気抵抗が大きく変化
し、検出コイル32、32のインダクタンスが変化す
る。このインダクタンスの変化を利用してスリット35
aの単位時間当りの通過個数を検出することにより、ロ
ータ19の回転速度を検出できる。
【0027】このように、回転センサ30のヨーク31
の先端が位置する部分にヨーク31と同一又は同質の磁
性体部材33、33を埋め込むことにより、非磁性体か
らなるキャン34を設けても上記磁路の磁気抵抗が増加
することなく、回転センサ30の小型化が可能になる。
また、キャン34に磁性体部材33、33を埋め込み、
該磁性体部材33、33を介して回転センサ30のヨー
ク31をロータ19の回転ターゲット35に非接触で対
向させているが、ヨーク31をそれぞれキャン34を貫
通させて配置し、直接的に回転ターゲット35に非接触
で対向させても、上記と同様の作用効果が得られる。
の先端が位置する部分にヨーク31と同一又は同質の磁
性体部材33、33を埋め込むことにより、非磁性体か
らなるキャン34を設けても上記磁路の磁気抵抗が増加
することなく、回転センサ30の小型化が可能になる。
また、キャン34に磁性体部材33、33を埋め込み、
該磁性体部材33、33を介して回転センサ30のヨー
ク31をロータ19の回転ターゲット35に非接触で対
向させているが、ヨーク31をそれぞれキャン34を貫
通させて配置し、直接的に回転ターゲット35に非接触
で対向させても、上記と同様の作用効果が得られる。
【0028】また、キャン34に埋め込む磁性体部材3
3、33をヨーク31と同一又は同質の磁性体とした
が、例えば、キャン34と同様、腐食性ガス等の腐食環
境に曝される磁性体部材33、33には、腐食環境に曝
されることのないヨーク31と異なり、腐食環境に強い
磁性体材料を用いるとよい。
3、33をヨーク31と同一又は同質の磁性体とした
が、例えば、キャン34と同様、腐食性ガス等の腐食環
境に曝される磁性体部材33、33には、腐食環境に曝
されることのないヨーク31と異なり、腐食環境に強い
磁性体材料を用いるとよい。
【0029】図4は本発明に係る磁気軸受装置のモータ
部の構成を示す断面図である。モータ部40は内方突出
した4個の磁極42を有するステータヨーク41を具備
し、磁極42はステータ巻線43が装着されている。該
ステータヨーク41の内周には非磁性体材からなる円筒
状のキャン13が嵌挿されている。該キャン13のステ
ータヨーク41の磁極42先端が位置する部分には該ス
テータヨーク41と同一又は同質の磁性体部材44が埋
め込まれ、該埋め込み部には溶接等により接合シール部
45が形成されている。また、46はロータ19に設け
られたモータロータ(モータターゲット)である。
部の構成を示す断面図である。モータ部40は内方突出
した4個の磁極42を有するステータヨーク41を具備
し、磁極42はステータ巻線43が装着されている。該
ステータヨーク41の内周には非磁性体材からなる円筒
状のキャン13が嵌挿されている。該キャン13のステ
ータヨーク41の磁極42先端が位置する部分には該ス
テータヨーク41と同一又は同質の磁性体部材44が埋
め込まれ、該埋め込み部には溶接等により接合シール部
45が形成されている。また、46はロータ19に設け
られたモータロータ(モータターゲット)である。
【0030】上記のようにステータヨーク41の磁極4
2をキャン13に埋め込んだ磁性体部材44を介してモ
ータロータ46に非接触で対向させているので、非磁性
体のキャン13を設けても、ヨークとロータとの間の磁
気的間隔が大きくなることはなく、磁気抵抗が増加する
ことがない。従って、モータステータの磁気回転力が減
少することなく、モータの小型化が可能となる。
2をキャン13に埋め込んだ磁性体部材44を介してモ
ータロータ46に非接触で対向させているので、非磁性
体のキャン13を設けても、ヨークとロータとの間の磁
気的間隔が大きくなることはなく、磁気抵抗が増加する
ことがない。従って、モータステータの磁気回転力が減
少することなく、モータの小型化が可能となる。
【0031】また、上記例ではキャン13に磁性体部材
44を埋め込み、該磁性体部材44を介してステータヨ
ーク41の磁極42をモータロータ46に非接触で対向
させているが、磁極42をそれぞれキャン13を貫通さ
せて配置し、直接的にモータロータ46に非接触で対向
させても、上記と同様の作用効果が得られる。
44を埋め込み、該磁性体部材44を介してステータヨ
ーク41の磁極42をモータロータ46に非接触で対向
させているが、磁極42をそれぞれキャン13を貫通さ
