JP2887024B2 - ラジアル磁気軸受 - Google Patents
ラジアル磁気軸受Info
- Publication number
- JP2887024B2 JP2887024B2 JP4179812A JP17981292A JP2887024B2 JP 2887024 B2 JP2887024 B2 JP 2887024B2 JP 4179812 A JP4179812 A JP 4179812A JP 17981292 A JP17981292 A JP 17981292A JP 2887024 B2 JP2887024 B2 JP 2887024B2
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- JP
- Japan
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- magnetic
- permanent magnet
- magnetic pole
- yoke
- rotating shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
- F16C32/0461—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
- F16C32/0465—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は永久磁石と電磁石
をハイブリッド的に併設したラジアル磁気軸受に関する
ものである。
をハイブリッド的に併設したラジアル磁気軸受に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転軸を電磁石の磁力を利用して
保持するよう電磁石が用いられた電磁式ラジアル磁気軸
受が種々使用されている。
保持するよう電磁石が用いられた電磁式ラジアル磁気軸
受が種々使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】併し乍ら、この様な従
来の電磁式ラジアル磁気軸受においては、使用する電力
の容量が大きく且つ励磁コイルによる発熱量も大きく、
また軸受全体としての寸法も大きく軸受自体が大型と成
るために、使用される制御装置も大型に成る等の問題点
が見られた。
来の電磁式ラジアル磁気軸受においては、使用する電力
の容量が大きく且つ励磁コイルによる発熱量も大きく、
また軸受全体としての寸法も大きく軸受自体が大型と成
るために、使用される制御装置も大型に成る等の問題点
が見られた。
【０００４】従って、この発明の目的はこの様な従来に
おける問題点を解決するために、従来の電磁式磁気軸受
の要した電力を著しく低減して省エネルギー化を図るこ
とを主題に置いて、電磁石と併設して永久磁石をハイブ
リッド的に設けて、バイアス用磁場（バイアス吸引力）
として永久磁石を最大限に使用し、制御用磁場（制御用
吸引力）として電磁石を最小限に使用したラジアル磁気
軸受を提供することにある。
おける問題点を解決するために、従来の電磁式磁気軸受
の要した電力を著しく低減して省エネルギー化を図るこ
とを主題に置いて、電磁石と併設して永久磁石をハイブ
リッド的に設けて、バイアス用磁場（バイアス吸引力）
として永久磁石を最大限に使用し、制御用磁場（制御用
吸引力）として電磁石を最小限に使用したラジアル磁気
軸受を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明に依れば、ラジアル磁気軸受は、ヨーク
の幅方向の中心の内側部に複数個等分して永久磁石を配
置して永久磁石をヨークの内面と内側磁極の背面とで挟
持し、各内側磁極の脚部に励磁コイルを周設し、且つ複
数個の磁極が区画された外側磁極を該ヨークの両側に設
けて該内側磁極と外側磁極とによって磁気回路を形成し
て、励磁コイルの励磁にて励磁された磁気回路の、回転
軸に作用する吸引力が永久磁石による吸引力に加えられ
て増加し、適性電力値による逆励磁によって回転軸を保
