JP2573853B2 - ５軸制御型磁気軸受 - Google Patents
５軸制御型磁気軸受Info
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- F16C2360/44—Centrifugal pumps
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、５軸制御型磁気軸受に関する。
従来の技術における５軸制御型磁気軸受は、各種装置
の回転軸の軸線（Ｚ軸線）方向に隔った２箇所において
夫々Ｚ軸線に垂直で且つ互に垂直なＸ軸線及びＹ軸線の
両方向に夫々回転軸を対向支承する４組のラジアル磁極
と、Ｚ軸線方向に回転軸を対向支承する１組のアキシア
ル磁極とを備えている。
の回転軸の軸線（Ｚ軸線）方向に隔った２箇所において
夫々Ｚ軸線に垂直で且つ互に垂直なＸ軸線及びＹ軸線の
両方向に夫々回転軸を対向支承する４組のラジアル磁極
と、Ｚ軸線方向に回転軸を対向支承する１組のアキシア
ル磁極とを備えている。
そうして、その５軸制御型磁気軸受においては、回転
軸の位置を制御するために、回転軸の位置を位置センサ
ーにより検出し、その検出信号に基づき磁気軸受の各磁
極の磁力を制御するのであるが、位置センサーは、Ｚ軸
線に垂直方向の位置を検出するためにＺ軸線鋼に隔った
２箇所の夫々においてＸ軸線及びＹ軸線の両方向に夫々
回転軸に近接対向する４組８個のラジアル位置センサー
が設けられ、Ｚ軸線方向の位置を検出するためのアキシ
アル位置センサーは、スペースの制約もあって通常Ｚ軸
線方向に回転軸に近接して１個設けられている。
軸の位置を制御するために、回転軸の位置を位置センサ
ーにより検出し、その検出信号に基づき磁気軸受の各磁
極の磁力を制御するのであるが、位置センサーは、Ｚ軸
線に垂直方向の位置を検出するためにＺ軸線鋼に隔った
２箇所の夫々においてＸ軸線及びＹ軸線の両方向に夫々
回転軸に近接対向する４組８個のラジアル位置センサー
が設けられ、Ｚ軸線方向の位置を検出するためのアキシ
アル位置センサーは、スペースの制約もあって通常Ｚ軸
線方向に回転軸に近接して１個設けられている。
上記の従来の技術における５軸制御型磁気軸受は、ラ
ジアル位置センサーが対向して２個１組となって設けら
れているので、ラジアル方向の温度ドリフトは、打消さ
れるが、アキシアル位置センサーは、通常１個のみであ
るから、温度ドリフトが解消されず、回転軸の制御位置
は、Ｚ軸線方向で偏ってしまう。
ジアル位置センサーが対向して２個１組となって設けら
れているので、ラジアル方向の温度ドリフトは、打消さ
れるが、アキシアル位置センサーは、通常１個のみであ
るから、温度ドリフトが解消されず、回転軸の制御位置
は、Ｚ軸線方向で偏ってしまう。
そこで、Ｚ軸線方向においても、位置センサーを対向
して設置してもよいが、そうすると、必要になる位置セ
ンサーの数が１個増加し、10個となり、しかも装置のス
ペースも大きくなる上、回転軸も長くなり、それだけ回
転軸の曲げ固有振動数が低下する。
して設置してもよいが、そうすると、必要になる位置セ
ンサーの数が１個増加し、10個となり、しかも装置のス
ペースも大きくなる上、回転軸も長くなり、それだけ回
転軸の曲げ固有振動数が低下する。
しかし、通常、回転軸の最高回転速度は、曲げ固有振
動数の70〜80％とされているので、曲げ固有振動数の低
下は、回転軸の最高回転速度の抑制に繋がり、高速回転
が不可能となる。
動数の70〜80％とされているので、曲げ固有振動数の低
下は、回転軸の最高回転速度の抑制に繋がり、高速回転
が不可能となる。
この発明による５軸制御型磁気軸受は、回転体本体に
固着され、少なくとも固着端側が回転体本体に向って径
が拡大するテーパ部に形成された回転軸を回転軸の回転
軸線であるＺ軸線方向に隔った２箇所において夫々Ｚ軸
線に垂直で且つ互に垂直なＸ軸線及びＹ軸線の両方向に
夫々回転軸を対向支承する４組のラジアル磁極と軸線方
向に回転軸を対向支承する１組のアキシアル磁極とで回
転自在に支承する５軸制御型磁気軸受であって、回転軸
のテーパ部のテーパ面に近接してＸ軸線方向に対設され
た第1X軸線位置センサー及び同じくＹ軸線方向に対設さ
れた第1Y軸線位置センサー、前記両軸線位置センサーと
Ｚ軸線方向に隔った回転軸部分における回転周面に近接
してＸ軸線方向に対設された第2X軸線位置センサー及び
同じくＹ軸線方向に対設された第2Y軸線位置センサー並
びに回転軸のアキシアル方向被検出面に近接して設けら
