JP3786420B2 - 回転子と固定子とを有する磁気軸受けセル - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、回転対称的に構成された磁気軸受けセル、それも回転子と固定子とを有し、前記回転子が、セルの中心軸線を中心として回転可能に配置され、かつ１個の軸と、この軸上に軸方向に間隔をおいて固定され軸方向に磁化された少なくとも２個の永久磁石リングとを有しており、また前記固定子が極構成部材と２個の環状コイルとを有し、これらの環状コイルのそれぞれが回転子の各端面に対応配置されており、しかも、永久磁石の磁束が中心軸線をトロイド状に取囲み環状コイルを包囲するように、回転子と固定子とが相互配置されている形式のものに関する。
【０００２】
ＤＥ−Ｃ３４０９０４７により、前記特徴を有する磁気軸受セルが公知である。このセルの回転子は、軸方向に磁化された２個の永久磁石リングを有している。これらのリングが発生させる磁束は、中心軸線をトロイド状に取囲み、環状コイルを包囲している。磁束は、軸方向に前後に配置された回転子永久磁石リングと、外部の極構成部材とを貫通しており、その結果、高い半径方向スチフネスが得られている。しかし、軸方向には軸受は不安定であり、したがって、軸方向には能動的な調整が必要とされる。この目的のために、回転子にはそれぞれ端側に環状コイルが配属されている。これらの環状コイルのそれぞれは、同じように、中心軸線を取囲むトロイド状の磁束を生じさせ、この磁束が永久磁石から生じる磁束に重ねられる。この調整は、有利には、回転子が目標位置ないし目標姿勢に存る場合には、環状コイルが無電流となるよう選定されている。回転子が軸方向に目標位置から逸脱すると、環状コイルに給電されるのである。電流の強さと電流の方向とは、逸脱の大きさと、方向とに左右される。環状コイルにより生ぜしめられるトロイド状の磁束は、電流の方向に応じて永久磁石リングにより生ぜしめられる磁束と等方向か、又は逆方向である。
【０００３】
前述の種類の磁気軸受の半径方向スチフネスを改善するため、回転子の永久磁石リング数を増加し、加えて、同じく軸方向に磁化された少なくとも１個の固定子永久磁石リングを備えるようにすることが提案された（ＤＥ−Ａ４１０６０６３参照）。これらの措置により、永久磁石により生ぜしめられる磁束は強化され、したがって軸方向力も大きくなり、半径方向スチフネスも所望の通りに改善される。調整課題を解決するためには、環状コイルは、調整磁束を生じさせ、その磁束によって軸方向力の増大を補償することができなければならない。こうしたことには、環状コイル横断面の増大と、コイル電流の発生と調整のための費用の増加とが前提となる。
【０００４】
本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べた形式の磁気軸受セルを次のように構成することにある。すなわち、永久磁石リング数を増加させることで半径方向スチフネスを改善し、しかも能動調整のための出費を増加させることを要しないようにするのである。
【０００５】
本発明によれば、この課題は次のようにすることにより解決された。すなわち、それぞれ軸方向で外側に位置せしめられた２個の永久磁石リングの周縁区域に、良導磁材料製の極構成部材を対応配置し、これら極構成部材が、環状コイルから生じる磁束を実質的に無関係な２つの磁束圏へ集束させるようにしたのである。
【０００６】
これらの措置によって、環状コイルに直接に配属される調整磁束の形成が助成される。これらの措置により、また、双方の環状コイルにより生ぜしめられる実質的に互いに無関係の磁束が、環状コイルをそれぞれ取囲む極構成部材と、隣接永久磁石リングの一部分と、回転子・固定子間の各１つの軸方向ギャップ及び周辺ギャップとを貫通することになる。大きい抵抗は、したがって、この磁束圏には存在しない。磁界の軸方向調整に決定的に役立つ磁束は、もはやこのほかの構成部材（永久磁石、減衰板）やギャップを貫通する必要はない。環状コイルにとって必要な費用（全体の寸法、電流供給）は、したがって、もはや永久磁石の数とは無関係である。
【０００７】
本発明のその他の利点及び詳細を以下で、図１及び図２に示した実施例につき説明する。
【０００８】
図１は２個の永久磁石リングを有する磁気軸受セルを示した図である。
【０００９】
図２は４個の永久磁石リングを有する磁気軸受セルを示した図である。
【００１０】
図示の磁気軸受セル１は回転子２と固定子３とを有している。
【００１１】
回転子２の構成部材は、軸４と、軸４に取付けられた永久磁石リング５，６とである。永久磁石リング５，６を軸４に取付けるため、内側ボスリング８，９が備えられている。永久磁石リング５，６により生ぜしめられる磁束は、中心軸線１０をトロイド状に取囲んでいる。この磁束は矢印１１で示されている。
【００１２】
固定子３は、中心軸線１０に対し回転対称的に構成された極構成部材１２，１３を有している。これらの極構成部材１２，１３の共通の横断面は実質的にＣ字形である。Ｃ字形の端側区域には環状コイル１４，１５が配置されている。内側部分１６，１７は回転子２の永久磁石リング５，６に向いた極面１８，１９を形成している。環状コイル１４，１５の電流通過を制御するため、センサ装置２１と、ブロックとして示されている電子式調整器２２が備えられている。
【００１３】
永久磁石リング５，６間のギャップ２３内には、環状ディスク２４が配置されている。この環状ディスク２４は、磁化不能の良導電材料製、たとえば銅製である。環状ディスク２４は、円筒形縁部分２５を有し、この円筒形縁部分２５は内方から極構成部材１２，１３に密着している。実質的に軸方向の相対運動のさい、環状ディスク２４内及び円筒形縁部分２５内には渦電流が生ぜしめられる。これら渦電流は、望ましい減衰を生じさせる。円筒形部分２５は、定心作用を有し、その上に、渦電流により発生する熱の放出を容易にする。
【００１４】
永久磁石リング５，６には、縁部に別の固定子構成部材２６，２７が対応配置されている。これら固定子構成部材２６，２７は永久磁石リング５，６を取囲む固定子リングとして構成されている。また、これら固定子構成部材２６，２７は、良導磁材料製であり、環状コイル１４，１５に２つの磁束圏２８，２９を生じさせる。
【００１５】
図２の実施例の場合、軸方向に磁化された３個の回転永久磁石リング５，６，３０が備えられている。永久磁石リング６，３０間のギャップ３１内には環状ディスク３２が突入している。環状ディスク３２は、別の固定子永久磁石リング３３を有している。この固定子永久磁石リング３３の半径方向寸法は、回転永久磁石リング６，３０の寸法と合致する。環状ディスク３２の他の部分は、磁化不能材料（たとえば高級綱）製であり、同じく周縁部に円筒形部分３４を有し、この円筒形部分３４は、内方から定心目的で極構成部材１３に密着している。加えて、この材料が良導電性を有する場合には、減衰特性の改善に役立つ。
【００１６】
永久磁石リング５，６，３０，３３は、軸方向に磁化されることにより、互いに引張り合う力を生じる。極構成部材１２，１３と一緒に、前記永久磁石リングは磁束圏（矢印１１）を形成する。この磁束圏が半径方向のスチフネスを決定する。外側の補強リング３５，３６，３７は、回転永久磁石リング５，６，３０を取囲み、回転中の比較的高い遠心力の作用による破壊から回転永久磁石リングを保護している。
【００１７】
外側の永久磁石リング５，３０には、周縁部に固定子リング２６，２７が対応配置されている。これら固定子リング２６，２７は、環状コイル１５，１６により生ぜしめられる磁界を２つの別個の磁束（矢印２８，２９）に、所望の通り分割する。異なるリング構成部材２５，２６，２７，３４を相互に締付るため、固定子リング２６，２７の区域に皿ばね３８又は皿ばねパッケージを必要とする場合には、皿ばねを良導磁材料製の皿ばねを配置するのが有利である。これらの皿ばねは、固定子リング２６又は２７の代用にすることができる。あるいは又固定子リング２６又は２７に加えて用いることもできる。