持する吸引力を零と為し、逆励磁の中断で永久磁石によ
る吸引力を減少することなく元の値に回復することが出
来、内側磁極と外側磁極との間の空隙長さを変えること
によって永久磁石による吸引力を変化できることを特徴
としている。
めに、この発明に依れば、ラジアル磁気軸受は、ヨーク
の幅方向の中心の内側部に複数個等分して永久磁石を配
置して永久磁石をヨークの内面と内側磁極の背面とで挟
持し、各内側磁極の脚部に励磁コイルを周設し、且つ複
数個の磁極が区画された外側磁極を該ヨークの両側に設
けて該内側磁極と外側磁極とによって磁気回路を形成し
て、励磁コイルの励磁にて励磁された磁気回路の、回転
軸に作用する吸引力が永久磁石による吸引力に加えられ
て増加し、適性電力値による逆励磁によって回転軸を保
持する吸引力を零と為し、逆励磁の中断で永久磁石によ
る吸引力を減少することなく元の値に回復することが出
来、内側磁極と外側磁極との間の空隙長さを変えること
によって永久磁石による吸引力を変化できることを特徴
としている。
【０００６】
【作用】従って、この発明は上述の手段に依って、バイ
アス磁場が磁気軸受に基本的に必要な磁場であり、制御
用磁場を含めた全体の必要磁場の９５％程度を占めるの
で、従って、バイアス磁場の発生源に永久磁石を採用し
て、従来の電磁式の磁気軸受に比較して極めて大きな電
力低減効果が得られると共に、励磁コイルを極めて小さ
く出来るので、発生熱量も小さく成るので、軸受全体を
小形化できることは勿論のこと制御装置も小形化するこ
とが出来る。
アス磁場が磁気軸受に基本的に必要な磁場であり、制御
用磁場を含めた全体の必要磁場の９５％程度を占めるの
で、従って、バイアス磁場の発生源に永久磁石を採用し
て、従来の電磁式の磁気軸受に比較して極めて大きな電
力低減効果が得られると共に、励磁コイルを極めて小さ
く出来るので、発生熱量も小さく成るので、軸受全体を
小形化できることは勿論のこと制御装置も小形化するこ
とが出来る。
【０００７】この発明の他の目的と特長および利点は以
下の添付図面に沿っての詳細な説明から明らかになろ
う。
下の添付図面に沿っての詳細な説明から明らかになろ
う。
【０００８】
【実施例】図面の図１と図２にはこの発明のラジアル磁
気軸受の第１の実施例が図示されており、図示される様
に、この発明のラジアル磁気軸受は、回転軸１０を回転
可能に軸承する軸受本体を成すヨーク１、このヨーク１
の両側に設けられて回転軸１０が貫通する孔を有する端
板から成り複数個の磁極が区画された外側磁極２、回転
軸１０の軸心に対してヨーク１の幅方向の中心の内側に
複数個等分して設けられた永久磁石３、永久磁石３の内
側に設けられた内側磁極４、内側磁極４の脚部を囲んで
設けられた励磁コイル５から主に構成されている。
気軸受の第１の実施例が図示されており、図示される様
に、この発明のラジアル磁気軸受は、回転軸１０を回転
可能に軸承する軸受本体を成すヨーク１、このヨーク１
の両側に設けられて回転軸１０が貫通する孔を有する端
板から成り複数個の磁極が区画された外側磁極２、回転
軸１０の軸心に対してヨーク１の幅方向の中心の内側に
複数個等分して設けられた永久磁石３、永久磁石３の内
側に設けられた内側磁極４、内側磁極４の脚部を囲んで
設けられた励磁コイル５から主に構成されている。
【０００９】図示される様に、この発明の第１の実施例
のラジアル磁気軸受のヨーク１は筒状を成していて、幅
方向の中心の内側に複数個に等分して永久磁石３が設け
られている。この永久磁石３はヨーク１の内側と、断面
Ｔ字形で且つ厚さＴの肉厚を有する内側磁極４の背面と
によって挟持されている。また、永久磁石３に隣接して
設けられた断面Ｔ字形の内側磁極４の脚部を囲んで励磁
コイル５が設けられて電磁石が形成されている。更に、
ヨーク１の両側には回転軸１０が貫通する外側磁極２が
設けられている。この外側磁極２は図２に明示される様
に回転軸１０が貫通する孔の周りに等角度で放射方向に
延びる溝７が設けられていて、この溝７によって区画さ
れた複数個の磁極が外側磁極２に形成されている。従っ
