JP2003097555A - Voice coil type thrust magnetic bearing - Google Patents

Voice coil type thrust magnetic bearing

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JP2003097555A
JP2003097555A JP2001295413A JP2001295413A JP2003097555A JP 2003097555 A JP2003097555 A JP 2003097555A JP 2001295413 A JP2001295413 A JP 2001295413A JP 2001295413 A JP2001295413 A JP 2001295413A JP 2003097555 A JP2003097555 A JP 2003097555A
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JP
Japan
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voice coil
bearing
magnetic
magnetic material
rotating shaft
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Application number
JP2001295413A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Uchida
真司 内田
Toshio Matsuki
敏雄 松木
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voice coil type thrust magnetic bearing having a smaller coil inductance and improved controllability for quick and highly accurate position control by adopting voice coils not using a magnetic material such as an iron core. SOLUTION: The thrust bearing comprises permanent magnets 1a, 1b fixed to a rotating shaft 3, at least a portion of the rotating shaft 3 being formed as a yoke portion of a magnetic material, and the voice coils 5a, 5b not requiring the magnetic material such as the iron core, fixed to the inner periphery face of a ring yoke 6 of a magnetic material concentrically spaced from the rotating shaft 3 as predetermined, the voice coils 5a, 5b being located in a magnetic field formed in a space by the permanent magnets 1a, 1b, wherein a current is carried in the voice coils 5a, 5b to generate Lorentz force for giving force to the thrusting direction. The highly accurate position control in the thrusting direction is enabled by the control of the current in the voice coils.

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】本発明は、高精度加工機や真
空用ターボ分子ポンプ装置等において高速回転する回転
軸を支持するスラスト磁気軸受に関し、特に、高速回転
する回転軸を高精度に位置制御することが可能なボイス
コイル型スラスト磁気軸受に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thrust magnetic bearing for supporting a rotating shaft rotating at high speed in a high-precision processing machine, a turbo molecular pump device for vacuum, etc. The present invention relates to a voice coil type thrust magnetic bearing that can be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】高精度加工機に使用されているスピンド
ル軸受や真空用ターボ分子ポンプ装置に使用されている
軸受は、高精度ボールベアリングや高精度静圧軸受ある
いは高精度磁気軸受等を用いて軸を支持している。近
年、高精度加工機においては、加工精度の高精度化およ
び高速化が要求され、また、真空用ターボ分子ポンプに
おいては、排気効率を上げるために軸の回転数の高速化
が強く要求されている。特に、高精度加工機において、
スピンドルの回転数を10000rpmから30000
rpm以上もの高速回転で高精度を維持させようとする
と、精度上の問題が発生してくる。とりわけ軸のスラス
ト方向に数ナノメートルレベルの自励振動が発生するこ
とがわかってきている。従来このレベルでスラスト方向
の自励振動があっても特に問題とはしていなかったが、
近年要求されている高精度加工機ではこのようなスラス
ト方向の自励振動は加工面の面粗さ等に影響を及ぼすた
めに、軸のスラスト方向の自励振動を除去することが要
求されるようになってきた。また、真空用ターボ分子ポ
ンプでも排気効率や排気速度を上げるため回転の高速化
と高耐久性を実現するために、軸の自励振動を除去し安
定的にタービンを回転させることが重要である。
2. Description of the Related Art Spindle bearings used in high precision processing machines and bearings used in turbo molecular pump devices for vacuum use high precision ball bearings, high precision static pressure bearings or high precision magnetic bearings. It supports the shaft. In recent years, high precision processing machines are required to have higher precision and higher processing precision, and in turbo molecular pumps for vacuum, higher rotation speeds of shafts are strongly required to increase exhaust efficiency. There is. Especially in high precision processing machines,
Spindle speed from 10,000 rpm to 30,000
If you try to maintain high accuracy by rotating at a speed as high as rpm or more, problems will occur in accuracy. In particular, it has been known that self-excited vibration of several nanometer level occurs in the thrust direction of the shaft. Conventionally, it was not a problem even if there was self-excited vibration in the thrust direction at this level,
In high-precision machine tools that have been required in recent years, such self-excited vibration in the thrust direction affects the surface roughness of the machined surface, etc., so it is required to eliminate the self-excited vibration in the thrust direction of the shaft. It's starting to happen. In addition, in the turbo molecular pump for vacuum, it is important to remove the self-excited vibration of the shaft and stably rotate the turbine in order to achieve high-speed rotation and high durability in order to increase the exhaust efficiency and speed. .

