JP2019148269A - Magnetic bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受に関し、詳しくは、回転軸の径方向での位置を調整可能なラジアル磁気軸受に関する。 The present invention relates to a magnetic bearing that rotatably supports a rotating shaft in a non-contact manner, and more particularly, to a radial magnetic bearing that can adjust the position of the rotating shaft in the radial direction.
回転機が有する回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受が知られている。磁気軸受には、回転軸の径方向の変位を抑制するラジアル磁気軸受がある。 There is known a magnetic bearing that rotatably supports a rotating shaft of a rotating machine without contact. Magnetic bearings include radial magnetic bearings that suppress radial displacement of the rotating shaft.
ラジアル磁気軸受は、回転軸に配置されて回転軸を取り囲むロータと、ロータを取り囲むステータとを備える。ステータは、ロータを取り囲むステータ本体と、ステータ本体からロータに向かって延びる複数のティースと、複数のティースの各々に巻き回された複数のコイルとを含む。 The radial magnetic bearing includes a rotor disposed on the rotation shaft and surrounding the rotation shaft, and a stator surrounding the rotor. The stator includes a stator body surrounding the rotor, a plurality of teeth extending from the stator body toward the rotor, and a plurality of coils wound around each of the plurality of teeth.
ラジアル磁気軸受においては、複数のコイルへの通電に起因して発生する電磁力がロータに対してロータの径方向に作用することにより、ロータやロータが設けられた回転軸を非接触で回転可能に支持する。回転軸が径方向に変位した場合には、複数のコイルのうち特定のコイルへの通電量を変化させてロータに作用する電磁力を調整することにより、回転軸を元の位置に戻すようになっている。 In radial magnetic bearings, the rotor and the rotating shaft on which the rotor is installed can be rotated without contact by the electromagnetic force generated by energizing multiple coils acting on the rotor in the radial direction of the rotor. To support. When the rotating shaft is displaced in the radial direction, the rotating shaft is returned to the original position by adjusting the electromagnetic force acting on the rotor by changing the energization amount to a specific coil among the plurality of coils. It has become.
ロータに作用する電磁力を大きくするために、例えば、複数のコイルの各々の巻数を多くすることが考えられる。しかしながら、複数のコイルの各々の巻数を多くするためには、ティースのステータ本体からの突出長さ(ティースが延びる方向での長さ)やロータの周方向で隣り合う2つのティースの間隔を大きくする必要がある。その結果、ステータが大きくなってしまい、磁気軸受が大型化することになる。 In order to increase the electromagnetic force acting on the rotor, for example, it is conceivable to increase the number of turns of each of the plurality of coils. However, in order to increase the number of turns of each of the plurality of coils, the protrusion length of the teeth from the stator body (the length in the direction in which the teeth extend) and the interval between the two adjacent teeth in the circumferential direction of the rotor are increased. There is a need to. As a result, the stator becomes large, and the magnetic bearing becomes large.
そこで、下記特許文献1は、磁気軸受の大型化を回避しつつ、磁気軸受による支持力(つまり、ロータとステータとの間に作用する電磁力)を確保するために、周方向で隣り合う2つのティース間での漏れ磁束を低減する磁気軸受を開示している。具体的には、特許文献1に記載の磁気軸受においては、周方向で隣り合う2つのティース間での漏れ磁束を低減するために、周方向で隣り合う2つのティースであって磁束の流れる方向が互いに同じ方向である2つのティースの間隔を狭くして、磁気ループを構成する2つのティースの間隔(つまり、磁束の流れる方向が互いに反対の方向である2つのティースの間隔)を複数のティースが周方向に等間隔に配置された従来の磁気軸受よりも広くしている。また、特許文献1に記載の磁気軸受においては、複数のティースの各々について、その径方向外側の幅(周方向での長さ)が径方向内側の幅(周方向での長さ)よりも広くなるようにしてティースの径方向外側での磁気飽和を起こり難くすることで、周方向で隣り合う2つのティースの間での漏れ磁束をさらに低減している。
Therefore, in
しかしながら、特許文献1に記載の磁気軸受では、ロータとステータとの間に発生する電磁力を大きくするために周方向で隣り合う2つのティースの間での漏れ磁束を低減すべく複数のティースの各々について特別な形状及び配置を採用していることから、複数のティースが周方向に等間隔に配置された従来の磁気軸受と比べて、ステータの形状が複雑になってしまう。
However, in the magnetic bearing described in
本発明の目的は、回転軸に配置されて回転軸を取り囲むロータとロータを取り囲むステータとを備え、ステータがロータを取り囲むステータ本体とステータ本体からロータに向かって延びる複数のティースと複数のティースの各々に巻き回された複数のコイルとを含む磁気軸受において、ステータの大型化及び当該ステータが有する複数のティースの各々の形状及び配置の著しい複雑化を伴うことなく、ロータとステータとの間に作用する電磁力を大きくすることができる磁気軸受を提供することである。 An object of the present invention includes a rotor disposed on a rotating shaft and surrounding the rotor, and a stator surrounding the rotor. The stator includes a stator body that surrounds the rotor, a plurality of teeth extending from the stator body toward the rotor, and a plurality of teeth. In a magnetic bearing including a plurality of coils wound around each of the rotor and the stator without increasing the size of the stator and significantly complicating the shape and arrangement of each of the teeth of the stator. It is an object of the present invention to provide a magnetic bearing capable of increasing the acting electromagnetic force.
上記目的を達成するために、本願の発明者等は、回転軸に配置されて回転軸を取り囲むロータとロータを取り囲むステータとを備え、ステータがロータを取り囲むステータ本体とステータ本体からロータに向かって延びる複数のティースと複数のティースの各々に巻き回された複数のコイルによって構成される少なくとも3つのステータコイル群とを含む磁気軸受において、上記少なくとも3つのステータコイル群の各々への通電に起因して発生する磁束のステータ本体での流れに着目して検討を進めた。そして、ステータ本体のうちステータコイル群への通電に起因して発生する磁束が流れる部分であって当該ステータコイル群を構成する幾つかのステータコイルの各々が巻き回されたティース同士を接続する特定接続部分に対してより多くの磁束を通過させることができれば、ステータコイル群への通電に起因してロータとステータとを跨るように形成される磁気回路を流れる磁束の量を全体的に増やすことができるので、ステータが有する複数のティースの各々の形状及び配置を複雑にしなくても、ロータとステータとの間に作用する電磁力を大きくすることができることに気付いた。また、ステータ本体のうち回転軸の周方向で隣り合う2つの特定接続部分を接続する境界接続部分については、上記磁気回路の形成に寄与しないことから、上記特定接続部分よりも回転軸の径方向での長さを短くすることができ、それによって、ステータが大型化するのを抑制することができることに気付いた。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。 In order to achieve the above object, the inventors of the present application include a rotor that is disposed on a rotation shaft and surrounds the rotation shaft, and a stator that surrounds the rotor, and the stator surrounds the rotor and the stator body toward the rotor. In a magnetic bearing including a plurality of extending teeth and at least three stator coil groups each composed of a plurality of coils wound around each of the plurality of teeth, the magnetic bearing is caused by energization of each of the at least three stator coil groups. The study proceeded focusing on the flow of magnetic flux generated in the stator body. And the part which the magnetic flux which generate | occur | produces due to the electricity supply to a stator coil group flows among stator bodies, and the teeth which each of several stator coils which comprise the said stator coil group connect are connected If more magnetic flux can be passed to the connection part, the amount of magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed so as to straddle the rotor and the stator due to energization of the stator coil group is increased overall. Therefore, it has been found that the electromagnetic force acting between the rotor and the stator can be increased without complicating the shape and arrangement of each of the plurality of teeth of the stator. In addition, the boundary connection portion that connects two specific connection portions adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft in the stator body does not contribute to the formation of the magnetic circuit. It has been found that the length of the stator can be shortened, thereby suppressing an increase in the size of the stator. The present invention has been completed based on such findings.