れたＺ軸線位置センサーの９個の位置センサーを備え、
各位置センサーの出力信号に基づき回転軸の位置が検出
され、その検出信号に基づき磁気軸受の各磁極の磁力が
制御されるようになっている。
固着され、少なくとも固着端側が回転体本体に向って径
が拡大するテーパ部に形成された回転軸を回転軸の回転
軸線であるＺ軸線方向に隔った２箇所において夫々Ｚ軸
線に垂直で且つ互に垂直なＸ軸線及びＹ軸線の両方向に
夫々回転軸を対向支承する４組のラジアル磁極と軸線方
向に回転軸を対向支承する１組のアキシアル磁極とで回
転自在に支承する５軸制御型磁気軸受であって、回転軸
のテーパ部のテーパ面に近接してＸ軸線方向に対設され
た第1X軸線位置センサー及び同じくＹ軸線方向に対設さ
れた第1Y軸線位置センサー、前記両軸線位置センサーと
Ｚ軸線方向に隔った回転軸部分における回転周面に近接
してＸ軸線方向に対設された第2X軸線位置センサー及び
同じくＹ軸線方向に対設された第2Y軸線位置センサー並
びに回転軸のアキシアル方向被検出面に近接して設けら
れたＺ軸線位置センサーの９個の位置センサーを備え、
各位置センサーの出力信号に基づき回転軸の位置が検出
され、その検出信号に基づき磁気軸受の各磁極の磁力が
制御されるようになっている。
回転体本体に固着された回転軸は、回転軸を対向支承
する４組のラジアル磁極と軸線方向に回転軸を対向支承
する１組のアキシアル磁極とで回転自在に支承されて回
転駆動される。
する４組のラジアル磁極と軸線方向に回転軸を対向支承
する１組のアキシアル磁極とで回転自在に支承されて回
転駆動される。
回転軸が半径方向変位乃至傾斜変位及び軸線方向変位
をすると、それに応じた位置センサーと被検出面との距
離に変化が生じ、位置センサーの出力信号となる。対設
された両第1X軸線位置センサー及び両第1Y軸線位置セン
サーの出力信号により回転軸のテーパ部のＸ軸線方向変
位及びＹ軸線方向変位が検出され、対設された両第2X軸
線位置センサーの出力信号及び両第2Y軸線位置センサー
により回転軸の円筒部のＸ軸線方向変位及びＹ軸線方向
変位が検出される。更にＺ軸線位置センサー、両第1X軸
線位置センサー及び両第1Y軸線位置センサーの出力信号
により回転軸のＺ軸線方向の変位が検出される。それら
の検出信号に基づき軸受の各磁極の磁力が制御されて、
回転軸の回転軸線は適正に維持される。
をすると、それに応じた位置センサーと被検出面との距
離に変化が生じ、位置センサーの出力信号となる。対設
された両第1X軸線位置センサー及び両第1Y軸線位置セン
サーの出力信号により回転軸のテーパ部のＸ軸線方向変
位及びＹ軸線方向変位が検出され、対設された両第2X軸
線位置センサーの出力信号及び両第2Y軸線位置センサー
により回転軸の円筒部のＸ軸線方向変位及びＹ軸線方向
変位が検出される。更にＺ軸線位置センサー、両第1X軸
線位置センサー及び両第1Y軸線位置センサーの出力信号
により回転軸のＺ軸線方向の変位が検出される。それら
の検出信号に基づき軸受の各磁極の磁力が制御されて、
回転軸の回転軸線は適正に維持される。
この発明の実施例を図面に従って説明する。
第１図乃至第３図には、回転体の一例として、ターボ
分子ポンプのロータ１が略示され、ロータ１に固着され
るロータ軸２の上部は、ロータ１に向って径が拡大す
る、即ち上拡がりのテーパ部３が形成されている。
分子ポンプのロータ１が略示され、ロータ１に固着され
るロータ軸２の上部は、ロータ１に向って径が拡大す
る、即ち上拡がりのテーパ部３が形成されている。
ロータ軸２は、５軸制御型磁気軸受で支承されてい
る。
る。
５軸制御型磁気軸受は、ロータ軸２の円筒上部４と円
筒下部５との夫々においてＸ軸線方向（第１図において
左右方向）に対向して軸周面を支承する２組のラジアル
磁極、即ち第1X軸線磁極6a,6b;第2X軸線磁極7a,7bと、
Ｙ軸線方向（第１図において紙面に垂直方向）に対向し
て軸周面を支承する２組のラジアル磁極、即ち第1Y軸線
磁極；第2Y軸線磁極（図示しない）とから成るラジアル
磁気軸受及びロータ軸２の下部に形成されたフランジ８
の上下面を挟んでＺ軸線方向に支承する対向１組のアキ
シアル磁極9a,9bから成るアキシアル磁気軸受から構成
されている。
筒下部５との夫々においてＸ軸線方向（第１図において
左右方向）に対向して軸周面を支承する２組のラジアル
磁極、即ち第1X軸線磁極6a,6b;第2X軸線磁極7a,7bと、
Ｙ軸線方向（第１図において紙面に垂直方向）に対向し
