JP2002257136A - Magnetic bearing - Google Patents

Magnetic bearing

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JP2002257136A
JP2002257136A JP2001052319A JP2001052319A JP2002257136A JP 2002257136 A JP2002257136 A JP 2002257136A JP 2001052319 A JP2001052319 A JP 2001052319A JP 2001052319 A JP2001052319 A JP 2001052319A JP 2002257136 A JP2002257136 A JP 2002257136A
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magnetic
supporting
axis
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Yasuo Shoji
安男 庄司
Ryoichi Takahata
良一 高畑
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Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing by which a large control force necessary at the time of start and stop of a rotor is obtained and high speed responsiveness necessary at the time of high revolution is obtained and which is small in rotational loss and power consumption. SOLUTION: In the magnetic bearing, a rotor 2 is held in noncontact support with respect to a casing 1. The magnetic bearing is provided with a first supporting part 3 bearing the rotor 2 by the magnetic attraction force of a plurality of electromagnet 6 and a second supporting part 4 bearing the rotor 2 by Lorentz force generating in the coils 11, 12 in the magnetic field. The rotor 2 is supported by the first supporting part 3 at the time of start and stop of the rotor 2 and the rotor 2 is supported by the second supporting part 4 at the time of high speed rotation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、エネルギ貯蔵フ
ライホイール、超高速回転体などにおいて、回転体をア
キシアル方向およびラジアル方向に非接触支持する制御
型磁気軸受装置に用いられて、回転体をアキシアル方向
あるいはラジアル方向に非接触支持する制御型磁気軸受
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control type magnetic bearing device for supporting a rotating body in an axial direction and a radial direction without contact in an energy storage flywheel, an ultra-high speed rotating body, and the like. The present invention relates to a control type magnetic bearing which supports in a non-contact direction or in a radial direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転体を磁気浮上させて非接触支持する
制御型磁気軸受装置は、回転に伴う損失を格段に減少す
ることができるため、多くの用途に広く使用されるよう
になっている。
2. Description of the Related Art A control type magnetic bearing device in which a rotating body is magnetically levitated and supported in a non-contact manner can greatly reduce a loss caused by rotation, and is therefore widely used in many applications. .

【0003】通常、制御型磁気軸受装置は、ケーシング
などの固定部分に対して回転体をアキシアル方向に非接
触支持する1組の制御型アキシアル磁気軸受と、回転体
をラジアル方向に非接触支持する2組の制御型ラジアル
磁気軸受とを備えている。
In general, a control type magnetic bearing device includes a set of control type axial magnetic bearings that support a rotating body in a non-contact manner in a fixed portion such as a casing in an axial direction, and a non-contact support in a radial direction. And two sets of controlled radial magnetic bearings.

【0004】アキシアル磁気軸受は、回転体に一体状に
設けられたロータディスク部をアキシアル方向の両側か
ら挟むように配置されてロータディスク部をアキシアル
方向に磁気吸引する1対(2個)のアキシアル電磁石を
備えている。各ラジアル磁気軸受は、回転体周方向に等
間隔をおいて配置されて回転体のロータ部をラジアル方
向に磁気吸引する複数個(通常は2対(4個))のラジ
アル電磁石を備えている。各電磁石には、一定のバイア
ス電流と回転体の変位に応じて制御される制御電流とを
合わせた励磁電流を流すためのコイルが巻かれている。
An axial magnetic bearing is a pair (two) of axial magnetic bearings which are arranged so as to sandwich a rotor disk portion provided integrally with a rotating body from both sides in the axial direction and magnetically attract the rotor disk portion in the axial direction. It has an electromagnet. Each radial magnetic bearing is provided with a plurality (normally two pairs (four)) of radial electromagnets arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotating body and magnetically attracting the rotor portion of the rotating body in the radial direction. . Each of the electromagnets is wound with a coil for flowing an exciting current that is a combination of a constant bias current and a control current controlled according to the displacement of the rotating body.

【0005】一方、ラジアル磁気軸受として、回転体側
に設けられた永久磁石と、固定部分側に設けられたコイ
ルとの間に発生するローレンツ力により回転体を非接触
支持するのものが提案されている(特願2000−20
3179号参照)。
On the other hand, there has been proposed a radial magnetic bearing which supports the rotating body in a non-contact manner by Lorentz force generated between a permanent magnet provided on the rotating body side and a coil provided on the fixed portion side. Yes (Japanese Patent Application 2000-20
No. 3179).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】電磁石の磁気吸引力に
より回転体を支持する従来の磁気軸受の場合、大きな制
御力が得られるが、回転により渦電流損失(渦電流によ
る回転損失)が生じ、それにより高速応答性が低下する
という問題がある。とくに、ラジアル磁気軸受では、回
転体周方向の磁束密度の変化が大きいため、大きな渦電
流が発生する。ラジアル磁気軸受には、ラジアル電磁石
の構造によって、ヘテロポーラ型のものとホモポーラ型
のものとがあり、ホモポーラ型のラジアル磁気軸受は、
ヘテロポーラ型のラジアル磁気軸受に比べて、回転体周
方向の磁束密度の変化が小さく、渦電流も小さいが、そ
れでもある程度の渦電流が発生する。渦電流は、通常、
電磁石に対向する回転体のロータ部に積層鋼板を使用す
ることにより、かなり減少することができるが、それで
も渦電流をなくすことは不可能であり、近年、エネルギ
貯蔵フライホイールや超高速回転体などのように、回転
体のロータ部に積層鋼板を使用しても渦電流損失が実用
上問題となる用途が多くなってきた。一方、アキシアル
磁気軸受の場合は、ロータディスク部の回転に対する強
度を確保するため、積層鋼板を使用することができな
い。さらに、電磁石のコイルには常に励磁電流を流して
いるので、消費電力が大きいという問題もある。
In the case of a conventional magnetic bearing that supports a rotating body by the magnetic attraction of an electromagnet, a large control force can be obtained, but the rotation causes eddy current loss (rotation loss due to eddy current). As a result, there is a problem that high-speed response is reduced. In particular, in a radial magnetic bearing, a large change in magnetic flux density in the circumferential direction of the rotating body causes a large eddy current. Radial magnetic bearings include a heteropolar type and a homopolar type, depending on the structure of the radial electromagnet.
Compared with the heteropolar type radial magnetic bearing, the change in the magnetic flux density in the circumferential direction of the rotating body is small and the eddy current is small, but some eddy current is still generated. Eddy currents are usually
By using laminated steel sheets for the rotor of the rotating body facing the electromagnet, it can be considerably reduced, but it is still impossible to eliminate eddy current, and in recent years, such as energy storage flywheels and ultra-high speed rotating bodies As described above, even when laminated steel sheets are used for the rotor portion of the rotating body, applications in which eddy current loss becomes a practical problem have increased. On the other hand, in the case of the axial magnetic bearing, a laminated steel plate cannot be used in order to secure strength against rotation of the rotor disk portion. Further, since an exciting current is always supplied to the coil of the electromagnet, there is a problem that power consumption is large.

【0007】ローレンツ力により回転体を支持する磁気
軸受の場合、回転に伴う渦電流損失がなく、高い周波数
応答性が得られるが、制御力は小さいという問題があ
る。
In the case of a magnetic bearing that supports a rotating body with Lorentz force, there is no eddy current loss due to rotation and high frequency response is obtained, but there is a problem that the control force is small.

【0008】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
回転体の起動時や停止時などに必要な大きな制御力が得
られるとともに、高速回転時に必要な高速応答性が得ら
れ、かつ回転損失および消費電力の小さい磁気軸受を提
供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a magnetic bearing which can obtain a large control force required at the time of starting and stopping a rotating body, obtain a high-speed response required at a high speed rotation, and have a small rotation loss and low power consumption.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による磁気軸受は、固定部分に対して回転体をアキシ
アル方向あるいはラジアル方向に非接触支持する磁気軸
受であって、複数の電磁石の磁気吸引力により回転体を
支持する第1支持部と、磁場中のコイルに発生するロー
レンツ力により回転体を支持する第2支持部とを備え、
回転体の起動時および停止時には、第1支持部により回
転体が支持され、高速回転時には、第2支持部により回
転体が支持されることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A magnetic bearing according to the present invention is a magnetic bearing which supports a rotating body in a non-contact manner in an axial direction or a radial direction with respect to a fixed portion. A first support unit that supports the rotating body by a force, and a second support unit that supports the rotating body by a Lorentz force generated in a coil in a magnetic field,
At the time of starting and stopping of the rotating body, the rotating body is supported by the first support portion, and at the time of high-speed rotation, the rotating body is supported by the second support portion.