本発明により提供されるのは、回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受であって、前記回転軸に配置され、前記回転軸の周方向に延びて前記回転軸を取り囲むロータと、前記回転軸の周方向に延びて前記ロータを取り囲むステータとを備え、前記ステータは、前記回転軸の周方向に延びて前記ロータを囲むステータ本体と、各々が前記回転軸の径方向において前記ステータ本体から前記ロータに向かって延びるように形成され、前記回転軸の周方向に等間隔に並んで配置されるとともに同一円上に位置する複数のティースと、前記複数のティースの各々に巻き回された複数のステータコイルが少なくとも3つの群に分けられることで構成され、各々が少なくとも2つのステータコイルを有する少なくとも3つのステータコイル群とを含み、前記ステータ本体は、前記少なくとも3つのステータコイル群の各々に対応するように存在し、前記少なくとも3つのステータコイル群の各々が有する前記少なくとも2つのステータコイルの各々が巻き回されたティース同士を接続する少なくとも3つの特定接続部分と、前記少なくとも3つの特定接続部分のうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つの特定接続部分を接続する少なくとも3つの境界接続部分とを含み、前記少なくとも3つのステータコイル群の各々への通電に起因して発生する磁束が前記少なくとも2つのステータコイルのうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つのステータコイルの一方が巻き回された第1ティースと前記ロータと前記少なくとも2つのステータコイルのうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つのステータコイルの他方が巻き回され前記第1ティースと対を為す第2ティースと前記特定接続部分とをこの順番で通過するように前記ロータと前記ステータとに跨って形成される磁気回路を流れることにより、前記ロータと前記ステータとの間に電磁力が発生し、前記少なくとも3つのステータコイル群は、前記電磁力が前記回転軸の径方向であって少なくとも3つの特定径方向の各々に作用するように、前記回転軸の周方向に並んで配置されており、前記少なくとも3つの特定径方向は、前記回転軸の周方向に等間隔に存在するように設定されており、前記特定接続部分における前記特定径方向での長さは、前記境界接続部分よりも多くの磁束が通過するように、前記境界接続部分における前記径方向での長さと比べて大きい。 Provided by the present invention is a magnetic bearing that rotatably supports a rotating shaft in a non-contact manner, the rotor being disposed on the rotating shaft, extending in a circumferential direction of the rotating shaft, and surrounding the rotating shaft; A stator extending in the circumferential direction of the rotating shaft and surrounding the rotor, the stator extending in the circumferential direction of the rotating shaft and surrounding the rotor, and the stator in the radial direction of the rotating shaft. A plurality of teeth that are formed so as to extend from the main body toward the rotor, are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotation shaft, and are wound around each of the plurality of teeth. The plurality of stator coils are divided into at least three groups, each including at least three stator coil groups each having at least two stator coils. The stator body exists so as to correspond to each of the at least three stator coil groups, and each of the at least two stator coils included in each of the at least two stator coil groups is wound with teeth. Including at least three specific connection portions that connect, and at least three boundary connection portions that connect two specific connection portions adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft among the at least three specific connection portions, The first teeth and the rotor in which one of two stator coils adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft among the at least two stator coils is wound by magnetic flux generated due to energization of each of the stator coil groups. And at least two stator coils adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft. When the other coil is wound around and flows through the magnetic circuit formed across the rotor and the stator so as to pass through the second teeth paired with the first teeth and the specific connection portion in this order. An electromagnetic force is generated between the rotor and the stator, and the at least three stator coil groups are configured such that the electromagnetic force acts in each of at least three specific radial directions in the radial direction of the rotating shaft. Are arranged side by side in the circumferential direction of the rotating shaft, and the at least three specific radial directions are set to exist at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft, and the specific connection portion The length in the specific radial direction is larger than the length in the radial direction in the boundary connection portion so that more magnetic flux passes through the boundary connection portion.
上記磁気軸受においては、複数のステータコイルへの通電に起因してロータとステータとの間に発生する電磁力が少なくとも3つの特定径方向の各々に作用するように、複数のステータコイルが少なくとも3つのステータコイル群に分けられているので、複数のステータコイルの各々への通電に起因してロータとステータの間に発生するとともにロータの径方向に作用する電磁力をロータの周方向に等間隔に分散させることができる。その結果、ロータやロータが設けられた回転軸を非接触で回転可能に支持することができる。 In the magnetic bearing, at least 3 stator coils are provided such that electromagnetic force generated between the rotor and the stator due to energization of the stator coils acts on each of at least three specific radial directions. Since it is divided into two stator coil groups, electromagnetic force generated between the rotor and the stator due to energization of each of the plurality of stator coils and acting in the radial direction of the rotor is equally spaced in the circumferential direction of the rotor. Can be dispersed. As a result, the rotor and the rotation shaft provided with the rotor can be supported rotatably without contact.
ここで、ステータ本体のうち特定接続部分における特定径方向での長さは、当該特定接続部分を流れる磁束が境界接続部分を流れる磁束よりも多くなるように、境界接続部分における径方向での長さと比べて大きくなっている。そのため、境界接続部分が存在する方向でのステータ本体の長さを短くしながら、特定接続部分に対してより多くの磁束を流すことができる。その結果、ステータ本体の大型化を抑制しながら、複数のステータコイルの各々への通電に起因してロータとステータとに跨るように形成される磁気回路を流れる磁束の量を全体的に増やすことができる。 Here, the length in the specific radial direction in the specific connection portion of the stator body is the length in the radial direction in the boundary connection portion so that the magnetic flux flowing in the specific connection portion is larger than the magnetic flux flowing in the boundary connection portion. It is larger than Therefore, more magnetic flux can be flowed to the specific connection portion while shortening the length of the stator body in the direction in which the boundary connection portion exists. As a result, the amount of magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed so as to straddle the rotor and the stator due to energization of each of the plurality of stator coils can be increased as a whole while suppressing an increase in the size of the stator body. Can do.
つまり、上記磁気軸受においては、ステータの大型化及び当該ステータが有する複数のティースの各々の形状及び配置の著しい複雑化を伴うことなく、ロータとステータとの間に作用する電磁力を大きくすることができる。 That is, in the magnetic bearing, the electromagnetic force acting between the rotor and the stator is increased without enlarging the stator and significantly complicating the shape and arrangement of each of the plurality of teeth of the stator. Can do.