【0003】自励振動を除去する手段として、従来、ス
ラスト磁気軸受が用いられており、軸受部の電磁石から
回転軸へ磁束が流れる磁気回路を形成し、軸受部と回転
体の間に磁気吸引力を発生させて、それを制御力とし、
その力によって回転軸のスラスト方向の保持と位置制御
をしている。
Conventionally, a thrust magnetic bearing has been used as a means for eliminating self-excited vibration. A magnetic circuit in which a magnetic flux flows from an electromagnet of the bearing portion to a rotary shaft is formed, and magnetic attraction is provided between the bearing portion and the rotating body. Generate force and use it as control force,
The force is used to hold the rotary shaft in the thrust direction and control its position.

【0004】この種の従来の電磁石型のスラスト磁気軸
受は、図4に示すように構成されている。同図におい
て、101は、回転軸102の周りに鍔状に形成されて
回転軸102に固定された磁性材からなる面板であり、
この鍔状の面板101を両側から所定の距離をもって挟
み込むように、一対のヨーク103a、103bと各ヨ
ーク103a、103bにそれぞれ固定されたコイル1
04a、104bが別部材に固定されて配置されてお
り、これらがリング状の電磁石を構成する。すなわち、
リング状の電磁石は、磁性体からなる鍔状の面板101
にある距離を保って挟み込みように配設されており、こ
れらの電磁石の各々に電流を流すことにより、図4に矢
印で示す磁気回路を形成し、電磁石型スラスト軸受を構
成する。このとき、対をなす電磁石に流す電流を各々で
制御することにより、面板101を図4において右側の
方に吸引したり、左側の方に吸引したりすることによっ
て、回転軸102のスラスト方向の位置制御を可能にし
ている。
A conventional electromagnet type thrust magnetic bearing of this type is constructed as shown in FIG. In the figure, 101 is a face plate made of a magnetic material, which is formed in a brim shape around the rotary shaft 102 and is fixed to the rotary shaft 102,
The pair of yokes 103a and 103b and the coil 1 fixed to the respective yokes 103a and 103b so as to sandwich the flange-shaped face plate 101 with a predetermined distance from both sides.
04a and 104b are fixed to another member and arranged, and these constitute a ring-shaped electromagnet. That is,
The ring-shaped electromagnet is a brim-shaped face plate 101 made of a magnetic material.
Are arranged so as to be sandwiched at a certain distance, and a current is passed through each of these electromagnets to form a magnetic circuit shown by an arrow in FIG. 4 to form an electromagnet type thrust bearing. At this time, the face plate 101 is attracted to the right side or the left side in FIG. Position control is possible.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の電磁石型スラスト軸受では、コイル内部に鉄心
のような磁性材料を組み合わせて電磁石を構成している
ため、コイル内部を流れる磁束の量が多いので、コイル
のインダクタンスが大きくなり、スラスト方向を位置制
御するコイル電源の負荷が大きくなり、また、電磁石が
回転軸のスラスト方向を制御するために与える力は、コ
イル内を通電する電流値の2乗に比例するという特性か
ら、スラスト磁気軸受の制御系システムが複雑になり、
高速回転で高精度な制御が難しくなるという問題があっ
た。
However, in the above-mentioned conventional electromagnet type thrust bearing, the amount of magnetic flux flowing inside the coil is large because the magnetic material such as the iron core is combined inside the coil to form the electromagnet. Therefore, the inductance of the coil becomes large, the load of the coil power source for position control of the thrust direction becomes large, and the force applied by the electromagnet to control the thrust direction of the rotating shaft is 2 times the value of the current flowing in the coil. The characteristic of being proportional to the power makes the control system system of the thrust magnetic bearing complicated,
There is a problem that high-speed rotation makes it difficult to control with high precision.