て、複数個の磁極を有する外側磁極２は内側磁極４と磁
気回路的に対応するように左右または上下に対称的に配
置されていて、これによって複数個の磁気回路を有する
構造を成している。また、図示の第１の実施例では磁極
が４つ設けられるよう９０°の間隔で４つの溝７が外側
磁極２に設けられているが、４つに限らず２つ以上任意
の数だけ設けるよう出来ることが明らかであろう。
のラジアル磁気軸受のヨーク１は筒状を成していて、幅
方向の中心の内側に複数個に等分して永久磁石３が設け
られている。この永久磁石３はヨーク１の内側と、断面
Ｔ字形で且つ厚さＴの肉厚を有する内側磁極４の背面と
によって挟持されている。また、永久磁石３に隣接して
設けられた断面Ｔ字形の内側磁極４の脚部を囲んで励磁
コイル５が設けられて電磁石が形成されている。更に、
ヨーク１の両側には回転軸１０が貫通する外側磁極２が
設けられている。この外側磁極２は図２に明示される様
に回転軸１０が貫通する孔の周りに等角度で放射方向に
延びる溝７が設けられていて、この溝７によって区画さ
れた複数個の磁極が外側磁極２に形成されている。従っ
て、複数個の磁極を有する外側磁極２は内側磁極４と磁
気回路的に対応するように左右または上下に対称的に配
置されていて、これによって複数個の磁気回路を有する
構造を成している。また、図示の第１の実施例では磁極
が４つ設けられるよう９０°の間隔で４つの溝７が外側
磁極２に設けられているが、４つに限らず２つ以上任意
の数だけ設けるよう出来ることが明らかであろう。
【００１０】また、この発明は、吸引力と励磁電流との
関係を示す図３から明らかな様に、励磁コイルに電流を
印加することによって永久磁石による吸引力に電磁石の
吸引力が重畳して吸引力の増大制御が出来る一方、励磁
コイルに逆電流を流すことによって吸引力の減少制御が
可能であり、適性電流値の逆励磁により永久磁石を減磁
することなしに吸引力を零「０」にすることが出来る。
従って、万一の回転軸の軸受への接触事態に際して極め
て有効な機能を有している。
関係を示す図３から明らかな様に、励磁コイルに電流を
印加することによって永久磁石による吸引力に電磁石の
吸引力が重畳して吸引力の増大制御が出来る一方、励磁
コイルに逆電流を流すことによって吸引力の減少制御が
可能であり、適性電流値の逆励磁により永久磁石を減磁
することなしに吸引力を零「０」にすることが出来る。
従って、万一の回転軸の軸受への接触事態に際して極め
て有効な機能を有している。
【００１１】以下、図示の実施例において、図示される
４つの磁気回路を有する磁気軸受の内の１つの磁気回路
（略して磁路とも呼ぶ）を以てこの発明のラジアル磁気
軸受の作動を説明する。
４つの磁気回路を有する磁気軸受の内の１つの磁気回路
（略して磁路とも呼ぶ）を以てこの発明のラジアル磁気
軸受の作動を説明する。
【００１２】上述の様に構成されたこの発明のラジアル
磁気軸受の第１の実施例においては、先ず、永久磁石３
による磁気回路は図４に示される様に磁気回路Ａと磁気
回路Ｂとの２つに大別される。磁気回路Ａは回転軸１０
を吸引するためのバイアス磁気回路と成り、磁気回路Ｂ
は吸引力には直接関連しない無効磁気回路と成る。従っ
て、いま、外側磁極２と内側磁極４との間に設けた空隙
長さｌｇの比率を変えることによって磁気回路のバイア
ス磁場を単独に変えることが出来る。いま、図示の空隙
長さｌｇを零「０」とすると、永久磁石３の発生する磁
束は磁気回路Ｂのみと成り、磁気回路Ａは成立しない。
すなわち、回転軸１０に作用する吸引力は零「０」とな
る。従って、空隙成りｌｇを大きくして行くと、磁気回
路Ｂの磁束は減少して行き、磁気回路Ａの磁束が増加し
て行く。従って、予め空隙長さｌｇと吸引力との関係を
把握しておけば、所望の吸引力を得ることが出来る。こ
の様にしてバイアス磁場を任意に設定することが出来
る。
磁気軸受の第１の実施例においては、先ず、永久磁石３
による磁気回路は図４に示される様に磁気回路Ａと磁気
回路Ｂとの２つに大別される。磁気回路Ａは回転軸１０
を吸引するためのバイアス磁気回路と成り、磁気回路Ｂ