上記磁気軸受において、好ましくは、前記ステータ本体の外形は、前記回転軸の軸方向から見たときの前記回転軸の中心にて互いに直交する2つの直線の各々によって対角線が構成されるとともに前記2つの直線の長さが互いに同じである正方形を有しており、前記少なくとも3つの特定径方向は、前記2つの直線の一方に沿って互いに反対方向を向くように存在する第1及び第2の特定径方向と、前記2つの直線の他方に沿って互いに反対方向を向くように存在する第3及び第4の特定径方向とを含む4つの特定径方向であり、前記少なくとも3つのステータコイル群は、前記電磁力が前記第1の特定径方向に作用するように配置された第1のステータコイル群と、前記電磁力が前記第2の特定径方向に作用するように配置され、前記回転軸に対して前記第1のステータコイル群とは反対側に位置する第2のステータコイル群と、前記電磁力が前記第3の特定径方向に作用するように配置され、前記回転軸の周方向において前記第1のステータコイル群と前記第2のステータコイル群との間に位置する第3のステータコイル群と、前記電磁力が前記第4の特定径方向に作用するように配置され、前記回転軸に対して前記第3のステータコイル群とは反対側に位置する第4のステータコイル群とを含む4つのステータコイル群であり、前記少なくとも3つの特定接続部分は、前記ステータ本体が有する4つの角部の各々を含むように存在する4つの特定接続部分であり、前記少なくとも3つの境界接続部分は、各々が前記4つの角部のうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つの角部の間に位置する4つの境界接続部分である。 In the magnetic bearing, preferably, the outer shape of the stator body is diagonally formed by two straight lines orthogonal to each other at the center of the rotating shaft when viewed from the axial direction of the rotating shaft. The first straight line and the second straight line have a same square length, and the at least three specific radial directions exist in opposite directions along one of the two straight lines. Four specific radial directions including a specific radial direction and third and fourth specific radial directions that exist in opposite directions along the other of the two straight lines, and the at least three stator coil groups Are arranged such that the electromagnetic force acts in the first specific radial direction, the first stator coil group arranged so that the electromagnetic force acts in the second specific radial direction, and the rotation And a second stator coil group located on the opposite side of the first stator coil group, and the electromagnetic force acting in the third specific radial direction, and the circumferential direction of the rotating shaft And the third stator coil group located between the first stator coil group and the second stator coil group, and the electromagnetic force is arranged to act in the fourth specific radial direction, The stator body includes four stator coil groups including a fourth stator coil group located on the opposite side of the third stator coil group with respect to the rotation shaft, and the stator body has the at least three specific connection portions. Four specific connection portions that exist so as to include each of the four corner portions, and the at least three boundary connection portions are two corners that are adjacent to each other in the circumferential direction of the rotation axis among the four corner portions. Part A four boundary connecting portion located between.
上記態様においては、回転軸の軸方向から見たときのステータ本体の外形が正方形であるから、ステータ本体の外形に起因してステータ本体が元々有する角部を特定接続部分に利用することができる。そのため、正方形という単純な形状でありながら、特定接続部分を境界接続部分よりも厚く(径方向での長さを大きく)することができる。 In the above aspect, since the outer shape of the stator main body when viewed from the axial direction of the rotating shaft is square, the corner portion originally possessed by the stator main body due to the outer shape of the stator main body can be used for the specific connection portion. . For this reason, the specific connection portion can be made thicker than the boundary connection portion (the length in the radial direction can be increased) while being a simple shape of a square.
また、上記態様においては、ステータ本体の外形が回転軸の軸方向から見て正方形であるから、例えば、並列に配置された複数の回転軸をそれぞれ回転可能に支持する場合には、複数のステータ本体を横に並べるように組み合わせて配置することが容易にできる。 In the above aspect, since the outer shape of the stator body is square when viewed from the axial direction of the rotation shaft, for example, when a plurality of rotation shafts arranged in parallel are rotatably supported, a plurality of stators are provided. It is possible to easily arrange the main bodies in a side-by-side arrangement.
ここで、上記磁気軸受において、好ましくは、前記少なくとも3つのステータコイル群の各々が2つのステータコイルからなり、前記回転軸の周方向において前記特定接続部分と前記境界接続部分とが交互に並んでいる。 Here, in the magnetic bearing, preferably, each of the at least three stator coil groups includes two stator coils, and the specific connection portions and the boundary connection portions are alternately arranged in a circumferential direction of the rotating shaft. Yes.
上記態様においては、1つのステータコイル群に対して1つの特定接続部分が形成されているので、特定接続部分の径方向での長さを大きくすることができる。 In the above aspect, since one specific connection portion is formed for one stator coil group, the length of the specific connection portion in the radial direction can be increased.
また、上記磁気軸受において、前記少なくとも3つのステータコイル群の各々が少なくとも3つのステータコイルからなり、前記少なくとも3つのステータコイルの各々が巻き回された少なくとも3つのティースは、前記少なくとも3つのステータコイルの各々への通電に起因して前記回転軸の周方向で隣り合うように形成される2つの前記磁気回路に共通して用いられ、前記2つの磁気回路の一方では前記第1ティースとして機能するとともに前記2つの磁気回路の他方では前記第2ティースとして機能する少なくとも1つの共通ティースを含み、前記少なくとも1つの共通ティースでは、前記2つの磁気回路の各々を流れる磁束の向きが互いに同じであってもよい。 In the magnetic bearing, each of the at least three stator coil groups includes at least three stator coils, and at least three teeth around which each of the at least three stator coils is wound include the at least three stator coils. Are used in common to the two magnetic circuits formed adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft due to energization of each of the two, and one of the two magnetic circuits functions as the first tooth. In addition, the other of the two magnetic circuits includes at least one common tooth that functions as the second tooth, and in the at least one common tooth, the directions of magnetic fluxes flowing through each of the two magnetic circuits are the same. Also good.
上記態様においては、ステータコイル群を構成する少なくとも3つのステータコイルを密集して配置することができる。そのため、ステータコイル群への通電に起因してロータとステータとの間に発生する電磁力をより大きくすることができる。 In the above aspect, at least three stator coils constituting the stator coil group can be densely arranged. Therefore, the electromagnetic force generated between the rotor and the stator due to energization of the stator coil group can be further increased.
上記磁気軸受において、好ましくは、前記4つのステータコイル群の各々を構成するステータコイルは、通電に起因して所定の大きさの電磁力を発生させるように、所定の方向に巻き回されるメインステータコイル部を含み、前記第1のステータコイル群を構成するステータコイルは、前記メインステータコイル部において電流が流れる方向と同じ方向に電流が流れることによって前記第1のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が強くなるように、前記メインステータコイル部と同じ方向に巻き回される第1サブステータコイル部をさらに含み、前記第2のステータコイル群を構成するステータコイルは、前記メインステータコイル部において電流が流れる方向とは反対の方向に電流が流れることによって前記第2のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が弱くなるように、前記メインステータコイル部と反対の方向に巻き回されるとともに前記第1サブステータコイル部に対して直列に接続されている第2サブステータコイル部をさらに含み、前記第3のステータコイル群を構成するステータコイルは、前記メインステータコイル部において電流が流れる方向と同じ方向に電流が流れることによって前記第3のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が強くなるように、前記メインステータコイル部と同じ方向に巻き回される第3サブステータコイル部をさらに含み、前記第4のステータコイル群を構成する各ステータコイルは、前記メインステータコイル部において電流が流れる方向とは反対の方向に電流が流れることによって前記第4のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が弱くなるように、前記メインステータコイル部と反対の方向に巻き回されるとともに前記第3サブステータコイル部に対して直列に接続されている第4サブステータコイル部をさらに含む。 In the magnetic bearing, preferably, the stator coils constituting each of the four stator coil groups are wound in a predetermined direction so as to generate a predetermined magnitude of electromagnetic force due to energization. A stator coil that includes a stator coil portion and constitutes the first stator coil group includes a stator that constitutes the first stator coil group when a current flows in the same direction as a current flows in the main stator coil portion. The second stator coil group further includes a first sub-stator coil portion wound in the same direction as the main stator coil portion so that an electromagnetic force generated due to energization of the coils is increased. The stator coil that performs current flows in a direction opposite to the direction in which current flows in the main stator coil portion. Therefore, the first sub-stator is wound while being wound in a direction opposite to the main stator coil portion so that an electromagnetic force generated due to energization to the stator coils constituting the second stator coil group is weakened. The stator coil further includes a second sub-stator coil portion connected in series with the coil portion, and the stator coil constituting the third stator coil group has a current in the same direction as the direction of current flow in the main stator coil portion. The third sub-stator that is wound in the same direction as the main stator coil portion so that the electromagnetic force generated due to energization of the stator coils constituting the third stator coil group is increased Each stator coil further including a coil portion and constituting the fourth stator coil group includes the main stator core The main stator so that the electromagnetic force generated due to the energization of the stator coils constituting the fourth stator coil group is weakened by the current flowing in the direction opposite to the direction in which the current flows in the coil portion. It further includes a fourth sub-stator coil portion that is wound in a direction opposite to the coil portion and connected in series to the third sub-stator coil portion.
