JP2006177475A

JP2006177475A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JP2006177475A
Application number: JP2004372572A
Authority: JP
Inventors: Hirotoyo Miyagawa; 裕豊宮川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】組立時の作業性が良く、不良品発生のおそれが少なく、不良品発生時の対応が容易で、安価に製作できる磁気軸受装置を提供する。
【解決手段】磁気軸受装置は、回転体2と、複数組の軸受用部品がハウジング3の内側に固定された軸受部分1とを備えている。軸受部分1が、分割ハウジング部材14a〜14eの内側に軸受用部品が固定された複数の部品装着ユニット13a〜13eに分割されて、これらの分割ハウジング部材14a〜14eを連結することによって軸受部分1が組み立てられている。軸受用部品の電線が接続されたコネクタ15a〜15eが分割ハウジング部材14a〜14eに取り付けられ、合成樹脂モールド部16により、分割ハウジング部材14a〜14eのコネクタ取付部分が密封されるとともに、少なくともコネクタ15a〜15eに接続された電線の部分が被覆されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえばターボ分子ポンプなどに用いられ、回転体を磁気軸受により非接触支持して回転させる磁気軸受装置に関する。

磁気軸受装置として、機械本体とその制御装置がケーブルで接続され、機械本体が、回転体と、回転体を非接触支持して回転させるための複数組の軸受用部品がハウジングの内側に固定された軸受部分とを備えたものが知られている。

ハウジングの内側に固定される軸受用部品としては、電磁石の磁気吸引力により回転体を軸方向および径方向に非接触支持する制御型アキシアル磁気軸受および制御型ラジアル磁気軸受、回転体の軸方向および径方向の変位を検出するための変位センサ、回転体を回転させる電動モータのステータ、回転体の回転数を検出するための回転センサ、タッチダウン用の保護軸受などがある。そして、磁気軸受、変位センサ、電動モータのステータ、回転センサなど、複数の電線付軸受用部品の電線が、ハウジングに取り付けられた共通のケーブル接続用コネクタに接続される。

従来の磁気軸受装置を組み立てる場合、一体状に形成されたハウジングの内側に軸受用部品を順に挿入して所定位置に固定した後、熱硬化性エポキシ樹脂などの合成樹脂を充填して軸受用部品を被覆し、この樹脂モールド部の内周面を切削加工して、軸受用部品の磁極などを露出させていた。

ところが、このような従来の磁気軸受装置には、次のような問題があった。

組み立ての際に、挿入が必要で、挿入の前に軸受用部品とコネクタとの間の配線が必要であり、作業性が悪い。また、挿入の際に、電線が断線して不良品が発生するおそれがあり、不良品が発生した場合には、その部分だけを交換することができず、全てを廃棄しなければならない。さらに、軸受部分を構成する軸受用部品のうち、磁気軸受は比較的広い仕様変化に対応できるが、電動モータは、回転数、出力容量など、仕様によって寸法などが変わるため、仕様が変わると、回転体はもちろん、ハウジングを含む軸受部分全体を別個のものとする必要があり、汎用性に欠けていた。また、ターボ分子ポンプなど使用される場合は、ハウジング内を真空に保持するために、高価な真空用コネクタを使用する必要があった。

組立時の作業性を改善するために、各軸受用部品を環状保持部材に装着して合成樹脂モールドで被覆成形した複数の軸受用部品ユニットを準備し、これらのユニットを一体状のハウジング内に順に嵌合して配置するようにした磁気軸受装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
特許第３３４９６７９号公報

ところが、このような磁気軸受装置の場合でも、複数の電線付軸受用部品の電線が共通のコネクタに接続されるため、軸受用部品ユニットをハウジング内に嵌合する前に、ユニット間の配線が必要であり、嵌合時に電線が断線するおそれがあり、高価な真空コネクタが無駄になる可能性がある。また、一体状のハウジング内に軸受用部品ユニットが嵌合されるため、電動モータの仕様が変わった場合などには、回転体はもちろん、ハウジングを含む軸受部分全体を別個のものとする必要がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、組立時の作業性が良く、不良品発生のおそれが少なく、不良品発生時の対応が容易で、安価に製作できる磁気軸受装置を提供することにある。

