JP2010121713A - Magnetic bearing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing usable even in an environment where a permanent magnet cannot be used, and capable of generating large bearing force in a predetermined direction. <P>SOLUTION: This magnetic bearing 100 is provided for supporting a substantially cylindrical rotary body 2 rotating to a fixed shaft 1 in a noncontact state. The magnetic bearing 100 is provided by arranging a void between an outer surface of a stator 3 and the rotary body 2 by winding a plurality of bias coils 4 on the stator 3 integrally arranged with the fixed shaft 1 so as to be opposed in close vicinity to an inner peripheral surface of the rotary body 2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気軸受に関し、特に、所定方向から主として荷重を受けながら回転する回転体を非接触支持する磁気軸受に関する。   The present invention relates to a magnetic bearing, and more particularly to a magnetic bearing that supports a rotating body that rotates while receiving a load mainly from a predetermined direction in a non-contact manner.

現在、製紙ロールや圧延ロールなどの各種大型ロールの軸受として、コロ軸受などの機械式軸受が用いられている。しかしながら、機械式軸受は、定期的にメンテナンスを行いグリスなどの潤滑剤を補充する必要があり、メンテナンス中は製造ラインを停止せざる負えないため連続可動時間に限界があるので、ライン効率向上の妨げとなっている。また、しかしながら、機械式軸受により大型ロールの回転時の振動を除去し大型ロールの回転精度を更に向上することは非常に困難であるので、最終製品の精度を含む品質向上の妨げとなっている。   Currently, mechanical bearings such as roller bearings are used as bearings for various large rolls such as papermaking rolls and rolling rolls. However, mechanical bearings need to be regularly maintained and replenished with lubricants such as grease, and the production line must be stopped during maintenance, so there is a limit to the continuous operation time. It is a hindrance. However, it is very difficult to remove the vibration during rotation of the large roll by the mechanical bearing and further improve the rotation accuracy of the large roll, which hinders quality improvement including the accuracy of the final product. .

これらを考慮し、大型ロールの軸受として、機械式軸受に代えて、磁気軸受を用いることが考えられる。磁気軸受は、非接触状態で回転体を支持するため潤滑剤を必要としないため、定期的なメンテナンスを省くことができ、連続可動時間を大幅に延ばすことが可能となる。また、磁気軸受は、自動位置調整機能を設けることにより回転中の位置や傾きをアクティブ制御することができ、大型ロールの回転精度を向上することが可能となる。   Considering these, it is conceivable to use a magnetic bearing instead of a mechanical bearing as a large roll bearing. Since the magnetic bearing supports the rotating body in a non-contact state and does not require a lubricant, regular maintenance can be omitted and the continuous operation time can be greatly extended. In addition, the magnetic bearing can be actively controlled for the position and inclination during rotation by providing an automatic position adjustment function, and the rotation accuracy of the large roll can be improved.

例えば、非特許文献1には、自動位置調整機能を備えた磁気軸受900が開示されている。この磁気軸受900は、図5に概略軸方向断面図を示すように、永久磁石901と電磁石を備えたハイブリッド型の磁気軸受である。磁気軸受900は、固定部902に対して回転する回転軸903を非接触支持するものであり、固定部902の外筒に永久磁石901が固着されている。電磁石は、図6に示すように、回転軸903に隣接対向するように固定部902から突出した突部904に制御コイル905が巻回されることにより設けられている。永久磁石901によるバイアス磁束は、図6に示す矢印のように、均等に通っており、固定部902に対して回転軸903を全方向に均等に非接触支持する軸受力が発生する。センサ906が検出した回転軸903の変位に応じて、制御コイル905に通電する電流を調整することにより、回転軸903の位置及び傾きを制御することができる。
「IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS,VOL.6,No.4,DECEMBER 2001」 521−524頁
For example, Non-Patent Document 1 discloses a magnetic bearing 900 having an automatic position adjustment function. The magnetic bearing 900 is a hybrid type magnetic bearing including a permanent magnet 901 and an electromagnet, as shown in a schematic axial sectional view in FIG. The magnetic bearing 900 supports the rotating shaft 903 that rotates with respect to the fixed portion 902 in a non-contact manner, and a permanent magnet 901 is fixed to the outer cylinder of the fixed portion 902. As shown in FIG. 6, the electromagnet is provided by winding a control coil 905 around a protrusion 904 that protrudes from the fixed portion 902 so as to face and oppose the rotation shaft 903. The bias magnetic flux generated by the permanent magnet 901 passes evenly as shown by the arrows in FIG. 6, and a bearing force is generated that supports the rotating shaft 903 in a non-contact manner in all directions with respect to the fixed portion 902. The position and inclination of the rotating shaft 903 can be controlled by adjusting the current supplied to the control coil 905 according to the displacement of the rotating shaft 903 detected by the sensor 906.
"IEEE / ASME TRANSACTIONS ON MECHATONICS, VOL.6, No.4, DECEMBER 2001" 521-524