上記態様においては、第1サブステータコイル部と第2サブステータコイル部とが直列に接続されているとともに、第3サブステータコイル部と第4サブステータコイル部とが直列に接続されている。そのため、第1ステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因してロータとステータとの間に作用する電磁力を増大させながら第2ステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因してロータとステータとの間に作用する電磁力を減少させることができるとともに、第3ステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因してロータとステータとの間に作用する電磁力を増大させながら第4ステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因してロータとステータとの間に作用する電磁力を減少させることができる。 In the above aspect, the first sub-stator coil portion and the second sub-stator coil portion are connected in series, and the third sub-stator coil portion and the fourth sub-stator coil portion are connected in series. Therefore, it is caused by energizing the stator coils constituting the second stator coil group while increasing the electromagnetic force acting between the rotor and the stator due to energization of the stator coils constituting the first stator coil group. The electromagnetic force acting between the rotor and the stator can be reduced, and the electromagnetic force acting between the rotor and the stator due to the energization of the stator coils constituting the third stator coil group can be increased. The electromagnetic force acting between the rotor and the stator due to energization of the stator coils constituting the fourth stator coil group can be reduced.
本発明の磁気軸受によれば、ステータの大型化及び当該ステータが有する複数のティースの各々の形状及び配置の著しい複雑化を伴うことなく、ロータとステータとの間に作用する電磁力を大きくすることができる。 According to the magnetic bearing of the present invention, the electromagnetic force acting between the rotor and the stator is increased without enlarging the stator and significantly complicating the shape and arrangement of each of the plurality of teeth of the stator. be able to.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1を参照しながら、本発明の実施の形態による磁気軸受10について説明する。図1は、磁気軸受10の概略構成を示す平面図である。なお、以下の説明において、軸方向、径方向及び周方向は、それぞれ、回転軸20の軸方向、径方向及び周方向を示す。
A
磁気軸受10は、回転軸20の径方向の変位を抑制するラジアル磁気軸受である。磁気軸受10は、通電に起因して形成される磁気回路が回転軸20の軸方向に対して直交する方向に広がる平面上に出現するヘテロポーラ型の磁気軸受である。
The
磁気軸受10は、回転軸20を非接触で回転可能に支持する。磁気軸受10は、回転軸20に設けられたロータ22と、ロータ22の周囲に配置されたステータ30とを備える。磁気軸受10においては、ロータ22とステータ30の間に作用する電磁力を利用してロータ22をステータ30に対して非接触で回転可能に支持することにより、ロータ22が設けられた回転軸20を非接触で回転可能に支持する。
The
ロータ22は、回転軸20に固定され、回転軸20とともに周方向に回転する。ロータ22は、回転軸20に配置され、周方向に延びて回転軸20を取り囲んでいる。ロータ22は、円筒状の外周面を有する円環形状を呈している。ロータ22は、回転軸20に対して外嵌されている。ロータ22は、回転軸20と同心的に配置されている。ロータ22は、磁性材料によって形成されている。ロータ22は、例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することで形成される。
The
ステータ30は、周方向に延びてロータ22を取り囲むように配置され、ロータ22との間に作用する電磁力によってロータ22を非接触で回転可能に支持する。ステータは、磁性材料によって形成されている。ステータ30は、例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することで形成される。
The
ステータ30は、ステータ本体32と、ステータ本体32から突出して形成された複数のティース34と、複数のティース34の各々に巻き回された複数のステータコイル35とを含む。以下、これらについて説明する。
ステータ本体32は、全周に亘ってロータ22を囲む環状に形成されている。なお、ステータ本体32の詳細については、後述する。
The
複数(図1に示す例では、8つ)のティース34は、同一円上において周方向に等間隔に並んで配置されている。複数のティース34は、それぞれ、ステータ本体32からロータ22に向かって径方向に延びている。
A plurality (eight in the example shown in FIG. 1) of
複数(図1に示す例では、8つ)のステータコイル35は、複数のティース34の各々に巻き回されている。複数のステータコイル35の各々には、ロータ22とステータ30との間に作用する電磁力を発生させるために、電流が流れる。複数のステータコイル35の各々に電流が流れることにより、軸方向に直交する平面上に磁気回路が形成される。具体的には、周方向で隣り合う2つのステータコイル35の各々への通電に起因して発生する磁束が、当該2つのステータコイル35の一方が巻き回されたティース34である第1ティース341と、ロータ22と、当該2つのステータコイル35の他方が巻き回されたティース34である第2ティース342と、ステータ本体32のうち第1ティース341と第2ティース342を接続する部分(後述する特定接続部分32A)とを、この順番で通過するように、磁気回路が形成される。つまり、磁気回路は、ロータ22とステータ30とに跨って形成される。
A plurality (eight in the example shown in FIG. 1) of the stator coils 35 are wound around each of the plurality of
複数のステータコイル35は、通電に起因してロータ22とステータ30との間に発生する電磁力が少なくとも3つの特定径方向の各々に作用するように、少なくとも3つのステータコイル群に分けられている。上記少なくとも3つの特定径方向は、周方向に等間隔に存在するように設定されている。
The plurality of stator coils 35 are divided into at least three stator coil groups so that an electromagnetic force generated between the
図1に示す例では、上記少なくとも3つの特定径方向は、4つの特定径方向DA、DB、DC、DDからなる。4つの特定径方向DA、DB、DC、DDは、軸方向から見たときのステータ本体32の対角線を構成する2つの直線L1、L2の一方(直線L1)に沿って互いに反対方向を向くように存在する第1及び第2の特定径方向DA、DCと、上記2つの直線L1、L2の他方(直線L2)に沿って互いに反対方向を向くように存在する第3及び第4の特定径方向DB、DDとを含む。つまり、4つの特定径方向DA、DB、DC、DDは、周方向に90°の間隔で並ぶように設定されている。4つの特定径方向DA、DB、DC、DDは、何れも、径方向で外側を向いている。
In the example shown in FIG. 1, the at least three specific radial directions include four specific radial directions DA, DB, DC, and DD. The four specific radial directions DA, DB, DC, and DD are directed in opposite directions along one of the two straight lines L1 and L2 (straight line L1) constituting the diagonal line of the
また、上記少なくとも3つの特定径方向が4つの特定径方向DA、DB、DC、DDからなることにより、上記少なくとも3つのステータコイル群は4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dからなる。4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dは、第1のステータコイル群35Aと、第2のステータコイル群35Bと、第3のステータコイル群35Cと、第4のステータコイル群35Dとを含む。
The at least three specific radial directions include four specific radial directions DA, DB, DC, and DD, so that the at least three stator coil groups include four
第1のステータコイル群35Aは、2つのステータコイル351からなり、通電に起因してロータ22とステータ30との間に発生する電磁力が第1の特定径方向DAに作用するように配置されている。第1のステータコイル群35Aを構成する2つのステータコイル351は、第1の特定径方向DAに延びる直線L1に対して周方向で両側に配置されている。第1のステータコイル群35Aを構成する2つのステータコイル351は、第1の特定径方向DAにおいて回転軸20よりも外側に位置している。
