JP2004232740A - Magnetic bearing device - Google Patents

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JP2004232740A
JP2004232740A JP2003022330A JP2003022330A JP2004232740A JP 2004232740 A JP2004232740 A JP 2004232740A JP 2003022330 A JP2003022330 A JP 2003022330A JP 2003022330 A JP2003022330 A JP 2003022330A JP 2004232740 A JP2004232740 A JP 2004232740A
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rotating body
permanent magnet
casing
radial
magnetic bearing
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JP2003022330A
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Inventor
Hironori Kameno
浩徳 亀野
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Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing device capable of reducing power consumption. <P>SOLUTION: A permanent magnet 21 is provided on a lower surface of a lower end flange part 23 of a rotary body 2. A permanent magnet 22 to add repulsive force to the permanent magnet 21 on the rotary body 2 is provided on an upper surface of a bottom wall 1a of a casing 1. A main body part of the rotary body 2 is formed of material having favorable magnetic characteristics. The lower end flange part 23 of the rotary body and the bottom wall 1a of the casing as parts of the rotary body 2 and the casing 1 close to the permanent magnets are formed of nonmagnetic material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数組の磁気軸受で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して磁気浮上させる磁気軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の磁気軸受装置としては、回転体をアキシアル制御軸方向に非接触支持する1組のアキシアル磁気軸受、回転体をアキシアル方向の2箇所においてそれぞれ互いに直交する2つのラジアル制御軸方向に非接触支持する2組のラジアル磁気軸受を備えているものが知られている。回転体を鉛直方向に配置した磁気軸受装置の場合、回転体の自重の支持は、アキシアル磁気軸受の電磁石を制御することによって行われていた(特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平1−126423号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気軸受装置では、回転体の自重の支持をアキシアル磁気軸受の電磁石を制御することによって行っているため、自重を支持するための制御電流を常時供給する必要があり、この結果、アキシアル磁気軸受の消費電力(銅損)が増大してエネルギーの損失が増大することから、その改良が課題となっている。
【0005】
この発明の目的は、消費電力を減少することができる磁気軸受装置を提供することにある。
【0006】
【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装置は、ケーシングと、ケーシング内で回転する回転体と、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複数組の磁気軸受と、回転体のアキシアル方向の位置を検出するためのアキシアルセンサユニットと、回転体のラジアル方向の位置を検出するためのラジアルセンサユニットとを備えている磁気軸受装置において、回転体の所定箇所に永久磁石が設けられるとともに、ケーシングに、回転体の永久磁石に反発力を作用させる永久磁石が設けられており、回転体およびケーシングのうちの永久磁石近傍部分は、非磁性材料によって形成されていることを特徴とするものである。
【0007】
永久磁石は、例えば、回転体の下端面およびケーシングの底壁の上面にそれぞれ設けられる。そして、回転体の永久磁石は、下側のN極層(またはS極層)および上側のS極層(またはN極層)によって形成され、ケーシングの永久磁石は、上側のN極層(またはS極層、要するに回転体の永久磁石に反発力を与える極層)および下側のS極層(またはN極層)によって形成される。これにより、回転体には、自重と逆向きに磁気反発力が作用する。
【0008】