しかしながら、上記従来のハイブリッド型の磁気軸受900は、永久磁石901によってバイアス磁束を発生させるので、高温環境など永久磁石がその機能を発揮し得ない環境下において用いることができないという問題があった。また、バイアス磁束が均等に通るので、一方向から高荷重を受ける場合であっても、これに対抗する大きな軸受力を効果的に発生させることができない。そのため、生産効率を上げるため更なる大型化の要請がある大型ロールに対応することができないという問題があった。   However, since the conventional hybrid magnetic bearing 900 generates a bias magnetic flux by the permanent magnet 901, there is a problem that it cannot be used in an environment where the permanent magnet cannot perform its function such as a high temperature environment. In addition, since the bias magnetic flux passes evenly, a large bearing force cannot be effectively generated even when receiving a high load from one direction. Therefore, there was a problem that it was not possible to cope with a large roll for which further enlargement was requested in order to increase production efficiency.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、永久磁石を用いることができない環境下においても用いることができるとともに、所定方向に大きな軸受力を発生させることができる磁気軸受を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a magnetic bearing that can be used even in an environment where a permanent magnet cannot be used and can generate a large bearing force in a predetermined direction. With the goal.

上記目的を達成するために、請求項に1記載の磁気軸受は、固定軸に対して回転する略円筒状の回転体を非接触支持する磁気軸受であって、前記固定軸と一体的に設けられた固定子に複数のバイアスコイルを前記回転体の内周面と近接対向するように巻回し、かつ前記固定子の外面と前記回転体との間に空隙を設けたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, a magnetic bearing according to claim 1 is a magnetic bearing that supports a substantially cylindrical rotating body that rotates with respect to a fixed shaft in a non-contact manner, and is provided integrally with the fixed shaft. A plurality of bias coils are wound around the stator so as to be close to and opposed to the inner peripheral surface of the rotating body, and a gap is provided between the outer surface of the stator and the rotating body.

請求項2に記載の磁気軸受は、請求項1に記載の磁気軸受において、前記固定子が前記回転体の内周面に近接対向する半円柱面状の外周面を有し、該外周面に形成された凹部に前記バイアスコイルの一部が収容されることを特徴としている。   A magnetic bearing according to a second aspect is the magnetic bearing according to the first aspect, wherein the stator has a semi-cylindrical outer peripheral surface that faces and opposes the inner peripheral surface of the rotating body, and the outer peripheral surface includes the outer peripheral surface. A part of the bias coil is accommodated in the formed recess.

請求項3に記載の磁気軸受は、請求項2に記載の磁気軸受において、前記バイアスコイルと近接対向する前記回転体の内周面に環状溝を形成したことを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the magnetic bearing according to the second aspect, wherein an annular groove is formed on an inner peripheral surface of the rotating body that is in close proximity to the bias coil.

請求項4に記載の磁気軸受は、請求項1から3の何れか1項に記載の磁気軸受において、前記固定子の外面と前記回転体との間に空隙に前記回転体の変位を検出するセンサを設けたことを特徴としている。   A magnetic bearing according to a fourth aspect of the invention is the magnetic bearing according to any one of the first to third aspects, wherein the displacement of the rotating body is detected in a gap between the outer surface of the stator and the rotating body. It is characterized by providing a sensor.

請求項5に記載の磁気軸受は、請求項1から4の何れか1項に記載の磁気軸受において、前記固定子に制御コイルを巻回した複数対の突極を設け、前記制御コイルによってそれぞれ発生する制御磁束を制御することにより、前記回転体の位置を制御することを特徴としている。   A magnetic bearing according to a fifth aspect is the magnetic bearing according to any one of the first to fourth aspects, wherein a plurality of pairs of salient poles each having a control coil wound around the stator are provided, The position of the rotating body is controlled by controlling the generated control magnetic flux.

請求項6に記載の磁気軸受は、請求項5に記載の磁気軸受において、前記固定子の飽和磁束密度に略等しいバイアス磁束密度を前記バイアスコイルによって発生させることを特徴としている。   A magnetic bearing according to a sixth aspect is the magnetic bearing according to the fifth aspect, wherein a bias magnetic flux density substantially equal to a saturation magnetic flux density of the stator is generated by the bias coil.

