JP4406357B2 - Magnetic bearing device - Google Patents
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Description
本発明は磁気軸受装置に関する。 The present invention relates to a magnetic bearing device.
現在、半導体基板(ウエハ)に所定成分の薄膜を成長させる化学気相成長装置(CVD
装置)等のような装置では、ロータを回転支持する軸受装置には主に玉軸受が用いられて
いる。
Currently, chemical vapor deposition equipment (CVD) for growing thin films of specified components on semiconductor substrates (wafers)
In a device such as a device, a ball bearing is mainly used as a bearing device for rotating and supporting a rotor.
このような化学気相成長装置は、減圧された清浄な雰囲気での運転を必要とする。した
がって、構成要素に玉軸受を用いて構成された従来の装置では、玉軸受の潤滑油が拡散し
てウエハに成膜される薄膜を汚損し、製品の歩留りを低下させてしまう問題があった。ま
た、玉軸受に錆が発生すると清浄な雰囲気を汚染してしまうと共に、発生した錆で軸受に
かじりが生じて安定したロータの回転が不可能になる場合があった。このような場合には
玉軸受の交換を要するが、交換には多大な時間を費やすものであった。
Such a chemical vapor deposition apparatus requires operation in a depressurized and clean atmosphere. Therefore, in the conventional apparatus constituted by using ball bearings as constituent elements, there is a problem that the lubricating oil of the ball bearings diffuses to foul the thin film formed on the wafer and reduce the product yield. . Further, when rust is generated in the ball bearing, a clean atmosphere is contaminated, and the generated rust causes galling in the bearing, which may make it impossible to rotate the rotor stably. In such a case, the ball bearing needs to be replaced, but it takes a lot of time for the replacement.
そこで、構成要素として玉軸受を用いる代わりに、磁気軸受装置を用いることが検討さ
れている。磁気軸受装置は非接触,無潤滑,長寿命等の特徴を有することから多方面で様
々な研究や用途開発が進められている。
Therefore, it has been studied to use a magnetic bearing device instead of using a ball bearing as a component. Since magnetic bearing devices have features such as non-contact, non-lubrication, and long life, various researches and application developments are being promoted in various fields.
従来の磁気軸受装置は、例えば図11に示すように構成されている。この磁気軸受装置
90は、筐体91内に収納され回転軸92の下方端側にスラスト円盤93aを設けた縦型
のロータ93と、このスラスト円盤93aの上下面に隙間を設けて磁極を対向させロータ
93のスラスト方向を非接触に支持するためのスラスト磁気軸受94を構成する電磁石9
4a,94bを具備している。また、ロータ93は、その回転軸92の上部および下部に
設けられたラジアル磁気軸受95,96によってラジアル方向に対して非接触に支持され
、電動機(モータ)97によって回転軸92回りに回転駆動される。
A conventional magnetic bearing device is configured, for example, as shown in FIG. This magnetic bearing
4a, 94b. The
ラジアル磁気軸受95,96は、回転軸92の軸方向に積層した状態でロータ93に固
定された円筒状をなす積層継鉄部93b,93cと、これらに対向する位置で筐体91に
固定され周方向に4等配された上部電磁石95a,95b,95c,95d(95b,9
5dは図示せず)および下部電磁石96a,96b,96c,96d(96b,96dは
図示せず)から構成されている。
The radial
5d is not shown) and
さらに、筐体91内には図示しない変位センサが設けられており、この変位センサによ
ってロータ93の軸方向および半径方向の変位が検出され、これに基づいて制御部(図示
せず)からの制御信号によりスラスト磁気軸受94とラジアル磁気軸受95,96が制御
される。
Further, a displacement sensor (not shown) is provided in the housing 91, and the displacement sensor detects the displacement in the axial direction and the radial direction of the
このように構成された従来の磁気軸受装置では、スラスト磁気軸受94とラジアル軸受
95,96、図示しない変位センサ、電動機97が回転軸92の方向に沿って並設されて
いる。そのため、磁気軸受装置が回転軸92の方向に長尺となってしまう。さらに、ロー
タ93に設けられた積層継鉄部93b,93cは減圧された筐体91の内部にその積層端
面が露出するものであるため、この積層端面が錆びるような状況にあるとロータ93の回
転により錆が飛散してしまい、筐体91内を汚染してしまう。特にCVD装置ではウエハ
に成膜される薄膜が汚損され、製品の歩留りを低下させてしまう可能性があった。
上記のように従来の磁気軸受装置では、ラジアル磁気軸受が回転軸の軸方向に複数箇所
にわたって配列されているので、装置が軸方向に長尺なものとなっていた。また、筐体内
に露出する積層継鉄の端面の発錆によって筐体内を汚染してしまう恐れがあった。そこで
本発明は、従来よりも回転軸の軸方向長さが短く、また装置内部の汚染を低減することが
できる磁気軸受装置の提供を目的とする。
As described above, in the conventional magnetic bearing device, since the radial magnetic bearings are arranged in a plurality of locations in the axial direction of the rotating shaft, the device is long in the axial direction. Further, there is a possibility that the inside of the housing may be contaminated by rusting of the end face of the laminated yoke exposed in the housing. Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic bearing device in which the axial length of the rotating shaft is shorter than that of the conventional one and the contamination inside the device can be reduced.
