JP2018021573A - Diskless thrust magnetic bearing and three-axis active control magnetic bearing - Google Patents

Diskless thrust magnetic bearing and three-axis active control magnetic bearing Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diskless thrust magnetic bearing and a three-axis active control magnetic bearing that can restrain a reduction in thrust support force while shortening the axial length of a rotor.SOLUTION: A diskless thrust magnetic bearing 1A comprises: a rotor 10; a shared magnetic pole 21A arranged so as to be opposed to a peripheral surface 10c of the rotor 10; and a first thrust stator 30z1 and a second thrust stator 30z2 arranged so as to be opposed to each other across the shared magnetic pole 21A. The first thrust stator 30z1 comprises a first thrust stator magnetic pole 33z1 arranged so as to be opposed to one end surface 10a of the rotor 10. The second thrust stator 30z2 comprises a second thrust stator magnetic pole 33z2 arranged so as to be not opposed to another end surface of the rotor 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ディスクレススラスト磁気軸受及び3軸能動制御磁気軸受に関するものである。   The present invention relates to a diskless thrust magnetic bearing and a three-axis active control magnetic bearing.

磁気軸受は、機械的接触による摩耗が発生せず、さらに、潤滑剤が不要である等の利点がある。この磁気軸受は、軸受での損失が少ないため、高速で羽根車や軸を回転させるターボ分子ポンプ、圧縮機、ガスタービン、電力貯蔵用フライホイール等に利用されている。磁気軸受は、電磁力によって回転体を非接触で支持するため、回転体を空間中に固定するためには、並進3自由度、傾き2自由度、回転1自由度の運動を制御する必要がある。通常、回転1自由度は、モータが担当し、残りの5自由度を磁気軸受で制御するようになっている。   The magnetic bearing has advantages such as no wear due to mechanical contact and no need for a lubricant. Since this magnetic bearing has a small loss in the bearing, it is used in turbo molecular pumps, compressors, gas turbines, power storage flywheels and the like that rotate impellers and shafts at high speeds. Since the magnetic bearing supports the rotating body in a non-contact manner by electromagnetic force, in order to fix the rotating body in the space, it is necessary to control the motion with three degrees of freedom of translation, two degrees of freedom of inclination, and one degree of freedom of rotation. is there. Usually, the motor is responsible for one degree of freedom of rotation, and the remaining five degrees of freedom are controlled by magnetic bearings.

下記非特許文献1には、5自由度制御形磁気軸受の基本的な構成が開示されている(非特許文献1の図1参照)。この磁気軸受は、2組のラジアル磁気軸受と1つのスラスト軸受から構成される。軸の並進方向2自由度の運動制御を担うラジアル磁気軸受は、軸端に1個ずつ合計2個配置され、並進方向2自由度と傾き2自由度の運動を制御する。また、1自由度方向に力を発生するスラスト軸受は、軸方向の1自由度の運動を制御する。スラスト軸受は、軸に取り付けられた1枚の磁性体の円板(スラストディスク)を、コイル用の溝を設けた2つのリング状の電磁石で挟み込む構成となっている。   Non-Patent Document 1 below discloses a basic configuration of a 5-degree-of-freedom control type magnetic bearing (see FIG. 1 of Non-Patent Document 1). This magnetic bearing is composed of two sets of radial magnetic bearings and one thrust bearing. A total of two radial magnetic bearings for controlling the motion in the translational direction of the shaft with two degrees of freedom are arranged at the end of the shaft, and control the motion in the translational direction with two degrees of freedom and the tilt with two degrees of freedom. A thrust bearing that generates a force in the direction of one degree of freedom controls the movement of one degree of freedom in the axial direction. The thrust bearing has a configuration in which a single magnetic disk (thrust disk) attached to a shaft is sandwiched between two ring-shaped electromagnets provided with coil grooves.

進士忠彦、「磁気軸受 基礎と応用」、精密工学会誌、Vol.78、No.12、2012年、p.1054−1057Tadahiko Shinji, “Magnetic Bearing Fundamentals and Applications”, Journal of Precision Engineering, Vol. 78, no. 12, 2012, p. 1054-1057

ところで、ラジアル/スラスト磁気軸受は、機械式軸受に対して軸受剛性において劣るため、システムが大型化する。同時に、軸長の増加に伴い軸剛性が低下し、危険速度の低下を招く。加えて、スラスト磁気軸受は、スラストディスクとそれを挟み込む一対のスラストステータにより構成されるため、スラストステータとロータを独立して組み立てたり分離したりすることができないという問題がある。
この問題を解決するべく、本願発明者らは、一対のスラストステータを一体化し、ロータの軸長の短縮化を図ったディスクレススラスト磁気軸受を発案した。しかしながら、ディスクレス構造を採用する場合、磁力の大きさにかかわる対向面積が小さくなるため、スラスト支持力が低下するという新たな問題が生じた。
By the way, radial / thrust magnetic bearings are inferior in mechanical rigidity to mechanical bearings, so the system becomes large. At the same time, the shaft rigidity decreases as the shaft length increases, leading to a decrease in critical speed. In addition, since the thrust magnetic bearing is composed of a thrust disk and a pair of thrust stators sandwiching the thrust disk, there is a problem that the thrust stator and the rotor cannot be assembled and separated independently.
In order to solve this problem, the inventors of the present application have invented a diskless thrust magnetic bearing in which a pair of thrust stators are integrated to shorten the axial length of the rotor. However, when the diskless structure is adopted, the facing area related to the magnitude of the magnetic force becomes small, which causes a new problem that the thrust supporting force is reduced.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ロータの軸長の短縮化を図りつつ、スラスト支持力の低下を抑制することができるディスクレススラスト磁気軸受及び3軸能動制御磁気軸受の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is directed to a diskless thrust magnetic bearing and a three-axis active control magnetic bearing capable of suppressing a reduction in thrust support force while shortening the axial length of the rotor. For the purpose of provision.

上記の課題を解決するために、本発明は、ロータと、前記ロータの周面に対向して配置された共有磁極と、前記共有磁極を挟んで対向して配置された第1のスラストステータ及び第2のスラストステータと、を有し、前記第1のスラストステータは、前記ロータの一方の端面と対向して配置された第1のスラストステータ磁極を有し、前記第2のスラストステータは、前記ロータの他方の端面と非対向で配置された第2のスラストステータ磁極を有する、ディスクレススラスト磁気軸受を採用する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a rotor, a shared magnetic pole disposed to face the circumferential surface of the rotor, a first thrust stator disposed to face the shared magnetic pole, and A second thrust stator, wherein the first thrust stator has a first thrust stator magnetic pole disposed to face one end surface of the rotor, and the second thrust stator is A diskless thrust magnetic bearing having a second thrust stator magnetic pole disposed not facing the other end face of the rotor is employed.

また、本発明においては、前記第1のスラストステータは、第1のスラスト巻線を有し、前記第2のスラストステータは、第2のスラスト巻線を有する、という構成を採用する。   In the present invention, the first thrust stator has a first thrust winding, and the second thrust stator has a second thrust winding.

また、本発明においては、前記第2のスラストステータは、前記第1のスラスト巻線よりも巻き数が多い、という構成を採用する。   In the present invention, the second thrust stator has a configuration in which the number of turns is larger than that of the first thrust winding.

また、本発明においては、前記第2のスラスト巻線が形成する磁気回路の磁気抵抗は、前記第1のスラスト巻線が形成する磁気回路よりも大きい、という構成を採用する。   In the present invention, a configuration is adopted in which the magnetic resistance of the magnetic circuit formed by the second thrust winding is larger than that of the magnetic circuit formed by the first thrust winding.

また、本発明においては、前記第2のスラスト巻線は、前記第1のスラスト巻線よりも径方向に大きい、という構成を採用する。   In the present invention, a configuration is adopted in which the second thrust winding is larger in the radial direction than the first thrust winding.

また、本発明においては、前記第2のスラスト巻線は、前記第1のスラスト巻線よりも軸方向に大きい、という構成を採用する。   In the present invention, a configuration is adopted in which the second thrust winding is larger in the axial direction than the first thrust winding.

また、本発明においては、前記第2のスラストステータ磁極の厚みは、前記第1のスラストステータ磁極の厚みよりも太い、という構成を採用する。   In the present invention, a configuration is adopted in which the thickness of the second thrust stator magnetic pole is thicker than the thickness of the first thrust stator magnetic pole.

また、本発明においては、ロータと、前記ロータの周面に対向して配置されたラジアルステータと、前記ラジアルステータを挟んで対向して配置され、前記ラジアルステータのラジアルステータコアを共有磁極とする先に記載のディスクレススラスト磁気軸受の第1のスラストステータ及び第2のスラストステータと、を有する、3軸能動制御磁気軸受を採用する。   In the present invention, the rotor, the radial stator disposed to face the circumferential surface of the rotor, and the radial stator core of the radial stator that are disposed to face each other with the radial stator interposed therebetween are shared magnetic poles. The three-axis active control magnetic bearing having the first thrust stator and the second thrust stator of the diskless thrust magnetic bearing described in 1) is employed.

したがって、本発明では、ロータの軸長の短縮化を図りつつ、スラスト支持力の低下を抑制することができる。   Therefore, in the present invention, it is possible to suppress a reduction in thrust support force while shortening the axial length of the rotor.