この発明の磁気軸受装置によると、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の制御は、各磁気軸受の電磁石に制御電流を供給することにより行われ、この際、回転体には、自重と逆向きに磁気反発力が作用するので、回転体の自重を支持するための制御電流が少なくて済み、したがって、アキシアル磁気軸受の消費電力(銅損)が減少する。永久磁石間の反発力は、例えば、回転体の自重(回転軸だけでなく、これと一体となって回転するユニット全体の自重)分に相当する大きさとなるように調整される。このようにすると、回転体の自重を支持するための制御電流を実質的にゼロとすることができる。そして、回転体およびケーシングの永久磁石近傍部分は、非磁性材料によって形成されているので、この部分は、永久磁石の磁束によって磁化されることはなく、非作動状態が長時間継続しても永久磁石近傍の磁化状態が変化せず、これにより、回転体の自重分を保持するための永久磁石間の反発力が一定に保持され、その後、作動状態に切り換えた際には、回転体の安定浮上が可能となる。
【0009】
回転体およびケーシングの永久磁石近傍部分を形成する非磁性材料としては、例えば、A5056,A7075,SUS304等が好ましい。回転体の永久磁石近傍部分を除いた本体部分およびケーシングの永久磁石近傍部分を除いた本体部分は、良好な磁気特性の要・不要あるいは高強度の要・不要に応じて、部位ごとに材質を選択すればよい。
【0010】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、この発明を5軸制御型磁気軸受装置に適用した実施形態について説明する。
【0011】
図1は、5軸制御型磁気軸受装置の主要部を概略的に示す縦断面図である。この磁気軸受装置は、鉛直筒状のケーシング(1)の内部で同心状に配置された鉛直軸状の回転体(2)が回転する縦型のものである。以下の説明において、回転体のアキシアル方向(上下方向)の制御軸をZ軸、Z軸に対して直交するとともに互いに直交する2つのラジアル方向(水平方向)の制御軸をそれぞれX軸およびY軸とする。
【0012】
ケーシング(1)内には、回転体(2)をZ軸方向に非接触支持する制御型アキシアル磁気軸受(4)、回転体(2)の上下2箇所をX軸およびY軸方向に非接触支持する上下2組の制御型ラジアル磁気軸受(5)(6)、回転体(2)のアキシアル方向の位置を検出するための1組のアキシアルセンサユニット(7)、回転体(2)の上下2箇所におけるX軸およびY軸方向の位置を検出するための上下2組のラジアルセンサユニット(8)(9)、回転体(2)を高速回転させるビルトイン型電動機(10)、ならびに回転体(2)のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限して回転体(2)を磁気軸受(4)(5)(6)で非接触支持できなくなったときなどに回転体(2)を機械的に支持する上下2組のタッチダウン軸受(11)(12)が設けられている。
【0013】
回転体(2)の下端には、フランジ部(23)が設けられており、この下面に永久磁石(21)が設けられている。そして、ケーシング(1)の底壁(1a)上面に、回転体(2)の永久磁石(21)に反発力を作用させる永久磁石(22)が設けられている。これら2つの永久磁石(21)(22)により、回転体(2)の自重を支持するための回転体支持手段が構成されている。各永久磁石(21)(22)は、いずれもN極層およびS極層からなる環状の同一形状に形成されており、これらの永久磁石(21)(22)同士が互いに反発するように、両者ともに回転体(2)と同心でかつ同じ極(図示はN極)同士が対向するようになされている。永久磁石(21)(22)間の距離は、両磁石(21)(22)間に働く反発力が回転体(2)の自重分に相当する大きさとなるように設定されている。回転体(2)のフランジ部(23)は、これ以外の回転体(2)の部分が磁気特性が良好な材料で形成されているのに対し、非磁性材料で形成されている。また、ケーシング(1)の底壁(1a)も非磁性材料によって形成されている。
【0014】
アキシアル磁気軸受(4)は、回転体(2)の上部に設けられたフランジ部(2a)をZ軸方向の上方から臨むように配置されたアキシアル電磁石(4a)を備えている。各ラジアル磁気軸受(5)(6)は、それぞれ、回転体(2)をX軸方向の両側から挟むように配置された1対のラジアル電磁石(5a)(6a)と、回転体(2)をY軸方向の両側から挟むように配置された1対のラジアル電磁石(図示略)とを備えている。電動機(10)は、ケーシング(1)側に設けられたステータ(10a)と、回転体(2)側に設けられたロータ(10b)とから構成されている。
【0015】
上部ラジアルセンサユニット(8)は、上部ラジアル磁気軸受(5)の近傍における回転体(2)のX軸およびY軸方向の位置を検出するためのものであり、上部ラジアル磁気軸受(5)の上側近傍の回転体(2)の外周に設けられたターゲット部(13)をX軸方向の両側から挟むように配置された1対のX軸用ラジアルセンサ(8a)と、ターゲット部(13)をY軸方向の両側から挟むように配置された1対のY軸用ラジアルセンサ(図示略)とから構成されている。下部ラジアルセンサユニット(9)は、下部ラジアル磁気軸受(6)の近傍における回転体(2)のX軸およびY軸方向の位置を検出するためのものであり、下部ラジアル磁気軸受(6)の下側近傍の回転体(2)の外周に設けられたターゲット部(14)をX軸方向の両側から挟むように配置された1対のX軸用ラジアルセンサ(9a)と、ターゲット部(14)をY軸方向の両側から挟むように配置された1対のY軸用ラジアルセンサ(図示略)とから構成されている。各ラジアルセンサ(8a)(9a)は、公知のものであり、回転体(2)のターゲット部(13)(14)とのラジアル方向の隙間の大きさに対応した信号を出力する。したがって、各1対のX軸用ラジアルセンサ(8a)(9a)により回転体(2)のX軸方向の位置が検出され、各1対のY軸用ラジアルセンサにより回転体(2)のY軸方向の位置が検出される。
【0016】