せて配置し、直接的にモータロータ46に非接触で対向
させても、上記と同様の作用効果が得られる。
【0032】図5は本発明に係る磁気軸受装置のアキシ
ャル磁気軸受部の構成を示す図で、図5(a)は側断面
図であり、図5(b)はその一部拡大図である。アキシ
ャル磁気軸受ABはロータ19に固着された円板状のタ
ーゲット51の両面(図では上下面)に所定の間隙を設
けてステータフレームSTFに固定されたリング状の電
磁石52、53が対向して配置されている。ここでは電
磁石52と53の間にスペーサ55を介在させて固定す
ることにより、ターゲット51の間に所定の間隙を設け
ている。
ャル磁気軸受部の構成を示す図で、図5(a)は側断面
図であり、図5(b)はその一部拡大図である。アキシ
ャル磁気軸受ABはロータ19に固着された円板状のタ
ーゲット51の両面(図では上下面)に所定の間隙を設
けてステータフレームSTFに固定されたリング状の電
磁石52、53が対向して配置されている。ここでは電
磁石52と53の間にスペーサ55を介在させて固定す
ることにより、ターゲット51の間に所定の間隙を設け
ている。
【0033】電磁石52は図6に示すように、平面リン
グ状で断面L字状の2個の磁性体材からなるヨーク部材
52−1と52−2の間にリング状のコイル52−3を
挟持した構成である。また、ヨーク部材52−1はリン
グ状の非磁性体部材52−4で同心円状に分割されてい
る。電磁石53も図示は省略するが電磁石52と同様に
平面リング状で断面L字状の2個のヨーク部材53−1
と53−2の間にリング状のコイル53−3を挟持した
構成であり、ヨーク部53−1は同心円状の内周部52
−1aと外周部52−1bからなり、該内周部52−1
aと外周部52−1bの間にリング状の非磁性体部材
(キャン)53−4を介在させて、内周部52−1aと
外周部52−1bを磁気的に分離させている。
グ状で断面L字状の2個の磁性体材からなるヨーク部材
52−1と52−2の間にリング状のコイル52−3を
挟持した構成である。また、ヨーク部材52−1はリン
グ状の非磁性体部材52−4で同心円状に分割されてい
る。電磁石53も図示は省略するが電磁石52と同様に
平面リング状で断面L字状の2個のヨーク部材53−1
と53−2の間にリング状のコイル53−3を挟持した
構成であり、ヨーク部53−1は同心円状の内周部52
−1aと外周部52−1bからなり、該内周部52−1
aと外周部52−1bの間にリング状の非磁性体部材
(キャン)53−4を介在させて、内周部52−1aと
外周部52−1bを磁気的に分離させている。
【0034】上記構成のアキシャル磁気軸受において、
電磁石52の磁束Φは図5(b)に示すように、ヨーク
部材52−1→ターゲット51→ヨーク部材52−2→
ヨーク部材52−1の磁路を通りターゲット51に制御
磁力を与える。また、電磁石53の磁束も同様な磁路を
通って制御磁力を与える。これによりターゲット51が
固定されているロータ19はアキシャル方向の所定位置
に浮上制御される。
電磁石52の磁束Φは図5(b)に示すように、ヨーク
部材52−1→ターゲット51→ヨーク部材52−2→
ヨーク部材52−1の磁路を通りターゲット51に制御
磁力を与える。また、電磁石53の磁束も同様な磁路を
通って制御磁力を与える。これによりターゲット51が
固定されているロータ19はアキシャル方向の所定位置
に浮上制御される。
【0035】アキシャル磁気軸受ABを上記のようにコ
イル52−3をヨーク部材52−1と52−2で挟み込
む構成とすることにより、分解オーバホールの際、コイ
ル52−3の取り外しが容易となる。また、ヨーク部材
52−1の内周部52−1aと外周部52−1bをヨー
ク部材52−1にビス止めにて固定し、該内周部52−
1aと外周部52−1bの間の間隙に、リング状の非磁
性体部材(キャン)53−4を挿入し溶接加工にて接合
シール部56を形成して接合する際に、コイル52−3
を別にしておけるので、コイル52−3の焼損を防止で
きる。
イル52−3をヨーク部材52−1と52−2で挟み込
む構成とすることにより、分解オーバホールの際、コイ
ル52−3の取り外しが容易となる。また、ヨーク部材
52−1の内周部52−1aと外周部52−1bをヨー
ク部材52−1にビス止めにて固定し、該内周部52−
1aと外周部52−1bの間の間隙に、リング状の非磁
性体部材(キャン)53−4を挿入し溶接加工にて接合
シール部56を形成して接合する際に、コイル52−3
を別にしておけるので、コイル52−3の焼損を防止で
きる。
【0036】図7は本発明に係る磁気軸受装置を採用し