【0006】そこで、本発明は、前記従来技術のスラス
ト磁気軸受の問題点に鑑みてなされたものであって、鉄
心のような磁性材料を使用しないボイスコイルを採用す
ることでコイルのインダクタンスを小さくして制御性を
上げ、高応答性、高制御性に優れ、高精度な位置制御を
可能とするボイスコイル型スラスト磁気軸受を提供する
ことを目的とするものである。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the thrust magnetic bearing of the prior art, and reduces the inductance of the coil by using a voice coil which does not use a magnetic material such as an iron core. It is an object of the present invention to provide a voice coil type thrust magnetic bearing which has improved controllability, is highly responsive and highly controllable, and enables highly accurate position control.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のボイスコイル型スラスト磁気軸受は、磁性
体材料からなるヨークと永久磁石を回転軸に固定すると
ともにヨークと永久磁石が空間に形成する磁場内にボイ
スコイルを配設し、前記回転軸にスラスト方向の力を与
える構成としたことを特徴とする。
To achieve the above object, in a voice coil type thrust magnetic bearing of the present invention, a yoke made of a magnetic material and a permanent magnet are fixed to a rotating shaft, and the yoke and the permanent magnet are provided in a space. It is characterized in that a voice coil is arranged in the magnetic field to be formed and a force in the thrust direction is applied to the rotating shaft.

【0008】本発明のボイスコイル型スラスト磁気軸受
においては、前記回転軸が磁性体材料である場合には該
回転軸を永久磁石のヨークとして用いることができる。
In the voice coil type thrust magnetic bearing of the present invention, when the rotating shaft is made of a magnetic material, the rotating shaft can be used as a yoke of a permanent magnet.

【0009】本発明のボイスコイル型スラスト磁気軸受
においては、前記回転軸の自重は他の軸受によって支持
されていることが好ましく、他の軸受として、ボール軸
受、静圧軸受あるいは磁気軸受を用いることができる。
In the voice coil type thrust magnetic bearing of the present invention, it is preferable that the own weight of the rotary shaft is supported by another bearing, and a ball bearing, a static pressure bearing or a magnetic bearing is used as the other bearing. You can

【0010】[0010]

【作用】本発明によれば、磁性材からなるヨークと永久
磁石を回転軸に固定するとともにヨークと永久磁石が空
間に形成する磁場内に鉄心のような磁性材料を使用しな
いボイスコイルを配設し、ローレンツ力を発生させてそ
の力を回転軸のスラスト方向に与えて回転軸の支持およ
び位置制御を行うボイスコイル型スラスト磁気軸受を構
成する。ボイスコイルは、コイルのインダクタンスが小
さく、回転軸を制御するために与える力はコイル内を通
電する電流値に正比例する特性を有することから制御特
性が良く、高速回転で高精度、高応答性、高制御性を有
するスラスト磁気軸受が実現できる。
According to the present invention, a yoke made of a magnetic material and a permanent magnet are fixed to a rotary shaft, and a voice coil which does not use a magnetic material such as an iron core is provided in a magnetic field formed by the yoke and the permanent magnet in a space. Then, a voice coil type thrust magnetic bearing is constructed which generates a Lorentz force and gives the force in the thrust direction of the rotary shaft to support and control the position of the rotary shaft. The voice coil has a small coil inductance, and the force applied to control the rotating shaft has characteristics that are directly proportional to the value of the current that flows in the coil, so the control characteristics are good, and high-speed rotation provides high accuracy and high responsiveness. A thrust magnetic bearing having high controllability can be realized.