【0010】回転体の起動時および停止時には、電磁石
の磁気吸引力を用いた第1支持部により回転体が支持さ
れる。したがって、起動時および停止時に必要な大きな
制御力が得られる。
When the rotating body is started and stopped, the rotating body is supported by the first support using the magnetic attraction of the electromagnet. Therefore, a large control force required at the time of starting and stopping is obtained.

【0011】回転体の高速回転時には、ローレンツ力を
用いた第2支持部により回転体が支持される。したがっ
て、渦電流損失がなく、高い周波数応答性が得られる。
また、ローレンツ力を用いた磁気軸受は、回転体の変位
が生じたときにだけコイルに電流を流せばよいので、消
費電流が小さい。
When the rotating body rotates at high speed, the rotating body is supported by the second support using the Lorentz force. Therefore, there is no eddy current loss, and a high frequency response can be obtained.
Further, in the magnetic bearing using the Lorentz force, current needs to be supplied to the coil only when displacement of the rotating body occurs, so that current consumption is small.

【0012】回転体の起動時および停止時には、高周波
応答性は必要ないので、電磁石の磁気吸引力を用いた第
1支持部で回転体を支持しても、支障がない。回転体の
高速回転時には、回転体の位置が安定しているため、大
きな制御力は必要でなく、ローレンツ力を用いた第2支
持部で回転体を支持しても、支障がない。また、回転体
の起動時および停止時には、電磁石の磁気吸引力を用い
た第1支持部で回転体が支持されるため、渦電流損失が
生じ、消費電流が大きいが、回転体の運転時間全体に対
して、回転体の起動および停止の時間は非常に短いの
で、全体として、渦電流損失および消費電力がきわめて
小さい。
When starting and stopping the rotating body, high-frequency response is not required. Therefore, there is no problem even if the rotating body is supported by the first supporting portion using the magnetic attraction force of the electromagnet. When the rotating body rotates at a high speed, the position of the rotating body is stable, so that a large control force is not required, and there is no problem even if the rotating body is supported by the second support using the Lorentz force. In addition, when the rotating body is started and stopped, the rotating body is supported by the first supporting portion using the magnetic attraction of the electromagnet, so that eddy current loss occurs and current consumption is large. On the other hand, since the time for starting and stopping the rotating body is very short, eddy current loss and power consumption are extremely small as a whole.

【0013】この発明の磁気軸受によれば、上述のよう
に、回転体の起動時や停止時などに必要な大きな制御力
が得られるとともに、高速回転時に必要な高速応答性が
得ることができ、かつ渦電流損失および消費電力を小さ
くすることができる。
According to the magnetic bearing of the present invention, as described above, it is possible to obtain a large control force required at the time of starting or stopping the rotating body, and to obtain a high-speed response required at the time of high-speed rotation. In addition, eddy current loss and power consumption can be reduced.

【0014】この発明の磁気軸受は、たとえば、固定部
分に対して回転体をアキシアル方向に非接触支持する磁
気軸受であって、第1支持部が、回転体に一体状に設け
られたロータディスク部のアキシアル方向両側に位置す
るように固定部分に固定状に設けられてロータディスク
部を磁気吸引する1対の電磁石を備え、第2支持部が、
回転体の外周面の外側あるいは回転体の内周面の内側に
同心状かつ一体状に設けられた円筒部と、円筒部と回転
体の対向周面の間に同心状に位置するように固定部分に
固定状に設けられて電流が流される環状のコイルと、円
筒部と回転体の対向周面の少なくともいずれか一方に固
定されて内周面と外周面に磁極を有する環状の永久磁石
とを備えている。
A magnetic bearing according to the present invention is, for example, a magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner with respect to a fixed portion in an axial direction, wherein a first support portion is provided integrally with the rotating body. A pair of electromagnets fixedly provided on the fixed portion so as to be located on both axial sides of the portion and magnetically attracting the rotor disk portion, and the second support portion includes:
A cylindrical portion provided concentrically and integrally outside the outer peripheral surface of the rotating body or inside the inner peripheral surface of the rotating body, and fixed so as to be concentrically located between the cylindrical portion and the opposed peripheral surface of the rotating body. An annular coil fixedly provided in the portion and through which an electric current flows, and an annular permanent magnet fixed to at least one of the cylindrical portion and the opposing peripheral surface of the rotating body and having magnetic poles on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface; It has.

【0015】この場合、第2支持部において、円筒部、
回転体の少なくとも対向周面部分およびこれらを連結す
る部分は、磁性体よりなる。
In this case, in the second support portion, a cylindrical portion,
At least the opposing peripheral surface portions of the rotating body and the portion connecting them are made of a magnetic material.

【0016】第2支持部において、環状永久磁石は内周
面と外周面に磁極を有するものであるから、これによ
り、円筒部、回転体およびこれらの間の空間を通る環状
の磁路が形成され、コイルが配置された円筒部と回転体
の間の空間では、磁束はラジアル方向を向く。また、永
久磁石により発生する磁場は、回転体の回転方向に一様
である。ラジアル方向を向く磁場が形成された円筒部と
回転体の間の空間において、コイルに周方向の電流が流
されるため、コイルに、ラジアル方向および周方向と直
交するアキシアル方向にローレンツ力が発生するが、コ
イルは固定部分に固定されているため、その反作用とし
て、回転体にアキシアル方向の力が作用する。したがっ
て、適宜なアキシアル変位検出手段により検出された回
転体のアキシアル方向変位に応じて、コイルに流す電流
の向きおよび大きさを制御することにより、回転体のア
キシアル方向の位置を制御することができる。回転体の
アキシアル方向の変位が0のときは、コイルに電流を流
す必要がない。永久磁石により発生する磁場が回転体の
回転方向に一様であるから、回転体の回転方向に磁束密
度の変化が生じない。このため、回転体の回転によって
渦電流が発生することがなく、回転損失がきわめて小さ
い。また、コイルに常に電流を流す必要がないため、消
費電力が小さい。
In the second support portion, since the annular permanent magnet has magnetic poles on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, an annular magnetic path passing through the cylindrical portion, the rotating body and the space therebetween is formed. Then, in the space between the cylindrical portion where the coil is arranged and the rotating body, the magnetic flux is directed in the radial direction. The magnetic field generated by the permanent magnet is uniform in the direction of rotation of the rotating body. In the space between the cylindrical part where the magnetic field oriented in the radial direction is formed and the rotating body, a circumferential current flows through the coil, so that a Lorentz force is generated in the coil in the radial direction and in the axial direction orthogonal to the circumferential direction. However, since the coil is fixed to the fixed portion, an axial force acts on the rotating body as a reaction. Therefore, by controlling the direction and magnitude of the current flowing through the coil in accordance with the axial displacement of the rotating body detected by the appropriate axial displacement detecting means, the axial position of the rotating body can be controlled. . When the axial displacement of the rotating body is 0, it is not necessary to supply current to the coil. Since the magnetic field generated by the permanent magnet is uniform in the rotation direction of the rotating body, the magnetic flux density does not change in the rotating direction of the rotating body. Therefore, no eddy current is generated by the rotation of the rotating body, and the rotation loss is extremely small. Further, since it is not necessary to always supply a current to the coil, power consumption is small.

【0017】この発明の磁気軸受において、たとえば、
固定部分に対して回転体をラジアル方向に非接触支持す
る磁気軸受であって、第1支持部が、回転体の周囲に周
方向に等間隔をおいて位置するように固定部分に固定状
に設けられて回転体を磁気吸引する少なくとも3個の電
磁石を備え、第2支持部が、アキシアル方向に所定の間
隔をおいて同心状かつ一体状に設けられた2つのロータ
ディスク部と、周方向に等間隔をおいて位置するように
固定部分に固定状に設けられて2つのロータディスク部
の間に位置する部分に周方向の電流が流される少なくと
も3組のコイルと、2つのロータディスク部の対向面の
少なくともいずれか一方に固定されてアキシアル方向の
両端に磁極を有する環状永久磁石とを備えている。
In the magnetic bearing of the present invention, for example,
A magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner in a radial direction with respect to a fixed part, wherein the first supporting part is fixed to the fixed part such that the first supporting part is located at equal intervals in a circumferential direction around the rotating body. A second support portion provided with at least three electromagnets for magnetically attracting the rotating body, wherein the second support portion is provided with two rotor disk portions provided concentrically and integrally at predetermined intervals in the axial direction; At least three coils fixedly provided on a fixed portion so as to be positioned at equal intervals and having a circumferential current flowing through a portion located between the two rotor disk portions; And a ring-shaped permanent magnet fixed to at least one of the opposed surfaces and having magnetic poles at both ends in the axial direction.