この発明による磁気軸受装置は、回転体と、回転体を非接触支持して回転させるための複数組の軸受用部品がハウジングの内側に固定された軸受部分とを備えた磁気軸受装置において、ハウジングが軸方向に複数の分割ハウジング部材に分割されることにより、軸受部分が、分割ハウジング部材の内側に少なくとも１組の軸受用部品が固定状に設けられた複数の部品装着ユニットを含む複数のユニットに分割されて、これらのユニットの分割ハウジング部材を連結することによって軸受部分が組み立てられており、電線付軸受用部品が装着された部品装着ユニットでは、軸受用部品の電線が接続されたコネクタが分割ハウジング部材に取り付けられ、合成樹脂モールド部により、分割ハウジング部材のコネクタ取付部分が密封されるとともに、少なくともコネクタに接続された電線の部分が被覆されていることを特徴とするものである。

磁気軸受装置は、たとえば、軸方向の制御軸（アキシアル制御軸）と、軸方向の２箇所においてアキシアル制御軸と直交するとともに互いに直交するそれぞれ２つの径方向の制御軸(ラジアル制御軸）とを有する５軸制御型磁気軸受装置である。

この場合、軸受部分には、軸受用部品として、たとえば、２つの電磁石の磁気吸引力により回転体を軸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、４つの電磁石の磁気吸引力により回転体を径方向に非接触支持する２組の制御型ラジアル磁気軸受、回転体の軸方向の変位を検出するための１組のアキシアル変位センサ、回転体の径方向の変位を検出するための２組のラジアル変位センサ、回転体を回転させる電動モータのステータ、回転体の回転数を検出するための回転センサ、タッチダウン用の２組の保護軸受が設けられる。好ましくは、軸受部分は、アキシアル磁気軸受が装着されたユニット、１組のラジアル磁気軸受と１組のラジアル変位センサが組み合わされたものが装着された２つのユニット、アキシアル変位センサが装着されたユニット、および電動モータのステータが装着されたユニットから構成され、回転センサおよび保護軸受は、上記のいずれかのユニットに装着される。

回転体および軸受部分は機械本体を構成し、機械本体は、ケーブルを介して制御装置に接続される。各軸受用部品装着ユニットのコネクタには、制御装置との間のケーブルが接続される。

この発明の磁気軸受装置において、電線付軸受用部品の電線は、その軸受用部品が装着されたユニットのコネクタに接続されているので、ユニット間で配線を行う必要がない。

複数の軸受用部品装着ユニットの分割ハウジング部材同士を連結するだけで軸受部分を組み立てることができ、ユニット間の配線の必要がないので、組立時の作業性がきわめて良い。

各軸受用部品装着ユニットにおいて、少なくともコネクタに接続された電線の部分が合成樹脂モールド部によって被覆されており、ユニット間で配線の必要がないので、組立時に電線が断線するおそれがきわめて少なく、したがって、不良品の発生のおそれがきわめて少ない。

各軸受用部品装着ユニットにおいて、分割ハウジング部材のコネクタ取付部分が合成樹脂モールドによって密封されているので、ターボ分子ポンプなどに使用された場合であっても、高価な真空用コネクタを使用する必要がなく、安価な汎用コネクタを使用することができ、したがって、装置を安価に製作することができる。

組立時に、万一、不良が発生したとしても、不良が発生した軸受用部品装着ユニットだけを交換すればよく、軸受部分を廃棄する必要がないため、対応が容易である。

電動モータの仕様が変わった場合でも、電動モータのステータが装着された軸受用部品装着ユニットと、電動モータのロータが設けられる回転体を変えるだけですみ、汎用性が高い。

