JP2579164B2 - 磁気軸受装置における保護用ラジアル玉軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえば真空ポンプなどの磁気軸受装置
における保護用ラジアル玉軸受に関する。

従来の技術とその問題点 第２図は従来の磁気軸受装置の１例を示し、垂直固定
軸（１）の周囲に円筒状のロータ（２）が配置されてい
る。ロータ（２）は、固定軸（１）に設けられたラジア
ル磁気軸受（３）（４）およびアキシャル磁気軸受
（５）（６）で非接触状態に支持され、たとえば30000r
pm程度の高速で回転する。固定軸（１）の上下２箇所
に、ロータ（２）の停止時にこれを受けるための保護用
ラジアル玉軸受（７）（８）が設けられている。各保護
用軸受（７）（８）には負荷能力を増すため総玉軸受が
使用され、その内輪（7a）（8a）が固定軸（１）に固定
されている。ロータ（２）が正常に回転しているとき
は、ロータ（２）と保護用軸受（７）（８）との間には
たとえば0.1〜１数mm程度のすきまがある。そして、ロ
ータ（２）が停止するときには、ロータ（２）が保護用
軸受（７）（８）の外輪（7b）（8b）に接触してこれに
受けられ、ロータ（２）が磁気軸受（３）（４）（５）
（６）などに接触してこれを損傷しないようになってい
る。なお、このようにロータが保護用軸受に受けられて
停止する動作をタッチダウンという。

ところで、磁気軸受装置が正常な状態で停止する場
合、ロータ（２）は徐々に減速され、かなり低速になっ
てから保護用軸受（７）（８）に接触して低速でタッチ
ダウンするため、保護用軸受（７）（８）が損傷するこ
とはない。これに対し、停電その他の故障により磁気軸
受（３）（４）（５）（６）が作動しなくなった場合
は、高速で回転しているローター（２）が保護用軸受
（７）（８）に接触して高速でタッチダウンするため、
とくに真空ポンプの磁気軸受装置の場合、保護用軸受
（７）（８）が真空中（たとえば10^-2〜10^-3Torr）にお
いて急激な立上りで高速回転（とえばdmn＞300×10⁴）
することになる。このため、従来の保護用軸受（７）
（８）では、玉（7c）（8c）や軌道面の摩耗が大きく、
耐久性が劣っており、１回の高速タッチダウンの途中で
保護用軸受（７）（８）が損傷するというような問題が
あった。

磁気軸受装置には、上記のように固定軸の周囲を筒状
のロータが回転する形式の他に、筒状の固定ケースの内
側をロータ軸が回転する形式もある。この場合、ケース
の上下２箇所に保護用軸受が設けられ、軸が停止すると
きに、軸が保護用軸受の内輪に接触してこれに受けられ
るが、上記と同様の問題がある。

この発明の目的は、上記のような問題を解決した耐久
性の高い保護用ラジアル玉軸受を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明による保護用ラジアル玉軸受は、 固定部分に対し回転部分を磁気軸受で非接触状態に支
持して回転させる磁気軸受装置において、回転部分の停
止時に回転部分を受けるために固定部分の複数箇所に設
けられる保護用ラジアル玉軸受であって、 ピッチ円径が平均径より小さいことを特徴とするもの
である。

作用 高速タッチダウン時に回転部分が高速回転状態のまま
保護用ラジアル玉軸受の軌道輪に接触すると、この軌道
輪も高速で回転を開始するが、保護用ラジアル玉軸受の
ピッチ円径が平均径より小さいから、耐久性が高く、損
傷を受けにくい。すなわち、ピッチ円径が小さいので、
玉の公転速度が小さくなる。このため、タッチダウン時
に玉に作用する遠心力が小さくなり、軸受の耐久性が向
上する。また、ピッチ円径が小さいので、外輪の肉厚が
大きくなる。とくにタッチダウン時に外輪がロータと接
触して回転する場合、外輪の肉厚が厚くなっていると、
回転時の遠心力による外輪自身の膨張が小さく、軸受の
内部すきま（ラジアルすきま）の変化が小さいので、回
転が滑らかである。そして、外輪の肉厚が厚くなってい
ることにより、ロータと接触したときの外輪の変形が小
なくなり、玉に無理な力が作用しないので、回転が滑ら
かとなる。したがって、ピッチ円径も平均径より小さく
することにより、保護用ラジアル玉軸受の耐久性が向上
する。