上記目的を達成するために本発明では、回転可能なロータと、前記ロータを回転駆動す
る回転駆動手段と、前記ロータに設けられ、前記ロータの回転軸方向の両端面および前記
回転軸に直交する半径方向に沿って外周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可
能な円盤と、前記円盤の前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記
円盤の前記回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第1の電磁石と、前記
円盤の前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記円盤の前記外周面
の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第2の電磁石と、前記円盤の前記外周面
に対向して配置され、前記外周面に前記一端面側から前記他端面側に流れる磁束を形成す
る第3の電磁石と、を備え、前記第1の電磁石、前記第2の電磁石、及び前記第3の電磁
石は、前記回転軸に沿って前記回転軸の周方向に複数離間して配置されていることを特徴
とする磁気軸受装置とした。
In order to achieve the above object, in the present invention, a rotatable rotor, and the rotor is driven to rotate.
And a rotatable disk having slits formed on both ends of the rotor in the rotation axis direction and slits formed through the outer circumferential surface along a radial direction perpendicular to the rotation axis. A first electromagnet disposed opposite to one end surface of the disk in the direction of the rotation axis, and forming a magnetic flux flowing on the one end surface from the rotation axis side of the disk to the outer peripheral surface side; and the disk A second electromagnet disposed opposite to the other end surface in the direction of the rotation axis and forming a magnetic flux flowing on the other end surface from the outer peripheral surface side of the disk to the rotation shaft side, and the outer periphery of the disk A third electromagnet disposed on the outer peripheral surface and forming a magnetic flux flowing from the one end surface side to the other end surface side, the first electromagnet, the second electromagnet, and the Third electromagnetic
Stone, it was along said rotary shaft are arranged a plurality spaced in a circumferential direction of the rotary axis magnetic bearing apparatus according to claim Rukoto.
また、本発明では、回転可能なロータと、前記ロータを回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータに設けられ、前記ロータの回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する方
向の内周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤と、前記円盤の前記回
転方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記円盤の前記外周面の側から前記回
転軸の側に流れる磁束を形成する第1の電磁石と、前記円盤の前記回転軸方向の他端面に
対向して配置され、前記他端面に前記円盤の前記回転軸の側から前記外周面の側に流れる
磁束を形成する第2の電磁石と、前記円盤の前記内周面に対向して配置され、前記内周面
に前記一端面側から前記他端面側に流れる磁束を形成する第3の電磁石と、を備え、前記
第1の電磁石、前記第2の電磁石、及び前記第3の電磁石は、前記回転軸に沿って前記回
転軸の周方向に複数離間して配置されていることを特徴とする磁気軸受装置とした。
Further, in the present invention, a rotatable rotor, and a rotational drive means for rotationally driving the rotor,
A rotatable disk having slits provided in the rotor and having slits formed through both end faces of the rotor in the rotation axis direction and inner circumferential surfaces in a direction orthogonal to the rotation axis; and the rotation direction of the disk A first electromagnet disposed opposite to the one end surface and forming a magnetic flux flowing on the one end surface from the outer peripheral surface side of the disk to the rotating shaft side; and on the other end surface of the disk in the rotating shaft direction. A second electromagnet that forms a magnetic flux that flows from the rotating shaft side of the disk to the outer peripheral surface side, and is disposed opposite to the inner peripheral surface of the disk, and a third electromagnet for forming a magnetic flux flowing in the other end face side from the one end face to the inner peripheral surface, wherein
The first electromagnet, the second electromagnet, and the third electromagnet are arranged along the rotation axis.