分割ハウジング部材の内側に装着される軸受用部品の所要部分が合成樹脂モールド部によって被覆されるのが望ましい。

そうすれば、軸受部分組立時の軸受用部品の損傷を防止して、不良品の発生を防止することができる。

この発明の磁気軸受装置によれば、上記のように、組立時の作業性がきわめて良く、断線などの不良品発生のおそれがきわめて少なく、不良品発生時の対応が容易で、安価に製作することができる。

以下、図面を参照して、この発明をターボ分子ポンプに使用される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。

図１は磁気軸受装置の機械本体の組立状態を示す縦断面図、図２は同機械本体の組立前の分解状態を示す縦断面図である。

図１に示すように、機械本体は、筒状の軸受部分(1)と、その内側で回転する回転体(2)とから構成されている。図示は省略したが、機械本体は制御装置とケーブルで接続されている。

軸受部分(1)は、筒状のハウジング(3)と、その内側に固定された複数の軸受用部品、すなわち、制御型アキシアル軸受(4)、２組の制御型ラジアル軸受(5)(6)、アキシアル変位センサ(7)、２組のラジアル変位センサ(8)(9)、電動モータのステータ(10)、回転センサ（図示略）および２組の保護軸受(11)(12)とを備えている。保護軸受(11)(12)以外の軸受用部品は、電線付軸受用部品である。

アキシアル磁気軸受(4)は、回転体(2)のフランジ部(2a)にアキシアル制御軸方向の両側から対向する１対の電磁石（アキシアル電磁石）(4a)を備えている。

詳細な図示は省略したが、各ラジアル磁気軸受(5)(6)は、２つのラジアル制御軸方向の両側から回転体(2)の外周面に対向する２対の電磁石（ラジアル電磁石）(5a)(6a)を備えている。各ラジアル変位センサ(8)(9)は、それぞれ、４個で１組をなし、各組の４個のセンサ(8)(9)が、対応するラジアル電磁石(5a)(6a)の近傍に同様に配置されている。

アキシアル変位センサ(7)は、回転体(2)の右端面に対向するように配置されている。

ステータ(10)は、回転体(2)の外周面に対向するように配置されている。

この例では、回転体(2)の左右両端寄りの部分に、ラジアル磁気軸受(5)(6)とラジアル変位センサ(8)(9)が１組ずつ配置されて、ラジアル変位センサ(8)(9)がラジアル磁気軸受(5)(6)より軸方向の端側に配置されており、２組のラジアル磁気軸受(5)(6)の間に、アキシアル磁気軸受(4)およびステータ(10)が配置されている。そして、回転体(2)の左右両端寄りの部分において、ラジアル変位センサ(8)(9)よりさらに軸方向の端側に保護軸受(11)(12)が配置され、ハウジング(3)の閉鎖した右端壁内面にアキシアル変位センサ(7)が配置されている。

軸受部分(1)は、複数（この例では５つ）の軸受用部品装着ユニット(13a)(13b)(13c)(13d)(13e)を連結することによって組み立てられている。軸受用部品装着ユニットは、符号(13)で総称する。各ユニット(13)は、ハウジング(3)が軸方向に分割された分割ハウジング部材(14a)(14b)(14c)(14d)(14e)の内側に軸受用部品が装着されたものである。分割ハウジング部材は、符号(14)で総称する。

各ユニット(13)のハウジング部材(14)に、それぞれ、コネクタ(15a)(15b)(15c)(15d)(15e)が取り付けられている。コネクタは、符号(15)で総称する。コネクタ(15)は汎用コネクタであり、それぞれのケーブル接続部分は、ハウジング部材(14)の外に出ている。図示は省略したが、各ユニット(13)において、コネクタ(15)と電線付軸受用部品が電線で接続されている。また、ハウジング部材(14)のコネクタ取付部分が合成樹脂モールド部(16)によって密封され、少なくともコネクタ(15)に接続された電線の部分がこの合成樹脂モールド部(16)によって被覆されている。