本発明の第1実施形態におけるディスクレススラスト磁気軸受を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a diskless thrust magnetic bearing according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すディスクレススラスト磁気軸受の要部を抜き出して拡大した要部拡大図である。It is the principal part enlarged view which extracted and expanded the principal part of the diskless thrust magnetic bearing shown in FIG. 本発明の第2実施形態における磁気軸受の縦断面構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the longitudinal cross-section of the magnetic bearing in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における磁気軸受の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the magnetic bearing in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態におけるラジアルステータの構成を示す磁気軸受の横断面図である。It is a cross-sectional view of the magnetic bearing which shows the structure of the radial stator in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態におけるスラストステータの構成を示す磁気軸受の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the magnetic bearing which shows the structure of the thrust stator in 2nd Embodiment of this invention. 実施例として、ラジアルステータ磁極において磁束の向きが異なる方向となるように第2の磁気回路を形成するスラストステータの構成を示す磁気軸受の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a magnetic bearing showing a configuration of a thrust stator that forms a second magnetic circuit so that the directions of magnetic fluxes are different in radial stator poles as an example. 図7に示す磁気軸受においてラジアルステータとスラストステータの磁束を重畳したときの(a)ラジアルステータ磁束の変化、(b)ラジアルステータの支持力の変化を示すグラフである。8 is a graph showing (a) a change in radial stator magnetic flux and (b) a change in support force of the radial stator when magnetic fluxes of a radial stator and a thrust stator are superimposed on the magnetic bearing shown in FIG. 7. 比較例として、ラジアルステータ磁極において磁束の向きが同じ方向となるように第2の磁気回路を形成するスラストステータの構成を示す磁気軸受の縦断面図である。As a comparative example, it is a longitudinal sectional view of a magnetic bearing showing the configuration of a thrust stator that forms a second magnetic circuit so that the directions of magnetic fluxes are the same in the radial stator magnetic poles. 図9に示す磁気軸受においてラジアルステータとスラストステータの磁束を重畳したときの(a)ラジアルステータ磁束の変化、(b)ラジアルステータの支持力の変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing (a) a change in the radial stator magnetic flux and (b) a change in the support force of the radial stator when the magnetic fluxes of the radial stator and the thrust stator are superimposed on the magnetic bearing shown in FIG. 9. 本発明の別実施形態におけるラジアルステータを示す平面図である。It is a top view which shows the radial stator in another embodiment of this invention. 図8に示すラジアルステータコアを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the radial stator core shown in FIG. 本発明の別実施形態におけるラジアルステータを示す平面図である。It is a top view which shows the radial stator in another embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために、例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明に用いる図面は、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、省略した部分がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following embodiments are described by way of example for better understanding of the spirit of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, the main part may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are the same as the actual ones. Not necessarily. In addition, in order to make the features of the present invention easier to understand, some parts are omitted for convenience.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態におけるディスクレススラスト磁気軸受1Aを示す縦断面図である。なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。ラジアル方向において互いに直交する2軸をそれぞれX軸方向、Y軸方向とし、スラスト方向の1軸をZ軸方向とする。Z軸方向は、X軸方向及びY軸方向と直交する。
ディスクレススラスト磁気軸受1Aは、図1に示すように、ロータ10と、共有磁極21Aと、ロータ10のスラスト方向における支持力を発生するスラストステータ30と、を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a diskless thrust magnetic bearing 1A according to a first embodiment of the present invention. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system may be set, and the positional relationship of each member may be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. Two axes orthogonal to each other in the radial direction are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, respectively, and one axis in the thrust direction is defined as a Z-axis direction. The Z-axis direction is orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction.
As shown in FIG. 1, the diskless thrust magnetic bearing 1 </ b> A includes a rotor 10, a shared magnetic pole 21 </ b> A, and a thrust stator 30 that generates a supporting force in the thrust direction of the rotor 10.

スラストステータ30は、スラスト方向において共有磁極21Aを挟んで対向して設けられ、スラスト方向の1軸を制御する。
なお、以下の説明では、一対で設けられたスラストステータ30のうち、一方を第1のスラストステータ30z1と称し、他方を第2のスラストステータ30z2と称する。
The thrust stator 30 is provided facing the common magnetic pole 21A in the thrust direction, and controls one axis in the thrust direction.
In the following description, one of the paired thrust stators 30 is referred to as a first thrust stator 30z1, and the other is referred to as a second thrust stator 30z2.

共有磁極21A及び第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2は、互いに接続されて一体化されている。このディスクレススラスト磁気軸受1Aの中心には、ロータ10が配置される孔部3が形成されている。
ロータ10は、磁性体であって、円筒状に形成されている。
共有磁極21Aは、磁性体であって、円環状に形成されている。共有磁極21Aは、ロータ10の外側に配置され、ロータ10の周面10cにギャップをあけて対向している。
The shared magnetic pole 21A, the first thrust stator 30z1, and the second thrust stator 30z2 are connected to each other and integrated. A hole 3 in which the rotor 10 is disposed is formed at the center of the diskless thrust magnetic bearing 1A.
The rotor 10 is a magnetic body and is formed in a cylindrical shape.
The shared magnetic pole 21A is a magnetic body and is formed in an annular shape. The shared magnetic pole 21 </ b> A is disposed outside the rotor 10 and faces the circumferential surface 10 c of the rotor 10 with a gap.

スラストステータ30は、スラストステータコア31と、スラスト巻線32と、を有する。本実施形態のスラストステータ30は、電磁石型ホモポーラスラスト磁気軸受を形成している。スラストステータコア31は、磁性体であって、共有磁極21Aと接続されている。   The thrust stator 30 has a thrust stator core 31 and a thrust winding 32. The thrust stator 30 of this embodiment forms an electromagnet type homoporous last magnetic bearing. The thrust stator core 31 is a magnetic body and is connected to the shared magnetic pole 21A.

スラストステータコア31は、略有底円筒状に形成され、その内側にスラスト巻線32を収容している。スラストステータコア31は、孔部が中央に形成された円板状のスラストステータ磁極33と、スラストステータ磁極33の周縁部から共有磁極21Aに向かって突出する円筒状のスラストステータバックヨーク34と、を有する。スラストステータバックヨーク34は、スラストステータ磁極33と共有磁極21Aとの間を接続する。   The thrust stator core 31 is formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and accommodates a thrust winding 32 therein. The thrust stator core 31 includes a disk-shaped thrust stator magnetic pole 33 with a hole formed in the center, and a cylindrical thrust stator back yoke 34 protruding from the peripheral edge of the thrust stator magnetic pole 33 toward the shared magnetic pole 21A. Have. The thrust stator back yoke 34 connects the thrust stator magnetic pole 33 and the shared magnetic pole 21A.

第1のスラストステータ30z1の第1のスラストステータ磁極33z1は、共有磁極21Aの厚みt3よりも小さい厚みt1で形成されている。また、第2のスラストステータ30z2の第2のスラストステータ磁極33z2は、共有磁極21Aの厚みt3よりも小さい厚みt2で形成されている。厚みt1と厚みt2は等しく、第1のスラストステータ磁極33z1及び第2のスラストステータ磁極33z2は、共有磁極21Aの1/2以下の厚みを有する。また、第1のスラストステータ30z1の第1のスラストステータバックヨーク34z1と、第2のスラストステータ30z2の第2のスラストステータバックヨーク34z2との外径は、等しく形成されている。   The first thrust stator magnetic pole 33z1 of the first thrust stator 30z1 is formed with a thickness t1 smaller than the thickness t3 of the shared magnetic pole 21A. The second thrust stator magnetic pole 33z2 of the second thrust stator 30z2 is formed with a thickness t2 smaller than the thickness t3 of the shared magnetic pole 21A. The thickness t1 and the thickness t2 are equal, and the first thrust stator magnetic pole 33z1 and the second thrust stator magnetic pole 33z2 have a thickness of ½ or less of the shared magnetic pole 21A. Further, the outer diameters of the first thrust stator back yoke 34z1 of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator back yoke 34z2 of the second thrust stator 30z2 are formed to be equal.

スラスト巻線32は、スラストステータコア31、ロータ10、及び、共有磁極21Aを経由する磁気回路102を形成する。すなわち、磁気回路102を形成する磁束(鎖交磁束)は、スラストステータ磁極33、スラストステータバックヨーク34、共有磁極21A、及び、ロータ10を経由する。   The thrust winding 32 forms a magnetic circuit 102 that passes through the thrust stator core 31, the rotor 10, and the shared magnetic pole 21A. That is, the magnetic flux (linkage magnetic flux) that forms the magnetic circuit 102 passes through the thrust stator magnetic pole 33, the thrust stator back yoke 34, the shared magnetic pole 21 </ b> A, and the rotor 10.

上記構成のスラストステータ30は、スラスト方向において共有磁極21Aを挟んで対向して設けられており、第1のスラストステータ30z1の第1のスラスト巻線32z1と第2のスラストステータ30z2の第2のスラスト巻線32z2は、ロータ10が延びるZ軸方向において対向して配置されている。これら第1のスラスト巻線32z1及び第2のスラスト巻線32z2に直流電流をそれぞれ流すと、その電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力が発生し、スラスト方向の1軸(Z軸方向)を制御することができる。   The thrust stator 30 having the above-described configuration is provided facing the common magnetic pole 21A in the thrust direction, and the first thrust winding 32z1 of the first thrust stator 30z1 and the second of the second thrust stator 30z2. The thrust windings 32z2 are arranged to face each other in the Z-axis direction in which the rotor 10 extends. When a direct current is passed through each of the first thrust winding 32z1 and the second thrust winding 32z2, a magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current is generated, and one axis in the thrust direction (Z-axis direction) is generated. Can be controlled.

第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2のそれぞれは、共有磁極21Aを経由する磁気回路102z1,102z2を形成する。すなわち、共有磁極21Aは、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の共有の磁路となっている。
また、一対の第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2は、共有磁極21Aにおいて磁束の向きが互いに逆方向となるように磁気回路102z1,102z2を形成している。
Each of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 forms magnetic circuits 102z1 and 102z2 that pass through the shared magnetic pole 21A. That is, the shared magnetic pole 21A serves as a shared magnetic path for the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2.
The pair of first thrust stator 30z1 and second thrust stator 30z2 form magnetic circuits 102z1 and 102z2 so that the directions of magnetic fluxes are opposite to each other in the shared magnetic pole 21A.

第1のスラスト巻線32z1及び第2のスラスト巻線32z2は、共有磁極21Aにおける磁気飽和を抑制するため、共有磁極21Aにおいて互いに逆方向になるように極性を選択している。例えば、第1のスラスト巻線32z1が形成する磁気回路102z1は反時計回りであり、第2のスラスト巻線32z2が形成する磁気回路102z2も反時計回りである。ロータ10においては、第1のスラスト巻線32z1による磁束の向きと、第2のスラスト巻線32z2による磁束の向きが、共にZ軸方向の+側を向いている。   The polarities of the first thrust winding 32z1 and the second thrust winding 32z2 are selected to be opposite to each other in the shared magnetic pole 21A in order to suppress magnetic saturation in the shared magnetic pole 21A. For example, the magnetic circuit 102z1 formed by the first thrust winding 32z1 is counterclockwise, and the magnetic circuit 102z2 formed by the second thrust winding 32z2 is also counterclockwise. In the rotor 10, the direction of the magnetic flux by the first thrust winding 32z1 and the direction of the magnetic flux by the second thrust winding 32z2 are both directed to the + side in the Z-axis direction.