回転体(2)の上端に、短円柱状のアキシアル方向ターゲット(15)が同心状に取り付けられている。アキシアルセンサユニット(7)は、回転体(2)のZ軸方向の位置を検出するためのものであり、ターゲット(15)の上端面の中心部にZ軸方向の上側から対向するように配置されているアキシアルセンサ(7a)を有している。アキシアルセンサ(7a)は、コアにコイルが巻かれたものである。アキシアルセンサ(7a)は、公知のものであり、回転体(2)のターゲット(15)のZ軸方向の位置に対応した信号を出力する。したがって、アキシアルセンサ(7a)により、回転体(3)のZ軸方向の位置が検出される。
【0017】
上部タッチダウン軸受(11)は、回転体(2)のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限するものである。上部タッチダウン軸受(11)の外輪(11a)は、アキシアル磁気軸受(4)の電磁石鉄心(4b)に固定されており、内輪(11b)は、回転体(2)が磁気軸受(4)(5)(6)により非接触支持された状態で、回転体(2)の上端寄りの部分の外周に形成された環状みぞ(16)の部分にアキシアル方向およびラジアル方向にわずかな隙間をあけて対向している。下部タッチダウン軸受(12)は、回転体(2)のラジアル方向の変位を制限するものである。下部タッチダウン軸受(12)の外輪(12a)はケーシング(1)に固定されており、内輪(12b)は、回転体(2)が磁気軸受(4)(5)(6)により非接触支持された状態で、回転体(2)の下端寄りの外径が均一な軸部にラジアル方向にわずかな隙間をあけて対向している。回転体(2)が磁気軸受(4)(5)(6)により非接触支持された状態において、上部タッチダウン軸受(11)の内輪(11b)と回転体(2)とのアキシアル方向およびラジアル方向の隙間ならびに下部タッチダウン軸受(12)の内輪(12b)と回転体(2)とのラジアル方向の隙間は実際には非常に小さいが、図1には、それらを誇張して示している。回転体(2)の下端の永久磁石(21)とケーシング(1)の底壁(1a)上面の永久磁石(22)との間隔についても、同様に誇張して示している。
【0018】
上記の磁気軸受装置が作動を停止しているときなど、回転体(2)を磁気軸受(4)(5)(6)で非接触支持していないときには、回転体(2)は、タッチダウン軸受(11)(12)によって機械的に支持される。このとき、回転体(2)が電磁石(4a)(5a)(6a)、センサ(7a)(8a)(9a)などに接触しないように、各部の寸法が決められている。
【0019】
磁気軸受装置の運転中は、アキシアルセンサユニット(7)により検出された回転体(2)のZ軸方向の位置、ならびにラジアルセンサユニット(8)(9)により検出された回転体(2)のX軸およびY軸方向の位置に基づいて、各磁気軸受(4)(5)(6)の電磁石(4a)(5a)(6a)を制御することにより、回転体(2)がアキシアル方向およびラジアル方向の所定位置に非接触支持される。そして、このように回転体(2)が磁気軸受(4)(5)(6)により非接触支持された状態で、電動機(10)により回転体(2)が高速回転させられる。
【0020】
各磁気軸受(4)(5)(6)の電磁石(4a)(5a)(6a)の制御に際しては、回転体(2)の下端の永久磁石(21)とケーシング(1)の底壁(1a)上面の永久磁石(22)との間に、回転体(2)の自重分を保持する反発力が作用することから、アキシアル磁気軸受(4)の電磁石(4a)には、回転体(2)の自重を支持するための電流は供給されずに、変位を制御するための電流だけが供給され、アキシアル磁気軸受(4)の制御電流が最小限に抑えられる。
【0021】
磁気軸受装置の作動時と非作動時とでは、下端部に配置された永久磁石(21)(22)近傍部分のエアギャップが数100μm異なるため、磁気軸受装置を非作動のまま長時間放置した場合、回転体(21)の永久磁石近傍部分すなわち下端フランジ部(23)およびケーシング(1)の永久磁石近傍部分すなわち底壁(1a)の磁化の状態が磁気軸受装置作動時の状態と異なってくる恐れがあるが、これらの永久磁石近傍部分(23)(1a)は、いずれも非磁性材料によって形成されているので、永久磁石(21)(22)の磁束によって磁化されることはない。したがって、非作動状態が長時間継続しても永久磁石近傍部分(23)(1a)の磁化状態が変化せず、これにより、回転体(2)の自重分を保持する永久磁石(21)(22)間の反発力が一定に保持され、その後、作動状態に切り換えた際の回転体(2)の安定浮上が確保される。なお、非磁性体材料で形成される永久磁石近傍部分は、回転体(21)の下端フランジ部(23)およびケーシング(1)の底壁(1a)に限られるものではなく、回転体(2)の自重分を保持する永久磁石(21)(22)間の反発力を一定に保持するように、非磁性体部分が設定される。また、環状の永久磁石(21)(22)は、これを非磁性体の円盤体に一体に設けておき、この円盤体を回転体(2)の下端面およびケーシング(1)の底壁上面にそれぞれ設けられた凹所にはめ込むことにより、回転体(2)およびケーシング(1)に取り付けるようにしてもよい。
【0022】
磁気軸受装置の各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施形態を示す5軸制御型磁気軸受装置の機械的部分を示す縦断面図である。
【符号の説明】
(1) ケーシング
(1a) 底壁(永久磁石近傍部分)
(2) 回転体
(4) アキシアル磁気軸受
(5)(6) ラジアル磁気軸受
(21) 永久磁石
(22) 永久磁石
(23) 下端フランジ(永久磁石近傍部分)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic bearing device in which a plurality of sets of magnetic bearings support a rotating body in a non-contact manner in an axial direction and a radial direction to magnetically levitate.
[0002]
[Prior art]