た回転機械の構成例を示す図である。図7において、1
9はロータであり、該ロータ19の外周軸方向所定の位
置にはステータフレームSTFに固定されたラジアル磁
気軸受RB1、RB2、モータM、アキシャル磁気軸受
ABが配置され、ロータ19の端部には回転羽根RFが
固定されている。ラジアル磁気軸受RB1、RB2は、
図1に示すような構成で、電磁石10、ラジアル変位セ
ンサ14を具備し、それぞれステータフレームSTに固
定されている。また、ロータ19の外周の電磁石10の
ヨーク11及びラジアル変位センサ14のヨーク15が
対向する位置には、それぞれ電磁石ターゲット20、セ
ンサターゲット21が固着されている。
た回転機械の構成例を示す図である。図7において、1
9はロータであり、該ロータ19の外周軸方向所定の位
置にはステータフレームSTFに固定されたラジアル磁
気軸受RB1、RB2、モータM、アキシャル磁気軸受
ABが配置され、ロータ19の端部には回転羽根RFが
固定されている。ラジアル磁気軸受RB1、RB2は、
図1に示すような構成で、電磁石10、ラジアル変位セ
ンサ14を具備し、それぞれステータフレームSTに固
定されている。また、ロータ19の外周の電磁石10の
ヨーク11及びラジアル変位センサ14のヨーク15が
対向する位置には、それぞれ電磁石ターゲット20、セ
ンサターゲット21が固着されている。
【0037】モータMは図4に示すような構成であり、
ステータヨーク41はステータフレームSTFに固定さ
れている。ロータ19の外周のステータヨーク41の磁
極42が対向する位置には、モータロータ46が固着さ
れている。アキシャル磁気軸受ABは図5に示すような
構成で、ロータ19に固着されたターゲット51と該タ
ーゲット51を挟んでステータフレームSTFに固定さ
れた電磁石52、53が配置されている。キャン13は
モータM及びその両側に配置されたラジアル磁気軸受R
B1、RB2をカバーする範囲に円筒状でその両端をス
テータ側板61、62に固着している。
ステータヨーク41はステータフレームSTFに固定さ
れている。ロータ19の外周のステータヨーク41の磁
極42が対向する位置には、モータロータ46が固着さ
れている。アキシャル磁気軸受ABは図5に示すような
構成で、ロータ19に固着されたターゲット51と該タ
ーゲット51を挟んでステータフレームSTFに固定さ
れた電磁石52、53が配置されている。キャン13は
モータM及びその両側に配置されたラジアル磁気軸受R
B1、RB2をカバーする範囲に円筒状でその両端をス
テータ側板61、62に固着している。
【0038】また、キャン13の外周軸方向のラジアル
磁気軸受RB1、RB2の電磁石10のヨーク11、ラ
ジアル変位センサ14のヨーク15の対向する位置には
図1に示すように磁性体部材17、18が埋め込まれて
いる。また、モータMの磁極(ヨーク)42が対向する
位置には図4に示すように磁性体部材44が埋め込まれ
ている。なお、図7では図示を省略するが、図3に示す
構成の回転センサも設けている。
磁気軸受RB1、RB2の電磁石10のヨーク11、ラ
ジアル変位センサ14のヨーク15の対向する位置には
図1に示すように磁性体部材17、18が埋め込まれて
いる。また、モータMの磁極(ヨーク)42が対向する
位置には図4に示すように磁性体部材44が埋め込まれ
ている。なお、図7では図示を省略するが、図3に示す
構成の回転センサも設けている。
【0039】図7の65はロータ19の軸方向の変位を
検出するアキシャル変位センサであり、該アキシャル変
位センサ65は渦電流式のセンサでり、ロータ19に固
着されたターゲット66に対向して配置されている。該
アキシャル変位センサ65は不導電体材(例えばSiO
2)のケーシング67に収容されて配置されている。ま
た、63及び64はタッチダウンベアリングである。
検出するアキシャル変位センサであり、該アキシャル変
位センサ65は渦電流式のセンサでり、ロータ19に固
着されたターゲット66に対向して配置されている。該
アキシャル変位センサ65は不導電体材(例えばSiO
2)のケーシング67に収容されて配置されている。ま
た、63及び64はタッチダウンベアリングである。
【0040】回転機械を図7に示すような構造とするこ
とにより、ステータ部をキャン13で覆った、所謂キャ
ン構造としても、ラジアル磁気軸受RB1、RB2、モ
ータM等を小型化することができるから、回転機械全体
をコンパクトに構成できる。また、ラジアル磁気軸受R
B1、RB2及びモータMが組立性に優れた構成とな
る。アキシャル磁気軸受ABも組立分解が容易な構成と