第1のスラストステータ30z1は、ロータ10の一方の端面10aと対向して配置された第1のスラストステータ磁極33z1を有する。この円環状の第1のスラストステータ磁極33z1の内径は、ロータ10の外径より小さく、ロータ10の内径より大きい。
また、第2のスラストステータ30z2は、ロータ10の他方の端面10bと非対向で配置された第2のスラストステータ磁極33z2を有する。この円環状の第2のスラストステータ磁極33z2の内径は、ロータ10の外径より大きい。
The first thrust stator 30z1 has a first thrust stator magnetic pole 33z1 disposed to face one end face 10a of the rotor 10. The inner diameter of the annular first thrust stator magnetic pole 33 z 1 is smaller than the outer diameter of the rotor 10 and larger than the inner diameter of the rotor 10.
Further, the second thrust stator 30z2 has a second thrust stator magnetic pole 33z2 disposed so as not to face the other end face 10b of the rotor 10. The inner diameter of the annular second thrust stator magnetic pole 33 z 2 is larger than the outer diameter of the rotor 10.

また、第2のスラストステータ30z2は、第1のスラスト巻線32z1よりも巻き数が多い第2のスラスト巻線32z2を有する。第2のスラスト巻線32z2の幅w2は、第1のスラスト巻線32z1の幅w1と同一であるが、第2のスラスト巻線32z2は、第1のスラスト巻線32z1よりも径方向に大きくなっている。すなわち、第2のスラスト巻線32z2の外径r2は、第1のスラスト巻線32z1の外径r1よりも大きくなっている。外径r1と外径r2とが異なることにより、磁気回路102z1と磁気回路102z2とが異なることになる。外径r2が外径r1よりも大きいことにより、磁気回路102z2の磁気抵抗は、磁気回路102z1の磁気抵抗よりも大きくなる。なお、スラスト巻線32z1、32z2の幅w1、w2及び外径r1、r2とは、ディスクレススラスト磁気軸受1Aの縦断面図(図1)における巻線エリアの幅及び外径のことである。   The second thrust stator 30z2 includes a second thrust winding 32z2 having a larger number of turns than the first thrust winding 32z1. The width w2 of the second thrust winding 32z2 is the same as the width w1 of the first thrust winding 32z1, but the second thrust winding 32z2 is larger in the radial direction than the first thrust winding 32z1. It has become. That is, the outer diameter r2 of the second thrust winding 32z2 is larger than the outer diameter r1 of the first thrust winding 32z1. Since the outer diameter r1 and the outer diameter r2 are different, the magnetic circuit 102z1 and the magnetic circuit 102z2 are different. Since the outer diameter r2 is larger than the outer diameter r1, the magnetic resistance of the magnetic circuit 102z2 is larger than the magnetic resistance of the magnetic circuit 102z1. The widths w1 and w2 and the outer diameters r1 and r2 of the thrust windings 32z1 and 32z2 are the width and outer diameter of the winding area in the longitudinal sectional view (FIG. 1) of the diskless thrust magnetic bearing 1A.

続いて、上記構成のディスクレススラスト磁気軸受1Aの作用効果について、図2を追加して説明する。
図2は、図1に示すディスクレススラスト磁気軸受1Aの要部を抜き出して拡大した要部拡大図である。
Next, the function and effect of the diskless thrust magnetic bearing 1A having the above configuration will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part extracted from the main part of the diskless thrust magnetic bearing 1A shown in FIG. 1 and enlarged.

上記構成のディスクレススラスト磁気軸受1Aでは、図1に示すように、ロータ10のスラスト方向における支持力が、スラストステータ30のスラスト巻線32を流れる電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力によって発生する。スラストステータコア31は共有磁極21Aと接続されており、この磁束は、スラストステータコア31、ロータ10、及び、共有磁極21Aを経由する磁気回路102を形成する。すなわち、第1のスラストステータ30z1と第2のスラストステータ30z2との間に共有磁極21Aを配置し、当該共有磁極21Aを、第1のスラストステータ30z1と第2のスラストステータ30z2の共有の磁路とすることにより、第1のスラストステータ30z1と第2のスラストステータ30z2を一体化して軸方向の省スペース化を図ることができる。   In the diskless thrust magnetic bearing 1A having the above-described configuration, as shown in FIG. 1, the support force in the thrust direction of the rotor 10 is generated by a magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current flowing through the thrust winding 32 of the thrust stator 30. . The thrust stator core 31 is connected to the shared magnetic pole 21A, and this magnetic flux forms a magnetic circuit 102 that passes through the thrust stator core 31, the rotor 10, and the shared magnetic pole 21A. That is, the shared magnetic pole 21A is arranged between the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2, and the shared magnetic pole 21A is connected to the shared magnetic path of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2. By doing so, the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 can be integrated to save space in the axial direction.

また、本実施形態では、第1のスラストステータ30z1の第1のスラストステータ磁極33z1を、ロータ10の一方の端面10aと対向して配置することで、図2に示すように、磁力fが作用する面積S1を大きく確保できる。このため、スラスト支持力の向上を図ることができる。他方、第2のスラストステータ30z2の第2のスラストステータ磁極33z2は、ロータ10の他方の端面10bと非対向で配置されているため、スラストステータ及びロータ10の組立・分解を独立して行うことができる。すなわち、この構成によれば、第2のスラストステータ磁極33z2と干渉することなくロータ10を抜き差しすることができる。   In the present embodiment, the first thrust stator magnetic pole 33z1 of the first thrust stator 30z1 is disposed so as to face the one end surface 10a of the rotor 10, so that the magnetic force f acts as shown in FIG. A large area S1 can be secured. For this reason, the thrust support force can be improved. On the other hand, since the second thrust stator magnetic pole 33z2 of the second thrust stator 30z2 is disposed so as not to face the other end face 10b of the rotor 10, the thrust stator and the rotor 10 are assembled and disassembled independently. Can do. That is, according to this configuration, the rotor 10 can be inserted and removed without interfering with the second thrust stator magnetic pole 33z2.

図2に示すように、第1のスラストステータ30z1においては、第1のスラストステータ磁極33z1がロータ10の一方の端面10aに対向しているため、磁力fが面積S1に直接、スラスト支持力として作用する。このため、ディスクレス構造とした場合であっても、スラスト支持力を向上させることができる。   As shown in FIG. 2, in the first thrust stator 30z1, since the first thrust stator magnetic pole 33z1 faces one end surface 10a of the rotor 10, the magnetic force f is directly applied to the area S1 as a thrust support force. Works. For this reason, even if it is a case where it is a diskless structure, thrust support force can be improved.

他方、第2のスラストステータ30z2においては、第2のスラストステータ磁極33z2がロータ10の他方の端面10bに非対向であるため、磁力fが作用する面積S2(第2のスラストステータ磁極33z2の先端の投影面積と略同じと考えられる)が面積S1よりも小さくなる。また、磁力fは、スラスト方向の分力f1とラジアル方向の分力f2に分解される。   On the other hand, in the second thrust stator 30z2, since the second thrust stator magnetic pole 33z2 is not opposed to the other end face 10b of the rotor 10, the area S2 on which the magnetic force f acts (the tip of the second thrust stator magnetic pole 33z2). Is considered to be substantially the same as the projected area of (1). Further, the magnetic force f is decomposed into a thrust component force f1 and a radial component force f2.

このように、第2のスラストステータ30z2のスラスト支持力は、第1のスラストステータ30z1のスラスト支持力よりも小さくなるため、この不均衡を是正するべく、本実施形態では、図1に示すように、第1のスラスト巻線32z1よりも第2のスラスト巻線32z2の巻き数を多くしている。
すなわち、磁力fは、下記式(1)で表すことができる。Bは磁束密度、Sは面積、μは真空の透磁率である。
Thus, since the thrust supporting force of the second thrust stator 30z2 is smaller than the thrust supporting force of the first thrust stator 30z1, in this embodiment, as shown in FIG. 1, to correct this imbalance. In addition, the number of turns of the second thrust winding 32z2 is larger than that of the first thrust winding 32z1.
That is, the magnetic force f can be expressed by the following formula (1). B is the magnetic flux density, S is the area, and μ 0 is the vacuum permeability.

Figure 2018021573
Figure 2018021573

ここで、B=μHの関係を有する。μは透磁率、Hは磁場の強さである。Hは、コイルの巻き数に比例する値である。よって、第2のスラスト巻線32z2の巻き数を、第1のスラスト巻線32z1の巻き数よりも多くすることで、第1のスラストステータ30z1のスラスト支持力と、第2のスラストステータ30z2のスラスト支持力との均衡を図ることができる。   Here, B = μH. μ is the magnetic permeability, and H is the strength of the magnetic field. H is a value proportional to the number of turns of the coil. Therefore, by making the number of turns of the second thrust winding 32z2 larger than the number of turns of the first thrust winding 32z1, the thrust supporting force of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 It is possible to achieve a balance with the thrust support force.

本実施形態では、図1に示すように、第2のスラスト巻線32z2を、第1のスラスト巻線32z1よりも径方向に大きくしている。この構成によれば、第2のスラスト巻線32z2の巻き数を多くしても幅w2が変わらないため、軸方向の省スペース化を図ることができる。なお、図1では、第1のスラスト巻線32z1と第2のスラスト巻線32z2との径方向の大きさの差を誇張しているが、磁力fは、上述のようにスラスト巻線32の巻き数の2乗で効いてくるため、第1のスラスト巻線32z1と第2のスラスト巻線32z2との大きさの差は、それほど大きくならない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the second thrust winding 32z2 is made larger in the radial direction than the first thrust winding 32z1. According to this configuration, even if the number of turns of the second thrust winding 32z2 is increased, the width w2 does not change, so that space saving in the axial direction can be achieved. In FIG. 1, the difference in the radial direction between the first thrust winding 32z1 and the second thrust winding 32z2 is exaggerated, but the magnetic force f is the same as that of the thrust winding 32 as described above. Since the effect is obtained by the square of the number of turns, the difference in size between the first thrust winding 32z1 and the second thrust winding 32z2 is not so large.