【0018】この場合、第2支持部において、2つのロ
ータディスク部およびこれらを連結する回転体の少なく
とも周面部分は、磁性体よりなる。
In this case, in the second support portion, at least the peripheral surface portions of the two rotor disk portions and the rotating body connecting them are made of a magnetic material.

【0019】第2支持部において、環状永久磁石はアキ
シアル方向の両端に磁極を有するものであるから、これ
により、各ロータディスク部、回転体および2つのロー
タディスク部の間の空間を通る環状の磁路が形成され、
コイルが配置された2つのロータディスク部の間の空間
では、磁束はアキシアル方向を向く。また、永久磁石に
より発生する磁場は、回転体の回転方向に一様である。
アキシアル方向を向く磁場が形成された2つのロータデ
ィスク部の間の空間において、コイルの部分に周方向の
電流を流すことにより、このコイルの部分に、アキシア
ル方向および周方向と直交するラジアル方向にローレン
ツ力が発生するが、コイルは固定部分に固定されている
ため、その反作用として、回転体にラジアル方向の力が
作用する。したがって、適宜なラジアル変位検出手段に
より検出された回転体のラジアル方向変位に応じて、コ
イルに流す電流の向きおよび大きさを制御することによ
り、回転体のラジアル方向の位置を制御することができ
る。回転体のラジアル方向の変位が0のときは、コイル
に電流を流す必要がない。永久磁石により発生する磁場
が回転体の回転方向に一様であるから、回転体の回転方
向に磁束密度の変化が生じない。このため、回転体の回
転によって渦電流が発生することがなく、回転損失がき
わめて小さい。また、コイルに常に電流を流す必要がな
いため、消費電力が小さい。
In the second support portion, the annular permanent magnet has magnetic poles at both ends in the axial direction, so that the annular permanent magnet has an annular shape passing through the space between each rotor disk portion, the rotating body and the two rotor disk portions. A magnetic path is formed,
In the space between the two rotor disk portions where the coils are arranged, the magnetic flux is directed in the axial direction. The magnetic field generated by the permanent magnet is uniform in the direction of rotation of the rotating body.
In the space between the two rotor disk portions in which the magnetic field oriented in the axial direction is formed, a current in the circumferential direction is caused to flow through the coil portion, so that the coil portion is axially and radially orthogonal to the circumferential direction. Although a Lorentz force is generated, since the coil is fixed to the fixed part, a radial force acts on the rotating body as a reaction. Therefore, by controlling the direction and magnitude of the current flowing through the coil in accordance with the radial displacement of the rotating body detected by the appropriate radial displacement detecting means, the radial position of the rotating body can be controlled. . When the radial displacement of the rotating body is 0, it is not necessary to supply a current to the coil. Since the magnetic field generated by the permanent magnet is uniform in the rotation direction of the rotating body, the magnetic flux density does not change in the rotating direction of the rotating body. Therefore, no eddy current is generated by the rotation of the rotating body, and the rotation loss is extremely small. Further, since it is not necessary to always supply a current to the coil, power consumption is small.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1〜図3は、第1実施形態を示してい
る。
FIGS. 1 to 3 show a first embodiment.

【0022】図1は磁気軸受装置のラジアル磁気軸受の
部分の鉛直断面を示し、図2はその1水平断面を示して
いる。この磁気軸受装置は、鉛直に配置された固定部分
である円筒状ケーシング(1)内の中心に鉛直軸状の回転
体(2)が非接触支持されて回転する縦置き型のものであ
る。第1実施形態の説明において、図1の左右を左右と
し、図1の紙面表側を前、紙面裏側を後とする。そし
て、回転体(2)の軸線方向(アキシアル方向)の鉛直な
制御軸をZ軸、Z軸と直交する左右方向(ラジアル方
向)の制御軸をX軸、Z軸およびX軸と直交する前後方
向(ラジアル方向)の制御軸をY軸とする。また、上
側、右側および後側をZ軸、X軸およびY軸方向の正側
とする。
FIG. 1 shows a vertical section of a radial magnetic bearing portion of a magnetic bearing device, and FIG. 2 shows one horizontal section thereof. This magnetic bearing device is of a vertical type in which a vertically rotating body (2) is supported in a non-contact manner at the center of a cylindrical casing (1), which is a vertically disposed fixed part, in a non-contact manner and rotates. In the description of the first embodiment, the left and right of FIG. 1 are left and right, the front side of the sheet of FIG. The vertical control axis in the axial direction (axial direction) of the rotating body (2) is the Z axis, and the control axis in the left-right direction (radial direction) orthogonal to the Z axis is the X axis. The control axis in the direction (radial direction) is defined as the Y axis. The upper, right, and rear sides are defined as positive sides in the Z-axis, X-axis, and Y-axis directions.

【0023】ラジアル磁気軸受は、上側の第1支持部
(3)と、下側の第2支持部(4)とから構成されている。
The radial magnetic bearing includes an upper first support portion.
(3) and a lower second support portion (4).

【0024】第1支持部(3)は、電磁石の磁気吸引力を
用いて回転体(2)を支持するものであり、回転体(2)の外
周部に形成されたロータ部(5)の周囲のケーシング(1)の
内周面に固定された4個の電磁石(6)を備えている。こ
れらの電磁石(6)は、周方向に等間隔をおいて配置され
ている。また、各電磁石(6)には、励磁電流を流すため
のコイル(7)が巻回されている。第1支持部(3)は、前記
の従来のラジアル磁気軸受と同様の構成をとりうるの
で、詳細な説明は省略する。
The first support portion (3) supports the rotating body (2) by using the magnetic attraction of the electromagnet, and supports the rotor portion (5) formed on the outer periphery of the rotating body (2). It has four electromagnets (6) fixed to the inner peripheral surface of the surrounding casing (1). These electromagnets (6) are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, a coil (7) for flowing an exciting current is wound around each electromagnet (6). The first support portion (3) can have the same configuration as that of the above-described conventional radial magnetic bearing, and a detailed description thereof will be omitted.

【0025】第2支持部(4)は、ローレンツ力を用いて
回転体(2)を支持するものであり、次のように構成され
ている。
The second support part (4) supports the rotating body (2) using Lorentz force, and is configured as follows.

【0026】回転体(2)に、穴あき円板状のロータディ
スク部(8a)(8b)が円筒部(8c)の上下両端に一体に形成さ
れた磁性体製のヨーク(8)が同心状に固定されている。
上側のディスク部(8a)を第1ディスク部、下側のディス
ク部(8b)を第2ディスク部ということにする。ヨーク
(8)の円筒部(8c)は、回転体(2)の外周の一部を構成して
いる。
A yoke (8) made of a magnetic material, in which rotor disk portions (8a) and (8b) each having a perforated disk shape are integrally formed at upper and lower ends of a cylindrical portion (8c), is concentric with the rotating body (2). It is fixed in the shape.
The upper disk portion (8a) is referred to as a first disk portion, and the lower disk portion (8b) is referred to as a second disk portion. yoke
The cylindrical portion (8c) of (8) forms a part of the outer periphery of the rotating body (2).