And a magnetic bearing apparatus characterized that you have arranged a plurality circumferentially spaced rolling axis.
上記のように構成された本発明の磁気軸受装置によれば、ロータの回転方向に対して導
電性を非連続的な状態にする導電性調節手段が設けられるとともに、ロータを磁気吸引力
により所定の軸方向およびそれと直交する方向(スラスト方向およびラジアル方向)に対
して非接触に支持する複数の電磁石が設けられている。そのため、ロータの回転に伴い発
生する渦電流による渦電流損が、スラスト方向とラジアル方向の両方向にわたって弱めら
れる。したがって、従来のように積層継鉄を用いて装置を構成する必要がなくなり、回転
軸方向に短く、装置内部の汚染を低減することが可能な磁気軸受装置が実現する。
According to the magnetic bearing device of the present invention configured as described above, the conductivity adjusting means for making the conductivity discontinuous with respect to the rotation direction of the rotor is provided, and the rotor is predetermined by the magnetic attraction force. There are provided a plurality of electromagnets that are supported in a non-contact manner with respect to the axial direction and the direction perpendicular to the axial direction (thrust direction and radial direction). Therefore, the eddy current loss due to the eddy current generated with the rotation of the rotor is weakened in both the thrust direction and the radial direction. Therefore, it is not necessary to configure the apparatus using laminated yokes as in the prior art, and a magnetic bearing apparatus is realized that is short in the direction of the rotation axis and can reduce contamination inside the apparatus.
これによれば、従来のものに比べて回転軸方向に短く、装置内部の汚染を低減すること
が可能な磁気軸受装置が実現する。
This realizes a magnetic bearing device that is shorter in the direction of the rotational axis than conventional ones and can reduce contamination inside the device.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の磁気軸受装
置の第1の実施形態に係る側断面図、図2は図1におけるA−A線断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view according to the first embodiment of the magnetic bearing device of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
磁気軸受装置1におけるロータ4は、略円筒形状の筐体2内に収納され、回転軸3の下
方端付近に円盤4aを取り付けている。またこの円盤4aの上下面には、隙間を介して磁
極を対向させることによりロータ4のスラスト方向(回転軸3の軸方向)および傾き方向
(回転軸3の傾き方向)に対してロータ4を非接触に支持するための上部電磁石5a,5
b,5c,5dおよび下部電磁石5e,5f,5g,5h(但し、5fと5hは図示せず
)が設けられている。これら上部電磁石5a,5b,5c,5dおよび下部電磁石5e,
5f,5g,5hはスラスト磁気軸受5を構成している。またロータ4の円盤4aの外周
面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ4のラジアル方向(回転軸3と
直交する方向)に対して非接触に支持するための電磁石6a,6b,6c,6dが設けら
れている。これら電磁石6a,6b,6c,6dはラジアル磁気軸受6を構成している。
The
b, 5c, 5d and
Reference numerals 5f, 5g, and 5h constitute a thrust magnetic bearing 5. Further,
また筐体2内の上部電磁石5a,5b,5c,5dの上方には、ロータ4を回転駆動す
るための電動機7が設けられている。ロータ4の円盤4a外周側には、回転軸3の軸方向
に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成されたスリット(導電性調節手段)8が、ここで
は計36本設けられている。
An electric motor 7 for rotationally driving the
図3は、スラスト磁気軸受5およびラジアル磁気軸受6の磁束の流れを説明するための
図であり、スラスト磁気軸受5の上部電磁石5cと下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸
受6の電磁石6cのみを拡大して示している。
FIG. 3 is a view for explaining the flow of magnetic flux of the thrust
これらスラスト磁気軸受5の上部電磁石5cと下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸受
6の電磁石6cは、ロータ4の円盤4aに設けたそれぞれのスリット8が形成する面に対
してほぼ平行な面内で磁路を形成することになる。つまり、スラスト磁気軸受5の上部電
磁石5cの磁束M1は、円盤4aの半径方向に対して外側から内側に流れ、上部電磁石5
cと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。また、ス
ラスト磁気軸受5の下部電磁石5gの磁束M2は、円盤4aの半径方向に対して内側から
外側に流れ、下部電磁石5gと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループ
を構成している。さらに、ラジアル磁気軸受6の電磁石6cの磁束M3は、円盤4aの軸
方向に対して上側から下側に流れ、電磁石6cと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨーク
に入り、閉ループを構成している。これらM1,M2,M3が形成する面は、スリット8
が形成する面とほぼ平行である。
The upper electromagnet 5c and lower electromagnet 5g of the thrust magnetic bearing 5 and the
c enters the electromagnet yoke through the gap between the
Is substantially parallel to the surface to be formed.