て軸周面を支承する２組のラジアル磁極、即ち第1Y軸線
磁極；第2Y軸線磁極（図示しない）とから成るラジアル
磁気軸受及びロータ軸２の下部に形成されたフランジ８
の上下面を挟んでＺ軸線方向に支承する対向１組のアキ
シアル磁極9a,9bから成るアキシアル磁気軸受から構成
されている。
そうして、ロータ軸２の中間部には高周波モータ10が
設けられている。
設けられている。
更に、５軸制御型磁気軸受には、ロータ軸位置検出装
置が併設されている。ロータ軸位置検出装置は、ロータ
軸２のテーパ部３において、被検出面となるテーパ面に
近接してＸ軸線方向に対設されたＸ軸線テーパ面位置セ
ンサー11a,11b及び同じくＹ軸線方向に対設されたＹ軸
線テーパ面位置センサー12a,12b、円筒下部（例えば、
磁極の下側）において、被検出面となる周面に近接して
Ｘ軸線方向に対設されたＸ軸線ラジアル位置センサー13
a,13b及び同じくＹ軸線方向に対設されたＹ軸線ラジア
ル位置センサー14a,14b並びにロータ軸２の下端面に近
接してＺ軸線方向に対設されたアキシアル位置センサー
15の９個の位置センサーを備えて、２位置のＸ軸線・Ｙ
軸線及びＺ軸線の５軸線方向にロータ軸の変位を検出す
るのである。
置が併設されている。ロータ軸位置検出装置は、ロータ
軸２のテーパ部３において、被検出面となるテーパ面に
近接してＸ軸線方向に対設されたＸ軸線テーパ面位置セ
ンサー11a,11b及び同じくＹ軸線方向に対設されたＹ軸
線テーパ面位置センサー12a,12b、円筒下部（例えば、
磁極の下側）において、被検出面となる周面に近接して
Ｘ軸線方向に対設されたＸ軸線ラジアル位置センサー13
a,13b及び同じくＹ軸線方向に対設されたＹ軸線ラジア
ル位置センサー14a,14b並びにロータ軸２の下端面に近
接してＺ軸線方向に対設されたアキシアル位置センサー
15の９個の位置センサーを備えて、２位置のＸ軸線・Ｙ
軸線及びＺ軸線の５軸線方向にロータ軸の変位を検出す
るのである。
位置センサーは、インダクタンス検知式非接触位置セ
ンサーであり、被検出面との距離が変化したときのイン
ダクタンスの変化を電気量として取出し、これによりそ
の距離変化を検出する。
ンサーであり、被検出面との距離が変化したときのイン
ダクタンスの変化を電気量として取出し、これによりそ
の距離変化を検出する。
ロータ軸位置検出装置の各位置センサーは、第４図に
示すような回路を介して図示しない磁極の電源制御回路
に接続されている。
示すような回路を介して図示しない磁極の電源制御回路
に接続されている。
上記の５軸制御型磁気軸受の作用について述べる。
ロータ１は、ロータ軸２と一体となって、第1X軸線磁
極6a,6b、第2X軸線磁極7a,7b、第1Y軸線磁極、及びアキ
シアル磁極9a,9bにより軸受けされ、高周波モータ10に
より回転駆動される。
極6a,6b、第2X軸線磁極7a,7b、第1Y軸線磁極、及びアキ
シアル磁極9a,9bにより軸受けされ、高周波モータ10に
より回転駆動される。
ロータ軸２が半径方向変位乃至傾斜変位及び軸線方向
変位をすると、それに応じた位置センサーと被検出面と
の距離に変化が生じ、位置センサーの出力信号となる。
変位をすると、それに応じた位置センサーと被検出面と
の距離に変化が生じ、位置センサーの出力信号となる。
Ｘ軸線テーパ面位置センサー11a,11bの出力信号は共
に差動増幅器21に、Ｙ線テーパ面位置センサー12a,12b
の出力信号は共に差動増幅器22に、Ｘ軸線ラジアル位置
センサー13a,13bの出力信号は共に差動増幅器23に、Ｙ
軸線ラジアル位置センサー14a,14bの出力信号は共に差
動増幅器24に、夫々入力される。
に差動増幅器21に、Ｙ線テーパ面位置センサー12a,12b
の出力信号は共に差動増幅器22に、Ｘ軸線ラジアル位置
センサー13a,13bの出力信号は共に差動増幅器23に、Ｙ
軸線ラジアル位置センサー14a,14bの出力信号は共に差
動増幅器24に、夫々入力される。
そうして、差動増幅器21の出力信号（Sx1）はロータ
軸２のテーパ部３のＸ軸線方向の変位に、差動増幅器22
の出力信号（Sy1）はロータ軸のテーパ部３のＹ軸線方
向の変位に、差動増幅器23の出力信号（Sx2）はロータ
軸２の円筒下部５のＸ軸線方向の変位に、差動増幅器21
の出力信号（Sy2）はロータ軸２の円筒下部５のＹ軸線
方向の変位に、夫々比例している。
軸２のテーパ部３のＸ軸線方向の変位に、差動増幅器22
の出力信号（Sy1）はロータ軸のテーパ部３のＹ軸線方