【0011】さらに、本発明のボイスコイル型スラスト
磁気軸受を高精度加工機や真空用ターボ分子ポンプ等に
用いることにより、スピンドルスラスト方向の制御特性
が上がり、軸の自励振動を高精度で除去することが可能
となる。したがって、高精度加工機では高速回転におい
ても高精度に位置制御することが可能となり、軸のスラ
スト方向の自励振動を除去することができ、加工面の面
粗さを滑らかにすることが可能となり、また、真空用タ
ーボ分子ポンプにおいては、軸の自励振動を除去し安定
的に回転させることが可能となり、軸受の動作が滑らか
になり、回転の高速化と高耐久性を実現でき、ポンプの
長寿命と回転数をより高速に駆動できるので排気効率ア
ップが可能となる等の多大なメリットがある。
Further, by using the voice coil type thrust magnetic bearing of the present invention in a high precision processing machine, a turbo molecular pump for vacuum, etc., the control characteristic in the spindle thrust direction is improved and the self-excited vibration of the shaft is removed with high precision. It becomes possible to do. Therefore, with a high-precision machine, it is possible to control the position with high accuracy even at high-speed rotation, it is possible to eliminate self-excited vibration in the thrust direction of the shaft, and it is possible to smooth the surface roughness of the machined surface. In addition, in the turbo molecular pump for vacuum, it is possible to remove the self-excited vibration of the shaft and rotate it stably, the operation of the bearing becomes smooth, and high speed rotation and high durability can be realized. Since the pump has a long life and can be driven at a higher rotational speed, there are great advantages such as increased exhaust efficiency.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】本発明に係るボイスコイル型スラスト磁気
軸受の一実施形態について図1を用いて説明する。
An embodiment of a voice coil type thrust magnetic bearing according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0014】図1において、1a、1bはリング状の永
久磁石であって、回転軸3に固定されており、回転軸3
は、永久磁石1a、1bのヨークを構成するように磁性
体材料で形成する。また、リング状に形成された磁性体
材料からなるヨーク6が、図示しない部材に固定されて
保持され、回転軸3の外周面に沿って所定の間隔をもっ
てかつ回転軸3に対し同心円状に配設されており、この
リング状のヨーク6の内周面に、鉄心のような磁性材料
を使用しないボイスコイル5a、5bが固定され、ボイ
スコイル5a、5bは、回転軸3に固定された永久磁石
1a、1bに所定の間隔をもって対向し、回転軸3に対
して同心円状に配設されている。なお、回転軸3は、永
久磁石1a、1bのヨークを構成するために磁性体材料
で形成することが必要であるが、回転軸3全てを磁性体
材料で形成する必要はなく、少なくともヨークを構成す
る部分だけが磁性体材料であれば良く、ヨーク部を構成
する部分以外は非磁性体材料でもよく、適宜組み合わせ
て形成することができる。また、ヨーク6は、リング状
の一体構造でなくてもよく、例えば、4個あるいは8個
に分割した構造とすることも可能であり、各分割部片の
各々にボイスコイルを固定するようにし、このときボイ
スコイルは回転軸3に対して同心円状に配設されておれ
ば良い。また、回転軸3の自重は、図示しない他の軸
受、例えば、ボール軸受、静圧軸受あるいは磁気軸受等
によって支持することが望ましい。
In FIG. 1, 1a and 1b are ring-shaped permanent magnets, which are fixed to the rotary shaft 3 and
Is made of a magnetic material so as to form the yokes of the permanent magnets 1a and 1b. A ring-shaped yoke 6 made of a magnetic material is fixedly held by a member (not shown), and is arranged along the outer peripheral surface of the rotating shaft 3 at a predetermined interval and concentrically with respect to the rotating shaft 3. The voice coils 5a and 5b, which do not use a magnetic material such as an iron core, are fixed to the inner peripheral surface of the ring-shaped yoke 6, and the voice coils 5a and 5b are fixed to the rotary shaft 3. The magnets 1a and 1b are opposed to each other at a predetermined interval and are concentrically arranged with respect to the rotating shaft 3. The rotary shaft 3 needs to be formed of a magnetic material in order to form the yokes of the permanent magnets 1a and 1b, but it is not necessary to form the entire rotary shaft 3 of a magnetic material, and at least the yoke is formed. Only the constituent part may be made of a magnetic material, and the parts other than the part constituting the yoke part may be made of a non-magnetic material, which can be appropriately combined and formed. Further, the yoke 6 does not have to have a ring-shaped integral structure, and may have a structure in which it is divided into, for example, four pieces or eight pieces, and the voice coil is fixed to each of the divided pieces. At this time, the voice coil may be arranged concentrically with respect to the rotating shaft 3. Further, it is desirable that the own weight of the rotary shaft 3 is supported by another bearing (not shown), such as a ball bearing, a static pressure bearing, or a magnetic bearing.