なお、式(1)によれば、スラスト巻線32の巻き数や面積Sによって、磁力fを大きくできるため、第1のスラストステータ磁極33z1をロータ10の一方の端面10aに対向させない形態も採用し得るとも考えられるが、第1のスラストステータ磁極33z1をロータ10の一方の端面10aに対向させないと、図2に示す第2のスラストステータ30z2側と同じように、スラストステータ磁極33の角に磁束が集中し、磁気飽和が起こって、電流をいくら上げてもスラスト支持力が収束してしまう。すなわち、本実施形態のように、第1のスラストステータ磁極33z1をロータ10の一方の端面10aに対向させることで、スラスト支持力のポテンシャルを向上させることができるというメリットがある。
なお、第2のスラストステータ30z2側では、磁気飽和を抑制するべく、第2のスラストステータ磁極33z2の厚みを、第1のスラストステータ磁極33z1の厚みよりも太く形成してもよい。すなわち、厚みt1<厚みt2の関係を有するように構成してもよい。第1のスラストステータ磁極33z1と第2のスラストステータ磁極33z2との厚みの相違により、磁気回路102z1と磁気回路102z2とが異なることになる。第2のスラストステータ磁極33z2の厚みが第1のスラストステータ磁極33z1よりも太いことにより、磁気回路102z2の磁気抵抗は、磁気回路102z1の磁気抵抗よりも大きくなる。
According to the equation (1), since the magnetic force f can be increased by the number of turns and the area S of the thrust winding 32, a configuration in which the first thrust stator magnetic pole 33z1 is not opposed to one end face 10a of the rotor 10 is also adopted. However, if the first thrust stator magnetic pole 33z1 is not opposed to one end face 10a of the rotor 10, the corner of the thrust stator magnetic pole 33 is the same as the second thrust stator 30z2 shown in FIG. Magnetic flux is concentrated, magnetic saturation occurs, and the thrust support force converges no matter how much the current is increased. That is, there is an advantage that the potential of the thrust support force can be improved by making the first thrust stator magnetic pole 33z1 face the one end face 10a of the rotor 10 as in the present embodiment.
On the second thrust stator 30z2 side, the thickness of the second thrust stator magnetic pole 33z2 may be made thicker than the thickness of the first thrust stator magnetic pole 33z1 in order to suppress magnetic saturation. That is, you may comprise so that it may have the relationship of thickness t1 <thickness t2. Due to the difference in thickness between the first thrust stator magnetic pole 33z1 and the second thrust stator magnetic pole 33z2, the magnetic circuit 102z1 and the magnetic circuit 102z2 are different. Since the thickness of the second thrust stator magnetic pole 33z2 is thicker than that of the first thrust stator magnetic pole 33z1, the magnetic resistance of the magnetic circuit 102z2 becomes larger than the magnetic resistance of the magnetic circuit 102z1.

このように、上述の本実施形態によれば、ロータ10と、ロータ10の周面10cに対向して配置された共有磁極21Aと、共有磁極21Aを挟んで対向して配置された第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2と、を有し、第1のスラストステータ30z1は、ロータ10の一方の端面10aと対向して配置された第1のスラストステータ磁極33z1を有し、第2のスラストステータ30z2は、ロータ10の他方の端面10bと非対向で配置された第2のスラストステータ磁極33z2を有する。つまり、互いに対向して配置された第1のスラストステータ30z1と第2のスラストステータ30z2との間に共有磁極21Aを配置し、当該共有磁極21Aをロータ10の周面に対向させ、第1のスラストステータ30z1と第2のスラストステータ30z2の共有の磁路とする。これにより、第1のスラストステータ30z1と第2のスラストステータ30z2を一体化して軸方向の省スペース化を図ることができる。よって、ロータ10の軸長の短縮化を図ることができる。   Thus, according to the above-described embodiment, the rotor 10, the shared magnetic pole 21A disposed to face the peripheral surface 10c of the rotor 10, and the first disposed to face the shared magnetic pole 21A are disposed. The first thrust stator 30z1 has a first thrust stator magnetic pole 33z1 disposed opposite to one end face 10a of the rotor 10, and has a thrust stator 30z1 and a second thrust stator 30z2. The second thrust stator 30z2 has a second thrust stator magnetic pole 33z2 disposed so as not to face the other end face 10b of the rotor 10. That is, the shared magnetic pole 21A is disposed between the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 that are disposed to face each other, the shared magnetic pole 21A is opposed to the circumferential surface of the rotor 10, and the first The magnetic path is shared by the thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2. As a result, the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 can be integrated to save space in the axial direction. Therefore, the axial length of the rotor 10 can be shortened.

また、本実施形態では、第1のスラストステータ30z1の第1のスラストステータ磁極33z1を、ロータ10の一方の端面と対向して配置することで、ロータ10との対向面積を大きく確保し、スラスト支持力の向上を図ることができる。つまり、スラスト支持力の低下を抑制できる。   In the present embodiment, the first thrust stator magnetic pole 33z1 of the first thrust stator 30z1 is disposed to face one end face of the rotor 10, thereby ensuring a large area facing the rotor 10 and the thrust. The support force can be improved. That is, it is possible to suppress a decrease in thrust support force.

さらに、第2のスラストステータ30z2の第2のスラストステータ磁極33z2は、ロータ10の他方の端面と非対向で配置されているため、スラストステータ30z1、30z2及びロータ10の組立・分解を独立して行うことができる。つまり、組立・分解性の向上を図ることができる。   Further, since the second thrust stator magnetic pole 33z2 of the second thrust stator 30z2 is disposed so as not to face the other end face of the rotor 10, assembly and disassembly of the thrust stators 30z1 and 30z2 and the rotor 10 are performed independently. It can be carried out. That is, it is possible to improve assembly / disassembly.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is simplified or omitted.

図3は、本発明の第2実施形態における磁気軸受1の縦断面構造を示す斜視図である。図4は、本発明の第2実施形態における磁気軸受1の構成を示す分解斜視図である。なお、視認性向上のため、図3では、図4に示すロータ10を図示していない。また、図4では、図3に示すハウジング2を図示していない。
磁気軸受1は、図3及び図4に示すように、ロータ10と、ロータ10のラジアル方向における支持力を発生するラジアルステータ20と、ロータ10のスラスト方向における支持力を発生するスラストステータ30と、を有する。ロータ10は、磁性体であって、円筒状に形成されている。
FIG. 3 is a perspective view showing a longitudinal sectional structure of the magnetic bearing 1 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the magnetic bearing 1 in the second embodiment of the present invention. In order to improve visibility, the rotor 10 shown in FIG. 4 is not shown in FIG. In FIG. 4, the housing 2 shown in FIG. 3 is not shown.
3 and 4, the magnetic bearing 1 includes a rotor 10, a radial stator 20 that generates a supporting force in the radial direction of the rotor 10, and a thrust stator 30 that generates a supporting force in the thrust direction of the rotor 10. Have. The rotor 10 is a magnetic body and is formed in a cylindrical shape.

本実施形態の磁気軸受1は、3軸能動制御磁気軸受である。すなわち、ラジアルステータ20は、ラジアル方向の2軸を制御する。スラストステータ30は、スラスト方向においてラジアルステータ20を挟んで対向して設けられ、スラスト方向の1軸を制御する。
なお、以下の説明では、一対で設けられたスラストステータ30のうち、一方をスラストステータ30z1と称し、他方をスラストステータ30z2と称する。
The magnetic bearing 1 of this embodiment is a three-axis active control magnetic bearing. That is, the radial stator 20 controls two axes in the radial direction. The thrust stator 30 is provided opposite to the radial stator 20 in the thrust direction, and controls one axis in the thrust direction.
In the following description, one of the pair of thrust stators 30 is referred to as a thrust stator 30z1, and the other is referred to as a thrust stator 30z2.

ラジアルステータ20及び第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2は、ハウジング2の内側に一体となって収容されている。ハウジング2の中央には、ロータ10が配置される孔部3が形成されている。ハウジング2は、筒部2aと、一対の蓋部2bと、を有する。筒部2aは、円筒状に形成され、ラジアルステータ20及び第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の外周面に嵌合している。一対の蓋部2bは、筒部2aの両端部に接続され、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の端面を覆っている。このハウジング2は、非磁性体であって、ステンレス鋼等から形成されている。   The radial stator 20, the first thrust stator 30 z 1, and the second thrust stator 30 z 2 are accommodated integrally inside the housing 2. A hole 3 in which the rotor 10 is disposed is formed in the center of the housing 2. The housing 2 includes a cylindrical portion 2a and a pair of lid portions 2b. The cylindrical portion 2a is formed in a cylindrical shape, and is fitted to the outer peripheral surfaces of the radial stator 20, the first thrust stator 30z1, and the second thrust stator 30z2. The pair of lid portions 2b are connected to both ends of the cylindrical portion 2a and cover the end faces of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2. The housing 2 is a nonmagnetic material and is made of stainless steel or the like.

図5は、本発明の第2実施形態におけるラジアルステータ20の構成を示す磁気軸受1の横断面図である。なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。ラジアル方向において互いに直交する2軸をそれぞれX軸方向、Y軸方向とし、スラスト方向の1軸をZ軸方向とする。Z軸方向は、X軸方向及びY軸方向と直交する。
ラジアルステータ20は、図5に示すように、共有磁極21Aに相当するラジアルステータコア21と、ラジアル巻線22と、を有する。本実施形態のラジアルステータ20は、電磁石型ヘテロポーララジアル磁気軸受を形成している。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic bearing 1 showing the configuration of the radial stator 20 according to the second embodiment of the present invention. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system may be set, and the positional relationship of each member may be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. Two axes orthogonal to each other in the radial direction are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, respectively, and one axis in the thrust direction is defined as a Z-axis direction. The Z-axis direction is orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction.
As shown in FIG. 5, the radial stator 20 includes a radial stator core 21 corresponding to the shared magnetic pole 21 </ b> A and a radial winding 22. The radial stator 20 of this embodiment forms an electromagnet type heteropolar radial magnetic bearing.

ラジアルステータコア21は、磁性体であって、ラジアル巻線22が巻回された複数のラジアルステータ磁極23と、複数のラジアルステータ磁極23の間を接続するラジアルステータバックヨーク24と、を有する。ラジアルステータバックヨーク24は、円環状に形成され、ロータ10の外側に配置されている。ラジアルステータ磁極23は、ラジアルステータバックヨーク24の内周面から、ロータ10の外周面に向かって突設されている。   The radial stator core 21 is a magnetic body, and includes a plurality of radial stator magnetic poles 23 around which the radial windings 22 are wound, and a radial stator back yoke 24 that connects the plurality of radial stator magnetic poles 23. The radial stator back yoke 24 is formed in an annular shape and is disposed outside the rotor 10. The radial stator magnetic pole 23 protrudes from the inner peripheral surface of the radial stator back yoke 24 toward the outer peripheral surface of the rotor 10.