スラスト磁気軸受5の上部電磁石5a,5b,5dと下部電磁石5e,5f,5hおよ
びラジアル磁気軸受6の電磁石6a,6b,6dについてはここでは図示していないが、
図3と同様に磁束の流れが形成される。
The
A magnetic flux flow is formed as in FIG.
次に、本発明における導電性調節手段、すなわち円盤4aにスリット8を設けることに
よる作用を説明する。本発明において円盤4aにスリット8を設けた理由は、ロータ4の
円盤4aが電動機7で回転駆動された時に発生する鉄損、特に渦電流損を低減させるため
である。
Next, the effect | action by providing the
つまり、仮にスリット8が形成されていない状態を考えた場合、円盤4aは電動機7で
回転駆動されると、スラスト磁気軸受5の上部電磁石5a,5b,5c,5dと下部電磁
石5e,5f,5g,5h、およびラジアル磁気軸受6の電磁石6a,6b,6c,6d
の磁極部に対向する上下面および外周面には、渦電流損が発生する。この渦電流損は、周
方向に分割して配置されたスラスト磁気軸受5およびラジアル磁気軸受6の磁束が、周方
向に対して一様ではなく分布してしまうために発生する。
That is, if the state where the
Eddy current loss occurs on the upper and lower surfaces and the outer peripheral surface facing the magnetic pole portion. This eddy current loss occurs because the magnetic fluxes of the thrust
従来の磁気軸受装置では、この渦電流損を低減するために積層継鉄が広く用いられてい
る。しかし、積層継鉄を用いた渦電流損低減の方法はラジアル磁気軸受に対しては有効に
働くが、スラスト磁気軸受に対してはその効果は期待できない。そこで本発明では、渦電
流損がロータ4の回転に伴って発生することに着目し、スリット8を設けた円盤4aを回
転させるとともに、その周囲にラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を配置した。
In conventional magnetic bearing devices, laminated yokes are widely used to reduce this eddy current loss. However, the eddy current loss reduction method using the laminated yoke works effectively for the radial magnetic bearing, but the effect cannot be expected for the thrust magnetic bearing. Therefore, in the present invention, focusing on the fact that eddy current loss occurs with the rotation of the
ロータ4の回転に伴い、スラスト磁気軸受5およびラジアル磁気軸受6に起因して円盤
4aには渦電流が誘起されるが、この渦電流は円盤4aに設けたスリット8で遮られる。
これは、スリット8が形成されているために円盤4aの周方向に磁束が移動しないことに
起因している。したがって、渦電流の発生を抑制することが可能となる。
As the
This is because the magnetic flux does not move in the circumferential direction of the
このように構成された本実施形態の磁気軸受装置1では、導電性調節手段であるスリッ
ト8を設けたことにより、渦電流損の低減のための積層継鉄を使用することなくロータ4
の円盤4aの上下部と外周部にスラスト磁気軸受5およびラジアル磁気軸受6を配置する
ことができる。したがって、ラジアル磁気軸受をその軸方向に複数配置した従来の磁気軸
受装置に比べて軸方向長さが短くコンパクトな構成となる。
In the magnetic bearing device 1 of the present embodiment configured as described above, the
The thrust
また、積層継鉄を用いる必要がなくなるため、筐体2内に露出する積層継鉄の端面が錆
びることによる筐体内の汚染を防止することができる。また、積層継鉄を用いた場合に問
題となる遠心力および熱膨張差変形に起因するアンバランスを除去または低減できるので
、ロータ4の回転運動特性を向上でき、さらに大口径ロータを用いることが容易となる。
Moreover, since it becomes unnecessary to use a laminated yoke, the contamination in the housing | casing by the end surface of the laminated yoke exposed in the housing | casing 2 rusting can be prevented. Further, since unbalance caused by centrifugal force and thermal expansion differential deformation, which is a problem when using a laminated yoke, can be removed or reduced, the rotational motion characteristics of the
なお、図2では電動機7をスラスト磁気軸受5の上部電磁石5a,5b,5c,5dの
上側に設けた構成となっているが、例えばスラスト磁気軸受5の下部電磁石5e,5f,
5g,5hの下側に設けた構成であってもよい。さらに、図3ではスラスト磁気軸受5の
上部電磁石5cと下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸受6の電磁石6cの磁束M1,M
2,M3が記載されているが、磁束の流れが逆向きとなるように電磁石を制御しても、本
発明の効果を期待することができる。
In FIG. 2, the electric motor 7 is provided above the
The structure provided below 5g and 5h may be sufficient. Further, in FIG. 3, the magnetic fluxes M1 and M of the upper electromagnet 5c and the lower electromagnet 5g of the thrust
2 and M3 are described, but the effect of the present invention can be expected even if the electromagnet is controlled so that the flow of magnetic flux is reversed.