As this type of magnetic bearing device, there is a set of axial magnetic bearings that support the rotating body in a non-contact manner in the axial control axial direction, and a non-contact in two radial control axial directions orthogonal to each other at two locations in the axial direction. It is known to have two sets of supporting radial magnetic bearings. In the case of a magnetic bearing device in which a rotating body is arranged in a vertical direction, the support of the own weight of the rotating body has been performed by controlling an electromagnet of an axial magnetic bearing (Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-1-126423
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional magnetic bearing device, since the support of the rotating body by its own weight is performed by controlling the electromagnet of the axial magnetic bearing, it is necessary to constantly supply a control current for supporting the own weight, and as a result, the axial Since power consumption (copper loss) of the magnetic bearing increases and energy loss increases, improvement of the magnetic bearing has been an issue.
[0005]
An object of the present invention is to provide a magnetic bearing device capable of reducing power consumption.
[0006]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
A magnetic bearing device according to the present invention detects a casing, a rotating body that rotates within the casing, a plurality of sets of magnetic bearings that support the rotating body in a non-contact manner in an axial direction and a radial direction, and detects an axial position of the rotating body. Sensor unit for detecting the radial position of the rotating body and a radial sensor unit for detecting the radial position of the rotating body, a permanent magnet is provided at a predetermined location of the rotating body, A permanent magnet for providing a repulsive force to the permanent magnet is provided, and a portion near the permanent magnet of the rotating body and the casing is formed of a non-magnetic material.
[0007]
The permanent magnet is provided, for example, on the lower end surface of the rotating body and the upper surface of the bottom wall of the casing, respectively. Then, the permanent magnet of the rotating body is formed by the lower N-pole layer (or S-pole layer) and the upper S-pole layer (or N-pole layer), and the permanent magnet of the casing is formed by the upper N-pole layer (or An S pole layer, that is, an pole layer that gives repulsive force to the permanent magnet of the rotating body) and a lower S pole layer (or an N pole layer) on the lower side. As a result, a magnetic repulsion acts on the rotating body in a direction opposite to its own weight.