ラジアルステータ磁極23は、ロータ10の外周面にギャップをあけて対向している。本実施形態のラジアルステータ磁極23は、ロータ10の周方向に45°間隔で8個設けられている。ラジアル巻線22は、周方向で隣り合うラジアルステータ磁極23間に形成されるスロット開口部を利用してラジアルステータ磁極23に巻回されている。ラジアル巻線22は、周方向で隣り合うラジアルステータ磁極23を二つ一組として巻回されている。   The radial stator magnetic pole 23 is opposed to the outer peripheral surface of the rotor 10 with a gap. In the present embodiment, eight radial stator magnetic poles 23 are provided at 45 ° intervals in the circumferential direction of the rotor 10. The radial winding 22 is wound around the radial stator pole 23 using a slot opening formed between the radial stator poles 23 adjacent in the circumferential direction. The radial winding 22 is wound as a set of two radial stator magnetic poles 23 adjacent in the circumferential direction.

具体的に、周方向で隣り合う二つ一組のラジアルステータ磁極23x1には、ラジアル巻線22x1が巻回されている。また、周方向で隣り合う二つ一組のラジアルステータ磁極23x2には、ラジアル巻線22x2が巻回されている。また、周方向で隣り合う二つ一組のラジアルステータ磁極23y1には、ラジアル巻線22y1が巻回されている。また、周方向で隣り合う二つ一組のラジアルステータ磁極23y2には、ラジアル巻線22y2が巻回されている。   Specifically, a radial winding 22x1 is wound around a pair of radial stator magnetic poles 23x1 adjacent in the circumferential direction. Further, a radial winding 22x2 is wound around a pair of radial stator magnetic poles 23x2 adjacent in the circumferential direction. A radial winding 22y1 is wound around each pair of radial stator magnetic poles 23y1 adjacent in the circumferential direction. A radial winding 22y2 is wound around each pair of radial stator magnetic poles 23y2 adjacent in the circumferential direction.

ラジアル巻線22x1,22x2,22y1,22y2は、ラジアルステータコア21、ロータ10を経由する第1の磁気回路101をそれぞれ形成する。第1の磁気回路101を形成する磁束(鎖交磁束)は、ラジアル巻線22が巻回された二つ一組のラジアルステータ磁極23、当該二つ一組のラジアルステータ磁極23を接続するラジアルステータバックヨーク24、及びロータ10を経由する。   The radial windings 22x1, 22x2, 22y1, and 22y2 form the first magnetic circuit 101 that passes through the radial stator core 21 and the rotor 10, respectively. The magnetic flux (linkage magnetic flux) forming the first magnetic circuit 101 is a pair of radial stator magnetic poles 23 around which the radial windings 22 are wound, and a radial connecting the two sets of radial stator magnetic poles 23. Via the stator back yoke 24 and the rotor 10.

ラジアル巻線22x1,22x2は、ロータ10の中心を通るX軸方向において対となって配置されている。これらラジアル巻線22x1,22x2に直流電流をそれぞれ流すと、その電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力が発生し、ラジアル方向の1軸(X軸方向)を制御することができる。   The radial windings 22 x 1 and 22 x 2 are arranged in pairs in the X-axis direction passing through the center of the rotor 10. When a direct current is supplied to each of the radial windings 22x1 and 22x2, a magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current is generated, and one axis in the radial direction (X-axis direction) can be controlled.

また、ラジアル巻線22y1,22y2は、ロータ10の中心を通るY軸方向において対となって配置されている。これらラジアル巻線22y1,22y2に直流電流をそれぞれ流すと、その電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力が発生し、ラジアル方向のもう1軸(Y軸方向)を制御することができる。   Further, the radial windings 22 y 1 and 22 y 2 are arranged in pairs in the Y-axis direction passing through the center of the rotor 10. When a direct current is passed through each of the radial windings 22y1 and 22y2, a magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current is generated, and the other axis in the radial direction (Y-axis direction) can be controlled.

ラジアル巻線22x1,22x2,22y1,22y2は、磁束の短絡を防ぐため、隣り合う磁束は互いに逆方向となるように極性を選択している。例えば、ラジアル巻線22x1,22x2が形成する第1の磁気回路101は反時計回りであり、ラジアル巻線22y1,22y2が形成する第1の磁気回路101は時計回りである。これらラジアルステータ磁極23の極性は、周方向においてN極→N極→S極→S極→N極→N極→S極…の順に交互に配置される。   The radial windings 22x1, 22x2, 22y1, and 22y2 are selected so that the adjacent magnetic fluxes are in opposite directions to prevent short-circuiting of the magnetic flux. For example, the first magnetic circuit 101 formed by the radial windings 22x1 and 22x2 is counterclockwise, and the first magnetic circuit 101 formed by the radial windings 22y1 and 22y2 is clockwise. The polarities of these radial stator magnetic poles 23 are alternately arranged in the order of N pole → N pole → S pole → S pole → N pole → N pole → S pole.

図6は、本発明の第2実施形態におけるスラストステータ30の構成を示す磁気軸受1の縦断面図である。
スラストステータ30は、図5に示すように、スラストステータコア31と、スラスト巻線32と、を有する。本実施形態のスラストステータ30は、電磁石型ホモポーラスラスト磁気軸受を形成している。スラストステータコア31は、磁性体であって、ラジアルステータコア21と接続されている。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the magnetic bearing 1 showing the configuration of the thrust stator 30 according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the thrust stator 30 includes a thrust stator core 31 and a thrust winding 32. The thrust stator 30 of this embodiment forms an electromagnet type homoporous last magnetic bearing. The thrust stator core 31 is a magnetic body and is connected to the radial stator core 21.

スラストステータコア31は、略有底円筒状に形成され、その内側にスラスト巻線32を収容している。スラストステータコア31は、ロータ10を配置する孔が中央に形成された円板状のスラストステータ磁極33と、スラストステータ磁極33の周縁部からラジアルステータコア21に向かって突出する円筒状のスラストステータバックヨーク34と、を有する。スラストステータバックヨーク34は、スラストステータ磁極33とラジアルステータコア21との間を接続するものであり、その先端はラジアルステータバックヨーク24に接続されている。   The thrust stator core 31 is formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and accommodates a thrust winding 32 therein. The thrust stator core 31 includes a disk-shaped thrust stator magnetic pole 33 in which a hole for disposing the rotor 10 is formed in the center, and a cylindrical thrust stator back yoke that protrudes from the peripheral edge of the thrust stator magnetic pole 33 toward the radial stator core 21. 34. The thrust stator back yoke 34 connects between the thrust stator magnetic pole 33 and the radial stator core 21, and the tip thereof is connected to the radial stator back yoke 24.

スラストステータ磁極33は、図6に示す断面視で、ラジアルステータ磁極23よりも小さい厚みで形成されている。本実施形態のスラストステータ磁極33は、ラジアルステータ磁極23の1/2以下の厚みを有する。また、スラストステータバックヨーク34は、図6に示す断面視で、ラジアルステータバックヨーク24(ラジアルステータコア21の外周からラジアル巻線22まで)よりも小さい厚みで形成されている。本実施形態のスラストステータバックヨーク34は、ラジアルステータバックヨーク24の1/4以下の厚みを有する。スラストステータバックヨーク34とラジアルステータバックヨーク24の外径は等しく形成されている。   The thrust stator magnetic pole 33 is formed with a thickness smaller than that of the radial stator magnetic pole 23 in a cross-sectional view shown in FIG. The thrust stator magnetic pole 33 of the present embodiment has a thickness that is 1/2 or less that of the radial stator magnetic pole 23. Further, the thrust stator back yoke 34 is formed with a thickness smaller than that of the radial stator back yoke 24 (from the outer periphery of the radial stator core 21 to the radial winding 22) in a sectional view shown in FIG. The thrust stator back yoke 34 of the present embodiment has a thickness that is ¼ or less of the radial stator back yoke 24. The outer diameters of the thrust stator back yoke 34 and the radial stator back yoke 24 are formed to be equal.

スラストステータ磁極33は、ラジアル巻線22に対しスラスト方向において第1の空間201をあけて配置されている。また、スラストステータバックヨーク34は、ラジアル巻線22に対しラジアル方向に第2の空間202をあけて配置されている。これら第1の空間201及び第2の空間202には、スラスト巻線32が配置されている。スラスト巻線32は、Z軸回りに巻かれ、ラジアル巻線22の側面及び上面を覆うL字断面のリング状(図4参照)に成形されている。   The thrust stator magnetic pole 33 is disposed with a first space 201 in the thrust direction with respect to the radial winding 22. Further, the thrust stator back yoke 34 is disposed with a second space 202 in the radial direction with respect to the radial winding 22. A thrust winding 32 is arranged in the first space 201 and the second space 202. The thrust winding 32 is wound around the Z axis, and is formed into a ring shape with an L-shaped cross section (see FIG. 4) that covers the side surface and the upper surface of the radial winding 22.

ここで、第2のスラスト巻線32z2は、第1のスラスト巻線32z1よりも巻き数が多く、第1のスラスト巻線32z1よりも軸方向に大きく形成されている。すなわち、ロータ10の一方の端面10aと対向して配置された第1のスラストステータ磁極33z1よりも、ロータ10の他方の端面10bと非対向で配置された第2のスラストステータ磁極33z2の方が、第1の空間201が大きくなっている。第1のスラスト巻線32z1と第2のスラスト巻線32z2との軸方向の相違により、磁気回路102z1と磁気回路102z2とが異なることになる。第2のスラスト巻線32z2の巻き数が第1のスラスト巻線32z1よりも多いことにより、磁気回路102z2の磁気抵抗は、磁気回路102z1の磁気抵抗よりも大きくなる。この構成によれば、第1のスラストステータ30z1のスラスト支持力と、第2のスラストステータ30z2のスラスト支持力との不均衡を是正することができる。また、この構成によれば、図1に示すように、第1のスラストステータバックヨーク34z1を厚くする必要がないため、径方向の小型化、軽量化に寄与できる。   Here, the second thrust winding 32z2 has a larger number of turns than the first thrust winding 32z1, and is formed larger in the axial direction than the first thrust winding 32z1. That is, the second thrust stator magnetic pole 33z2 arranged not to face the other end face 10b of the rotor 10 is more than the first thrust stator magnetic pole 33z1 arranged facing the one end face 10a of the rotor 10. The first space 201 is large. The magnetic circuit 102z1 and the magnetic circuit 102z2 are different due to the difference in the axial direction between the first thrust winding 32z1 and the second thrust winding 32z2. Since the number of turns of the second thrust winding 32z2 is larger than that of the first thrust winding 32z1, the magnetic resistance of the magnetic circuit 102z2 becomes larger than the magnetic resistance of the magnetic circuit 102z1. According to this configuration, the imbalance between the thrust support force of the first thrust stator 30z1 and the thrust support force of the second thrust stator 30z2 can be corrected. Further, according to this configuration, as shown in FIG. 1, it is not necessary to increase the thickness of the first thrust stator back yoke 34z1, which can contribute to the reduction in size and weight in the radial direction.