続いて、図4を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、以下に説明する各
実施形態において第1の実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省
略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In each embodiment described below, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図4は本発明の第2の実施形態に係る磁気軸受装置10の側断面図である。本実施形態
における磁気軸受装置10の特徴は、筐体2がロータ4の内部空間に挿入されるべく挿入
部2aを設け、この挿入部2aに電動機7を取り付けることにより、電動機7をロータ4
の内周部に配置した点にある。そのため、図示のようにラジアル磁気軸受6と電動機7を
回転軸3の軸方向に対して同じ高さの位置に配置することが可能となる。
FIG. 4 is a sectional side view of the
It is in the point arrange | positioned in the inner peripheral part. Therefore, as shown in the figure, the radial
このような構成の第2の実施形態によれば、第1の実施形態に比べて軸方向長さが短く
なり、コンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。続いて、図5を参照して本発
明の第3の実施形態を説明する。図5は本発明の第3の実施形態に係る磁気軸受装置20
の側断面図である。本実施形態における磁気軸受装置20の特徴は、筐体2の挿入部2a
の形状を図4に示したものから変形し、この挿入部2aにラジアル磁気軸受6を取り付け
ることにより、ラジアル磁気軸受6をロータ4の円盤4aの内周部に配置した点にある。
なお、電動機7はロータ4の外周部に配置されている。そのため、図示のようにラジアル
磁気軸受6と電動機7を回転軸3の軸方向に対して同じ高さの位置に配置することが可能
となる。
According to the second embodiment having such a configuration, the axial length is shorter than that of the first embodiment, and a compact magnetic bearing device can be provided. Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a
FIG. The
4 is deformed from that shown in FIG. 4, and the radial
The electric motor 7 is disposed on the outer periphery of the
このような構成の第3の実施形態によれば、先の実施形態と同様に軸方向長さが短くな
り、コンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。図6は、本発明の磁気軸受装置
1におけるスラスト磁気軸受5およびラジアル磁気軸受6の変位センサ配置を説明する側
断面図、図7は図6におけるB−B線断面図である。ここで、図6に示した側断面図は図
7中のC−C線断面図に相当するものである。
According to the third embodiment having such a configuration, the axial length is shortened similarly to the previous embodiment, and a compact magnetic bearing device can be provided. 6 is a side sectional view for explaining the displacement sensor arrangement of the thrust
スラスト磁気軸受5に用いるスラスト変位センサ11a,11b,11c,11dは、
ロータ4の円盤4aの上面に対して空隙を介した状態で筐体2に等間隔に固定されている
。これらスラスト変位センサ11a,11b,11c,11dは、円盤4aの内周付近上
面(スリット8が形成されていない部分)を検出し、図示しないスラスト変位センサ変換
器および信号処理回路によってロータ4の軸方向変位および傾き方向変位を求める。これ
らスラスト変位センサ11a,11b,11c,11dの変位信号に基づき、図示しない
制御部からの制御信号によってスラスト磁気軸受5が位置決め制御される。
Thrust displacement sensors 11a, 11b, 11c, and 11d used for the thrust
The
また、ラジアル磁気軸受6に用いるラジアル変位センサ12a,12bは、円盤4aの
上部でロータ4の外周面に対して空隙を介した状態で、90°の位相差をもって筐体2に
固定されている。これらラジアル変位センサ12a,12bは、ロータ4の外周面を検出
し、図示しないラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ4の半径方
向変位を求める。これらラジアル変位センサ12a,12bの変位信号に基づき、図示し
ない制御部からの制御信号によってラジアル磁気軸受6が位置決め制御される。
Further, the
なお、図6においてスラスト変位センサ11a,11b,11c,11dは、ロータ4
の円盤4aの上面に対して空隙を介した状態で筐体2に固定されているが、円盤4aの下
面に空隙を介した状態で筐体2に固定しても良い。また、ラジアル変位センサ12a,1