本発明の請求項1に記載の磁気軸受によれば、バイアスコイルによってバイアス磁束を発生させるので、永久磁石によってバイアス磁束を発生させる前記従来の磁気軸受900とは異なり、高温環境など永久磁石がその機能を発揮し得ない環境下においても磁気軸受を良好に用いることができる。また、固定子の外面と回転体との間に空隙を設けたので、バイアスコイルによって発生するバイアス磁束は当該空隙を越えることができないため、バイアス磁束は空隙のない所定方向に偏って通り、バイアス磁束によって当該所定方向向きの軸受力(バイアス吸引力)が発生する。そのため、永久磁石によってバイアス磁束を均等に通して軸受力を均等に発生させる前記従来の磁気軸受900とは異なり、当該所定方向と反対方向から受ける荷重に対する対抗力としての軸受力を効果的に発生させることができ、少ない消費電力で高荷重に対応可能な磁気軸受を得ることができる。また、複数のバイアスコイルを巻回したので、小型でありながら大きな軸受力を発生させることができる磁気軸受を得ることが可能となる。   According to the magnetic bearing of the first aspect of the present invention, since the bias magnetic flux is generated by the bias coil, unlike the conventional magnetic bearing 900 in which the bias magnetic flux is generated by the permanent magnet, the permanent magnet such as a high temperature environment is The magnetic bearing can be satisfactorily used even in an environment where the function cannot be exhibited. In addition, since a gap is provided between the outer surface of the stator and the rotating body, the bias magnetic flux generated by the bias coil cannot exceed the gap. Bearing force (bias attractive force) in the predetermined direction is generated by the magnetic flux. Therefore, unlike the conventional magnetic bearing 900 in which the bias magnetic flux is uniformly passed by the permanent magnet and the bearing force is generated uniformly, the bearing force is effectively generated as a counter force against the load received from the direction opposite to the predetermined direction. Therefore, it is possible to obtain a magnetic bearing that can handle a high load with low power consumption. In addition, since a plurality of bias coils are wound, it is possible to obtain a magnetic bearing that can generate a large bearing force while being small in size.

請求項2に記載の磁気軸受によれば、固定子が回転体の内周面に近接対向する半円柱面状の外周面を有し、該外周面に形成された凹部にバイアスコイルの一部が収容される。そのため、半円柱面状の外周面が形成された側をバイアス磁束は通ることはできるが、反対側には固定子と回転体との間に空隙が存在するため当該空隙を越えてバイアス磁束は通ることができない。よって、バイアス磁束は外周面が形成された側に偏って通り、バイアス磁束によって当該外周面が形成された側向きの軸受力が発生する。また、半円柱面状の外周面が形成された側においてバイアス磁束が通ることが可能な領域を最大化することができ、当該側に向かって発生させる軸受力を大きくすることができる。なお、半円柱面状の外周面が形成された側と反対側においては、前記空隙を広げることによりバイアス磁束が通すことが可能な領域を小さくすることができるので、当該反対側に向かって発生させる軸受力を小さくすることができ、半円柱面状の外周面が形成された側に向かって発生させる軸受力を大きくすることができる。   According to the magnetic bearing of claim 2, the stator has a semi-cylindrical outer peripheral surface that is close to and opposed to the inner peripheral surface of the rotating body, and a part of the bias coil is formed in the concave portion formed on the outer peripheral surface. Is housed. For this reason, the bias magnetic flux can pass through the side where the outer surface of the semi-cylindrical surface is formed, but there is a gap between the stator and the rotating body on the opposite side, so the bias magnetic flux exceeds the gap and I can't pass. Therefore, the bias magnetic flux is biased toward the side on which the outer peripheral surface is formed, and a bearing force directed to the side on which the outer peripheral surface is formed is generated by the bias magnetic flux. In addition, the region where the bias magnetic flux can pass can be maximized on the side where the semicircular cylindrical surface is formed, and the bearing force generated toward the side can be increased. It should be noted that, on the side opposite to the side on which the outer peripheral surface of the semi-cylindrical surface is formed, the area where the bias magnetic flux can be passed can be reduced by widening the gap. The bearing force to be generated can be reduced, and the bearing force to be generated toward the side on which the semi-cylindrical outer peripheral surface is formed can be increased.