スラスト巻線32は、図6に示すように、スラストステータコア31、ロータ10、及び、ラジアルステータコア21を経由する第2の磁気回路102を形成する。第2の磁気回路102を形成する磁束(鎖交磁束)は、スラストステータ磁極33、スラストステータバックヨーク34、ラジアルステータバックヨーク24、ラジアルステータ磁極23、及び、ロータ10を経由する。   As shown in FIG. 6, the thrust winding 32 forms a second magnetic circuit 102 that passes through the thrust stator core 31, the rotor 10, and the radial stator core 21. Magnetic flux (interlinkage magnetic flux) that forms the second magnetic circuit 102 passes through the thrust stator magnetic pole 33, the thrust stator back yoke 34, the radial stator back yoke 24, the radial stator magnetic pole 23, and the rotor 10.

上記構成のスラストステータ30は、スラスト方向においてラジアルステータ20を挟んで対向して設けられており、第1のスラストステータ30z1の第1のスラスト巻線32z1と第1のスラストステータ30z1の第2のスラスト巻線32z2は、ロータ10が延びるZ軸方向において対となって配置されている。これらスラスト巻線32z1,32z2に直流電流をそれぞれ流すと、その電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力が発生し、スラスト方向の1軸(Z軸方向)を制御することができる。   The thrust stator 30 having the above-described configuration is provided facing the radial stator 20 in the thrust direction, and the first thrust winding 32z1 of the first thrust stator 30z1 and the second of the first thrust stator 30z1. The thrust windings 32z2 are arranged in pairs in the Z-axis direction in which the rotor 10 extends. When a direct current is passed through each of the thrust windings 32z1 and 32z2, a magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current is generated, and one axis in the thrust direction (Z-axis direction) can be controlled.

第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2のそれぞれは、ラジアルステータ磁極23を経由する第2の磁気回路102z1,102z2を形成する。すなわち、ラジアルステータ磁極23は、ラジアルステータ20の磁路であると共に、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の共有の磁路となっている。
また、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2は、図6に示すように、ラジアルステータ磁極23において磁束の向きが互いに逆方向となるように第2の磁気回路102z1,102z2を形成している。
Each of the first thrust stator 30 z 1 and the second thrust stator 30 z 2 forms second magnetic circuits 102 z 1 and 102 z 2 that pass through the radial stator magnetic pole 23. That is, the radial stator magnetic pole 23 is a magnetic path of the radial stator 20 and a shared magnetic path of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2.
Further, as shown in FIG. 6, the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 form second magnetic circuits 102z1 and 102z2 so that the directions of magnetic fluxes are opposite to each other in the radial stator magnetic pole 23. doing.

スラスト巻線32z1,32z2は、ラジアルステータ磁極23における磁気飽和を抑制するため、ラジアルステータ磁極23において互いに逆方向になるように極性を選択している。例えば、スラスト巻線32z1が形成する第2の磁気回路102z1は時計回りであり、スラスト巻線32z2が形成する第2の磁気回路102z2も時計回りである。ロータ10においては、スラスト巻線32z1による磁束の向きと、スラスト巻線32z2による磁束の向きが、共にZ軸方向の+側を向いている。   The thrust windings 32z1 and 32z2 are selected to have opposite polarities in the radial stator pole 23 in order to suppress magnetic saturation in the radial stator pole 23. For example, the second magnetic circuit 102z1 formed by the thrust winding 32z1 is clockwise, and the second magnetic circuit 102z2 formed by the thrust winding 32z2 is also clockwise. In the rotor 10, the direction of the magnetic flux by the thrust winding 32z1 and the direction of the magnetic flux by the thrust winding 32z2 are both directed to the + side in the Z-axis direction.

図7は、実施例として、ラジアルステータ磁極23において磁束の向きが異なる方向となるように第2の磁気回路102z1,102z2を形成するスラストステータ30の構成を示す磁気軸受1の縦断面図である。図8は、図7に示す磁気軸受1においてラジアルステータ20とスラストステータ30の磁束を重畳したときの(a)ラジアルステータ磁束の変化、(b)ラジアルステータ20の支持力の変化を示すグラフである。
図8(a)は、スラスト巻線32z1,32z2にバイアス電流をizb=0、izb=1.0、izb=2.0と与え、ラジアル巻線22の制御電流ixcを増加させたときのラジアルステータ磁極23(図7に示す領域300)における磁束φx1の変化を示している。また、図8(b)は、このときのラジアルステータ20の支持力fの変化を示している。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the magnetic bearing 1 showing the configuration of the thrust stator 30 that forms the second magnetic circuits 102z1 and 102z2 so that the directions of the magnetic fluxes are different in the radial stator magnetic pole 23 as an example. . FIG. 8 is a graph showing (a) a change in the radial stator magnetic flux and (b) a change in the supporting force of the radial stator 20 when the magnetic fluxes of the radial stator 20 and the thrust stator 30 are superimposed on the magnetic bearing 1 shown in FIG. is there.
FIG. 8A shows that the bias currents i zb = 0, i zb = 1.0, and i zb = 2.0 are given to the thrust windings 32z1 and 32z2, and the control current i xc of the radial winding 22 is increased. 7 shows a change in the magnetic flux φ x1 in the radial stator magnetic pole 23 (region 300 shown in FIG. 7). Further, FIG. 8 (b) shows a change in the supporting force f x of the radial stator 20 at this time.

図8(a)に示すように、スラスト巻線32z1,32z2にバイアス電流をizb=0、izb=1.0、izb=2.0と与えた場合、磁束φx1は、制御電流ixcに比例して増加する。また、図8(b)に示すように、支持力fも、制御電流ixcに比例して増加する。このように、図7に示す磁気軸受1では、ラジアルステータ20とスラストステータ30の磁束を重畳しても、磁気飽和が確認されず、スラストステータ30の磁束によるラジアルステータ20の磁束変化がない(干渉がない)ことが分かる。 As shown in FIG. 8A, when bias currents i zb = 0, i zb = 1.0, and i zb = 2.0 are applied to the thrust windings 32z1 and 32z2, the magnetic flux φ x1 It increases in proportion to i xc . Further, as shown in FIG. 8B, the support force f x also increases in proportion to the control current i xc . As described above, in the magnetic bearing 1 shown in FIG. 7, even if the magnetic fluxes of the radial stator 20 and the thrust stator 30 are superimposed, magnetic saturation is not confirmed, and there is no change in the magnetic flux of the radial stator 20 due to the magnetic flux of the thrust stator 30 ( It can be seen that there is no interference.

図9は、比較例として、ラジアルステータ磁極23において磁束の向きが同じ方向となるように第2の磁気回路102z1,102z2を形成するスラストステータ30の構成を示す磁気軸受1の縦断面図である。図10は、図9に示す磁気軸受1においてラジアルステータ20とスラストステータ30の磁束を重畳したときの(a)ラジアルステータ磁束の変化、(b)ラジアルステータの支持力の変化を示すグラフである。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a magnetic bearing 1 showing a configuration of a thrust stator 30 that forms the second magnetic circuits 102z1 and 102z2 so that the directions of magnetic fluxes are the same in the radial stator magnetic pole 23 as a comparative example. . FIG. 10 is a graph showing (a) a change in the radial stator magnetic flux and (b) a change in the support force of the radial stator when the magnetic fluxes of the radial stator 20 and the thrust stator 30 are superimposed on the magnetic bearing 1 shown in FIG. .

図9に示すスラスト巻線32z1,32z2は、図7に示す構成とは逆に、ラジアルステータ磁極23において互いに同じ方向になるように極性を選択している。例えば、スラスト巻線32z1が形成する第2の磁気回路102z1は時計回りであり、スラスト巻線32z2が形成する第2の磁気回路102z2は反時計回りである。ロータ10においては、スラスト巻線32z1による磁束の向きと、スラスト巻線32z2による磁束の向きが、Z軸方向において互いに逆方向を向いている。   In the thrust windings 32z1 and 32z2 shown in FIG. 9, the polarities are selected so that they are in the same direction in the radial stator magnetic pole 23, contrary to the configuration shown in FIG. For example, the second magnetic circuit 102z1 formed by the thrust winding 32z1 is clockwise, and the second magnetic circuit 102z2 formed by the thrust winding 32z2 is counterclockwise. In the rotor 10, the direction of the magnetic flux by the thrust winding 32z1 and the direction of the magnetic flux by the thrust winding 32z2 are opposite to each other in the Z-axis direction.

図10(a)に示すように、スラスト巻線32z1,32z2に小さいバイアス電流(izb=0、izb=1.0)を与えた場合、磁束φx1は制御電流ixcに比例して増加するが、大きいバイアス電流(izb=2.0)を与えた場合、磁束φx1は制御電流ixc=1.5辺りから比例関係ではなくなり、傾きが徐々に小さくなる(収束する)。また、図10(b)に示すように、大きいバイアス電流(izb=2.0)を与えた場合、支持力fも、磁束φx1と同様に傾きが徐々に小さくなる(収束する)。このように、図9に示す磁気軸受1では、ラジアルステータ20とスラストステータ30の磁束を重畳した結果、磁気飽和が起こり、スラストステータ30の磁束によるラジアルステータ20の磁束変化が生じた(干渉がある)ことが分かる。 As shown in FIG. 10A, when a small bias current (i zb = 0, i zb = 1.0) is applied to the thrust windings 32z1 and 32z2, the magnetic flux φ x1 is proportional to the control current i xc. Although increasing, when a large bias current (i zb = 2.0) is applied, the magnetic flux φ x1 is not proportional to the control current i xc = 1.5, and the gradient gradually decreases (converges). As shown in FIG. 10B, when a large bias current (i zb = 2.0) is applied, the inclination of the supporting force f x gradually decreases (converges) in the same manner as the magnetic flux φ x1. . As described above, in the magnetic bearing 1 shown in FIG. 9, magnetic saturation occurs as a result of superimposing the magnetic fluxes of the radial stator 20 and the thrust stator 30, and a magnetic flux change of the radial stator 20 due to the magnetic flux of the thrust stator 30 occurs. I understand).