【0027】2つのディスク部(8a)(8b)の対向面の少な
くともいずれか一方、この例では第1ディスク部(8a)の
下面に、環状永久磁石(9)が固定されている。永久磁石
(9)はZ軸方向の両端に磁極を有し、この例では、上端
面がN極、下端面がS極となっている。永久磁石(9)と
第2ディスク部(8b)の中間位置に対応するケーシング
(1)の内周面にコイルユニット(10)が固定状に設けられ
ている。コイルユニット(10)は、周方向に等間隔をおい
て配置された4組のコイル(11)(12)(13)(14)より構成さ
れている。図2に詳細に示すように、各コイル(11)〜(1
4)は、円周の1/4に相当する部分において、Z軸のま
わりに巻回されて、二重円弧状をなし、4つのコイル(1
1)〜(14)全体でケーシング(1)と同心の二重円状をな
す。そして、各コイル(11)〜(14)の円弧状の内側巻線部
分(11a)(12a)(13a)(14a)が、永久磁石(9)と第2ディス
ク部(8b)の間に、Z軸方向に適当な空隙をあけて位置し
ている。X軸方向に対向する2つのコイル(11)(12)およ
びY軸方向に対向する2つのコイル(13)(14)は、それぞ
れ、対をなす。X軸方向に対向する1対のコイル(11)(1
2)をX軸コイル、Y軸方向に対向する1対のコイル(13)
(14)をY軸コイルと呼ぶことにする。2つのX軸コイル
(11)(12)は直列に接続され、これらに電流を流したとき
に、図2に矢印で示すように、2つの内側巻線部分(11
a)(12a)にY軸方向の同方向に電流が流れるようになっ
ている。2つのY軸コイル(13)(14)も直列に接続され、
これらに電流を流したときに、図2に矢印で示すよう
に、2つの内側巻線部分(13a)(14a)にX軸方向の同方向
に電流が流れるようになっている。
An annular permanent magnet (9) is fixed to at least one of the opposing surfaces of the two disk portions (8a) and (8b), in this example, the lower surface of the first disk portion (8a). permanent magnet
(9) has magnetic poles at both ends in the Z-axis direction. In this example, the upper end face is an N pole and the lower end face is an S pole. Casing corresponding to the intermediate position between the permanent magnet (9) and the second disk portion (8b)
A coil unit (10) is fixedly provided on the inner peripheral surface of (1). The coil unit (10) includes four sets of coils (11), (12), (13), and (14) arranged at equal intervals in the circumferential direction. As shown in detail in FIG. 2, each of the coils (11) to (1)
4) is wound around the Z-axis at a portion corresponding to 1/4 of the circumference to form a double arc, and the four coils (1
The whole of 1) to (14) forms a double circle concentric with the casing (1). Then, the arc-shaped inner winding portions (11a) (12a) (13a) (14a) of the coils (11) to (14) are located between the permanent magnet (9) and the second disk portion (8b). They are located with an appropriate gap in the Z-axis direction. The two coils (11) and (12) facing in the X-axis direction and the two coils (13) and (14) facing in the Y-axis direction form a pair, respectively. A pair of coils (11) (1
2) is an X-axis coil and a pair of coils (13) opposed in the Y-axis direction.
(14) is called a Y-axis coil. Two X-axis coils
(11) and (12) are connected in series, and when a current flows through them, as shown by arrows in FIG.
a) A current flows in (12a) in the same direction as the Y-axis direction. Two Y-axis coils (13) and (14) are also connected in series,
When an electric current is applied to these, as shown by arrows in FIG. 2, the electric current flows through the two inner winding portions (13a) and (14a) in the same direction in the X-axis direction.

【0028】2つの支持部(3)(4)の近傍に、回転体(2)
のX軸方向の変位を検出するX軸変位検出装置、および
Y軸方向の変位を検出するY軸変位検出装置が設けられ
ている。これらの変位検出装置については、公知の適宜
な構成を採用できるので、図示および説明は省略する。
In the vicinity of the two support portions (3) and (4), a rotating body (2)
An X-axis displacement detecting device for detecting the displacement in the X-axis direction and a Y-axis displacement detecting device for detecting the displacement in the Y-axis direction are provided. Known and appropriate configurations can be adopted for these displacement detection devices, and thus illustration and description are omitted.

【0029】図示は省略したが、ラジアル磁気軸受に
は、回転体(2)のラジアル方向の変位に基づいて第1支
持部(3)および第2支持部(4)を制御する制御手段として
のコントローラが設けられている。
Although not shown, the radial magnetic bearing has a control means for controlling the first support portion (3) and the second support portion (4) based on the radial displacement of the rotating body (2). A controller is provided.

【0030】第1支持部(3)において、従来と同様に、
回転体(2)のX軸方向およびY軸方向の変位に応じて、
各電磁石(6)のコイル(7)に流す励磁電流を制御すること
により、回転体(2)がラジアル方向に非接触支持され、
そのラジアル方向の位置が制御される。
In the first support portion (3), as in the prior art,
According to the displacement of the rotating body (2) in the X-axis direction and the Y-axis direction,
By controlling the exciting current flowing through the coil (7) of each electromagnet (6), the rotating body (2) is supported in a non-contact manner in the radial direction,
The position in the radial direction is controlled.

【0031】第2支持部(4)において、図1に矢印で示
すように、永久磁石(9)により、ヨーク(8)の第1ディス
ク部(8a)、円筒部(8c)および第2ディスク部(8b)、なら
びに第2ディスク部(8b)と永久磁石(9)の間の空間を通
る環状の閉じた磁路が形成される。第1ディスク部(8a)
では、磁束はラジアル方向内側を向き、第2ディスク部
(8b)では、磁束はラジアル方向外側を向く。また、第2
ディスク部(8b)と永久磁石(9)の間では、磁束は上側を
向き、コイル(11)〜(14)の内側巻線部分(11a)〜(14a)と
直交する。そして、次のように、回転体(2)がラジアル
方向に非接触支持され、そのラジアル方向の位置が制御
される。
In the second support portion (4), as shown by arrows in FIG. 1, the first disk portion (8a), the cylindrical portion (8c) and the second disk portion of the yoke (8) are moved by the permanent magnet (9). An annular closed magnetic path is formed through the portion (8b) and the space between the second disk portion (8b) and the permanent magnet (9). 1st disk part (8a)
Then, the magnetic flux faces inward in the radial direction,
In (8b), the magnetic flux faces outward in the radial direction. Also, the second
Between the disk portion (8b) and the permanent magnet (9), the magnetic flux faces upward and is orthogonal to the inner winding portions (11a) to (14a) of the coils (11) to (14). The rotating body (2) is supported in a non-contact manner in the radial direction as described below, and the position in the radial direction is controlled.

【0032】X軸方向の位置の制御は、次に図3を参照
して詳細に説明するように、回転体(2)のX軸方向の変
位に応じてX軸コイル(11)(12)に流す電流の向きおよび
大きさを制御することにより行われる。
As will be described in detail with reference to FIG. 3, the control of the position in the X-axis direction is carried out in accordance with the displacement of the rotating body (2) in the X-axis direction. This is performed by controlling the direction and magnitude of the current flowing through the device.

【0033】図3(a)に示すように、X軸コイル(11)(1
2)の内側巻線部分(11a)(12a)にY軸負方向(前向き)の
電流を流すと、内側巻線部分(11a)(12a)にX軸負方向
(左向き)のローレンツ力Fcが発生するが、コイル(1
1)(12)はケーシング(1)に固定されているため、その反
作用として、回転体(2)にX軸正方向(右向き)の力Fr
が作用する。逆に、図3(b)に示すように、X軸コイル
(11)(12)の内側巻線部分(11a)(12a)にY軸正方向(後向
き)の電流を流すと、内側巻線部分(11a)(12a)にX軸正
方向のローレンツ力Fcが発生し、同様に、その反作用
として、回転体(2)にX軸負方向の力Frが作用する。ま
た、X軸コイル(11)(12)の内側巻線部分(11)(12a)に電
流が流れていないときは、内側巻線部分(11a)(12a)に対
するローレンツ力は発生せず、回転体(2)に対するX軸
方向の力も発生しない。コントローラは、回転体(2)に
X軸方向の変位が生じていないときは、内側巻線部分(1
1a)(12a)に電流を流さず、回転体(2)にX軸負方向の変
位が生じると、内側巻線部分(11a)(12a)に図3(a)の方
向に電流を流して、回転体(2)にX軸正方向の力Frを作
用させ、回転体(2)にX軸正方向の変位が生じると、内
側巻線部分(11)(12a)に図3(b)の方向に電流を流して、
回転体(2)にX軸負方向の力Frを作用させる。また、回
転体(2)の変位の大きさにより、内側巻線部分(11a)(12
a)に流す電流の大きさを制御して、回転体(2)に作用す
る力Frの大きさを制御する。これにより、回転体(2)の
X軸方向の位置が制御され、回転体(2)がX軸方向の目
標位置に非接触支持される。
As shown in FIG. 3A, the X-axis coils (11) (1)
When a current in the negative direction of the Y-axis (forward) is applied to the inner winding portions (11a) and (12a) of 2), the Lorentz force Fc in the negative direction of the X-axis (left) flows through the inner winding portions (11a) and (12a). Occurs, but the coil (1
Since 1) and (12) are fixed to the casing (1), as a reaction, a force Fr in the X-axis positive direction (rightward) is applied to the rotating body (2).
Works. Conversely, as shown in FIG.
(11) When a current in the Y-axis positive direction (rearward direction) is applied to the inner winding portions (11a) and (12a) of the (12), the Lorentz force Fc in the X-axis positive direction flows through the inner winding portions (11a) and (12a). Is generated, and similarly, a force Fr in the negative direction of the X-axis acts on the rotating body (2) as a reaction. When no current is flowing through the inner winding portions (11) and (12a) of the X-axis coils (11) and (12), no Lorentz force is generated on the inner winding portions (11a) and (12a), and the rotation is reduced. No X-axis force is generated on the body (2). When the rotating body (2) is not displaced in the X-axis direction, the controller controls the inner winding portion (1).
1a) When current does not flow through (12a) and displacement of the rotating body (2) in the negative direction of the X axis occurs, current flows through the inner winding portions (11a) and (12a) in the direction of FIG. 3 (a). When a force Fr in the positive X-axis direction is applied to the rotating body (2), and the rotating body (2) is displaced in the positive X-axis direction, the inner winding portions (11) and (12a) are moved to the positions shown in FIG. The current in the direction of
A force Fr in the negative direction of the X axis is applied to the rotating body (2). Also, depending on the magnitude of the displacement of the rotating body (2), the inner winding portions (11a) (12
By controlling the magnitude of the current flowing through a), the magnitude of the force Fr acting on the rotating body (2) is controlled. Thereby, the position of the rotating body (2) in the X-axis direction is controlled, and the rotating body (2) is supported in a non-contact manner at the target position in the X-axis direction.