請求項3に記載の磁気軸受によれば、バイアスコイルと近接対向する回転体の内周面に環状溝を形成したので、回転体の内周面には形成された環状溝間に凸部が生じる。そのため、当該凸部と、固定子の外周面に形成された凹部間に生じる凸部とは、互いに近接対向し、これら凸部に集中するバイアス磁束によって発生する吸引作用により、回転体を軸方向の所定位置に保持させる大きな復元力を得ることができる。また、これら凸部が軸方向に複数に形成されているので、前記復元力をより良好に得ることができる。よって、回転体の軸方向の位置変動が安定し、スラスト軸受を省略、もしくは小型化することができ、磁気軸受の製造コストを削減することが可能となる。   According to the magnetic bearing of the third aspect, since the annular groove is formed on the inner peripheral surface of the rotating body that is in close proximity to the bias coil, the convex portion is formed between the formed annular grooves on the inner peripheral surface of the rotating body. Arise. Therefore, the convex portion and the convex portion generated between the concave portions formed on the outer peripheral surface of the stator are opposed to each other, and the rotating body is axially moved by the attraction action generated by the bias magnetic flux concentrated on the convex portions. It is possible to obtain a large restoring force to be held at a predetermined position. Moreover, since these convex parts are formed in multiple in the axial direction, the said restoring force can be obtained more favorably. Therefore, the axial position variation of the rotating body is stabilized, the thrust bearing can be omitted or downsized, and the manufacturing cost of the magnetic bearing can be reduced.

請求項4に記載の磁気軸受によれば、固定子の外面と回転体との間に空隙にセンサを設けたので、前記従来の磁気軸受900のように、外部にセンサを設ける必要がないので、磁気軸受の小型化が可能となる。   According to the magnetic bearing of the fourth aspect, since the sensor is provided in the gap between the outer surface of the stator and the rotating body, it is not necessary to provide a sensor outside as in the conventional magnetic bearing 900. The magnetic bearing can be downsized.

請求項5に記載の磁気軸受によれば、制御コイルによって発生する制御磁束をそれぞれ制御することにより回転体の位置を制御するため、制御コイルに通電する電流に応じて制御力が変化するので、制御コイルに通電する電流を調整することによって回転体の位置を容易にアクティブ制御することができ、回転体の位置精度を向上させることが可能となる。   According to the magnetic bearing of the fifth aspect, since the position of the rotating body is controlled by controlling the control magnetic flux generated by the control coil, the control force changes according to the current supplied to the control coil. By adjusting the current supplied to the control coil, the position of the rotating body can be easily actively controlled, and the position accuracy of the rotating body can be improved.

請求項6に記載の磁気軸受によれば、固定子の飽和磁束密度に略等しいバイアス磁束密度をバイアスコイルによって発生させるので、回転体と固定子とのギャップ変動によるバイアス磁束の変化を小さくし、バイアス磁束によって発生する軸受力の変動を小さくすることができる。そのため、軸受力の変動を吸収するために必要な制御力を小さくすることができ、制御部を小型化することができ、磁気軸受の小型化と製造コスト削減が可能となる。   According to the magnetic bearing of claim 6, since the bias coil generates a bias magnetic flux density substantially equal to the saturation magnetic flux density of the stator, the change in the bias magnetic flux due to the gap fluctuation between the rotating body and the stator is reduced, The fluctuation of the bearing force generated by the bias magnetic flux can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the control force required to absorb the fluctuation of the bearing force, to reduce the size of the control unit, and to reduce the size and manufacturing cost of the magnetic bearing.

本発明の実施の形態に係る磁気軸受100は、図1に概略軸方向断面図を示すように、固定軸1に対して略円筒状の回転体2を非接触支持するものであり、固定軸1には、固定子(ステータ)3が一体的に固定して設けられている。固定子3は、固定軸1の軸方向に沿って、当該固定軸1に、第1の固定子31、第2の固定子32、及び第3の固定子33の順に固定されている。なお、図示しないが、固定軸1は支持軸によって土台に固定されている。   A magnetic bearing 100 according to an embodiment of the present invention supports a substantially cylindrical rotating body 2 in a non-contact manner with respect to a fixed shaft 1, as shown in a schematic axial sectional view in FIG. 1, a stator (stator) 3 is integrally fixed. The stator 3 is fixed to the fixed shaft 1 in the order of the first stator 31, the second stator 32, and the third stator 33 along the axial direction of the fixed shaft 1. Although not shown, the fixed shaft 1 is fixed to the base by a support shaft.