The first
第2のステータコイル群35Bは、2つのステータコイル352からなり、通電に起因してロータ22とステータ30との間に発生する電磁力が第2の特定径方向DBに作用するように配置されている。第2のステータコイル群35Bは、回転軸22に対して第1のステータコイル群35Aとは反対側に配置されている。第2のステータコイル群35Bを構成する2つのステータコイル352は、第2の特定径方向DBに延びる直線L1に対して周方向で両側に配置されている。第2のステータコイル群35Bを構成する2つのステータコイル352は、第2の特定径方向DBにおいて回転軸20よりも外側に位置している。
The second
第3のステータコイル群35Cは、2つのステータコイル353からなり、通電に起因してロータ22とステータ30との間に発生する電磁力が第3の特定径方向DCに作用するように配置されている。第3のステータコイル群35Cは、周方向において第1のステータコイル群35Aと第2のステータコイル群35Bとの間に配置されている。第3のステータコイル群35Cを構成する2つのステータコイル353は、第3の特定径方向DCに延びる直線L2に対して周方向で両側に配置されている。第3のステータコイル群35Cを構成する2つのステータコイル353は、第3の特定径方向DCにおいて回転軸20よりも外側に位置している。
The third
第4のステータコイル群35Dは、2つのステータコイル354からなり、通電に起因してロータ22とステータ30との間に作用する電磁力が第4の特定径方向DDに作用するように配置されている。第4のステータコイル群35Dは、回転軸22に対して第3のステータコイル群35Cとは反対側に配置されている。第4のステータコイル群35Dを構成する2つのステータコイル354は、第4の特定径方向DDに延びる直線L2に対して周方向で両側に配置されている。第4のステータコイル群35Dを構成する2つのステータコイル354は、第4の特定径方向DDにおいて回転軸20よりも外側に位置している。
The fourth
4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dの各々を構成するステータコイル351、352、353、354は、メインステータコイル部36を含む。メインステータコイル部36は、通電に起因して所定の大きさの電磁力を発生させるように、ティース34に対して所定の方向に巻き回される。
Stator coils 351, 352, 353, and 354 constituting each of the four
第1のステータコイル群35Aを構成するステータコイル351は、メインステータコイル部36に加えて、第1サブステータコイル部381をさらに含む。第1サブステータコイル部381は、ステータコイル351が有するメインステータコイル部36において電流が流れる方向と同じ方向に電流が流れるように配置される。そのため、メインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力と第1サブステータコイル部381への通電に起因して発生する電磁力とが同じ方向に作用することになる。その結果、第1のステータコイル群35Aを構成するステータコイル351への通電に起因して発生する電磁力が全体的に強められる。なお、第1のステータコイル群35Aを構成するステータコイル351への通電に起因して発生する電磁力を全体的に弱める場合には、第1サブステータコイル部381を流れる電流の向きを逆にすればよい。つまり、第1サブステータコイル部381は、第1のステータコイル群35Aを構成するステータコイル351への通電に起因して発生する電磁力をメインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力を基準にして増減させるように配置される。
第2のステータコイル群35Bを構成するステータコイル352は、メインステータコイル部36に加えて、第2サブステータコイル部382をさらに含む。第2サブステータコイル部382は、ステータコイル352が有するメインステータコイル部36において電流が流れる方向とは反対の方向に電流が流れるように配置される。そのため、メインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力と第2サブステータコイル部382への通電に起因して発生する電磁力とが反対の方向に作用することになる。その結果、第2のステータコイル群35Bを構成するステータコイル352への通電に起因して発生する電磁力が全体的に弱められる。なお、第2のステータコイル群35Bを構成するステータコイル352への通電に起因して発生する電磁力を全体的に強める場合には、第2サブステータコイル部382を流れる電流の向きを逆にすればよい。つまり、第2サブステータコイル部382は、第2のステータコイル群35Bを構成するステータコイル352への通電に起因して発生する電磁力をメインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力を基準にして増減させるように配置される。
また、第2のステータコイル群35Bを構成するステータコイル352が有する第2サブステータコイル部382は、第1のステータコイル群35Aを構成するステータコイル351が有する第1サブステータコイル部381に対して直列に接続されている。そのため、第2サブステータコイル部382への通電を行うことにより、第1サブステータコイル部381への通電も行うことができる。なお、第2サブステータコイル部382は、例えば、第1サブステータコイル部381とは反対の方向に巻き回されることで、電流の流れる方向が第1サブステータコイル部381とは反対の方向になる。
Further, the second
第3のステータコイル群35Cを構成するステータコイル353は、メインステータコイル部36に加えて、第3サブステータコイル部383をさらに含む。第3サブステータコイル部383は、ステータコイル353が有するメインステータコイル部36において電流が流れる方向と同じ方向に電流が流れるように配置される。そのため、メインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力と第3サブステータコイル部383への通電に起因して発生する電磁力とが同じ方向に作用することになる。その結果、第3のステータコイル群35Cを構成するステータコイル353への通電に起因して発生する電磁力が全体的に強められる。なお、第3のステータコイル群35Cを構成するステータコイル353への通電に起因して発生する電磁力を全体的に弱める場合には、第3サブステータコイル部383を流れる電流の向きを逆にすればよい。つまり、第3サブステータコイル部383は、第3のステータコイル群35Cを構成するステータコイル353への通電に起因して発生する電磁力をメインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力を基準にして増減させるように配置される。
第4のステータコイル群35Cを構成するステータコイル354は、メインステータコイル部36に加えて、第4サブステータコイル部384をさらに含む。第4サブステータコイル部384は、ステータコイル354が有するメインステータコイル部36において電流が流れる方向とは反対の方向に電流が流れるように配置される。そのため、メインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力と第4サブステータコイル部384への通電に起因して発生する電磁力とが反対の方向に作用することになる。その結果、第4のステータコイル群35Dを構成するステータコイル354への通電に起因して発生する電磁力が全体的に弱められる。なお、第4のステータコイル群35Dを構成するステータコイル354への通電に起因して発生する電磁力を全体的に強める場合には、第4サブステータコイル部384を流れる電流の向きを逆にすればよい。つまり、第4サブステータコイル部384は、第4のステータコイル群35Dを構成するステータコイル354への通電に起因して発生する電磁力をメインステータコイル部36への通電に起因して発生する電磁力を基準にして増減させるように配置される。
また、第4のステータコイル群35Dを構成するステータコイル354が有する第4サブステータコイル部384は、第3のステータコイル群35Cを構成するステータコイル353が有する第3サブステータコイル部383に対して直列に接続されている。そのため、第4サブステータコイル部384への通電を行うことにより、第3サブステータコイル部383への通電も行うことができる。なお、第4サブステータコイル部384は、例えば、第3サブステータコイル部383とは反対の方向に巻き回されることで、電流の流れる方向が第3サブステータコイル部383とは反対の方向になる。
Further, the fourth
上記磁気軸受10においては、ステータ30の大型化及び当該ステータ30が有する複数のティース34の各々の形状及び配置の著しい複雑化を伴うことなく、ロータ22とステータ30との間に作用する電磁力を大きくすることができるように、ステータ本体32の形状が工夫されている。以下、ステータ本体32の詳細について説明する。
In the
図1に示す例では、ステータ本体32の外形は、正方形である。つまり、ステータ本体32は、軸方向から見て、4つの角部32A、32B、32C、32Dを有している。4つの角部32A、32B、32C、32Dは、それぞれ、周方向で隣り合う2つのステータコイル35の各々への通電に起因して発生する磁束が流れる部分を含んでいればよい。別の表現をすれば、4つの角部32A、32B、32C、32Dは、それぞれ、軸方向から見て後述する4つの側面321、322、323、324のうち周方向で隣り合う2つの側面が接している頂点を含んでいなくてもよい。上記正方形の対角線は、軸方向から見たときの回転軸20の中心C1にて互いに直交する2つの直線L1、L2の各々によって構成されている。2つの直線L1、L2の長さは、互いに同じである。2つの直線L1、L2の一方(直線L1)は、軸方向から見たときに、その一端側が角部32Aに重なり、その他端側が角部32Cに重なる。2つの直線L1、L2の他方(直線L2)は、軸方向から見たときに、その一端側が角部32Bに重なり、その他端側が角部32Dに重なる。ステータ本体32は、軸方向から見て4つの側面321、322、323、324を有している。これら4つの側面321、322、323、324のうち周方向で隣り合う2つの側面は、軸方向から見て互いに直交している。
In the example shown in FIG. 1, the outer shape of the
また、図1に示す例では、ステータ本体32は、周方向に1つずつ交互に並ぶ4つの特定接続部分32X及び4つの境界接続部分32Yを含む。以下、これらについて説明する。
In the example shown in FIG. 1, the stator
4つの特定接続部分32Xは、4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dに対応するように存在している。
The four
ステータコイル群35Aに対応して存在する特定接続部分32Xは、ステータコイル群35Aが有する2つのステータコイル351の一方が巻き回されたティース34である第1ティース341と他方が巻き回された第2ティース342とを接続している。ステータコイル群35Aに対応して存在する特定接続部分32Xは、角部32Aを含む。