【0034】Y軸方向の位置の制御についても、同じで
ある。
The same applies to the control of the position in the Y-axis direction.

【0035】コントローラは、回転体(2)の運転状況に
よって、2つの支持部(3)(4)を切り替えて使用する。す
なわち、回転体(2)の起動時および停止時の回転体(2)の
回転数が低速であるときは、第1支持部(3)のみを用い
て回転体(2)を支持し、高速回転時には、第2支持部(4)
のみを用いて回転体(2)を支持する。
The controller switches between the two support portions (3) and (4) depending on the operating condition of the rotating body (2). That is, when the rotating speed of the rotating body (2) at the time of starting and stopping the rotating body (2) is low, the rotating body (2) is supported using only the first support portion (3), and When rotating, the second support (4)
The rotating body (2) is supported by using only the rotating body (2).

【0036】第2支持部(4)において、永久磁石(9)によ
り発生する磁場が回転体(2)の回転方向に一様であるか
ら、回転体(2)の回転方向に磁束密度の変化が生じな
い。このため、回転体(2)の回転によって渦電流が発生
することがなく、回転損失がきわめて小さい。また、コ
イル(11)〜(14)に常に電流を流す必要がないため、消費
電力が小さい。
In the second support portion (4), the magnetic field generated by the permanent magnet (9) is uniform in the rotation direction of the rotating body (2), so that the magnetic flux density changes in the rotating direction of the rotating body (2). Does not occur. Therefore, no eddy current is generated by the rotation of the rotating body (2), and the rotation loss is extremely small. Further, since it is not necessary to always supply a current to the coils (11) to (14), power consumption is small.

【0037】回転体(2)の起動時および停止時には、電
磁石(6)の磁気吸引力を用いた第1支持部(3)により回転
体(2)が支持されるため、起動時および停止時に必要な
大きな制御力が得られる。
When the rotating body (2) is started and stopped, the rotating body (2) is supported by the first support portion (3) using the magnetic attraction of the electromagnet (6). The required large control force is obtained.

【0038】回転体(2)の高速回転時には、ローレンツ
力を用いた第2支持部(4)により回転体(2)が支持された
め、渦電流損失がなく、高い周波数応答性が得られ、ま
た、回転体(2)の変位が生じたときにだけコイル(10)〜
(14)に電流を流せばよいので、消費電流が小さい。
When the rotating body (2) rotates at a high speed, the rotating body (2) is supported by the second support portion (4) using Lorentz force, so that there is no eddy current loss and high frequency response is obtained. Also, only when the displacement of the rotating body (2) occurs, the coils (10) to
Since current only needs to flow through (14), current consumption is small.

【0039】回転体(2)の起動時および停止時には、高
周波応答性は必要ないので、電磁石(6)の磁気吸引力を
用いた第1支持部(3)で回転体(2)を支持しても、支障が
ない。回転体(2)の高速回転時には、回転体(2)の位置が
安定しているため、大きな制御力は必要でなく、ローレ
ンツ力を用いた第2支持部(4)で回転体(2)を支持して
も、支障がない。また、回転体(2)の起動時および停止
時には、電磁石の磁気吸引力を用いた第1支持部(3)で
回転体(2)が支持されるため、渦電流損失が生じ、消費
電流が大きいが、回転体(2)の運転時間全体に対して、
回転体(2)の起動および停止の時間は非常に短いので、
全体として、渦電流損失および消費電力がきわめて小さ
い。
When starting and stopping the rotating body (2), high-frequency response is not necessary. Therefore, the rotating body (2) is supported by the first support portion (3) using the magnetic attraction of the electromagnet (6). No problem. When the rotating body (2) rotates at high speed, the position of the rotating body (2) is stable, so that a large control force is not required, and the rotating body (2) is rotated by the second support portion (4) using Lorentz force. There is no problem even if you support. Further, when the rotating body (2) is started and stopped, the rotating body (2) is supported by the first support portion (3) using the magnetic attraction force of the electromagnet, so that eddy current loss occurs and current consumption is reduced. Large, but for the whole operation time of the rotating body (2),
Since the time for starting and stopping the rotating body (2) is very short,
Overall, eddy current loss and power consumption are extremely small.

【0040】上記の実施形態では、4組のコイル(11)〜
(14)が設けられているため、X軸方向の1対のコイル(1
1)(12)を直列に接続するとともに、Y軸方向の1対のコ
イル(13)(14)を直列に接続し、回転体(2)のX軸方向の
変位に応じてX軸方向のコイル(11)(12)に流す電流の方
向および大きさを制御するとともに、回転体(2)のY軸
方向の変位に応じてY軸方向のコイル(13)(14)に流す電
流の方向および大きさを制御することにより、回転体
(2)のラジアル方向の位置を制御することができ、制御
が容易である。
In the above embodiment, four sets of coils (11) to
(14), a pair of coils (1
1) While (12) is connected in series, a pair of coils (13) and (14) in the Y-axis direction are connected in series, and the X-axis direction is changed according to the displacement of the rotating body (2) in the X-axis direction. The direction and magnitude of the current flowing through the coils (11) and (12) are controlled, and the direction of the current flowing through the coils (13) and (14) in the Y-axis direction according to the displacement of the rotating body (2) in the Y-axis direction. Rotating body by controlling the size and
(2) The position in the radial direction can be controlled, and control is easy.

【0041】しかしながら、コイルは、3組以上であれ
ばよい。コイルが3組設けられる場合、回転体(2)のX
軸方向およびY軸方向の変位に応じて、3組のコイルに
流す電流の方向および大きさを個別に制御することにな
る。
However, the number of coils may be three or more. When three sets of coils are provided, X of the rotating body (2)
According to the displacements in the axial direction and the Y-axis direction, the direction and magnitude of the current flowing through the three sets of coils are individually controlled.

【0042】上記実施形態では、永久磁石(9)は、第1
ディスク部(8a)側だけに設けられているが、第2ディス
ク部(8b)側だけに設けられてもよいし、両方のディスク
部(8a)(8b)に設けられてもよい。両方のディスク部(8a)
(8b)に設けられる場合、両方の永久磁石について、アキ
シアル方向の同じ側の磁極の極性が同一になるようにす
る。
In the above embodiment, the permanent magnet (9) is
Although it is provided only on the disk portion (8a) side, it may be provided only on the second disk portion (8b) side, or may be provided on both disk portions (8a) and (8b). Both disc parts (8a)
When provided in (8b), the polarities of the magnetic poles on the same side in the axial direction are the same for both permanent magnets.

【0043】第1実施形態には、縦置き型の磁気軸受装
置におけるラジアル磁気軸受を示したが、この発明によ
るラジアル磁気軸受は、回転体が水平に配置される横置
き型の磁気軸受装置にも適用できる。
In the first embodiment, the radial magnetic bearing in the vertical magnetic bearing device is shown. However, the radial magnetic bearing according to the present invention is applied to a horizontal magnetic bearing device in which a rotating body is horizontally arranged. Can also be applied.

【0044】図4〜図6は、第2実施形態を示してい
る。
FIGS. 4 to 6 show a second embodiment.

【0045】図4は磁気軸受装置のアキシアル磁気軸受
の部分の鉛直縦断面を示し、図5はその1鉛直横断面を
示している。この磁気軸受装置は、水平に配置された固
定部分である円筒状ケーシング(20)内の中心に水平軸状
の回転体(21)が非接触支持されて回転する横置き型のも
のである。第2実施形態の説明において、図4の左側を
前、右側を後とし、図4の紙面表側を左、紙面裏側を右
とする。そして、回転体(21)の軸線方向(アキシアル方
向)の水平な制御軸をZ軸、Z軸と直交する左右方向
(ラジアル方向)の水平な制御軸をX軸、Z軸およびX
軸と直交する鉛直方向(ラジアル方向)の制御軸をY軸
とする。また、前側、右側および上側をZ軸、X軸およ
びY軸の正側とする。
FIG. 4 shows a vertical longitudinal section of the axial magnetic bearing portion of the magnetic bearing device, and FIG. 5 shows one vertical transverse section thereof. This magnetic bearing device is of a horizontal type in which a horizontal shaft-like rotating body (21) is supported in a non-contact manner at the center of a cylindrical casing (20) which is a fixed portion arranged horizontally, and rotates. In the description of the second embodiment, the left side of FIG. 4 is the front, the right side is the rear, the front side of FIG. 4 is left, and the back side of FIG. 4 is right. The horizontal control axis in the axial direction (axial direction) of the rotating body (21) is the Z axis, and the horizontal control axis in the horizontal direction (radial direction) orthogonal to the Z axis is the X axis, Z axis, and X axis.
The control axis in the vertical direction (radial direction) orthogonal to the axis is defined as the Y axis. The front side, right side, and upper side are defined as positive sides of the Z axis, X axis, and Y axis.