実 施 例 第１図は、磁気軸受装置の保護用ラジアル玉軸受の１
具体例を示す。

この軸受（10）は総玉軸受であり、通常のラジアル玉
軸受に比べて玉（11）の直径Daは小さく、内輪（12）の
肉厚tiは薄く、外輪（13）の肉厚teは厚くなっている。
したがって、玉（11）の中心（０）を通る円の直径（ピ
ッチ円径）dpは内輪（12）の内径（軸受内径）ｄと外輪
（13）の外径（軸受外径）Ｄの和の半分（平均径）dmよ
りかなり小さくなっている。これらの寸法の１例を挙げ
れば、軸受内径ｄを90mm、軸受外径Ｄを115mm、平均径d
mを102.5mm、内輪（12）の肉厚tiを3mm、外輪（13）の
肉厚teを6mm、ピッチ円径dpを平均径dmより2.5mm小さく
して100mmとし、玉（11）の直径Daを通常の6.747mmより
小さく設定している。

内輪（12）の軌道みぞ（14）の曲率半径（みぞ半径）
riは通常のものより大きく、たとえば約0.55Daとなって
いる。

この軸受（10）を第２図のような固定軸の周囲を筒状
のロータが回転する形式の磁気軸受装置に使用する場
合、内輪（12）が固定軸に固定される。

ロータが正常に回転している場合、ロータは磁気軸受
により非接触状態に支持され、ロータと軸受（10）の外
輪（13）との間には適当なすきまがあり、外輪（13）は
停止している。

高速タッチダウンの場合、高速で回転しているロータ
が軸受（10）の外輪（13）に接触し、外輪（13）も高速
で回転を開始する。このため、従来の軸受では、外輪は
非常に急激な立上りで高速回転を開始し、外輪の最高回
転数はロータの回転数に近くなる。このため、前述のよ
うに、軸受が損傷する。

ところが、上記の軸受（10）の場合、次に説明するよ
うに、耐久性が高く、このような損傷を防止することが
できる。

すなわち、まず、外輪（13）の肉厚teが厚くなってい
るので、回転時の遠心力による外輪（13）自身の膨張が
小さく、軸受内部すきま（ラジアルすきま）の変化が小
さいので、回転が滑らかである。そして、外輪（13）の
肉厚teが厚くなっていることにより、ロータと接触した
ときの外輪（13）の変形が小さくなり、玉（11）に無理
な力が作用しないので、回転が滑らかとなる。しかも、
玉（11）の直径Daを小さくして玉数を増しているので、
外輪（13）の剛性が高くなる。また、ピッチ円径dpが小
さくなっているので、玉（11）の公転速度が小さくな
り、回転時に玉（11）に作用する遠心力も小さくなる。
このため、軸受（10）の耐久性が向上する。

また、上記の軸受（10）では、内輪（12）のみぞ半径
ri（＝0.55Da）が大きくなっているので、次のような効
果を奏する。まず、タッチダウン時にロータが軸受（1
0）の外輪（13）に接触する場合、軸受（10）に傾きが
生じるが、みぞ半径riを大きくすることにより許容傾き
角が大きくなり、軸受（10）内部に過大な応力が発生し
なくなる。そして傾き角の場合では、みぞ半径riが大き
い方が玉（11）の公転速度差が小さく、回転が滑らかと
なる。また、みぞ半径riを大きくすることにより、玉
（11）と軌道みぞ（14）との接触面圧が大きくなり、高
速回転への立上り時に玉（11）が最初から正常な回転を
しやすくなる。なお、みぞ半径riは0.53〜0.58Da程度で
あれば上記の効果を奏する。

上記の軸受（10）は、筒状の固定ケースの内側をロー
タ軸が回転する形式の磁気軸受装置にも使用できる。こ
の場合、外輪（13）が固定ケースに固定され、ロータ軸
は内輪（12）の内面に接触する。そして、この場合も、
上記とほぼ同様の効果が奏される。

上記実施例には総玉軸受を示したが、この発明は保持
器付玉軸受にも適用できる。

発明の効果 この発明の磁気軸受装置における保護用ラジアル玉軸
受によれば、ピッチ円径が平均径より小さいから、上述
のように、耐久性が高く、高速タッチダウン時の損傷を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す保護用ラジアル玉軸受
の主要部縦断面図、第２図は従来の保護用ラジアル玉軸
受を組込んだ磁気軸受装置を示す縦断面図である。 （10）……保護用ラジアル玉軸受、（11）……玉、（1
2）……内輪、（13）……外輪、dp……ピッチ円径、dm
……平均径。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部分に対し回転部分を磁気軸受で非接
   触状態に支持して回転させる磁気軸受装置において、回
   転部分の停止時に回転部分を受けるために固定部分の複
   数箇所に設けられる保護用ラジアル玉軸受であって、 ピッチ円径が平均径より小さいことを特徴とする磁気軸
   受装置における保護用ラジアル玉軸受。