向の変位に、差動増幅器23の出力信号（Sx2）はロータ
軸２の円筒下部５のＸ軸線方向の変位に、差動増幅器21
の出力信号（Sy2）はロータ軸２の円筒下部５のＹ軸線
方向の変位に、夫々比例している。
これと共に、Ｘ軸線テーパ面位置センサー11a,11bの
出力信号及びＹ線テーパ面位置センサー12a,12bの出力
信号は、各別に電流増幅器25,26,27,28を介して加算器2
9に夫々入力される。加算器29の出力信号（Sz1）は、テ
ーパ面における４個の位置センサー11a,11b;12a,12bの
出力信号を加算したもので、これらの平均値に比例して
おり、差動増幅器31に入力される。他方、アキシアル位
置センサー15の出力信号も電流増幅器30で増幅され、そ
の出力信号（Sz2）は、差動増幅器31に入力される。
出力信号及びＹ線テーパ面位置センサー12a,12bの出力
信号は、各別に電流増幅器25,26,27,28を介して加算器2
9に夫々入力される。加算器29の出力信号（Sz1）は、テ
ーパ面における４個の位置センサー11a,11b;12a,12bの
出力信号を加算したもので、これらの平均値に比例して
おり、差動増幅器31に入力される。他方、アキシアル位
置センサー15の出力信号も電流増幅器30で増幅され、そ
の出力信号（Sz2）は、差動増幅器31に入力される。
そうして、両出力信号（Sz1）（Sz2）の差である差動
増幅器31の出力信号（Sz）は、ロータ軸２の軸線方向の
変位に比例している。
増幅器31の出力信号（Sz）は、ロータ軸２の軸線方向の
変位に比例している。
上記の各出力信号（Sx1）（Sy1）（Sx2）（Sy2）（S
z）が磁極電源制御回路（図示しない）に入力されるこ
とにより各磁極の磁力が制御され、かくして、ロータ軸
２は磁気軸受により適正な位置に支承される。
z）が磁極電源制御回路（図示しない）に入力されるこ
とにより各磁極の磁力が制御され、かくして、ロータ軸
２は磁気軸受により適正な位置に支承される。
ロータ軸の前記５軸線方向の各軸線方向変位は、対向
して対となった各組位置センサーの出力信号により検出
されるので、各軸線方向の温度ドリフトは打消される。
して対となった各組位置センサーの出力信号により検出
されるので、各軸線方向の温度ドリフトは打消される。
この発明による５軸制御型磁気軸受は、回転体本体に
固着された回転軸の固着端側が回転体本体に向って径が
拡大するテーパ部に形成されているので、回転体本体の
取付剛性が大きくなり、且つ回転軸の固有振動数も大き
くなる。従って、高速回転を安定して行なうことができ
る。そうして、テーパ部の回転軸位置センサーがラジア
ル方向の位置センサーとアキシアル方向の位置センサー
とを兼ねているので、他に１個のアキシアル方向の位置
センサーを設けるだけで、温度ドリフトを解消し、回転
軸のＺ軸線方向の制御位置を正確に維持できる。アキシ
アル方向の位置センサー検出部は、１個所でよいので、
安定回転の障害である固有振動数の低下の因となる軸の
長大化も防止される。
固着された回転軸の固着端側が回転体本体に向って径が
拡大するテーパ部に形成されているので、回転体本体の
取付剛性が大きくなり、且つ回転軸の固有振動数も大き
くなる。従って、高速回転を安定して行なうことができ
る。そうして、テーパ部の回転軸位置センサーがラジア
ル方向の位置センサーとアキシアル方向の位置センサー
とを兼ねているので、他に１個のアキシアル方向の位置
センサーを設けるだけで、温度ドリフトを解消し、回転
軸のＺ軸線方向の制御位置を正確に維持できる。アキシ
アル方向の位置センサー検出部は、１個所でよいので、
安定回転の障害である固有振動数の低下の因となる軸の
長大化も防止される。
第１図は、この発明の実施例における５軸制御型磁気軸
受の縦断面図、 第２図は、第１図のII−II線における断面図、 第３図は、第１図のIII−III線における断面図、 第４図は、この発明の実施例における５軸制御型磁気軸
受のロータ軸位置検出装置の回路図である。 1:ロータ、2:ロータ軸 3:テーパ部、4:円筒上部 5:円筒下部 6a,6b,7a,7b,9a,9b:磁極 10:高周波モータ 11a,11b:X軸線テーパ面位置センサー 12a,12b:Y軸線テーパ面位置センサー 13a,13b:X軸線ラジアル位置センサー 14a,14b:Y軸線ラジアル位置センサー 15:アキシアル位置センサー 21,22,23,24,31:差動増幅器 25,26,27,28,30:電流増幅器 29:加算器