【0046】アキシアル磁気軸受は、前側の第1支持部
(22)と、後側の第2支持部(23)とから構成されている。
The axial magnetic bearing has a first support portion on the front side.
(22) and a rear second support portion (23).

【0047】第1支持部(22)は、電磁石の磁気吸引力を
用いて回転体(21)を支持するものであり、回転体(21)の
外周部に形成されたロータディスク部(24)の前後に位置
するようにケーシング(20)の内周面に固定された前後1
対の環状電磁石(25)(26)を備えている。各電磁石(25)(2
6)は、ケーシング(20)に固定された環状のヨーク(27)
と、励磁電流を流すためにヨーク(27)の内側に巻回され
た環状のコイル(28)とから構成されている。第1支持部
(22)は、前記の従来のアキシアル磁気軸受と同様の構成
をとりうるので、詳細な説明は省略する。
The first support portion (22) supports the rotating body (21) by using the magnetic attraction of an electromagnet, and includes a rotor disk portion (24) formed on the outer periphery of the rotating body (21). The front and rear 1 fixed to the inner peripheral surface of the casing (20) so as to be positioned before and after
A pair of annular electromagnets (25) and (26) are provided. Each electromagnet (25) (2
6) is an annular yoke (27) fixed to the casing (20)
And an annular coil (28) wound inside the yoke (27) to allow the excitation current to flow. 1st support
(22) can have a configuration similar to that of the conventional axial magnetic bearing described above, and thus a detailed description is omitted.

【0048】第2支持部(23)は、ローレンツ力を用いて
回転体(21)を支持するものであり、次のように構成され
ている。
The second support portion (23) supports the rotating body (21) using Lorentz force, and is configured as follows.

【0049】回転体(21)に、同心状の外側円筒部(29a)
と内側円筒部(29b)の前端部同士がフランジ部(29c)によ
り連結された形状の磁性体製のヨーク(29)が同心状に固
定されている。内側円筒部(29b)は、回転体(21)の外周
の一部を構成している。
A concentric outer cylindrical portion (29a) is attached to the rotating body (21).
A yoke (29) made of a magnetic material and having a shape in which the front ends of the inner cylindrical portion (29b) are connected to each other by a flange portion (29c) is concentrically fixed. The inner cylindrical portion (29b) forms a part of the outer periphery of the rotating body (21).

【0050】2つの円筒部(29a)(29b)の対向周面の少な
くともいずれか一方、この例では内側円筒部(29b)の外
周面に、環状永久磁石(30)が固定されている。永久磁石
(30)は内周面と外周面に磁極を有し、この例では、外周
面がN極、内周面がS極となっている。ケーシング(20)
の内周面に環状のコイルユニット(31)が固定状に設けら
れている。コイルユニット(31)は、ケーシング(20)の内
周面に固定されたフランジ(32)と、フランジ(32)の内周
縁部から前方に伸びる部分に固定状に設けられて外側円
筒部(29a)と永久磁石(30)の間に位置する環状のコイル
(33)とから構成されている。コイル(33)には、周方向
に、すなわち、後側から見て時計方向あるいは反時計方
向に電流が流される。
An annular permanent magnet (30) is fixed to at least one of the opposing peripheral surfaces of the two cylindrical portions (29a) (29b), in this example, the outer peripheral surface of the inner cylindrical portion (29b). permanent magnet
(30) has magnetic poles on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. In this example, the outer peripheral surface is an N pole and the inner peripheral surface is an S pole. Casing (20)
An annular coil unit (31) is fixedly provided on the inner peripheral surface of the coil unit. The coil unit (31) has a flange (32) fixed to the inner peripheral surface of the casing (20), and is fixedly provided at a portion extending forward from the inner peripheral edge of the flange (32) to form an outer cylindrical portion (29a ) And an annular coil located between the permanent magnet (30)
(33). A current flows through the coil (33) in the circumferential direction, that is, clockwise or counterclockwise as viewed from the rear side.

【0051】2つの支持部(3)(4)の近傍に、回転体(2)
のZ軸方向の変位を検出するZ軸X軸変位検出装置が設
けられている。Z軸変位検出装置については、公知の適
宜な構成を採用できるので、図示および説明は省略す
る。
In the vicinity of the two support portions (3) and (4), the rotating body (2)
Is provided with a Z-axis X-axis displacement detecting device for detecting the displacement in the Z-axis direction. As the Z-axis displacement detecting device, a known and appropriate configuration can be adopted, illustration and description are omitted.

【0052】図示は省略したが、アキシアル磁気軸受に
は、回転体(21)のアキシアル方向の変位に基づいて第1
支持部(22)および第2支持部(23)を制御する制御手段と
してのコントローラが設けられている。
Although not shown in the drawings, the axial magnetic bearing has a first rotation based on the axial displacement of the rotating body (21).
A controller is provided as control means for controlling the support part (22) and the second support part (23).

【0053】第1支持部(22)において、従来と同様に、
回転体(21)のZ軸方向の変位に応じて、各電磁石(25)(2
6)のコイル(28)に流す励磁電流を制御することにより、
回転体(21)がアキシアル方向に非接触支持され、そのア
キシアル方向の位置が制御される。
In the first support portion (22), as in the prior art,
According to the displacement of the rotating body (21) in the Z-axis direction, each electromagnet (25) (2
By controlling the exciting current flowing through the coil (28) of 6),
The rotating body (21) is supported in a non-contact manner in the axial direction, and its position in the axial direction is controlled.

【0054】第2支持部(23)において、図4に矢印で示
すように、永久磁石(30)により、ヨーク(19)の外側円筒
部(29a)、フランジ部(29c)および内側円筒部(29b)、な
らびに永久磁石(30)と外側円筒部(29b)の間の空間を通
る環状の閉じた磁路が形成され、永久磁石(30)と外側円
筒部(29a)の間の空間では、磁束はラジアル方向外側を
向き、コイル(33)と直交する。そして、次のように、回
転体(21)がアキシアル方向に非接触支持され、そのアキ
シアル方向の位置が制御される。
In the second support portion (23), as shown by arrows in FIG. 4, the outer cylindrical portion (29a), the flange portion (29c) and the inner cylindrical portion (29c) of the yoke (19) are moved by the permanent magnet (30). 29b), as well as an annular closed magnetic path through the space between the permanent magnet (30) and the outer cylinder (29b) is formed, and in the space between the permanent magnet (30) and the outer cylinder (29a), The magnetic flux faces outward in the radial direction and is orthogonal to the coil (33). As described below, the rotating body (21) is supported in a non-contact manner in the axial direction, and the position in the axial direction is controlled.

【0055】Z軸方向の位置の制御は、次に図6を参照
して詳細に説明するように、回転体(21)のZ軸方向の変
位に応じてコイル(33)に流す電流の向きおよび大きさを
制御することにより行われる。
The control of the position in the Z-axis direction is performed by controlling the direction of the current flowing through the coil (33) in accordance with the displacement of the rotating body (21) in the Z-axis direction, as will be described in detail with reference to FIG. And by controlling the size.