左端の第１ユニット(13a)では、筒状の第１のハウジング部材(14a)の内周面に、第１組のラジアル磁気軸受(5)、第１組のラジアル変位センサ(8)および第１の保護軸受(11)が右から順に装着されている。そして、磁気軸受(5)の電磁石(5a)およびセンサ(8)の内周面を除く部分が、モールド部(16)によって被覆されている。

第１のユニット(13a)の右側に連結された第２のユニット(13b)では、筒状の第２のハウジング部材(14b)の内周面に、アキシアル磁気軸受(4)の電磁石(4a)が装着されている。そして、各電磁石(4a)の対向面を除く部分が、モールド部によって被覆されている。

第２のユニット(13b)の右側に連結された第３のユニット(13c)では、筒状の第３のハウジング部材(14c)の内側にステータ(10)が装着されている。

第３のユニット(13c)の右側に連結された第４のユニット(13d)は、第１のユニット(13a)とほぼ左右対称であり、筒状の第４のハウジング部材(14d)の内側に、第２組のラジアル磁気軸受(6)、第２組のラジアル変位センサ(9)および第２の保護軸受(12)が左から順に装着されている。

右端の第５のユニット(13e)は、左側が開口して右側が閉じた短い筒状をなす第５のハウジング部材(14e)を備えており、このハウジング部材(14e)の左側の開口端面が、第４のユニット(13d)のハウジング部材(14d)の右端面に連結されている。そして、ハウジング部材(14e)の端壁の内面（左向きの面）にアキシアル変位センサ(7)が装着されている。

図示しない回転センサは、ユニット(13)のいずれかに装着されている。

詳細な図示は省略したが、回転体(2)には、アキシアル電磁石(4a)、ラジアル電磁石(5a)(6a)、アキシアル変位センサ(7)およびラジアル変位センサ(8)(9)にそれぞれ対向するターゲット、ステータに対向するロータなどが設けられている。

各ユニット(13)は、図２に示すように、別々に作られ、これらのハウジング部材(14)を互いに連結することにより、軸受部分(1)が組み立てられる。そして、組立状態では、ハウジング(3)内が密閉されて、真空が保持できるようになっている。

上記の実施形態では、分割ハウジング部材の内側に軸受用部品が装着された軸受用部品装着ユニットだけで軸受部分が構成されているが、分割ハウジング部材だけで軸受用部品が装着されていないユニットが、他のユニットの間あるいは端に連結されてもよい。

また、磁気軸受装置の全体構成あるいは各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

図１は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装置の機械本体の組立状態の縦断面図である。図２は、図１の機械本体の分解状態の縦断面図である。

符号の説明

(1) 軸受部分
(2) 回転体
(3) ハウジング
(4) アキシアル磁気軸受
(4a) 電磁石
(5)(6) ラジアル磁気軸受
(5a)(6a) 電磁石
(7) アキシアル変位センサ
(8)(9) ラジアル変位センサ
(10) 電動モータのステータ
(11)(12) 保護軸受
(13a)(13b)(13c)(13d)(13e) 軸受用部品装着ユニット
(14a)(14b)(14c)(14d)(14e) 分割ハウジング部材
(15a)(15b)(15c)(15d)(15e) コネクタ

Claims

回転体と、回転体を非接触支持して回転させるための複数組の軸受用部品がハウジングの内側に固定された軸受部分とを備えた磁気軸受装置において、
ハウジングが軸方向に複数の分割ハウジング部材に分割されることにより、軸受部分が、分割ハウジング部材の内側に少なくとも１組の軸受用部品が固定状に設けられた複数の部品装着ユニットを含む複数のユニットに分割されて、これらのユニットの分割ハウジング部材を連結することによって軸受部分が組み立てられており、電線付軸受用部品が装着された部品装着ユニットでは、軸受用部品の電線が接続されたコネクタが分割ハウジング部材に取り付けられ、合成樹脂モールド部により、分割ハウジング部材のコネクタ取付部分が密封されるとともに、少なくともコネクタに接続された電線の部分が被覆されていることを特徴とする磁気軸受装置。