2bは、円盤4aの上部でロータ4の外周面に対して空隙を介した状態で筐体2に固定さ
れているが、円盤4aの下部でロータ4の外周面、またはロータ4の内周面に対して空隙
を介した状態で筐体2に固定しても良い。
In FIG. 6, the thrust displacement sensors 11a, 11b, 11c, and 11d are the
Although it is being fixed to the housing | casing 2 in the state via a space | gap with respect to the upper surface of the
2b is fixed to the
また、ここではスラスト変位センサの数は4個、ラジアル変位センサの数は2個の例を
示したが、スラスト変位センサの数は3個以上、ラジアル変位センサの数は2個以上設け
ることにより、装置に必要となる空間5自由度を確実に検出することができる。
In this example, the number of thrust displacement sensors is four and the number of radial displacement sensors is two. However, the number of thrust displacement sensors is three or more, and the number of radial displacement sensors is two or more. Thus, it is possible to reliably detect the five degrees of freedom required for the device.
図8は、本発明の磁気軸受装置30におけるスラスト磁気軸受5およびラジアル磁気軸
受6の変位センサ配置を説明する側断面図、図9は図8におけるD−D線断面図である。
ここで、図8に示した側断面図は図9中のE−E線断面図に相当するものである。
8 is a side sectional view for explaining the displacement sensor arrangement of the thrust
Here, the side sectional view shown in FIG. 8 corresponds to the sectional view taken along line EE in FIG.
スラスト磁気軸受5に用いるスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,1
3e,13f,13g,13h(但し13e,13f,13hは図示せず)は、ロータ4
の円盤4aの上面および下面に対して空隙を介した状態で筐体2に等間隔に固定されてい
る。これらスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13
g,13hは、円盤4aの上面(スリット8が形成されている部分)を検出し、図示しな
いスラスト変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ4の軸方向変位および傾
き方向変位を求める。これらスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13
e,13f,13g,13hの変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によ
ってスラスト磁気軸受5が制御される。
3e, 13f, 13g, 13h (however, 13e, 13f, 13h are not shown)
The
g and 13h detect the upper surface (the portion where the
Based on the displacement signals e, 13f, 13g, and 13h, the thrust
また、ラジアル磁気軸受6に用いるラジアル変位センサ14a,14b,14c,14
dは、円盤4aの外周側面に対して空隙を介した状態で、90°の位相差をもって筐体2
に固定されている。これら変位センサ14a,14b,14c,14dは、円盤4aの外
周側面を検出し、図示しないラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によってロー
タ4の半径方向変位を求める。こららラジアル変位センサ14a,14b,14c,14
dの変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってラジアル磁気軸受6が
位置決め制御される。
Further,
d is a
It is fixed to. These
Based on the displacement signal of d, positioning of the radial
なお、図8および図9ではスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13
e,13f,13g,13hは、ロータ4の円盤4aの上下面に空隙を介した状態で筐体
2に固定されているが、円盤4aの上下面にそれぞれ同一平面を形成するように少なくと
も3組以上のスラスト変位センサを配置すれば良い。
8 and 9, the
e, 13f, 13g, and 13h are fixed to the
図10は、図8および図9に示す磁気軸受装置30のラジアル変位センサ14a,14
cの差動出力信号を説明するための図である。ロータ4が回転駆動すると、ラジアル変位
センサ14a,14cの出力信号は回転同期成分の振動波形31a,32aと、ロータ4
の円盤4aに設けたスリット8がラジアル変位センサ14a,14cの検出位置を通過す
る度に発生するパルス状の振動波形31b,32bが重畳した出力波形31,32となる