固定子3は、バイアス磁束が通るバイアス磁路を構成するものであって、複数(3つ)のバイアスコイル4が回転体2の内周面と近接対向するようにそれぞれ巻回されている。固定子3は、図2(a)及び図2(b)にも示すように、各図下側に回転体2との間に空隙を設けるよう形成されている。具体的には、図2(a)に示すように、固定子3の回転軸方向と直交する方向における断面を略扇形状としている。より詳細には、この断面外形は、上側が回転体2の内周面の直径に略等しい直径を有する半円であり、下側が上側の半円の直径より短い直径を有する半円及び当該半円への上側の半円の両端からの接線からなっている。固定子3の外周面には、図1に示すように、各バイアスコイル4の一部がそれぞれ収容される凹部5が形成されている。この凹部5が形成された部分における固定子3は、図2(b)に示すように、回転中心を中心とする円状の外周面を有しており、当該外周面の一部は前記下側の半円のなす面と連なるものである。これにより、バイアスコイル4は、その全周に渡って一様に、回転体2の内周面と近接対向するように配置される。また、複数の凹部5が形成されるので、その間に凸部がそれぞれ形成されることになる。なお、固定子3は、バイアス磁束が通る磁路を構成するので、積層鉄心であることが好ましいが、必ずしも積層である必要はない。   The stator 3 constitutes a bias magnetic path through which a bias magnetic flux passes, and a plurality (three) of bias coils 4 are wound around the inner peripheral surface of the rotating body 2 so as to face each other. As shown in FIGS. 2A and 2B, the stator 3 is formed so as to provide a gap between the rotor 3 and the lower side of each figure. Specifically, as shown in FIG. 2A, the cross section of the stator 3 in the direction orthogonal to the rotation axis direction is substantially fan-shaped. In more detail, the cross-sectional outer shape is a semicircle whose upper side has a diameter substantially equal to the diameter of the inner peripheral surface of the rotating body 2, and whose lower side has a semicircle having a diameter shorter than the diameter of the upper semicircle, and the semicircle. It consists of tangents from both ends of the upper semicircle to the circle. On the outer peripheral surface of the stator 3, as shown in FIG. 1, recesses 5 in which a part of each bias coil 4 is accommodated are formed. As shown in FIG. 2 (b), the stator 3 in the portion where the concave portion 5 is formed has a circular outer peripheral surface centering on the rotation center, and a part of the outer peripheral surface is the lower surface. It is connected to the surface formed by the semicircle on the side. Thereby, the bias coil 4 is disposed so as to be close to and opposed to the inner peripheral surface of the rotating body 2 over the entire circumference thereof. Moreover, since the several recessed part 5 is formed, a convex part will be formed in the meantime, respectively. Since the stator 3 forms a magnetic path through which the bias magnetic flux passes, the stator 3 is preferably a laminated iron core, but is not necessarily laminated.

さらに、固定子3は、制御磁束が通る制御磁路を構成するものでもあって、図3にも示すように、第1及び第3の固定子31,33の軸方向の外側にそれぞれ2対(4個)の突極6が設けられている。各突極6は、回転軸を中心として均等に4方向に延びるように、つまり全体として十字状となるように形成された突出部61に制御コイル62がそれぞれ巻回されることにより設けられている。   Further, the stator 3 constitutes a control magnetic path through which the control magnetic flux passes. As shown in FIG. 3, two pairs are respectively provided on the outer sides in the axial direction of the first and third stators 31 and 33. (Four) salient poles 6 are provided. Each salient pole 6 is provided by winding a control coil 62 around a projecting portion 61 formed so as to extend equally in four directions around the rotation axis, that is, in a cross shape as a whole. Yes.

回転体2は、略円筒状のものであり、バイアスコイル4と対向する内周面には、環状溝7がそれぞれ形成されている。回転体2は、第1から第3の固定子31,32,33にそれぞれ対応する3つの略短円筒状の回転子(ロータ)21,22,23が分割形成された円筒状の外筒24によってボルト等の固定具(不図示)によって固定されてなるものである。複数の環状溝7が形成されているので、その間に凸部がそれぞれ形成されることになる。これら凸部は、固定子3の外周面に形成された凸部とそれぞれ近接対向する。   The rotating body 2 has a substantially cylindrical shape, and annular grooves 7 are respectively formed on the inner peripheral surface facing the bias coil 4. The rotating body 2 includes a cylindrical outer cylinder 24 in which three substantially short cylindrical rotors (rotors) 21, 22, 23 corresponding to the first to third stators 31, 32, 33 are divided. Is fixed by a fixing tool (not shown) such as a bolt. Since the plurality of annular grooves 7 are formed, convex portions are respectively formed between them. These convex portions are in close proximity to the convex portions formed on the outer peripheral surface of the stator 3.

固定子3と回転体2との空隙に一対の変位センサ7が2か所に設けられている。これら変位センサ8は、当該空隙内において軸方向にできる限り離間させて固定軸1に対し固定的に設けられている。一対の変位センサ8は、回転体2に対する2方向の変位(ギャップ)を検出する。そして、不図示の検出ユニットが、これらの変位センサ8から出力された検出信号に基づいて、固定軸1に対する回転体2の所定位置からのずれを求める。   A pair of displacement sensors 7 are provided at two locations in the gap between the stator 3 and the rotating body 2. The displacement sensors 8 are fixed to the fixed shaft 1 while being separated as much as possible in the axial direction within the gap. The pair of displacement sensors 8 detect displacement (gap) in two directions with respect to the rotating body 2. A detection unit (not shown) obtains a deviation of the rotating body 2 from the predetermined position with respect to the fixed shaft 1 based on the detection signals output from the displacement sensors 8.