なる。
とにより、ステータ部をキャン13で覆った、所謂キャ
ン構造としても、ラジアル磁気軸受RB1、RB2、モ
ータM等を小型化することができるから、回転機械全体
をコンパクトに構成できる。また、ラジアル磁気軸受R
B1、RB2及びモータMが組立性に優れた構成とな
る。アキシャル磁気軸受ABも組立分解が容易な構成と
なる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば下記のような優れた効果が得られる。
明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【0042】上記課題を解決するため請求項1に記載の
発明によれば、電磁石のヨークをキャンを貫通させるか
又は該キャンの該電磁石のヨークが対向する部分に磁性
体材を埋め込んでいるので、その分ヨークとロータター
ゲットとの間の磁気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少す
るから、電磁石の小型化が可能となる。
発明によれば、電磁石のヨークをキャンを貫通させるか
又は該キャンの該電磁石のヨークが対向する部分に磁性
体材を埋め込んでいるので、その分ヨークとロータター
ゲットとの間の磁気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少す
るから、電磁石の小型化が可能となる。
【0043】請求項2に記載の発明によれば、変位セン
サのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャンの該変
位センサのヨークが対向する部分に磁性体材を埋め込ん
でいるので、その分ヨークとロータターゲットとの間の
磁気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少するから、変位セ
ンサの小型化が可能となる。また、検出感度の改善が可
能となる。
サのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャンの該変
位センサのヨークが対向する部分に磁性体材を埋め込ん
でいるので、その分ヨークとロータターゲットとの間の
磁気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少するから、変位セ
ンサの小型化が可能となる。また、検出感度の改善が可
能となる。
【0044】請求項3に記載の発明によれば、回転セン
サのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャンの該回
転センサのヨークが対向する部分に磁性体材を埋め込ん
でいるので、その分ヨークとロータターゲットとの間の
磁気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少するから、回転セ
ンサの小型化が可能となる。また、検出感度の改善が可
能となる。
サのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャンの該回
転センサのヨークが対向する部分に磁性体材を埋め込ん
でいるので、その分ヨークとロータターゲットとの間の
磁気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少するから、回転セ
ンサの小型化が可能となる。また、検出感度の改善が可
能となる。
【0045】請求項4に記載の発明によれば、モータス
テータのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャンの
該モータステータのヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込んでいるので、その分ヨークとロータとの間の磁
気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少するから、モータの
小型化が可能となる。また、効率の改善が可能となる。
テータのヨークをキャンを貫通させるか又は該キャンの
該モータステータのヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込んでいるので、その分ヨークとロータとの間の磁
気的間隔が減少し、磁気抵抗が減少するから、モータの
小型化が可能となる。また、効率の改善が可能となる。
【図1】本発明に係る磁気軸受装置のラジアル磁気軸受
部の構成を示す図で、図1(a)は側断面図、図1