は吸引力には直接関連しない無効磁気回路と成る。従っ
て、いま、外側磁極２と内側磁極４との間に設けた空隙
長さｌｇの比率を変えることによって磁気回路のバイア
ス磁場を単独に変えることが出来る。いま、図示の空隙
長さｌｇを零「０」とすると、永久磁石３の発生する磁
束は磁気回路Ｂのみと成り、磁気回路Ａは成立しない。
すなわち、回転軸１０に作用する吸引力は零「０」とな
る。従って、空隙成りｌｇを大きくして行くと、磁気回
路Ｂの磁束は減少して行き、磁気回路Ａの磁束が増加し
て行く。従って、予め空隙長さｌｇと吸引力との関係を
把握しておけば、所望の吸引力を得ることが出来る。こ
の様にしてバイアス磁場を任意に設定することが出来
る。
【００１３】制御用の磁場に就いては、内側磁極４の脚
部の周りに設けられた励磁コイル５に、永久磁石３と同
極性と成る様に励磁電流を印加すると、図５に示される
様に永久磁石３による磁気回路Ａの磁束に加えて励磁コ
イル５による磁気回路Ｃの磁束が発生、増大して磁気回
路Ａの磁束と重畳して吸引力が増大する。
部の周りに設けられた励磁コイル５に、永久磁石３と同
極性と成る様に励磁電流を印加すると、図５に示される
様に永久磁石３による磁気回路Ａの磁束に加えて励磁コ
イル５による磁気回路Ｃの磁束が発生、増大して磁気回
路Ａの磁束と重畳して吸引力が増大する。
【００１４】次に、励磁コイル５に逆励磁電流を印加す
ると、図６に示される様に磁気回路Ａの磁束の方位とは
反対向きの磁気回路Ｃが出来る。従って、磁気回路Ｃの
磁束を増大して磁気回路Ａの磁束に等しくすると、磁気
回路Ａの磁束は磁気回路Ｂの形にあたかも封じ込められ
た如くなり、この状態では吸引力は零「０」と成る。従
って、万一、回転軸１０が磁極に吸着された引き離し困
難に陥った場合には特に有効に成る。
ると、図６に示される様に磁気回路Ａの磁束の方位とは
反対向きの磁気回路Ｃが出来る。従って、磁気回路Ｃの
磁束を増大して磁気回路Ａの磁束に等しくすると、磁気
回路Ａの磁束は磁気回路Ｂの形にあたかも封じ込められ
た如くなり、この状態では吸引力は零「０」と成る。従
って、万一、回転軸１０が磁極に吸着された引き離し困
難に陥った場合には特に有効に成る。
【００１５】例えば、この発明の磁気軸受を水平回転軸
用として採用する場合には、回転軸の重畳を軸受の磁気
回路の内の上部に位置する磁気回路が負担して軸が浮上
状態と成るようすることによって、単独にバイアス磁場
を強くして置くことが可能と成る。また、この発明は、
ラジアル軸受として使用されるが、垂直軸用にも水平軸
用にも適用できる。
用として採用する場合には、回転軸の重畳を軸受の磁気
回路の内の上部に位置する磁気回路が負担して軸が浮上
状態と成るようすることによって、単独にバイアス磁場
を強くして置くことが可能と成る。また、この発明は、
ラジアル軸受として使用されるが、垂直軸用にも水平軸
用にも適用できる。
【００１６】図７にはこの発明のラジアル磁気軸受の第
２の実施例が示されており、この実施例においてはヨー
クが角形に成っていることだけが先の第１の実施例のも
のと異なっている。
２の実施例が示されており、この実施例においてはヨー
クが角形に成っていることだけが先の第１の実施例のも
のと異なっている。
【００１７】
【発明の効果】この様に構成されたこの発明のラジアル
磁気軸受に依れば、永久磁石と電磁石とをハイブリッド
的に併設して組み合わせた複数個の磁気回路を同一体内
に等分配置して成る磁気軸受と為し、回転軸を軸受の磁
極面に対して任意の空隙を設けるよう配置した時に永久
磁石による磁束をバイアス磁場とした複数個の磁気回路
により回転軸が吸引されつつ回転するよう為し、回転軸
の偏心時に対応する磁気回路の励磁コイルに励磁または
逆励磁電流を適時印加して制御し、回転軸が常時無接触
状態にて回転可能としている。
磁気軸受に依れば、永久磁石と電磁石とをハイブリッド
的に併設して組み合わせた複数個の磁気回路を同一体内
に等分配置して成る磁気軸受と為し、回転軸を軸受の磁
極面に対して任意の空隙を設けるよう配置した時に永久
磁石による磁束をバイアス磁場とした複数個の磁気回路