[0008]
According to the magnetic bearing device of the present invention, the control of the rotating body in the axial direction and the radial direction is performed by supplying a control current to the electromagnets of the respective magnetic bearings. Since the magnetic repulsion acts, the control current for supporting the own weight of the rotating body can be reduced, and the power consumption (copper loss) of the axial magnetic bearing is reduced. The repulsive force between the permanent magnets is adjusted, for example, to have a magnitude corresponding to the weight of the rotating body (not only the rotating shaft but also the entire weight of the unit that rotates integrally with the rotating shaft). With this configuration, the control current for supporting the own weight of the rotating body can be made substantially zero. Since the rotating body and the portion near the permanent magnet of the casing are made of a non-magnetic material, this portion is not magnetized by the magnetic flux of the permanent magnet, and is kept permanent even if the non-operation state continues for a long time. The magnetized state in the vicinity of the magnet does not change, whereby the repulsive force between the permanent magnets for maintaining the weight of the rotating body between the permanent magnets is kept constant. After that, when the operating state is switched, the rotating body becomes stable. Ascent is possible.
[0009]
As the nonmagnetic material forming the portion near the permanent magnet of the rotating body and the casing, for example, A5056, A7075, SUS304 and the like are preferable. The body part of the rotating body excluding the part near the permanent magnet and the body part of the casing excluding the part near the permanent magnet are made of material for each part according to the necessity / unnecessity of good magnetic properties or high strength. Just select.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a five-axis control type magnetic bearing device will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of a five-axis control type magnetic bearing device. This magnetic bearing device is of a vertical type in which a vertically rotating body (2) concentrically arranged inside a vertically cylindrical casing (1) rotates. In the following description, the control axis in the axial direction (vertical direction) of the rotating body is Z-axis, and two radial (horizontal) control axes orthogonal to the Z-axis and orthogonal to each other are X-axis and Y-axis, respectively. And
[0012]
In the casing (1), a control type axial magnetic bearing (4) for supporting the rotating body (2) in a non-contact manner in the Z-axis direction, and two upper and lower portions of the rotating body (2) in a non-contacting manner in the X-axis and Y-axis directions. Two sets of upper and lower controllable radial magnetic bearings (5) and (6), one set of axial sensor units (7) for detecting the position of the rotating body (2) in the axial direction, and upper and lower parts of the rotating body (2) Two sets of upper and lower radial sensor units (8) and (9) for detecting positions in the X-axis and Y-axis directions at two locations, a built-in type electric motor (10) for rotating the rotating body (2) at high speed, and a rotating body ( When the rotor (2) cannot be supported by the magnetic bearings (4), (5) and (6) in a non-contact manner by limiting the axial and radial displacements of (2), the rotor (2) is mechanically moved. Two sets of upper and lower touchdown bearings ( 1) (12) is provided.
[0013]
A flange (23) is provided at a lower end of the rotating body (2), and a permanent magnet (21) is provided on a lower surface thereof. Further, a permanent magnet (22) for applying a repulsive force to the permanent magnet (21) of the rotating body (2) is provided on the upper surface of the bottom wall (1a) of the casing (1). The two permanent magnets (21) and (22) constitute a rotating body supporting means for supporting the weight of the rotating body (2). Each of the permanent magnets (21) and (22) is formed in the same annular shape composed of an N-pole layer and an S-pole layer, so that the permanent magnets (21) and (22) repel each other. Both are concentric with the rotating body (2) and have the same pole (N pole in the drawing) facing each other. The distance between the permanent magnets (21) and (22) is set such that the repulsive force acting between the two magnets (21) and (22) has a magnitude corresponding to the weight of the rotating body (2). The flange portion (23) of the rotating body (2) is formed of a non-magnetic material while the other parts of the rotating body (2) are formed of a material having good magnetic properties. The bottom wall (1a) of the casing (1) is also formed of a non-magnetic material.