(b)は(a)のA−A矢視断面図、図1(c)は
(a)のB−B矢視面図である。
部の構成を示す図で、図1(a)は側断面図、図1
(b)は(a)のA−A矢視断面図、図1(c)は
(a)のB−B矢視面図である。
【図2】本発明に係る磁気軸受装置のラジアル磁気軸受
の分解状態を示す図である。
の分解状態を示す図である。
【図3】本発明に係る磁気軸受装置の回転センサ部の構
成を示す図で、図3(a)は側断面図、図3(b)は回
転ターゲットの一部平面図である。
成を示す図で、図3(a)は側断面図、図3(b)は回
転ターゲットの一部平面図である。
【図4】本発明に係る磁気軸受装置のモータ部の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図5】本発明に係る磁気軸受装置のアキシャル磁気軸
受部の構成を示す図で、図5(a)は側断面図であり、
図5(b)はその一部拡大図である。
受部の構成を示す図で、図5(a)は側断面図であり、
図5(b)はその一部拡大図である。
【図6】本発明に係る磁気軸受装置のアキシャル磁気軸
受部の電磁石の分解斜視図である。
受部の電磁石の分解斜視図である。
【図7】本発明に係る磁気軸受装置を採用した回転機械
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
10 電磁石 11 ヨーク 12 コイル 13 キャン 14 ラジアル変位センサ 15 ヨーク 16 検出コイル 17 磁性体部材 18 磁性体部材 19 ロータ 20 電磁石ターゲット 21 センサターゲット 22 接合シール部 23 接合シール部 24 ステータ 30 回転センサ 31 ヨーク 32 検出コイル 33 磁性体部材 34 キャン 35 回転ターゲット 36 接合シール部 40 モータ部 41 ステータヨーク 42 磁極 43 ステータ巻線 44 磁性体部材 45 接合シール部 46 モータロータ 51 ターゲット 52 電磁石 53 電磁石 54 Oリング 55 スペーサ 56 接合シール部 61 ステータ側板 62 ステータ側板 63 ダッチダウンベアリング 64 ダッチダウンベアリング 65 アキシャル変位センサ 66 ターゲット 67 ケーシング
Claims (4)
- 【請求項1】 ロータとステータの間に非磁性体からな
るキャンを配置し、ステータ側に配置した電磁石の磁気
力によりロータを浮上支持する磁気軸受装置において、 前記電磁石のヨークを前記キャンを貫通させるか又は該
キャンの該電磁石のヨークが対向する部分に磁性体材を
埋め込み、該ヨークを直接的又は該磁性体材を介して前
記ロータのターゲットに非接触で対向させることを特徴
とする磁気軸受装置。 - 【請求項2】 ロータとステータの間に非磁性体からな
るキャンを配置し、ステータ側に配置した電磁石の磁気
力によりロータを浮上支持すると共に、該ロータの変位
をステータ側に配置し変位センサで検出する磁気軸受装
置において、 少なくとも前記変位センサのヨークを前記キャンを貫通
させるか又は該キャンの該変位センサのヨークが対向す
る部分に磁性体材を埋め込み該ヨークを直接的又は該磁
性体材を介して前記ロータのターゲットに非接触で対向
させることを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項3】 ロータとステータの間に非磁性体からな
るキャンを配置し、ステータ側に配置した電磁石の磁気
力によりロータを浮上支持すると共に、該ロータの回転
をステータ側に配置し回転センサで検出する磁気軸受装
置において、 少なくとも前記回転センサのヨークを前記キャンを貫通
させるか又は該キャンの該回転センサのヨークが対向す
る部分に磁性体材を埋め込み該ヨークを直接的又は該磁
性体材を介して前記ロータのターゲットに非接触で対向
させることを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項4】 ロータとステータの間に非磁性体からな
るキャンを配置し、ステータに配置した電磁石の磁気力
によりロータを浮上支持すると共に、該ロータをステー
タ側に配置したモータステータの磁気力で回転させる磁
気軸受装置において、 少なくとも前記モータステータのヨークを前記キャンを
貫通させるか又は該キャンの該モータステータのヨーク
が対向する部分に磁性体材を埋め込み該ヨークを直接的
又は該磁性体材を介して前記ロータに非接触で対向させ
ることを特徴とする磁気軸受装置。
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