受の縦断面図、 第２図は、第１図のII−II線における断面図、 第３図は、第１図のIII−III線における断面図、 第４図は、この発明の実施例における５軸制御型磁気軸
受のロータ軸位置検出装置の回路図である。 1:ロータ、2:ロータ軸 3:テーパ部、4:円筒上部 5:円筒下部 6a,6b,7a,7b,9a,9b:磁極 10:高周波モータ 11a,11b:X軸線テーパ面位置センサー 12a,12b:Y軸線テーパ面位置センサー 13a,13b:X軸線ラジアル位置センサー 14a,14b:Y軸線ラジアル位置センサー 15:アキシアル位置センサー 21,22,23,24,31:差動増幅器 25,26,27,28,30:電流増幅器 29:加算器
Claims (1)
- 【請求項１】回転体本体に固着され、少なくとも固着端
側が回転体本体に向って径が拡大するテーパ部に形成さ
れた回転軸を回転軸の回転軸線であるＺ軸線方向に隔っ
た２箇所において夫々Ｚ軸線に垂直で且つ互に垂直なＸ
軸線及びＹ軸線の両方向に夫々回転軸を対向支承する４
組のラジアル磁極と軸線方向に回転軸を対向支承する１
組のアキシアル磁極とで回転自在に支承する５軸制御型
磁気軸受であって、回転軸のテーパ部のテーパ面に近接
してＸ軸線方向に対設された第1X軸線位置センサー及び
同じくＹ軸線方向に対設された第1Y軸線位置センサー、
前記両軸線位置センサーとＺ軸線方向に隔った回転軸部
分における回転周面に近接してＸ軸線方向に対設された
第2X軸線位置センサー及び同じくＹ軸線方向に対設され
た第2Y軸線位置センサー並びに回転軸のアキシアル方向
被検出面に近接して設けられたＺ軸線位置センサーの９
個の位置センサーを備え、各位置センサーの出力信号に
基づき回転軸の位置が検出され、その検出信号に基づき
磁気軸受の各磁極の磁力が制御される５軸制御型磁気軸
受
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28220987A JP2573853B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | ５軸制御型磁気軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28220987A JP2573853B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | ５軸制御型磁気軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01126423A JPH01126423A (ja) | 1989-05-18 |
| JP2573853B2 true JP2573853B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=17649485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28220987A Expired - Fee Related JP2573853B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | ５軸制御型磁気軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2573853B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109489602A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-19 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种用于磁悬浮轴承的径向与轴向的组合传感器 |
| CN114483635A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 广东美的暖通设备有限公司 | 磁轴承系统、压缩机和空调器 |
-
1987
- 1987-11-10 JP JP28220987A patent/JP2573853B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH01126423A (ja) | 1989-05-18 |
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