上記のように構成された磁気軸受100のバイアスコイル4及び制御コイル62に通電すると、バイアスコイル4によってバイアス磁束が発生し、制御コイル62によって制御磁束が発生することによって、回転する回転体2を固定軸1に対して非接触支持するように、磁気軸受100が軸受力を発生する。   When the bias coil 4 and the control coil 62 of the magnetic bearing 100 configured as described above are energized, a bias magnetic flux is generated by the bias coil 4, and a control magnetic flux is generated by the control coil 62. The magnetic bearing 100 generates a bearing force so as to be supported in a non-contact manner with respect to the fixed shaft 1.

バイアスコイル4に通電することによって発生したバイアス磁束は、図4に示すように、固定子3から回転体2を巡るように形成される。バイアス磁束は、固定子3と回転体2との間に設けた空隙を越えて回転体2に渡ることができないため、空隙が設けられていない側(図中上側)に偏って通るので、バイアス磁束によって発生する軸受力(バイアス吸引力)は、当該空隙を設けた側とは反対方向の所定方向に向かう。そのため、図5に示した従来の磁気軸受900のようにバイアス磁束を均等に発生させる場合とは異なり、当該所定方向と反対方向から受ける荷重に対する対抗力としての軸受力を発生させることができる。   As shown in FIG. 4, the bias magnetic flux generated by energizing the bias coil 4 is formed so as to go around the rotor 2 from the stator 3. Since the bias magnetic flux cannot cross the gap provided between the stator 3 and the rotating body 2 and cannot reach the rotating body 2, the bias magnetic flux is biased to the side where no gap is provided (upper side in the figure). The bearing force (bias attractive force) generated by the magnetic flux is directed in a predetermined direction opposite to the side where the air gap is provided. Therefore, unlike the conventional magnetic bearing 900 shown in FIG. 5, unlike the case where the bias magnetic flux is generated uniformly, it is possible to generate a bearing force as a counter force against the load received from the direction opposite to the predetermined direction.

固定子3が回転体2の内周面に近接対向する半円柱面状の外周面を有し、該外周面に形成された凹部5にバイアスコイル4の一部が収容されるため、バイアス磁束は半円柱面状の外周面が形成された側(図中上側)を通ることができるが、反対側には固定子3と回転体2との間に空隙が存在するため当該空隙を越えて通ることができない。よって、バイアス磁束は外周面が形成された側に偏って通り、バイアス磁束によって当該外周面が形成された側向き(図中上向き)の軸受力が発生する。また、半円柱面状の外周面が形成された側においてバイアス磁束が通ることが可能な領域が最大化されており、当該側に向かって大きな軸受力を発生させることができる。さらに、半円柱面状の外周面が形成された側と反対側においては、バイアスコイル4を適切に巻回できる程度にまで空隙を広げ、バイアス磁束が通ることが可能な領域を小さくしているので、当該反対側に向かって発生する軸受力を小さくし、半円柱面状の外周面が形成された側に向かって発生する軸受力を全体として大きくしている。   Since the stator 3 has a semi-cylindrical outer peripheral surface that is close to and opposed to the inner peripheral surface of the rotating body 2 and a part of the bias coil 4 is accommodated in the recess 5 formed on the outer peripheral surface, the bias magnetic flux Can pass through the side where the semicircular cylindrical surface is formed (upper side in the figure), but there is a gap between the stator 3 and the rotating body 2 on the opposite side. I can't pass. Therefore, the bias magnetic flux is biased toward the side where the outer peripheral surface is formed, and a bearing force is generated in the side direction (upward in the figure) where the outer peripheral surface is formed by the bias magnetic flux. Further, the region through which the bias magnetic flux can pass is maximized on the side where the outer surface of the semi-cylindrical surface is formed, and a large bearing force can be generated toward the side. Further, on the side opposite to the side on which the semi-cylindrical outer peripheral surface is formed, the gap is widened to such an extent that the bias coil 4 can be wound appropriately, and the region through which the bias magnetic flux can pass is reduced. Therefore, the bearing force generated toward the opposite side is reduced, and the bearing force generated toward the side where the semi-cylindrical outer peripheral surface is formed is increased as a whole.