【0015】以上のように構成する本実施形態において
は、回転軸3に固定された永久磁石1a、1bと回転軸
3の磁性体材料で形成したヨーク部により空間に形成さ
れる磁場の中にボイスコイル5a、5bを配設すること
によって、ボイスコイル型スラスト磁気軸受を構成する
ものであり、永久磁石1a、1bによる磁気回路は図1
に矢印で示すように形成され、その磁場の中でボイスコ
イル5a、5bに電流を流すことによって、ローレンツ
力を発生させてスラスト方向に力を与える構成とするこ
とができる。ここで、鉄心のような磁性材料を使用しな
いボイスコイル5a、5bは、コイルのインダクタンス
が小さく、回転軸を制御するために与える力はコイル内
を通電する電流値に正比例する特性を有しているため
に、制御特性も素直になり、ボイスコイル5a、5bに
流す電流の制御によってスラスト方向の位置制御を精度
良く行うことが可能となり、軸の自励振動を高精度で除
去することができ、高速回転で高精度に制御することが
可能である。
In the present embodiment configured as described above, in the magnetic field formed in the space by the permanent magnets 1a, 1b fixed to the rotating shaft 3 and the yoke portion formed of the magnetic material of the rotating shaft 3, By arranging the voice coils 5a and 5b, a voice coil type thrust magnetic bearing is constructed, and the magnetic circuit by the permanent magnets 1a and 1b is shown in FIG.
Is formed as indicated by an arrow, and a current is passed through the voice coils 5a and 5b in the magnetic field to generate a Lorentz force to give a force in the thrust direction. Here, the voice coils 5a and 5b, which do not use a magnetic material such as an iron core, have a small coil inductance and have a characteristic that the force applied to control the rotating shaft is directly proportional to the current value flowing in the coil. Since the control characteristics are straightforward, the position control in the thrust direction can be performed with high precision by controlling the currents flowing through the voice coils 5a and 5b, and the self-excited vibration of the shaft can be removed with high precision. It is possible to control with high precision by high-speed rotation.

【0016】したがって、本実施形態のボイスコイル型
スラスト磁気軸受を高精度加工機のスピンドル軸受とし
て用いることにより、高速回転においても高精度に位置
制御することが可能となり、軸のスラスト方向の自励振
動を除去することができ、加工面の面粗さを滑らかにす
ることができる。さらに、真空用ターボ分子ポンプにお
いては、軸の自励振動を除去し安定的に回転させること
が可能となり、軸受の動作が滑らかになり、回転の高速
化と高耐久性を実現でき、ポンプの長寿命と回転数をよ
り高速に駆動できるので排気効率アップを可能にする。
Therefore, by using the voice coil type thrust magnetic bearing of the present embodiment as a spindle bearing of a high precision processing machine, it becomes possible to perform position control with high precision even at high speed rotation and self-excitation in the thrust direction of the shaft. Vibration can be eliminated, and the surface roughness of the processed surface can be made smooth. In addition, in the turbo molecular pump for vacuum, it is possible to remove the self-excited vibration of the shaft and rotate it stably, the operation of the bearing becomes smooth, and the rotation speed and high durability can be realized. Since it has a long life and can be driven at a higher rotational speed, it can improve exhaust efficiency.

【0017】次に、本発明に係るボイスコイル型スラス
ト磁気軸受の第2の実施形態について図2を用いて説明
する。
Next, a second embodiment of the voice coil type thrust magnetic bearing according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0018】図2において、11はリング状の永久磁石
であり、永久磁石11を固定するヨーク12は、磁性体
材料で形成されて、回転軸13に同軸状に固定されてお
り、ヨーク12の一端部には環状溝12cによってリン
グ状の筒状部12aと中央部12bが形成されており、
リング状の永久磁石11はヨーク12の筒状部12aの
内周面に固定されている。ボイスコイル15は、ボビン
16先端部のリング状部分16aの外周面に固定されて
おり、ボビン16のリング状部分16aをヨーク12の
環状溝12c内に配置することにより、ボイスコイル1
5はリング状の永久磁石11と同心円状に所定の間隔を
もって対向して配置される。なお、回転軸13の材質が
磁性体材料である場合には、ヨーク12と回転軸13を
別体とする必要はなく、回転軸13の一部をヨークとし
て用いる一体物として形成することも可能である。ま
た、回転軸13の自重は、図示しない他の軸受、例え
ば、ボール軸受、静圧軸受あるいは磁気軸受等によって
支持することが望ましい。
In FIG. 2, reference numeral 11 is a ring-shaped permanent magnet, and a yoke 12 for fixing the permanent magnet 11 is made of a magnetic material and is fixed coaxially to the rotating shaft 13, and A ring-shaped tubular portion 12a and a central portion 12b are formed at one end by an annular groove 12c,
The ring-shaped permanent magnet 11 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 12 a of the yoke 12. The voice coil 15 is fixed to the outer peripheral surface of the ring-shaped portion 16a at the tip of the bobbin 16, and by placing the ring-shaped portion 16a of the bobbin 16 in the annular groove 12c of the yoke 12, the voice coil 1
5 are arranged concentrically with the ring-shaped permanent magnet 11 so as to face each other at a predetermined interval. When the material of the rotary shaft 13 is a magnetic material, the yoke 12 and the rotary shaft 13 do not have to be separate bodies, and a part of the rotary shaft 13 can be formed as an integral body that is used as a yoke. Is. Further, the own weight of the rotary shaft 13 is preferably supported by another bearing (not shown) such as a ball bearing, a static pressure bearing, or a magnetic bearing.