The
ステータコイル群35Bに対応して存在する特定接続部分32Xは、ステータコイル群35Bが有する2つのステータコイル352の一方が巻き回されたティース34である第1ティース341と他方が巻き回された第2ティース342とを接続している。ステータコイル群35Bに対応して存在する特定接続部分32Xは、角部32Bを含む。
The
ステータコイル群35Cに対応して存在する特定接続部分32Xは、ステータコイル群35Cが有する2つのステータコイル353の一方が巻き回されたティース34である第1ティース341と他方が巻き回された第2ティース342とを接続している。ステータコイル群35Cに対応して存在する特定接続部分32Xは、角部32Cを含む。
The
ステータコイル群35Dに対応して存在する特定接続部分32Xは、ステータコイル群35Dが有する2つのステータコイル354の一方が巻き回されたティース34である第1ティース341と他方が巻き回された第2ティース342とを接続している。ステータコイル群35Dに対応して存在する特定接続部分32Xは、角部32Dを含む。
The
つまり、4つの特定接続部分32Xの各々には、通電に起因して発生する磁束が流れる。別の表現をすれば、4つの特定接続分32Xは、それぞれ、磁気回路の形成に寄与している。
That is, a magnetic flux generated due to energization flows through each of the four
4つの境界接続部分32Yは、それぞれ、4つの特定接続部分32Xのうち周方向で隣り合う2つの特定接続部分32Xを接続している。
Each of the four
ステータコイル群35Aに対応して存在する特定接続部分32Xとステータコイル群35Bに対応して存在する特定接続部分32Xを接続している境界接続部分32Yは、ステータコイル群35Aに属するステータコイル351への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路や、ステータコイル群35Bに属するステータコイル352への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路の形成に寄与していない。
The
ステータコイル群35Bに対応して存在する特定接続部分32Xとステータコイル群35Cに対応して存在する特定接続部分32Xとを接続している境界接続部分32Yは、ステータコイル群35Bに属するステータコイル352への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路や、ステータコイル群35Cに属するステータコイル353への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路の形成に寄与していない。
The
ステータコイル群35Cに対応して存在する特定接続部分32Xとステータコイル群35Dに対応して存在する特定接続部分32Xとを接続している境界接続部分32Yは、ステータコイル群35Cに属するステータコイル353への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路や、ステータコイル群35Dに属するステータコイル354への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路の形成に寄与していない。
The
ステータコイル群35Dに対応して存在する特定接続部分32Xとステータコイル群35Aに対応して存在する特定接続部分32Xとを接続している境界接続部分32Yは、ステータコイル群35Dに属するステータコイル354への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路や、ステータコイル群35Aに属するステータコイル351への通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路の形成に寄与していない。
The
ここで、図1に示す例では、特定接続部分32Xにおける特定径方向での長さが境界接続部分32Yにおける径方向での長さよりも大きい。別の表現をすれば、特定接続部分32Xのうち通電に起因して発生する磁束が流れる磁気回路に寄与する部分の径方向での長さが境界接続部分32Yの径方向での長さよりも大きい。そのため、特定接続部分32Xの周方向から見た断面を境界接続部分32Yの周方向から見た断面よりも大きくすることができる。その結果、特定接続部分32Xは、境界接続部分32Yよりも多くの磁束を通過させることができる。したがって、複数のステータコイル35の各々への通電に起因してロータ22とステータ30とに跨るように形成される磁気回路を流れる磁束の量を全体的に増やすことができる。
Here, in the example shown in FIG. 1, the length in the specific radial direction of the
磁気軸受10においては、複数のステータコイル35への通電に起因してロータ22とステータ30との間に発生する電磁力が4つの特定径方向DA、DB、DC、DDの各々に作用するように、複数のステータコイル35が4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dに分けられているので、複数のステータコイル34の各々への通電に起因してロータ22とステータ30の間に発生するとともに径方向に作用する電磁力を周方向に等間隔に分散させることができる。その結果、ロータ22やロータ22が設けられた回転軸20を非接触で回転可能に支持することができる。
In the
ここで、ステータ本体32のうち特定接続部分32Xは、当該特定接続部分32Xを流れる磁束が境界接続部分32Yを流れる磁束よりも多くなるように、境界接続部分32Yと比べて径方向での長さが大きくなっている。そのため、境界接続部分32Yが存在する方向でのステータ本体32の長さを短くしながら、特定接続部分32Xに対してより多くの磁束を流すことができる。その結果、ステータ本体32の大型化を抑制しながら、複数のステータコイル35の各々への通電に起因してロータ22とステータ30とに跨るように形成される磁気回路を流れる磁束の量を全体的に増やすことができる。
Here, the
つまり、磁気軸受10においては、ステータ30の大型化及び当該ステータ30が有する複数のティース34の各々の形状及び配置の著しい複雑化を伴うことなく、ロータ22とステータ30との間に作用する電磁力を大きくすることができる。
In other words, in the
また、磁気軸受10においては、軸方向から見たときのステータ本体32の外形が正方形であるから、ステータ本体32の外形に起因してステータ本体32が元々有する角部32A、32B、32C、32Dを特定接続部分32Xに利用することができる。そのため、正方形という単純な形状でありながら、特定接続部分32Xを境界接続部分32Yよりも厚く(径方向での長さを大きく)することができる。
Further, in the
また、磁気軸受10においては、ステータ本体32の外形が軸方向から見て正方形であるから、例えば、並列に配置された複数の回転軸20をそれぞれ回転可能に支持する場合には、複数のステータ本体32を横に並べるように組み合わせて配置することが容易にできる。
Further, in the
磁気軸受10においては、4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dの各々に対して特定接続部分32Xが1つずつ形成されているので、特定接続部分32Xの特定径方向での長さを大きく形成することができる。
In the
[実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dの各々が2つのステータコイル351、352、353、354によって構成されているが、例えば、図2に示す磁気軸受10Aのように、4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dの各々が3つのステータコイル351、352、353、354によって構成されていてもよい。或いは、図3に示す磁気軸受10Bのように、4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dの各々が4つのステータコイル351、352、353、354によって構成されていてもよい。
[Modification of Embodiment]
In the above embodiment, each of the four
図2に示す例では、4つのステータコイル群34A、35B、35C、35Dの各々において周方向で真ん中に位置するステータコイル351、352、353、354が巻き回されたティース34は、ステータコイル351、352、353、354への通電に起因して周方向で隣り合うように形成される2つの磁気回路に共通して用いられる共通ティースである。当該ティース34では、2つの磁気回路の各々を流れる磁束の向きが互いに同じである。
In the example shown in FIG. 2, the
図3に示す例では、4つのステータコイル群34A、35B、35C、35Dの各々において周方向で中間に位置する2つのステータコイル351、352、353、354の各々が巻き回されたティース34は、ステータコイル351、352、353、354への通電に起因して周方向で隣り合うように形成される2つの磁気回路に共通して用いられる共通ティースである。当該ティース34では、2つの磁気回路の各々を流れる磁束の向きが互いに同じである。
In the example shown in FIG. 3, the
このような磁気軸受10A、10Bにおいては、ステータコイル群35A、35B、35C、35Dを構成する4つのステータコイル351、352、353、354を密集して配置することができる。そのため、ステータコイル群35A、35B、35C、35Dへの通電に起因してロータ22とステータ30との間に発生する電磁力をより大きくすることができる。
In such
[実施の形態の他の変形例]
上記実施の形態では、軸方向から見たときのステータ本体32の外形が正方形であったが、例えば、図4に示す磁気軸受10Cのように、軸方向から見たときのステータ本体32の外形は八角形であってもよい。なお、ステータ本体32の外形として、正方形の角部にR状の角取を施したものを採用することも可能である。
[Other Modifications of Embodiment]
In the above embodiment, the outer shape of the
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施の形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, these are illustrations to the last, Comprising: This invention is not interpreted restrictively at all by description of the above-mentioned embodiment.