Claims (3)

1. 回転対称的に構成された磁気軸受セル（１）であって、永久磁石リング（５，６，３０）を保持する回転子（２）と、極構成部材（１２，１３，１６，１７）を有する固定子（３）と、環状コイル（１４，１５）とを有しており、
   −固定子（３）の極構成部材（１２，１３，１６，１７）がほぼＣ字形に構成され、回転子（２）の永久磁石リング（５，６，３０）を取囲んでおりかつ軸方向で外側にある永久磁石リング（５，６もしくは５，３０）に向いた極面（１８，１９）を形成しており、
   −永久磁石リング（５，６，３０）が、当該磁気軸受セルの中心軸線（１０）をトロイド状に取囲む、極構成部材（１２，１３，１６，１７）を貫流しかつ当該磁気軸受に半径方向の剛性を付与する磁束（１１）を発生させており、
   −環状コイル（１４，１５）が、Ｃ字形に構成された極構成部材（１２，１３，１６，１７）の端面側の領域にあって回転子（２）の各端面に対応配置されており、
   −回転子（２）の軸方向の位置を調整するためにアキシャルセンサ装置（２１）と電子的な調整器（２２）とが設けられ、回転子（２）の軸方向の位置を調整するために、環状コイル（１４，１５）にて、大きさと方向とに関して変化させることができる、軸方向の目標位置からの回転子位置の偏差に関連した電流、ひいては環状コイル（１４，１５）を取囲む、同様に極構成部材を貫流する磁束が発生させられる
   形式のものにおいて、
   軸方向でそれぞれ外に配置された両方の永久磁石リング（５，６もしくは５，３０）の外周領域に、極構成部材（２６，２７，３８）として良導磁性材料から成る固定子リング（２６，２７）が対応配置されており、該固定子リング（２６，２７）が、環状コイル（１４，１５）により発生させられた磁束を、互いにほぼ無関係な２つの磁束（２８，２９）に集束することを特徴とする、回転子と固定子とを有する磁気軸受セル。
2. 永久磁石リング（５，６もしくは５，３０）が固定子リング（２６，２７）により直接的に取囲まれている、請求項１記載の磁気軸受セル。
3. 前記固定子リング（２６，２７）に加えて又は該固定子リング（２６，２７）の代わりに、良導磁性材料から成る単数又は複数の皿ばね（３８）が用いられている、請求項１又は２記載の磁気軸受セル。

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