【0019】以上のように構成する本実施形態において
は、回転軸13に固定されたあるいは一体の磁性体材料
のヨーク12とヨーク12の筒状部12aの内周面に固
定された永久磁石11により空間に形成される磁場の中
にボイスコイル15を配設することにより、ボイスコイ
ル型スラスト磁気軸受を構成するものであり、永久磁石
11による磁気回路は図2に矢印で示すように形成さ
れ、その磁場の中でボイスコイル15に電流を流すこと
によって、ローレンツ力を発生させてスラスト方向に力
を与える構成とすることができる。
In the present embodiment configured as described above, the permanent magnet 11 is fixed to the rotary shaft 13 or the yoke 12 made of a magnetic material and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 12a of the yoke 12. By arranging the voice coil 15 in the magnetic field formed by the space, the voice coil type thrust magnetic bearing is constructed, and the magnetic circuit by the permanent magnet 11 is formed as shown by the arrow in FIG. By applying an electric current to the voice coil 15 in the magnetic field, a Lorentz force can be generated to give a force in the thrust direction.

【0020】したがって、本実施形態においても、前述
した実施形態と同様に、鉄心のような磁性材料を使用し
ないボイスコイルに流す電流の制御によってスラスト方
向の位置制御を高精度に行うことが可能であり、前述し
た実施形態と同様の作用効果を奏するものである。
Therefore, also in this embodiment, similarly to the above-described embodiments, the position control in the thrust direction can be performed with high accuracy by controlling the current flowing in the voice coil that does not use a magnetic material such as an iron core. Thus, the same operational effects as those of the above-described embodiment are exhibited.

【0021】さらに、本発明に係るボイスコイル型スラ
スト磁気軸受の第3の実施形態について図3を用いて説
明する。
Further, a third embodiment of the voice coil type thrust magnetic bearing according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0022】図3において、21は棒状に形成された永
久磁石であり、永久磁石21を固定するヨーク22は、
磁性体材料で形成されて、回転軸23に同軸状に固定さ
れており、ヨーク22の一端部にはリング状の筒状部2
2aが形成され、その筒状部22aの内部空間の中心軸
部に、棒状の永久磁石21が固定され、回転軸23と同
軸的に配置される。永久磁石21の一端部には磁性体材
料の部材22bが配置されている。ボイスコイル25
は、ボビン26先端部のリング状部分26aの外周面に
固定されており、ボビン26のリング状部分26aをヨ
ーク22の筒状部材22a内に配置することにより、ボ
イスコイル25は棒状の永久磁石21に対して同心円状
に配置される。また、回転軸23の材質が磁性体材料で
ある場合には、ヨーク22と回転軸23を別体とする必
要はなく、回転軸23の一部をヨークとして用いる一体
物として形成することも可能である。また、回転軸23
の自重は、図示しない他の軸受、例えば、ボール軸受、
静圧軸受あるいは磁気軸受等によって支持することが望
ましい。
In FIG. 3, reference numeral 21 is a rod-shaped permanent magnet, and the yoke 22 for fixing the permanent magnet 21 is
It is made of a magnetic material and is coaxially fixed to the rotating shaft 23. The yoke 22 has a ring-shaped cylindrical portion 2 at one end thereof.
2a is formed, and the rod-shaped permanent magnet 21 is fixed to the central shaft portion of the internal space of the cylindrical portion 22a, and is arranged coaxially with the rotating shaft 23. A member 22b made of a magnetic material is arranged at one end of the permanent magnet 21. Voice coil 25
Is fixed to the outer peripheral surface of the ring-shaped portion 26a at the tip of the bobbin 26. By arranging the ring-shaped portion 26a of the bobbin 26 inside the tubular member 22a of the yoke 22, the voice coil 25 becomes a rod-shaped permanent magnet. 21 are arranged concentrically. When the material of the rotating shaft 23 is a magnetic material, it is not necessary to separate the yoke 22 and the rotating shaft 23, and it is possible to form a part of the rotating shaft 23 as an integrated body that is used as a yoke. Is. Also, the rotary shaft 23
The weight of the other bearing is not shown, for example, a ball bearing,
It is desirable to support by a hydrostatic bearing or a magnetic bearing.