[0014]
The axial magnetic bearing (4) includes an axial electromagnet (4a) arranged such that a flange (2a) provided on an upper part of the rotating body (2) faces from above in the Z-axis direction. Each of the radial magnetic bearings (5) and (6) includes a pair of radial electromagnets (5a) and (6a) arranged so as to sandwich the rotating body (2) from both sides in the X-axis direction, and the rotating body (2). And a pair of radial electromagnets (not shown) arranged so as to be sandwiched from both sides in the Y-axis direction. The electric motor (10) includes a stator (10a) provided on the casing (1) side and a rotor (10b) provided on the rotating body (2) side.
[0015]
The upper radial sensor unit (8) is for detecting the position of the rotating body (2) in the X-axis and Y-axis directions near the upper radial magnetic bearing (5), and detects the position of the upper radial magnetic bearing (5). A pair of X-axis radial sensors (8a) arranged so as to sandwich a target portion (13) provided on the outer periphery of the rotating body (2) near the upper side from both sides in the X-axis direction, and a target portion (13) And a pair of Y-axis radial sensors (not shown) arranged so as to sandwich them from both sides in the Y-axis direction. The lower radial sensor unit (9) is for detecting the position of the rotating body (2) in the X-axis and Y-axis directions near the lower radial magnetic bearing (6). A pair of X-axis radial sensors (9a) arranged so as to sandwich the target portion (14) provided on the outer periphery of the rotating body (2) near the lower side from both sides in the X-axis direction; And a pair of Y-axis radial sensors (not shown) arranged so as to sandwich the) from both sides in the Y-axis direction. Each of the radial sensors (8a) and (9a) is a known one, and outputs a signal corresponding to the size of a radial gap between the rotating body (2) and the target portions (13) and (14). Therefore, the position of the rotating body (2) in the X-axis direction is detected by each pair of X-axis radial sensors (8a) and (9a), and the Y-axis of the rotating body (2) is detected by each pair of Y-axis radial sensors. An axial position is detected.
[0016]
A short columnar axial direction target (15) is concentrically attached to the upper end of the rotating body (2). The axial sensor unit (7) is for detecting the position of the rotating body (2) in the Z-axis direction, and is arranged to face the center of the upper end surface of the target (15) from above in the Z-axis direction. Axial sensor (7a). The axial sensor (7a) has a core wound with a coil. The axial sensor (7a) is a known sensor and outputs a signal corresponding to the position of the target (15) of the rotating body (2) in the Z-axis direction. Therefore, the position of the rotating body (3) in the Z-axis direction is detected by the axial sensor (7a).
[0017]
The upper touchdown bearing (11) limits the displacement of the rotating body (2) in the axial direction and the radial direction. The outer ring (11a) of the upper touch-down bearing (11) is fixed to the electromagnet core (4b) of the axial magnetic bearing (4), and the rotating body (2) of the inner ring (11b) has the magnetic bearing (4) ( 5) In the state of being supported in a non-contact manner by (6), a small gap is formed in the axial direction and the radial direction in the annular groove (16) formed on the outer periphery of the portion near the upper end of the rotating body (2). They are facing each other. The lower touch-down bearing (12) limits the radial displacement of the rotating body (2). The outer ring (12a) of the lower touchdown bearing (12) is fixed to the casing (1), and the rotating body (2) of the inner ring (12b) is non-contact supported by the magnetic bearings (4) (5) (6). In this state, the rotating body (2) is opposed to a shaft portion having a uniform outer diameter near the lower end with a slight gap in the radial direction. In a state where the rotating body (2) is supported in a non-contact manner by the magnetic bearings (4), (5) and (6), the axial direction and the radial direction between the inner ring (11b) of the upper touchdown bearing (11) and the rotating body (2). The radial gap and the radial gap between the inner ring (12b) of the lower touchdown bearing (12) and the rotating body (2) are actually very small, but they are exaggerated in FIG. . The space between the permanent magnet (21) at the lower end of the rotating body (2) and the permanent magnet (22) on the upper surface of the bottom wall (1a) of the casing (1) is also exaggerated.
[0018]
When the rotating body (2) is not supported by the magnetic bearings (4), (5), and (6) in a non-contact manner, such as when the magnetic bearing device stops operating, the rotating body (2) may be touch-down. It is mechanically supported by bearings (11) and (12). At this time, the dimensions of each part are determined so that the rotating body (2) does not contact the electromagnets (4a) (5a) (6a), the sensors (7a) (8a) (9a), and the like.