により回転軸が吸引されつつ回転するよう為し、回転軸
の偏心時に対応する磁気回路の励磁コイルに励磁または
逆励磁電流を適時印加して制御し、回転軸が常時無接触
状態にて回転可能としている。
【図１】この発明のラジアル磁気軸受の第１の実施例の
一部断面した側面図である。
一部断面した側面図である。
【図２】図１のラジアル磁気軸受の一部断面した正面図
である。
である。
【図３】吸引力と励磁電流の関係を示す図である。
【図４】永久磁石による磁気回路を示す図１と同様な図
である。
である。
【図５】吸引力増加時の磁気回路を示す図４と同様な図
である。
である。
【図６】吸引力減少時の磁気回路を示す図４と同様な図
である。
である。
【図７】この発明のラジアル磁気軸受の第２の実施例の
一部断面した正面図である。
一部断面した正面図である。
１ ヨーク ｌｇ 空隙長さ ２ 外側磁極 ３ 永久磁石 ４ 内側磁極 ５ 励磁コイル ７ 溝 １０ 回転軸 Ａ 磁気回路 Ｂ 磁気回路 Ｃ 磁気回路
Claims (1)
- 【請求項１】 ヨークの幅方向の中心の内側部に複数個
等分して永久磁石を配置して永久磁石をヨークの内面と
内側磁極の背面とで挟持し、各内側磁極の脚部に励磁コ
イルを周設し、且つ複数個の磁極が区画された外側磁極
を該ヨークの両側に設けて該内側磁極と外側磁極とによ
って磁気回路を形成して、励磁コイルの励磁にて励磁さ
れた磁気回路の、回転軸に作用する吸引力が永久磁石に
よる吸引力に加えられて増加し、適性電力値による逆励
磁によって回転軸を保持する吸引力を零と為し、逆励磁
の中断で永久磁石による吸引力を減少することなく元の
値に回復することが出来、内側磁極と外側磁極との間の
空隙長さ（ｌｇ）を変えることによって永久磁石による
吸引力を変化できることを特徴としたラジアル磁気軸
受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4179812A JP2887024B2 (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | ラジアル磁気軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4179812A JP2887024B2 (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | ラジアル磁気軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626520A JPH0626520A (ja) | 1994-02-01 |
| JP2887024B2 true JP2887024B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=16072326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4179812A Expired - Lifetime JP2887024B2 (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | ラジアル磁気軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2887024B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11101235A (ja) * | 1997-07-30 | 1999-04-13 | Nippon Seiko Kk | 磁気軸受 |
-
1992
- 1992-07-07 JP JP4179812A patent/JP2887024B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0626520A (ja) | 1994-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990119 |