【0023】以上のように構成する本実施形態において
も、回転軸23に固定されたあるいは一体の磁性体材料
のリング状のヨーク22とヨーク22の中心軸部に固定
された棒状の永久磁石21により空間に形成される磁場
の中にボイスコイル25を配設することによって、ボイ
スコイル型スラスト磁気軸受を構成するものであり、永
久磁石21による磁気回路は図3に矢印で示すように形
成され、その磁場の中でボイスコイル25に電流を流す
ことによって、ローレンツ力を発生させてスラスト方向
に力を与える構成とする。
Also in the present embodiment configured as described above, a ring-shaped yoke 22 made of a magnetic material fixed to the rotary shaft 23 or integral with the rod-shaped permanent magnet 21 fixed to the central shaft portion of the yoke 22. By arranging the voice coil 25 in the magnetic field formed by the space, the voice coil type thrust magnetic bearing is constructed, and the magnetic circuit by the permanent magnet 21 is formed as shown by the arrow in FIG. By applying an electric current to the voice coil 25 in the magnetic field, the Lorentz force is generated and the force is applied in the thrust direction.

【0024】したがって、本実施形態においても、前述
した実施形態と同様に、鉄心のような磁性材料を使用し
ないボイスコイルに流す電流の制御によってスラスト方
向の位置制御を高精度に行うことが可能であり、前述し
た実施形態と同様の作用効果を奏するものである。
Therefore, also in this embodiment, similarly to the above-described embodiments, the position control in the thrust direction can be performed with high accuracy by controlling the current flowing in the voice coil that does not use a magnetic material such as an iron core. Thus, the same operational effects as those of the above-described embodiment are exhibited.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明するように、本発明によれば、
回転軸に磁石とヨークを設置して、磁石とヨークにより
空間に形成する磁場内にボイスコイルを配設し、ローレ
ンツ力を発生させて回転軸のスラスト方向に力を与える
構成とすることによって、高精度で高応答性、高制御性
を有するボイスコイル型スラスト磁気軸受が実現でき
る。
As described above, according to the present invention,
By installing a magnet and a yoke on the rotating shaft, arranging a voice coil in a magnetic field formed in the space by the magnet and the yoke, and generating a Lorentz force to apply a force in the thrust direction of the rotating shaft, A voice coil type thrust magnetic bearing having high accuracy, high responsiveness and high controllability can be realized.

【0026】本発明のボイスコイル型スラスト磁気軸受
を用いることにより、高精度加工機や真空用ターボ分子
ポンプ等においては、スピンドルスラスト方向の制御特
性が上がり、軸の自励振動を高精度で除去することが可
能となり、高精度加工機では加工面の面粗さを滑らかに
することが可能となり、また、真空用ターボ分子ポンプ
においては、軸の自励振動を除去し安定的に回転させる
ことが可能となり、軸受の動作が滑らかになり、回転の
高速化と高耐久性を実現でき、ポンプの長寿命と回転数
をより高速に駆動できるので排気効率アップが可能とな
る。
By using the voice coil type thrust magnetic bearing of the present invention, in a high precision processing machine, a turbo molecular pump for vacuum, etc., the control characteristics in the spindle thrust direction are improved and the self-excited vibration of the shaft is removed with high precision. It becomes possible to smooth the surface roughness of the machined surface with a high-precision machine, and to eliminate the self-excited vibration of the shaft in the turbo molecular pump for vacuum and rotate it stably. This enables the bearing to operate smoothly, achieves high speed rotation and high durability, and enables the pump to have a long life and drive at a high rotational speed, thereby improving exhaust efficiency.