【0056】図6(a)に示すように、コイル(33)に後側
から見て時計方向の電流を流すと、コイル(33)にZ軸負
方向(後向き)のローレンツ力Fcが発生するが、コイ
ル(33)はケーシング(20)に固定されているため、その反
作用として、回転体(21)にZ軸正方向(前向き)の力F
rが作用する。逆に、図6(b)に示すように、コイル(33)
に後側から見て反時計方向の電流を流すと、コイル(33)
にZ軸正方向のローレンツ力Fcが発生し、同様に、そ
の反作用として、回転体(2)にZ軸負方向の力Frが作用
する。また、コイル(33)に電流が流れていないときは、
コイル(33)に対するローレンツ力は発生せず、回転体(2
1)に対するZ軸方向の力も発生しない。コントローラ
は、回転体(21)にZ軸方向の変位が生じていないとき
は、コイル(33)に電流を流さず、回転体(2)にZ軸負方
向の変位が生じると、コイル(33)に図6(a)の方向に電
流を流して、回転体(21)にZ軸正方向の力Frを作用さ
せ、回転体(21)にZ軸正方向の変位が生じると、コイル
(33)に図6(b)の方向に電流を流して、回転体(21)にZ
軸負方向の力Frを作用させる。また、回転体(21)の変
位の大きさにより、コイル(33)に流す電流の大きさを制
御して、回転体(21)に作用する力Frの大きさを制御す
る。これにより、回転体(21)のZ軸方向の位置が制御さ
れ、回転体(21)がZ軸方向の目標位置に非接触支持され
る。
As shown in FIG. 6A, when a clockwise current is applied to the coil 33 when viewed from the rear side, a Lorentz force Fc in the negative Z-axis direction (rearward direction) is generated in the coil 33. However, since the coil (33) is fixed to the casing (20), as a reaction, a force F in the positive Z-axis direction (forward) is applied to the rotating body (21).
r works. Conversely, as shown in FIG.
When a counterclockwise current is passed through the coil (33)
, A Lorentz force Fc in the positive direction of the Z-axis is generated. Similarly, as a reaction, a force Fr in the negative direction of the Z-axis acts on the rotating body (2). When no current is flowing through the coil (33),
No Lorentz force is generated on the coil (33), and the rotating body (2
No force is generated in the Z-axis direction for 1). When no displacement in the Z-axis direction occurs in the rotating body (21), the controller does not supply current to the coil (33), and when a displacement in the negative Z-axis direction occurs in the rotating body (2), the coil (33) 6), a current is applied in the direction of FIG. 6 (a) to apply a force Fr in the positive direction of the Z-axis to the rotating body (21).
An electric current is applied to (33) in the direction of FIG.
A force Fr in the negative axial direction is applied. Further, the magnitude of the current flowing through the coil (33) is controlled by the magnitude of the displacement of the rotating body (21) to control the magnitude of the force Fr acting on the rotating body (21). Thereby, the position of the rotating body (21) in the Z-axis direction is controlled, and the rotating body (21) is supported in a non-contact manner at the target position in the Z-axis direction.

【0057】第2実施形態の場合も、コントローラは、
回転体(21)の運転状況によって、2つの支持部(22)(23)
を切り替えて使用する。すなわち、回転体(21)の起動時
および停止時の回転体(21)の回転数が低速であるとき
は、第1支持部(22)のみを用いて回転体(21)を支持し、
高速回転時には、第2支持部(23)のみを用いて回転体(2
1)を支持する。
Also in the case of the second embodiment, the controller
Two support parts (22) (23) depending on the operating condition of the rotating body (21)
Switch to use. That is, when the rotating speed of the rotating body (21) at the time of starting and stopping the rotating body (21) is low, the rotating body (21) is supported using only the first support portion (22),
During high-speed rotation, the rotating body (2
Support 1).

【0058】第2支持部(23)において、永久磁石(30)に
より発生する磁場が回転体(21)の回転方向に一様である
から、回転体(21)の回転方向に磁束密度の変化が生じな
い。このため、回転体(21)の回転によって渦電流が発生
することがなく、回転損失がきわめて小さい。また、コ
イル(33)に常に電流を流す必要がないため、消費電力が
小さい。
In the second support portion (23), the magnetic field generated by the permanent magnet (30) is uniform in the rotation direction of the rotating body (21), so that the magnetic flux density changes in the rotating direction of the rotating body (21). Does not occur. Therefore, no eddy current is generated by the rotation of the rotating body (21), and the rotation loss is extremely small. Further, since there is no need to constantly supply a current to the coil (33), power consumption is small.

【0059】回転体(21)の起動時および停止時には、電
磁石(25)(26)の磁気吸引力を用いた第1支持部(22)によ
り回転体(21)が支持されるため、起動時および停止時に
必要な大きな制御力が得られる。
When the rotating body (21) is started and stopped, the rotating body (21) is supported by the first support portion (22) using the magnetic attraction force of the electromagnets (25) and (26). And a large control force required at the time of stop is obtained.

【0060】回転体(21)の高速回転時には、ローレンツ
力を用いた第2支持部(23)により回転体(21)が支持され
ため、渦電流損失がなく、高い周波数応答性が得られ、
また、回転体(21)の変位が生じたときにだけコイル(33)
に電流を流せばよいので、消費電流が小さい。
When the rotating body (21) rotates at a high speed, the rotating body (21) is supported by the second support portion (23) using Lorentz force, so that there is no eddy current loss and high frequency response is obtained.
In addition, only when displacement of the rotating body (21) occurs, the coil (33)
The current consumption is small because the current only needs to be passed through.

【0061】回転体(21)の起動時および停止時には、高
周波応答性は必要ないので、電磁石(25)(26)の磁気吸引
力を用いた第1支持部(22)で回転体(21)を支持しても、
支障がない。回転体(21)の高速回転時には、回転体(21)
の位置が安定しているため、大きな制御力は必要でな
く、ローレンツ力を用いた第2支持部(23)で回転体(21)
を支持しても、支障がない。また、回転体(21)の起動時
および停止時には、電磁石(25)(26)の磁気吸引力を用い
た第1支持部(22)で回転体(21)が支持されるため、渦電
流損失が生じ、消費電流が大きいが、回転体(21)の運転
時間全体に対して、回転体(21)の起動および停止の時間
は非常に短いので、全体として、渦電流損失および消費
電力がきわめて小さい。
When starting and stopping the rotating body (21), high-frequency response is not required. Therefore, the first supporting part (22) using the magnetic attraction of the electromagnets (25) and (26) is used to rotate the rotating body (21). Even if you support
There is no problem. When the rotating body (21) rotates at high speed, the rotating body (21)
No large control force is required because the position of the rotary body (21) is stable by using the Lorentz force.
There is no problem even if you support. In addition, when the rotating body (21) is started and stopped, the rotating body (21) is supported by the first support portion (22) using the magnetic attraction force of the electromagnets (25) and (26). And the current consumption is large, but the starting and stopping time of the rotating body (21) is very short with respect to the entire operating time of the rotating body (21), so that eddy current loss and power consumption are extremely low as a whole. small.

【0062】図7は、第3実施形態を示している。FIG. 7 shows a third embodiment.

【0063】図7は、磁気軸受装置のアキシアル磁気軸
受の部分の鉛直縦断面を示している。この磁気軸受装置
は、第2実施形態と同様、水平に配置された固定部分で
ある円筒状ケーシング(20)内の中心に水平軸状の回転体
(21)が非接触支持されて回転する横置き型のものであ
る。第3実施形態の説明においても、第2実施形態の場
合と同様に、前後左右および制御軸を定義する。
FIG. 7 shows a vertical longitudinal section of an axial magnetic bearing portion of the magnetic bearing device. As in the second embodiment, this magnetic bearing device is provided with a horizontal shaft-shaped rotating body at the center in a cylindrical casing (20) which is a horizontally arranged fixed portion.
(21) is a horizontal type that rotates while being supported in a non-contact manner. Also in the description of the third embodiment, the front, rear, left, right, and control axes are defined as in the case of the second embodiment.

【0064】アキシアル磁気軸受は、第2実施形態の第
2支持部(23)と同様の支持部(23)だけを備えており、常
に、この支持部(23)だけで、回転体(2)がアキシアル方
向に非接触支持される。
The axial magnetic bearing is provided with only the same support portion (23) as the second support portion (23) of the second embodiment, and the rotary body (2) is always provided only by this support portion (23). Are supported in a non-contact manner in the axial direction.

【0065】他は第2実施形態の場合と同様であり、同
じ部分には同一の符号を付している。
The other parts are the same as those in the second embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals.

【0066】支持部(23)において、永久磁石(30)により
発生する磁場が回転体(21)の回転方向に一様であるか
ら、回転体(21)の回転方向に磁束密度の変化が生じな
い。このため、回転体(21)の回転によって渦電流が発生
することがなく、回転損失がきわめて小さい。また、コ
イル(33)に常に電流を流す必要がないため、消費電力が
小さい。
In the support portion (23), the magnetic field generated by the permanent magnet (30) is uniform in the rotation direction of the rotating body (21), so that the magnetic flux density changes in the rotating direction of the rotating body (21). Absent. Therefore, no eddy current is generated by the rotation of the rotating body (21), and the rotation loss is extremely small. Further, since there is no need to constantly supply a current to the coil (33), power consumption is small.