例えば、上記実施の形態では、4つの特定径方向DA、DB、DC、DDが設定されているが、周方向に120°の間隔で設定される3つの特定径方向を採用してもよい。 For example, in the above embodiment, four specific radial directions DA, DB, DC, and DD are set, but three specific radial directions set at intervals of 120 ° in the circumferential direction may be adopted.
例えば、上記実施の形態では、メインステータコイル部36への通電によって基礎となる磁気回路が形成されているが、例えば、永久磁石を用いて基礎となる磁気回路を形成するようにしてもよい。この場合、メインステータコイル部36が不要になるので、その分だけ銅損を減らすことができる。
For example, in the above-described embodiment, the basic magnetic circuit is formed by energizing the main
例えば、上記実施の形態において、4つのステータコイル群35A、35B、35C、35Dの何れかの通電量を変化させるだけで回転軸20(ロータ22)の位置を調整するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the position of the rotating shaft 20 (rotor 22) may be adjusted only by changing the energization amount of any of the four
10 磁気軸受
22 ロータ
30 ステータ
32 ステータ本体
32X 特定接続部分
32Y 境界接続部分
34 ティース
341 第1ティース
342 第2ティース
35 ステータコイル
35A ステータコイル群
35B ステータコイル群
35C ステータコイル群
35D ステータコイル群
351 ステータコイル
352 ステータコイル
353 ステータコイル
354 ステータコイル
36 メインステータコイル部
381 第1サブステータコイル部
382 第2サブステータコイル部
383 第3サブステータコイル部
384 第4サブステータコイル部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回転軸に配置され、前記回転軸の周方向に延びて前記回転軸を取り囲むロータと、
前記回転軸の周方向に延びて前記ロータを取り囲むステータとを備え、
前記ステータは、
前記回転軸の周方向に延びて前記ロータを囲むステータ本体と、
各々が前記回転軸の径方向において前記ステータ本体から前記ロータに向かって延びるように形成され、前記回転軸の周方向に等間隔に並んで配置されるとともに同一円上に位置する複数のティースと、
前記複数のティースの各々に巻き回された複数のステータコイルが少なくとも3つの群に分けられることで構成され、各々が少なくとも2つのステータコイルを有する少なくとも3つのステータコイル群とを含み、
前記ステータ本体は、
前記少なくとも3つのステータコイル群の各々に対応するように存在し、前記少なくとも3つのステータコイル群の各々が有する前記少なくとも2つのステータコイルの各々が巻き回されたティース同士を接続する少なくとも3つの特定接続部分と、
前記少なくとも3つの特定接続部分のうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つの特定接続部分を接続する少なくとも3つの境界接続部分とを含み、
前記少なくとも3つのステータコイル群の各々への通電に起因して発生する磁束が前記少なくとも2つのステータコイルのうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つのステータコイルの一方が巻き回された第1ティースと前記ロータと前記少なくとも2つのステータコイルのうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つのステータコイルの他方が巻き回され前記第1ティースと対を為す第2ティースと前記特定接続部分とをこの順番で通過するように前記ロータと前記ステータとに跨って形成される磁気回路を流れることにより、前記ロータと前記ステータとの間に電磁力が発生し、
前記少なくとも3つのステータコイル群は、前記電磁力が前記回転軸の径方向であって少なくとも3つの特定径方向の各々に作用するように、前記回転軸の周方向に並んで配置されており、
前記少なくとも3つの特定径方向は、前記回転軸の周方向に等間隔に存在するように設定されており、
前記特定接続部分における前記特定径方向での長さは、前記境界接続部分よりも多くの磁束が通過するように、前記境界接続部分における前記径方向での長さと比べて大きい、磁気軸受。 A magnetic bearing that rotatably supports the rotating shaft without contact;
A rotor disposed on the rotating shaft, extending in a circumferential direction of the rotating shaft and surrounding the rotating shaft;
A stator extending in the circumferential direction of the rotating shaft and surrounding the rotor,
The stator is
A stator body extending in the circumferential direction of the rotating shaft and surrounding the rotor;
A plurality of teeth that are formed so as to extend from the stator body toward the rotor in the radial direction of the rotating shaft, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft and located on the same circle; ,
A plurality of stator coils wound around each of the plurality of teeth is divided into at least three groups, each including at least three stator coil groups each having at least two stator coils;
The stator body is
At least three identifications that connect the teeth wound around each of the at least two stator coils that exist in each of the at least three stator coil groups and that each of the at least three stator coil groups has. A connecting part,
Including at least three boundary connection portions that connect two specific connection portions adjacent in the circumferential direction of the rotating shaft among the at least three specific connection portions;
A magnetic flux generated due to energization of each of the at least three stator coil groups is wound around one of two stator coils adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft among the at least two stator coils. Of the at least two stator coils of the teeth, the rotor, and the at least two stator coils, the other one of the two stator coils adjacent in the circumferential direction of the rotating shaft is wound, and the second tooth and the specific connection portion paired with the first tooth By flowing through a magnetic circuit formed across the rotor and the stator so as to pass in this order, an electromagnetic force is generated between the rotor and the stator,
The at least three stator coil groups are arranged side by side in the circumferential direction of the rotary shaft so that the electromagnetic force acts on each of at least three specific radial directions in the radial direction of the rotary shaft,
The at least three specific radial directions are set to exist at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft,
The length of the specific connection portion in the specific radial direction is larger than the length of the boundary connection portion in the radial direction so that more magnetic flux passes through the boundary connection portion.