以上、説明したようにバイアスコイル4によってバイアス磁束を発生させるので、永久磁石によってバイアス磁束を発生させる図5に示した従来の磁気軸受900とは異なり、高温環境など永久磁石がその機能を発揮し得ない環境下においても磁気軸受100を良好に用いることができる。よって、製紙ロールや圧延ロールなどの各種大型ロールに好適に磁気軸受100を用いることができる。なお、固定軸1は、中実として図示したが、変位センサ8からの信号線等を配する空洞を内部に備えたものであってもよい。   As described above, since the bias magnetic flux is generated by the bias coil 4, unlike the conventional magnetic bearing 900 shown in FIG. 5 in which the bias magnetic flux is generated by the permanent magnet, the permanent magnet such as a high temperature environment exhibits its function. The magnetic bearing 100 can be used satisfactorily even in an unobtainable environment. Therefore, the magnetic bearing 100 can be suitably used for various large rolls such as a papermaking roll and a rolling roll. Although the fixed shaft 1 is illustrated as being solid, the fixed shaft 1 may be provided with a cavity in which a signal line or the like from the displacement sensor 8 is disposed.

また、固定子3の外周面に形成された凹部5間に生じる凸部と、回転体2の内周面に形成された環状溝7間に生じる凸部とは、互いに近接対向するので、これら凸部に集中するバイアス磁束によって発生する吸引作用により、回転体2を軸方向の所定位置に保持させる大きな復元力を得ることができる。また、これら凸部が軸方向に複数に形成されているので、前記復元力をより良好に得ることができる。よって、回転体2の軸方向の位置変動が安定し、スラスト軸受を省略、もしくは小型化することができる。   Moreover, since the convex part produced between the recessed parts 5 formed in the outer peripheral surface of the stator 3 and the convex part produced between the annular grooves 7 formed in the inner peripheral surface of the rotating body 2 are close to each other, these A large restoring force for holding the rotating body 2 at a predetermined position in the axial direction can be obtained by the attraction action generated by the bias magnetic flux concentrated on the convex portion. Moreover, since these convex parts are formed in multiple in the axial direction, the said restoring force can be obtained more favorably. Therefore, the axial position variation of the rotating body 2 is stable, and the thrust bearing can be omitted or downsized.

また、固定子3と回転体2との間に空隙に変位センサ8を設けたので、従来の磁気軸受900のように、外部にセンサを設ける必要がないので、磁気軸受100を小型化することが可能となる。   Further, since the displacement sensor 8 is provided in the gap between the stator 3 and the rotating body 2, it is not necessary to provide an external sensor unlike the conventional magnetic bearing 900, so the magnetic bearing 100 can be downsized. Is possible.

また、制御コイル62に通電する電流を調整することによって発生させる制御磁束をそれぞれ制御することにより、回転体2の位置を制御している。そのため、制御コイル62に通電する電流に比例して制御力が変化するので、制御コイル62に通電する電流を調整することによって回転体2の位置を容易にアクティブ制御することができ、回転体2の位置精度を向上することが可能となる。   Further, the position of the rotating body 2 is controlled by controlling the control magnetic flux generated by adjusting the current supplied to the control coil 62. Therefore, since the control force changes in proportion to the current supplied to the control coil 62, the position of the rotating body 2 can be easily actively controlled by adjusting the current supplied to the control coil 62. It is possible to improve the positional accuracy of the.

また、固定子3の飽和磁束密度に略等しいバイアス磁束密度をバイアスコイル4によって発生させることが好ましい。回転体2と固定子3とのギャップ変動によるバイアス磁束の変化を小さくし、バイアス磁束によって発生する軸受力の変動を小さくできるので、軸受力の変動を吸収するために必要な制御力を小さくできる。   Further, it is preferable that the bias coil 4 generate a bias magnetic flux density substantially equal to the saturation magnetic flux density of the stator 3. Since the change of the bias magnetic flux due to the gap fluctuation between the rotating body 2 and the stator 3 can be reduced and the fluctuation of the bearing force generated by the bias magnetic flux can be reduced, the control force necessary to absorb the fluctuation of the bearing force can be reduced. .