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

【図1】本発明に係るボイスコイル型スラスト磁気軸受
の一実施形態を概略的に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a voice coil type thrust magnetic bearing according to the present invention.

【図2】本発明に係るボイスコイル型スラスト磁気軸受
の第2の実施形態を概略的に示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a second embodiment of a voice coil type thrust magnetic bearing according to the present invention.

【図3】本発明に係るボイスコイル型スラスト磁気軸受
の第3の実施形態を概略的に示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a third embodiment of a voice coil type thrust magnetic bearing according to the present invention.

【図4】従来のスラスト磁気軸受を概略的に示す構成図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing a conventional thrust magnetic bearing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a、1b 永久磁石 3 回転軸 5a、5b ボイスコイル 6 ヨーク 11、21 永久磁石 12、22 ヨーク 13、23 回転軸 15、25 ボイスコイル 16、26 ボビン 1a, 1b Permanent magnet 3 rotation axes 5a, 5b voice coil 6 York 11, 21 Permanent magnet 12, 22 York 13, 23 rotation axis 15, 25 voice coils 16, 26 bobbins

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3J102 AA01 BA03 CA02 CA11 CA27 DA09 DB11 GA06 5H607 AA00 AA04 FF06 GG02 GG19 GG20 GG21    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 3J102 AA01 BA03 CA02 CA11 CA27                       DA09 DB11 GA06                 5H607 AA00 AA04 FF06 GG02 GG19                       GG20 GG21

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁性体材料からなるヨークと永久磁石を
回転軸に固定するとともにヨークと永久磁石が空間に形
成する磁場内にボイスコイルを配設し、前記回転軸にス
ラスト方向の力を与える構成としたことを特徴とするボ
イスコイル型スラスト磁気軸受。
1. A yoke made of a magnetic material and a permanent magnet are fixed to a rotary shaft, and a voice coil is arranged in a magnetic field formed by the yoke and the permanent magnet in a space to apply a thrust direction force to the rotary shaft. A voice coil type thrust magnetic bearing having a structure.
【請求項2】 前記回転軸が磁性体材料である場合には
該回転軸を永久磁石のヨークとすることを特徴とする請
求項1記載のボイスコイル型スラスト磁気軸受。
2. The voice coil type thrust magnetic bearing according to claim 1, wherein when the rotating shaft is made of a magnetic material, the rotating shaft is a yoke of a permanent magnet.
【請求項3】 前記回転軸の自重は他の軸受によって支
持されていることを特徴とする請求項1または2記載の
ボイスコイル型スラスト磁気軸受。
3. The voice coil type thrust magnetic bearing according to claim 1, wherein the weight of the rotary shaft is supported by another bearing.
【請求項4】 前記回転軸の自重を支持する他の軸受
は、ボール軸受、静圧軸受、あるいは磁気軸受であるこ
とを特徴とする請求項3記載のボイスコイル型スラスト
磁気軸受。
4. The voice coil type thrust magnetic bearing according to claim 3, wherein the other bearing that supports the own weight of the rotating shaft is a ball bearing, a static pressure bearing, or a magnetic bearing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008537872A (en) * 2005-02-15 2008-09-25 レビシ Method for stabilizing a magnetically levitated object
CN107131210A (en) * 2016-02-26 2017-09-05 罗伯特·博世有限公司 Electromagnetism supporting arrangement with adjustable rigidity

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008537872A (en) * 2005-02-15 2008-09-25 レビシ Method for stabilizing a magnetically levitated object
CN107131210A (en) * 2016-02-26 2017-09-05 罗伯特·博世有限公司 Electromagnetism supporting arrangement with adjustable rigidity
CN107131210B (en) * 2016-02-26 2020-09-15 罗伯特·博世有限公司 Electromagnetic bearing with adjustable stiffness

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