前記ステータ本体の外形は、前記回転軸の軸方向から見たときの前記回転軸の中心にて互いに直交する2つの直線の各々によって対角線が構成されるとともに前記2つの直線の長さが互いに同じである正方形を有しており、
前記少なくとも3つの特定径方向は、前記2つの直線の一方に沿って互いに反対方向を向くように存在する第1及び第2の特定径方向と、前記2つの直線の他方に沿って互いに反対方向を向くように存在する第3及び第4の特定径方向とを含む4つの特定径方向であり、
前記少なくとも3つのステータコイル群は、前記電磁力が前記第1の特定径方向に作用するように配置された第1のステータコイル群と、前記電磁力が前記第2の特定径方向に作用するように配置され、前記回転軸に対して前記第1のステータコイル群とは反対側に位置する第2のステータコイル群と、前記電磁力が前記第3の特定径方向に作用するように配置され、前記回転軸の周方向において前記第1のステータコイル群と前記第2のステータコイル群との間に位置する第3のステータコイル群と、前記電磁力が前記第4の特定径方向に作用するように配置され、前記回転軸に対して前記第3のステータコイル群とは反対側に位置する第4のステータコイル群とを含む4つのステータコイル群であり、
前記少なくとも3つの特定接続部分は、前記ステータ本体が有する4つの角部の各々を含むように存在する4つの特定接続部分であり、
前記少なくとも3つの境界接続部分は、各々が前記4つの角部のうち前記回転軸の周方向で隣り合う2つの角部の間に位置する4つの境界接続部分である、磁気軸受。 The magnetic bearing according to claim 1,
The outer shape of the stator body is configured by a diagonal line formed by two straight lines orthogonal to each other at the center of the rotating shaft when viewed from the axial direction of the rotating shaft, and the two straight lines have the same length. Has a square that is
The at least three specific radial directions are first and second specific radial directions that exist in opposite directions along one of the two straight lines, and opposite directions along the other of the two straight lines. Four specific radial directions including the third and fourth specific radial directions present so as to face
The at least three stator coil groups are arranged such that the electromagnetic force acts in the first specific radial direction, and the electromagnetic force acts in the second specific radial direction. The second stator coil group positioned on the opposite side of the first stator coil group with respect to the rotating shaft, and the electromagnetic force acting in the third specific radial direction. A third stator coil group positioned between the first stator coil group and the second stator coil group in the circumferential direction of the rotating shaft, and the electromagnetic force is in the fourth specific radial direction. Four stator coil groups including a fourth stator coil group that is arranged to act and is located on the opposite side of the third stator coil group with respect to the rotation axis;
The at least three specific connection portions are four specific connection portions that exist so as to include each of the four corners of the stator body,
The magnetic bearing, wherein the at least three boundary connection portions are each four boundary connection portions located between two corner portions adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft among the four corner portions.
前記少なくとも3つのステータコイル群の各々が2つのステータコイルからなり、
前記回転軸の周方向において前記特定接続部分と前記境界接続部分とが交互に並んでいる、磁気軸受。 The magnetic bearing according to claim 1 or 2,
Each of the at least three stator coil groups comprises two stator coils;
The magnetic bearing in which the specific connection portion and the boundary connection portion are alternately arranged in the circumferential direction of the rotating shaft.
前記少なくとも3つのステータコイル群の各々が少なくとも3つのステータコイルからなり、
前記少なくとも3つのステータコイルの各々が巻き回された少なくとも3つのティースは、前記少なくとも3つのステータコイルの各々への通電に起因して前記回転軸の周方向で隣り合うように形成される2つの磁気回路に共通して用いられ、前記2つの磁気回路の一方では前記第1ティースとして機能するとともに前記2つの磁気回路の他方では前記第2ティースとして機能する少なくとも1つの共通ティースを含み、
前記少なくとも1つの共通ティースでは、前記2つの磁気回路の各々を流れる磁束の向きが互いに同じである、磁気軸受。 The magnetic bearing according to claim 1 or 2,
Each of the at least three stator coil groups comprises at least three stator coils;
The at least three teeth around which each of the at least three stator coils is wound are formed to be adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft due to energization of each of the at least three stator coils. Including at least one common tooth that is used in common for a magnetic circuit, functions as the first tooth on one of the two magnetic circuits and functions as the second tooth on the other of the two magnetic circuits,
In the at least one common tooth, the directions of magnetic fluxes flowing through each of the two magnetic circuits are the same as each other.
前記4つのステータコイル群の各々を構成するステータコイルは、
通電に起因して所定の大きさの電磁力を発生させるように、所定の方向に巻き回されるメインステータコイル部を含み、
前記第1のステータコイル群を構成するステータコイルは、
前記メインステータコイル部において電流が流れる方向と同じ方向に電流が流れることによって前記第1のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が強くなるように、前記メインステータコイル部と同じ方向に巻き回される第1サブステータコイル部をさらに含み、
前記第2のステータコイル群を構成するステータコイルは、
前記メインステータコイル部において電流が流れる方向とは反対の方向に電流が流れることによって前記第2のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が弱くなるように、前記メインステータコイル部と反対の方向に巻き回されるとともに前記第1サブステータコイル部に対して直列に接続されている第2サブステータコイル部をさらに含み、
前記第3のステータコイル群を構成するステータコイルは、
前記メインステータコイル部において電流が流れる方向と同じ方向に電流が流れることによって前記第3のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が強くなるように、前記メインステータコイル部と同じ方向に巻き回される第3サブステータコイル部をさらに含み、
前記第4のステータコイル群を構成する各ステータコイルは、
前記メインステータコイル部において電流が流れる方向とは反対の方向に電流が流れることによって前記第4のステータコイル群を構成するステータコイルへの通電に起因して発生する電磁力が弱くなるように、前記メインステータコイル部と反対の方向に巻き回されるとともに前記第3サブステータコイル部に対して直列に接続されている第4サブステータコイル部をさらに含む、磁気軸受。
The magnetic bearing according to any one of claims 2 to 4,
The stator coils constituting each of the four stator coil groups are
Including a main stator coil portion wound in a predetermined direction so as to generate a predetermined magnitude of electromagnetic force due to energization,
The stator coils constituting the first stator coil group are:
The main stator coil portion is configured so that an electromagnetic force generated due to energization of the stator coils constituting the first stator coil group is strengthened by the current flowing in the same direction as the direction of current flow. A first sub-stator coil portion wound in the same direction as the stator coil portion;
The stator coil constituting the second stator coil group is:
The electromagnetic force generated due to energization of the stator coils constituting the second stator coil group is weakened by the current flowing in the direction opposite to the direction in which the current flows in the main stator coil portion. A second sub-stator coil portion wound in a direction opposite to the main stator coil portion and connected in series to the first sub-stator coil portion;
The stator coil constituting the third stator coil group is
The main stator coil portion is configured so that an electromagnetic force generated due to energization of the stator coils constituting the third stator coil group is strengthened by the current flowing in the same direction as the direction of current flow. A third sub-stator coil portion wound in the same direction as the stator coil portion;
Each stator coil constituting the fourth stator coil group is
The electromagnetic force generated due to energization of the stator coils constituting the fourth stator coil group is weakened by the current flowing in the direction opposite to the direction in which the current flows in the main stator coil portion. The magnetic bearing further includes a fourth sub-stator coil portion wound in a direction opposite to the main stator coil portion and connected in series to the third sub-stator coil portion.
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