【0067】第3実施形態のような横置き型の磁気軸受
の場合、アキシアル方向には重力が作用しないため、ア
キシアル磁気軸受によるアキシアル方向の制御力は比較
的小さくてもよい。とくに、ラジアル方向の支持に電磁
石の磁気吸引力により回転体をラジアル方向に支持する
従来のラジアル磁気軸受を用いた場合、このラジアル磁
気軸受によって回転体がアキシアル方向にもある程度支
持されるため、アキシアル磁気軸受によるアキシアル方
向の制御力をあまり大きくする必要がない。したがっ
て、第3実施形態のように、ローレンツ力を用いた支持
部(23)により常に回転体(21)を支持するようにしても、
回転体(21)の起動時や停止時に必要なアキシアル方向の
制御力を得ることができ、しかも、高速回転時には、ロ
ーレンツ力を用いた支持部(23)により回転体(21)が支持
されため、渦電流損失がなく、高い周波数応答性が得ら
れ、また、回転体(21)の変位が生じたときにだけコイル
(33)に電流を流せばよいので、消費電流が小さい。
In the case of the horizontal type magnetic bearing as in the third embodiment, since gravity does not act in the axial direction, the control force in the axial direction by the axial magnetic bearing may be relatively small. In particular, when a conventional radial magnetic bearing that supports the rotating body in the radial direction by the magnetic attraction of an electromagnet is used for radial support, the rotating body is also supported to some extent in the axial direction by the radial magnetic bearing. It is not necessary to increase the control force in the axial direction by the magnetic bearing. Therefore, even if the rotating body (21) is always supported by the support portion (23) using Lorentz force as in the third embodiment,
The necessary control force in the axial direction can be obtained when the rotating body (21) is started or stopped, and at the time of high-speed rotation, the rotating body (21) is supported by the support portion (23) using Lorentz force. No eddy current loss, high frequency responsiveness, and coil only when displacement of rotating body (21) occurs
Since current only needs to be supplied to (33), current consumption is small.

【0068】第2および第3実施形態には、横置き型の
磁気軸受装置におけるアキシアル磁気軸受を示したが、
この発明によるアキシアル磁気軸受は、縦置き型の磁気
軸受装置にも適用できる。
In the second and third embodiments, the axial magnetic bearing in the horizontal type magnetic bearing device has been described.
The axial magnetic bearing according to the present invention can also be applied to a vertical type magnetic bearing device.

【0069】上記3つの実施形態には、固定部分である
ケーシングの内側に同心状に配置された軸状の回転体が
回転する型式の磁気軸受装置を示したが、この発明は、
固定部分である軸の外側に同心状に配置された円筒状の
回転体が回転する型式の磁気軸受装置にも適用できる。
In the above three embodiments, a magnetic bearing device of a type in which a shaft-like rotating body arranged concentrically inside a casing as a fixed portion rotates is shown.
The present invention can also be applied to a magnetic bearing device of a type in which a cylindrical rotating body concentrically arranged outside a shaft as a fixed portion rotates.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、この発明の第1実施形態を示す磁気軸
受装置のラジアル磁気軸受の部分の鉛直断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a radial magnetic bearing portion of a magnetic bearing device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は、図1のII−II線に沿う水平断面図であ
る。
FIG. 2 is a horizontal sectional view taken along the line II-II in FIG.

【図3】図3は、第2支持部の作用を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an operation of a second support unit.

【図4】図4は、この発明の第2実施形態を示す磁気軸
受装置のアキシアル磁気軸受の部分の鉛直縦断面図であ
る。
FIG. 4 is a vertical longitudinal sectional view of an axial magnetic bearing portion of a magnetic bearing device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図5は、図4のV−V線に沿う鉛直横断面図で
ある。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view taken along line VV of FIG. 4;

【図6】図6は、第2支持部の作用を示す説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an operation of a second support unit.

【図7】図7は、この発明の第3実施形態を示す磁気軸
受装置のアキシアル磁気軸受の部分の鉛直縦断面図であ
る。
FIG. 7 is a vertical longitudinal sectional view of an axial magnetic bearing portion of a magnetic bearing device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) ケーシング (2) 回転体 (3) 第1支持部 (4) 第2支持部 (6) 電磁石 (8a) ロータディスク部 (9) 永久磁石 (11)(12)(13)(14) コイル (20) ケーシング (21) 回転体 (22) 第1支持部 (23) 第2支持部 (24) ロータディスク部 (25)(26) 電磁石 (29a) 外側円筒部 (30) 永久磁石 (33) コイル (1) Casing (2) Rotating body (3) First support (4) Second support (6) Electromagnet (8a) Rotor disk (9) Permanent magnet (11) (12) (13) (14) Coil (20) Casing (21) Rotating body (22) First support (23) Second support (24) Rotor disk (25) (26) Electromagnet (29a) Outer cylinder (30) Permanent magnet (33 ) Coil

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固定部分に対して回転体をアキシアル方向
あるいはラジアル方向に非接触支持する磁気軸受であっ
て、 複数の電磁石の磁気吸引力により回転体を支持する第1
支持部と、磁場中のコイルに発生するローレンツ力によ
り回転体を支持する第2支持部とを備え、回転体の起動
時および停止時には、第1支持部により回転体が支持さ
れ、高速回転時には、第2支持部により回転体が支持さ
れることを特徴とする磁気軸受。
A magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner in an axial direction or a radial direction with respect to a fixed portion, wherein the first bearing supports the rotating body by magnetic attraction of a plurality of electromagnets.
A supporting portion, and a second supporting portion for supporting the rotating body by Lorentz force generated in a coil in a magnetic field. When the rotating body is started and stopped, the rotating body is supported by the first supporting portion. A rotating body supported by the second support portion.
【請求項2】固定部分に対して回転体をアキシアル方向
に非接触支持する磁気軸受であって、 第1支持部が、回転体に一体状に設けられたロータディ
スク部のアキシアル方向両側に位置するように固定部分
に固定状に設けられてロータディスク部を磁気吸引する
1対の電磁石を備え、第2支持部が、回転体の外周面の
外側あるいは回転体の内周面の内側に同心状かつ一体状
に設けられた円筒部と、円筒部と回転体の対向周面の間
に同心状に位置するように固定部分に固定状に設けられ
て電流が流される環状のコイルと、円筒部と回転体の対
向周面の少なくともいずれか一方に固定されて内周面と
外周面に磁極を有する環状の永久磁石とを備えているこ
とを特徴とする請求項1の磁気軸受。
2. A magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner with respect to a fixed portion in an axial direction, wherein first supporting portions are located on both axial sides of a rotor disk portion provided integrally with the rotating body. A pair of electromagnets fixedly provided on the fixed portion to magnetically attract the rotor disk portion, wherein the second support portion is concentric with the outside of the outer peripheral surface of the rotating body or the inside of the inner peripheral surface of the rotating body. A cylindrical portion provided integrally and integrally, an annular coil fixedly provided on a fixed portion so as to be concentrically located between the cylindrical portion and the opposing peripheral surface of the rotating body and through which an electric current flows, and a cylinder. 2. The magnetic bearing according to claim 1, further comprising an annular permanent magnet fixed to at least one of the portion and the opposing peripheral surface of the rotating body and having an inner peripheral surface and an outer peripheral surface having magnetic poles.
【請求項3】固定部分に対して回転体をラジアル方向に
非接触支持する磁気軸受であって、 第1支持部が、回転体の周囲に周方向に等間隔をおいて
位置するように固定部分に固定状に設けられて回転体を
磁気吸引する少なくとも3個の電磁石を備え、第2支持
部が、アキシアル方向に所定の間隔をおいて同心状かつ
一体状に設けられた2つのロータディスク部と、周方向
に等間隔をおいて位置するように固定部分に固定状に設
けられて2つのロータディスク部の間に位置する部分に
周方向の電流が流される少なくとも3組のコイルと、2
つのロータディスク部の対向面の少なくともいずれか一
方に固定されてアキシアル方向の両端に磁極を有する環
状永久磁石とを備えていることを特徴とする請求項1の
磁気軸受。
3. A magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner in a radial direction with respect to a fixed portion, wherein the first supporting portion is fixed so as to be positioned at equal intervals in a circumferential direction around the rotating body. At least three electromagnets fixedly provided on the portion and magnetically attracting the rotating body, and two rotor disks provided with a second support concentrically and integrally at a predetermined interval in the axial direction. And at least three sets of coils, which are fixedly provided on the fixed portion so as to be positioned at equal intervals in the circumferential direction and in which a current in the circumferential direction flows through a portion located between the two rotor disk portions, 2
2. The magnetic bearing according to claim 1, further comprising an annular permanent magnet fixed to at least one of the opposing surfaces of the two rotor disk portions and having magnetic poles at both ends in the axial direction.
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