[0019]
During operation of the magnetic bearing device, the position of the rotating body (2) in the Z-axis direction detected by the axial sensor unit (7), and the position of the rotating body (2) detected by the radial sensor units (8) and (9). By controlling the electromagnets (4a), (5a), and (6a) of the magnetic bearings (4), (5), and (6) based on the positions in the X-axis and Y-axis directions, the rotating body (2) can move in the axial direction and in the axial direction. It is supported in a non-contact manner at a predetermined position in the radial direction. The rotating body (2) is rotated at high speed by the electric motor (10) while the rotating body (2) is supported in a non-contact manner by the magnetic bearings (4), (5) and (6).
[0020]
When controlling the electromagnets (4a) (5a) (6a) of the magnetic bearings (4) (5) (6), the permanent magnet (21) at the lower end of the rotating body (2) and the bottom wall (5) of the casing (1). 1a) Since a repulsive force is applied between the permanent magnet (22) on the upper surface and the self-weight of the rotating body (2), the rotating body (4a) is applied to the electromagnet (4a) of the axial magnetic bearing (4). No current for supporting the own weight of 2) is supplied, only a current for controlling displacement is supplied, and the control current for the axial magnetic bearing (4) is minimized.
[0021]
The air gap in the vicinity of the permanent magnets (21) and (22) arranged at the lower end differs by several 100 μm between when the magnetic bearing device is activated and when it is not activated. In this case, the state of magnetization of the portion near the permanent magnet of the rotating body (21), ie, the lower end flange portion (23), and the portion of the casing (1) near the permanent magnet, ie, the bottom wall (1a) is different from the state when the magnetic bearing device is operated. Although there is a possibility that the permanent magnets (23) and (1a) are made of a non-magnetic material, they are not magnetized by the magnetic flux of the permanent magnets (21) and (22). Therefore, even if the non-operating state continues for a long time, the magnetized state of the portion (23) (1a) near the permanent magnet does not change, whereby the permanent magnet (21) ( The repulsive force during the period 22) is kept constant, and thereafter, the stable floating of the rotating body (2) when switching to the operating state is ensured. The portion near the permanent magnet formed of a non-magnetic material is not limited to the lower end flange portion (23) of the rotating body (21) and the bottom wall (1a) of the casing (1), but may be formed of the rotating body (2). The non-magnetic portion is set so as to keep the repulsive force between the permanent magnets (21) and (22) holding the weight of the non-magnetic material constant. The annular permanent magnets (21) and (22) are provided integrally with a non-magnetic disc body, and this disc body is attached to the lower end surface of the rotating body (2) and the upper surface of the bottom wall of the casing (1). May be attached to the rotating body (2) and the casing (1) by being fitted into the recesses respectively provided in the casing.
[0022]
The configuration of each part of the magnetic bearing device is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing mechanical parts of a five-axis control type magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
(1) Casing (1a) Bottom wall (near permanent magnet)
(2) Rotating body (4) Axial magnetic bearing (5) (6) Radial magnetic bearing (21) Permanent magnet (22) Permanent magnet (23) Lower end flange (part near permanent magnet)

Claims (1)

ケーシングと、ケーシング内で回転する回転体と、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複数組の磁気軸受と、回転体のアキシアル方向の位置を検出するためのアキシアルセンサユニットと、回転体のラジアル方向の位置を検出するためのラジアルセンサユニットとを備えている磁気軸受装置において、回転体の所定箇所に永久磁石が設けられるとともに、ケーシングに、回転体の永久磁石に反発力を作用させる永久磁石が設けられており、回転体およびケーシングのうちの永久磁石近傍部分は、非磁性材料によって形成されていることを特徴とする磁気軸受装置。A casing, a rotating body that rotates within the casing, a plurality of sets of magnetic bearings that support the rotating body in a non-contact manner in the axial and radial directions, an axial sensor unit for detecting a position of the rotating body in the axial direction, and a rotation. In a magnetic bearing device having a radial sensor unit for detecting a position of a body in a radial direction, a permanent magnet is provided at a predetermined position of a rotating body, and a repulsive force acts on a permanent magnet of the rotating body on a casing. A magnetic bearing device, comprising: a permanent magnet to be provided; and a portion near the permanent magnet of the rotating body and the casing is formed of a nonmagnetic material.
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