続いて、上記構成の磁気軸受1の作用効果について説明する。
上記構成の磁気軸受1では、ロータ10のラジアル方向における支持力が、ラジアルステータ20のラジアル巻線22を流れる電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力によって発生する。この磁束は、図5に示すように、ラジアルステータコア21、ロータ10を経由する第1の磁気回路101を形成する。また、本実施形態では、ロータ10のスラスト方向における支持力が、スラストステータ30のスラスト巻線32を流れる電流に伴う磁束に由来する磁気吸引力によって発生する。スラストステータコア31はラジアルステータコア21と接続されており、この磁束は、図6に示すように、スラストステータコア31、ロータ10、及び、ラジアルステータコア21を経由する第2の磁気回路102を形成する。このように、本実施形態では、ラジアルステータコア21にスラストステータコア31を接続し、ラジアルステータ20とスラストステータ30の磁路を共有化しているため、ラジアルステータ20及びスラストステータ30を一体化して軸方向の省スペース化を図ることができる。
Then, the effect of the magnetic bearing 1 of the said structure is demonstrated.
In the magnetic bearing 1 having the above-described configuration, the support force in the radial direction of the rotor 10 is generated by the magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current flowing through the radial winding 22 of the radial stator 20. As shown in FIG. 5, the magnetic flux forms a first magnetic circuit 101 that passes through the radial stator core 21 and the rotor 10. In the present embodiment, the support force in the thrust direction of the rotor 10 is generated by a magnetic attractive force derived from the magnetic flux accompanying the current flowing through the thrust winding 32 of the thrust stator 30. The thrust stator core 31 is connected to the radial stator core 21, and this magnetic flux forms a second magnetic circuit 102 that passes through the thrust stator core 31, the rotor 10, and the radial stator core 21 as shown in FIG. 6. Thus, in this embodiment, since the thrust stator core 31 is connected to the radial stator core 21 and the magnetic path of the radial stator 20 and the thrust stator 30 is shared, the radial stator 20 and the thrust stator 30 are integrated into the axial direction. Can be saved.

また、本実施形態では、スラストステータ30は、スラスト方向においてラジアルステータ20を挟んで対向して設けられている。この構成によれば、ラジアルステータ20及び第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の計3つの磁気軸受を一体化して軸方向の省スペース化を図ることができる。   In the present embodiment, the thrust stator 30 is provided opposite to the radial stator 20 in the thrust direction. According to this configuration, a total of three magnetic bearings of the radial stator 20, the first thrust stator 30z1, and the second thrust stator 30z2 can be integrated to save space in the axial direction.

また、本実施形態では、図6に示すように、ラジアルステータコア21は、ラジアル巻線22が巻回されたラジアルステータ磁極23を有し、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2のそれぞれは、ラジアルステータ磁極23を経由する第2の磁気回路102z1,102z2を形成する。この構成によれば、ラジアルステータ20の磁路である既存のラジアルステータ磁極23が、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の共有の磁路となるため、共有の磁路を別途設ける必要がなく、軸方向の省スペース化に寄与できる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the radial stator core 21 has a radial stator magnetic pole 23 around which a radial winding 22 is wound, and includes a first thrust stator 30z1 and a second thrust stator 30z2. Each forms the second magnetic circuit 102z1 and 102z2 via the radial stator pole 23. According to this configuration, the existing radial stator magnetic pole 23, which is the magnetic path of the radial stator 20, serves as a shared magnetic path for the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2, and therefore a shared magnetic path is separately provided. There is no need to provide this, which can contribute to space saving in the axial direction.

さらに、本実施形態においては、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2は、ラジアルステータ磁極23において磁束の向きが互いに逆方向となるように第2の磁気回路102z1,102z2を形成する。この構成によれば、ラジアルステータ磁極23において互いに逆方向になるように極性を選択でき、図8に示すように、ラジアルステータ磁極23における磁気飽和を抑制することができる。このため、ラジアルステータ20の磁路であるラジアルステータ磁極23を、第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2の共有の磁路とした場合であっても、磁気飽和を抑制し、磁束及び支持力の低下を抑制することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2 form the second magnetic circuits 102z1 and 102z2 so that the directions of the magnetic fluxes are opposite to each other in the radial stator magnetic pole 23. . According to this configuration, the polarities can be selected so that the radial directions of the radial stator magnetic poles 23 are opposite to each other, and magnetic saturation in the radial stator magnetic poles 23 can be suppressed as shown in FIG. For this reason, even when the radial stator magnetic pole 23 that is the magnetic path of the radial stator 20 is a shared magnetic path of the first thrust stator 30z1 and the second thrust stator 30z2, magnetic saturation is suppressed, and the magnetic flux And the fall of supporting force can be controlled.

また、本実施形態では、図6に示すように、スラストステータコア31は、ラジアル巻線22に対しスラスト方向において第1の空間201をあけて配置されたスラストステータ磁極33と、スラストステータ磁極33とラジアルステータコア21との間を接続し、ラジアル巻線22に対しラジアル方向に第2の空間202をあけて配置されたスラストステータバックヨーク34と、を有し、スラスト巻線32は、第1の空間201及び第2の空間202に配置されている。この構成によれば、ラジアルステータコア21とスラストステータコア31との断面L字状のデッドスペース(第1の空間201及び第2の空間202)を利用してスラスト巻線32を配置することができるため、軸方向の省スペース化に寄与できる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the thrust stator core 31 includes a thrust stator magnetic pole 33 disposed with a first space 201 in the thrust direction with respect to the radial winding 22, and a thrust stator magnetic pole 33. A thrust stator back yoke 34 which is connected to the radial stator core 21 and is disposed with a second space 202 in the radial direction with respect to the radial winding 22. Arranged in the space 201 and the second space 202. According to this configuration, the thrust winding 32 can be arranged by using a dead space (the first space 201 and the second space 202) having an L-shaped cross section between the radial stator core 21 and the thrust stator core 31. This can contribute to space saving in the axial direction.

このように、上述の本実施形態によれば、ロータ10と、ロータ10の周面10cに対向して配置されたラジアルステータと、ラジアルステータを挟んで対向して配置され、ラジアルステータのラジアルステータコアを共有磁極21Aとする先に記載のディスクレススラスト磁気軸受1Aの第1のスラストステータ30z1及び第2のスラストステータ30z2と、を有する、という構成を採用することによって、ラジアルステータ20及びスラストステータ30を一体化でき、ラジアルステータ20及びスラストステータ30を個々に配置するよりも、ロータ10の軸長を短縮化することができる。また、スラスト支持力の低下を抑制し、また、組立・分解性の向上を図ることができる。   As described above, according to the above-described embodiment, the radial stator core of the radial stator is arranged so as to face the rotor 10, the radial stator arranged to face the circumferential surface 10c of the rotor 10, and the radial stator. By adopting a configuration in which the first magnetic stator 21z and the second thrust stator 30z2 of the diskless thrust magnetic bearing 1A described above are used as the shared magnetic pole 21A, the radial stator 20 and the thrust stator 30 are provided. The axial length of the rotor 10 can be shortened compared to the case where the radial stator 20 and the thrust stator 30 are individually arranged. Further, it is possible to suppress a decrease in thrust support force and to improve the assembling / disassembling property.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、本発明は、図11〜図13に示すような形態を採用し得る。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。   For example, the present invention can adopt forms as shown in FIGS. In the following description, the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

図11は、本発明の別実施形態におけるラジアルステータ20を示す平面図である。図12は、図11に示すラジアルステータコア21を示す斜視図である。
図11に示すラジアルステータ20は、ラジアルステータバックヨーク24に溝26が形成されたラジアルステータコア21を有する。溝26は、ラジアルステータバックヨーク24の磁極間接続部25を横断するように形成されている。
FIG. 11 is a plan view showing a radial stator 20 according to another embodiment of the present invention. 12 is a perspective view showing the radial stator core 21 shown in FIG.
A radial stator 20 shown in FIG. 11 has a radial stator core 21 in which a groove 26 is formed in a radial stator back yoke 24. The groove 26 is formed so as to cross the inter-magnetic pole connecting portion 25 of the radial stator back yoke 24.

溝26は、第1の磁気回路101が形成されない磁極間接続部25に形成され、具体的には、ラジアルステータ磁極23x1,23y2間の磁極間接続部25、ラジアルステータ磁極23y2,23x2間の磁極間接続部25、ラジアルステータ磁極23x2,23y1間の磁極間接続部25、及び、ラジアルステータ磁極23y1,23x1間の磁極間接続部25に形成されている。溝26は、図12に示すように、ラジアルステータバックヨーク24の表面24aと裏面24bに所定深さで形成され、ラジアル方向に直線的に延在している。   The groove 26 is formed in the inter-magnetic pole connecting portion 25 where the first magnetic circuit 101 is not formed. Specifically, the inter-magnetic pole connecting portion 25 between the radial stator magnetic poles 23x1 and 23y2, and the magnetic pole between the radial stator magnetic poles 23y2 and 23x2. The inter-connection portion 25, the inter-magnetic pole connection portion 25 between the radial stator magnetic poles 23x2 and 23y1, and the inter-magnetic pole connection portion 25 between the radial stator magnetic poles 23y1 and 23x1 are formed. As shown in FIG. 12, the groove 26 is formed in the front surface 24a and the back surface 24b of the radial stator back yoke 24 at a predetermined depth, and extends linearly in the radial direction.

溝26には、ラジアル巻線22及びスラスト巻線32の少なくともいずれか一方のリード線40が配置されている。図11に示す一実施形態では、ラジアルステータ磁極23x1,23y2間の溝26及びラジアルステータ磁極23x2,23y1間の溝26には、ラジアル巻線22のリード線40rが2本配置されている。また、ラジアルステータ磁極23y1,23x1間の溝26及びラジアルステータ磁極23y1,23y2間の溝26には、ラジアル巻線22のリード線40rが2本、スラスト巻線32のリード線40tが1本、計3本配置されている。なお、表面24aと裏面24bにおけるリード線40の配置は同じにしても異ならせてもよいが、溝26には、リード線40が2本または3本配置されていることが好ましい。   A lead wire 40 of at least one of the radial winding 22 and the thrust winding 32 is disposed in the groove 26. In the embodiment shown in FIG. 11, two lead wires 40r of the radial winding 22 are arranged in the groove 26 between the radial stator magnetic poles 23x1, 23y2 and the groove 26 between the radial stator magnetic poles 23x2, 23y1. Further, in the groove 26 between the radial stator magnetic poles 23y1, 23x1 and the groove 26 between the radial stator magnetic poles 23y1, 23y2, two lead wires 40r of the radial winding 22 and one lead wire 40t of the thrust winding 32 are provided. A total of three are arranged. Although the arrangement of the lead wires 40 on the front surface 24a and the back surface 24b may be the same or different, it is preferable that two or three lead wires 40 are arranged in the groove 26.