また、固定子31,32,33の個数を適宜変更することによって、バイアスコイル4を必要な軸受力に応じて適切に設けることが容易に可能となる。そのため、小型でありながら大きな軸受力を発生することができ、拡張性のある磁気軸受100を容易に得ることができる。   Further, by appropriately changing the number of the stators 31, 32, 33, it is possible to easily provide the bias coil 4 appropriately according to the required bearing force. Therefore, it is possible to generate a large bearing force while being small, and the expandable magnetic bearing 100 can be easily obtained.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施の形態では、所定方向から高荷重を受けながら回転する回転体を固定軸に対して非接触支持する磁気軸受として実施した態様を説明したが、所定方向から高荷重を受ける固定軸に対して回転する回転体を非接触支持する磁気軸受等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で実施形態を変更可能なことは勿論である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the present embodiment, a mode in which a rotating body that rotates while receiving a high load from a predetermined direction is described as a magnetic bearing that supports the fixed shaft in a non-contact manner has been described. Needless to say, the embodiment can be changed without departing from the gist of the present invention, such as a magnetic bearing for supporting the rotating body rotating with respect to the contactless contact.

本発明の実施の形態に係る磁気軸受100の概略軸方向断面図である。1 is a schematic axial sectional view of a magnetic bearing 100 according to an embodiment of the present invention. 磁気軸受100の概略断面図であり、(a)は図1に示すA―Aにおける断面を、(b)は図1に示すB―Bにおける断面をそれぞれ示す。2A and 2B are schematic cross-sectional views of the magnetic bearing 100, in which FIG. 1A shows a cross section taken along the line AA shown in FIG. 1, and FIG. 磁気軸受100の概略断面図であり、図1に示すC−Cにおける断面を示す。It is a schematic sectional drawing of the magnetic bearing 100, and shows the cross section in CC shown in FIG. 磁気軸受100内のバイアス磁束の通る磁路を説明する説明図である。3 is an explanatory diagram for explaining a magnetic path through which a bias magnetic flux passes in a magnetic bearing 100. FIG. 従来の磁気軸受900を示す概略軸方向断面図である。FIG. 6 is a schematic axial sectional view showing a conventional magnetic bearing 900. 従来の磁気軸受900内のバイアス磁束の通る磁路を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the magnetic path through which the bias magnetic flux in the conventional magnetic bearing 900 passes.

符号の説明Explanation of symbols

1 固定軸
2 回転体
3 固定子
4 バイアスコイル
5 凹部
6 突極
7 環状溝
8 変位センサ
100 磁気軸受
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed shaft 2 Rotating body 3 Stator 4 Bias coil 5 Recess 6 Salient pole 7 Annular groove 8 Displacement sensor 100 Magnetic bearing

Claims (6)

固定軸に対して回転する略円筒状の回転体を非接触支持する磁気軸受であって、
前記固定軸と一体的に設けられた固定子に複数のバイアスコイルを前記回転体の内周面と近接対向するように巻回し、かつ前記固定子の外面と前記回転体との間に空隙を設けたことを特徴とする磁気軸受。
A magnetic bearing that supports a substantially cylindrical rotating body that rotates with respect to a fixed shaft in a non-contact manner,
A plurality of bias coils are wound around a stator provided integrally with the fixed shaft so as to be close to and opposed to the inner peripheral surface of the rotating body, and a gap is formed between the outer surface of the stator and the rotating body. A magnetic bearing characterized by being provided.
前記固定子が前記回転体の内周面に近接対向する半円柱面状の外周面を有し、該外周面に形成された凹部に前記バイアスコイルの一部が収容されることを特徴とする請求項1に記載の磁気軸受。   The stator has a semi-cylindrical outer peripheral surface close to and opposed to the inner peripheral surface of the rotating body, and a part of the bias coil is accommodated in a recess formed in the outer peripheral surface. The magnetic bearing according to claim 1. 前記バイアスコイルと近接対向する前記回転体の内周面に環状溝を形成したことを特徴とする請求項2に記載の磁気軸受。   The magnetic bearing according to claim 2, wherein an annular groove is formed on an inner peripheral surface of the rotating body that is in close proximity to the bias coil. 前記固定子の外面と前記回転体との間に空隙に前記回転体の変位を検出するセンサを設けたことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の磁気軸受。   4. The magnetic bearing according to claim 1, wherein a sensor that detects a displacement of the rotating body is provided in a gap between an outer surface of the stator and the rotating body. 5. 前記固定子に制御コイルを巻回した複数対の突極を設け、前記制御コイルによってそれぞれ発生する制御磁束を制御することにより、前記回転体の位置を制御することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の磁気軸受。   2. The position of the rotating body is controlled by providing a plurality of pairs of salient poles each having a control coil wound around the stator, and controlling the control magnetic flux generated by the control coil. 5. The magnetic bearing according to any one of 4 above. 前記固定子の飽和磁束密度に略等しいバイアス磁束密度を前記バイアスコイルによって発生させることを特徴とする請求項5に記載の磁気軸受。   6. The magnetic bearing according to claim 5, wherein a bias magnetic flux density substantially equal to a saturation magnetic flux density of the stator is generated by the bias coil.
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