上記のように、ラジアルステータコア21は、ラジアル巻線22が巻回された複数のラジアルステータ磁極23と、複数のラジアルステータ磁極23の間を接続するラジアルステータバックヨーク24と、を有し、ラジアルステータバックヨーク24は、第1の磁気回路101が形成されない磁極間接続部25に、該磁極間接続部25を横断する溝26を有する。このように、ラジアルステータコア21に溝26を形成することで、ラジアルステータコア21で発生する渦電流を抑制することができる。また、溝26は、第1の磁気回路101が形成されない磁極間接続部25に形成されているため、第1の磁気回路101の磁路が細くならず、磁気飽和を抑制することができる。   As described above, the radial stator core 21 includes a plurality of radial stator magnetic poles 23 around which the radial windings 22 are wound, and a radial stator back yoke 24 that connects the plurality of radial stator magnetic poles 23. The stator back yoke 24 has a groove 26 that crosses the inter-magnetic pole connecting portion 25 in the inter-magnetic pole connecting portion 25 where the first magnetic circuit 101 is not formed. As described above, by forming the groove 26 in the radial stator core 21, eddy currents generated in the radial stator core 21 can be suppressed. Moreover, since the groove | channel 26 is formed in the connection part 25 between magnetic poles in which the 1st magnetic circuit 101 is not formed, the magnetic path of the 1st magnetic circuit 101 does not become thin, and can suppress magnetic saturation.

また、溝26には、ラジアル巻線22及びスラスト巻線32の少なくともいずれか一方のリード線40が配置されている。この構成によれば、渦電流抑制用の溝26を、ラジアル巻線22及びスラスト巻線32のリード線40を引き出す引出線用の溝として兼用することができる。   Further, at least one of the radial winding 22 and the thrust winding 32 is disposed in the groove 26. According to this configuration, the eddy current suppressing groove 26 can also be used as a lead wire groove for drawing out the lead wire 40 of the radial winding 22 and the thrust winding 32.

また、溝26には、リード線40が2本または3本配置されている。本実施形態では、ラジアルステータ磁極23が8極あるため、ラジアル巻線22のリード線40rは2本ずつで計16本あり、また、スラストステータ30は一対で設けられているため、スラスト巻線32のリード線40tは2本ずつで計4本ある。対して溝26は、表面24aと裏面24bに4つずつで計8つある。本実施形態のように、表裏8つの溝26にリード線40rを2本ずつ均等に配置した場合、表面24a側に配置されたスラスト巻線32の2本のリード線40tは表面24a側の4つの溝26のいずれかに配置し、裏面24b側に配置されたスラスト巻線32の2本のリード線40tは裏面24b側の4つの溝26のいずれかに配置する必要がある。ここで、スラスト巻線32の2本のリード線40tを1つの溝26に配置してもよい(計4本のリード線40を1つの溝26に配置してもよい)が、そうするとその分だけ溝26を大きく形成しなければならず、ラジアルステータコア21の機械的強度が弱くなる。このため、本実施形態では、スラスト巻線32の2本のリード線40tを別々の溝26に配置し、溝26から最大3本のリード線40が引き出されるようにして、ラジアルステータコア21の機械的強度を確保している。   Further, two or three lead wires 40 are arranged in the groove 26. In the present embodiment, since there are eight radial stator magnetic poles 23, there are a total of 16 lead wires 40r of the radial winding 22, and the thrust stator 30 is provided as a pair. There are a total of four lead wires 40t of 32. On the other hand, there are a total of eight grooves 26 on the front surface 24a and the back surface 24b. As in this embodiment, when two lead wires 40r are equally arranged in each of the eight grooves 26 on the front and back sides, the two lead wires 40t of the thrust winding 32 arranged on the surface 24a side are four on the surface 24a side. The two lead wires 40t of the thrust winding 32 disposed in any one of the two grooves 26 and disposed on the back surface 24b side must be disposed in any of the four grooves 26 on the back surface 24b side. Here, the two lead wires 40t of the thrust winding 32 may be arranged in one groove 26 (a total of four lead wires 40 may be arranged in one groove 26). Accordingly, the groove 26 must be formed larger, and the mechanical strength of the radial stator core 21 becomes weaker. For this reason, in the present embodiment, the two lead wires 40t of the thrust winding 32 are arranged in separate grooves 26, and a maximum of three lead wires 40 are drawn from the grooves 26, so that the machine of the radial stator core 21 Secures strength.

図13は、本発明の別実施形態におけるラジアルステータ20を示す平面図である。なお、図13では視認性向上のため、リード線40を図示していない。
図13に示す変形例のように、表面24aに形成される溝26aと裏面24bに形成される溝26bをオフセットして形成してもよい。この構成によれば、溝26a,26bが厚み方向で対向して形成されないため、溝26a,26bにおける厚みが図11に示す形態と比べて大きくなり、ラジアルステータコア21の機械的強度を高くすることができる。
FIG. 13 is a plan view showing a radial stator 20 according to another embodiment of the present invention. In FIG. 13, the lead wire 40 is not shown in order to improve visibility.
As in the modification shown in FIG. 13, the grooves 26a formed on the front surface 24a and the grooves 26b formed on the back surface 24b may be offset. According to this configuration, since the grooves 26a and 26b are not formed to face each other in the thickness direction, the thickness in the grooves 26a and 26b is larger than that in the embodiment shown in FIG. 11, and the mechanical strength of the radial stator core 21 is increased. Can do.

また、例えば、上記実施形態では、電磁石のみの構成について説明したが、永久磁石を構成に加えてもよい。永久磁石は、例えば、スラストステータバックヨーク34等に挿入することができる。   Further, for example, in the above embodiment, the configuration of only the electromagnet has been described, but a permanent magnet may be added to the configuration. For example, the permanent magnet can be inserted into the thrust stator back yoke 34 or the like.

また、上記各実施形態の構成は、本発明の主旨から逸脱しない範囲において適宜組み合わせて適用することができる。   In addition, the configurations of the above embodiments can be applied in appropriate combinations within a range that does not depart from the gist of the present invention.

1 磁気軸受(3軸能動制御磁気軸受)
1A ディスクレススラスト磁気軸受
10 ロータ
10a 一方の端面
10b 他方の端面
10c 周面
20 ラジアルステータ
21 ラジアルステータコア(共有磁極)
21A 共有磁極
30z1 第1のスラストステータ
30z2 第2のスラストステータ
31z1 第1のスラストステータコア
31z2 第2のスラストステータコア
32z1 第1のスラスト巻線
32z2 第2のスラスト巻線
33z1 第1のスラストステータ磁極
33z2 第2のスラストステータ磁極
1 Magnetic bearing (3-axis active control magnetic bearing)
1A diskless thrust magnetic bearing 10 rotor 10a one end face 10b other end face 10c peripheral face 20 radial stator 21 radial stator core (shared magnetic pole)
21A Shared magnetic pole 30z1 First thrust stator 30z2 Second thrust stator 31z1 First thrust stator core 31z2 Second thrust stator core 32z1 First thrust winding 32z2 Second thrust winding 33z1 First thrust stator pole 33z2 First 2 Thrust stator poles

Claims (8)

ロータと、
前記ロータの周面に対向して配置された共有磁極と、
前記共有磁極を挟んで対向して配置された第1のスラストステータ及び第2のスラストステータと、を有し、
前記第1のスラストステータは、前記ロータの一方の端面と対向して配置された第1のスラストステータ磁極を有し、
前記第2のスラストステータは、前記ロータの他方の端面と非対向で配置された第2のスラストステータ磁極を有する、ことを特徴とするディスクレススラスト磁気軸受。
A rotor,
A shared magnetic pole disposed to face the circumferential surface of the rotor;
A first thrust stator and a second thrust stator disposed opposite to each other across the shared magnetic pole,
The first thrust stator has a first thrust stator magnetic pole disposed to face one end face of the rotor,
The diskless thrust magnetic bearing according to claim 1, wherein the second thrust stator has a second thrust stator magnetic pole disposed so as not to face the other end face of the rotor.
前記第1のスラストステータは、第1のスラスト巻線を有し、
前記第2のスラストステータは、第2のスラスト巻線を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のディスクレススラスト磁気軸受。
The first thrust stator has a first thrust winding;
The diskless thrust magnetic bearing according to claim 1, wherein the second thrust stator has a second thrust winding.
前記第2のスラスト巻線は、前記第1のスラスト巻線よりも巻き数が多い、ことを特徴とする請求項2に記載のディスクレススラスト磁気軸受。   The diskless thrust magnetic bearing according to claim 2, wherein the second thrust winding has a larger number of turns than the first thrust winding. 前記第2のスラスト巻線が形成する磁気回路の磁気抵抗は、前記第1のスラスト巻線が形成する磁気回路よりも大きい、ことを特徴とする請求項2または3に記載のディスクレススラスト磁気軸受。   4. The diskless thrust magnetic bearing according to claim 2, wherein the magnetic resistance of the magnetic circuit formed by the second thrust winding is larger than that of the magnetic circuit formed by the first thrust winding. . 前記第2のスラスト巻線は、前記第1のスラスト巻線よりも径方向に大きい、ことを特徴とする請求項4に記載のディスクレススラスト磁気軸受。   5. The diskless thrust magnetic bearing according to claim 4, wherein the second thrust winding is larger in the radial direction than the first thrust winding. 前記第2のスラスト巻線は、前記第1のスラスト巻線よりも軸方向に大きい、ことを特徴とする請求項4または5に記載のディスクレススラスト磁気軸受。   6. The diskless thrust magnetic bearing according to claim 4, wherein the second thrust winding is larger in the axial direction than the first thrust winding. 前記第2のスラストステータ磁極の厚みは、前記第1のスラストステータ磁極の厚みよりも太い、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のディスクレススラスト磁気軸受。   7. The diskless thrust magnetic bearing according to claim 1, wherein a thickness of the second thrust stator magnetic pole is larger than a thickness of the first thrust stator magnetic pole. ロータと、
前記ロータの周面に対向して配置されたラジアルステータと、
前記ラジアルステータを挟んで対向して配置され、前記ラジアルステータのラジアルステータコアを共有磁極とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のディスクレススラスト磁気軸受の第1のスラストステータ及び第2のスラストステータと、を有する、ことを特徴とする3軸能動制御磁気軸受。
A rotor,
A radial stator disposed opposite to the circumferential surface of the rotor;
The first thrust stator and the second thrust stator of the diskless thrust magnetic bearing according to any one of claims 1 to 7, wherein the radial stator core of the radial stator is a common magnetic pole that is disposed to face each other with the radial stator interposed therebetween. A three-axis active control magnetic bearing comprising a thrust stator.
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