。このパルス状の振動波形31b,32bは、ロータ4の振動変位とは関係なく、スリッ
ト8の影響で発生する誤差信号である。
10 shows
It is a figure for demonstrating the differential output signal of c. When the
The
そのため、ラジアル変位センサ14aの出力信号31またはラジアル変位センサ14c
の出力信号32を使用してラジアル磁気軸受6を浮上制御すると、ロータ4の回転駆動に
伴ってパルス状の振動波形31bまたは32bに起因した振動が発生し、ロータ4の浮上
特性が劣化する。そこで、両者の出力信号31,32の差動信号33を浮上制御に用いる
ことにより、スリット8の影響で発生するパルス状の振動波形31b,32bを除去また
は低減することができ、良好な浮上特性が維持される。
Therefore, the output signal 31 of the
When the radial
さらに、円盤4aの遠心力および熱膨張変形に起因する検出誤差を小さくできると共に
、ラジアル変位センサの検出感度が2倍に向上することになるので、より高精度で安定性
の高い磁気軸受装置が提供される。
Furthermore, the detection error due to the centrifugal force and thermal expansion deformation of the
また、図10はラジアル変位センサ14a,14cの差動信号を説明するための図であ
るが、ラジアル変位センサ14bと14dおよびスラスト変位センサ13aと13e、1
3bと13f、13cと13g、13dと13hの組で同様に差動信号を生成し、それら
差動信号を用いてラジアル磁気軸受6とスラスト磁気軸受5が制御することも可能である
。
FIG. 10 is a diagram for explaining the differential signals of the
It is also possible to generate a differential signal in the same manner as a set of 3b and 13f, 13c and 13g, and 13d and 13h, and to control the radial
また、本実施形態の説明ではスリット8の数を36本に設定したものを示したが、本発
明はこの本数に限定されるものではない。スリット8の数が増加した場合、ロータ4の回
転に伴って生じる鉄損、特に渦電流損は低下するため、回転特性は向上する。しかし、ロ
ータ4の円盤4aの機械的強度は低下してしまう。したがって、スリット8の数や間隔は
電動機7の容量やロータ4の許容発熱量、円盤4aの機械的強度、回転数、スリット8の
形状等によって最適値が定まり、実際の設計で任意に決定されるものである。本発明では
、単に1本のスリットを設けるだけでも従来以上の効果を得ることができる。
In the description of the present embodiment, the number of
また、上記各実施形態では、円盤4aに対してスリット8を形成した例のみを示したが
、ロータと円盤とを一体的に成形し、そこにスリットを形成してもよい。この場合、導電
性調整手段はスリットのみということになる。
In each of the above embodiments, only the example in which the
また、上記各実施形態では、スリットはラジアル方向およびスラスト方向に沿った状態
で形成されたもののみを示したが、本発明はこれ以外の方向にスリットを形成した場合に
も効果を期待することができる。つまり本発明では円盤4aの表面に発生する渦電流がそ
の回転方向に移動することを防止する必要があるが、例えばスリットをロータ半径方向か
らやや傾斜させた状態(渦巻き状)に形成しても、渦電流の低減に寄与することができる
。すなわちスリットの形成角度は設計に応じて任意に設定することが可能である。
Moreover, in each said embodiment, although the slit showed only what was formed in the state along a radial direction and a thrust direction, this invention expects an effect also when a slit is formed in directions other than this. Can do. That is, in the present invention, it is necessary to prevent the eddy current generated on the surface of the
また、上記各実施形態では、円盤4aに対してスリットを形成することにより導電性調
整手段を構成した例のみを示したが、板状に形成された複数の部材をロータの周囲に所定
間隔で接合し、全体として円盤状に形成しても本発明の効果を期待することができる。
In each of the above embodiments, only the example in which the conductivity adjusting means is configured by forming a slit in the
1,10,120,30,40・・・磁気軸受装置
2・・・筐体
3・・・回転軸
4・・・ロータ
4a・・円盤
5・・・スラスト磁気軸受
6・・・ラジアル磁気軸受
7・・・電動機
8・・・スリット(導電性調節手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10,120,30,40 ...
Claims (3)
前記ロータを回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータに設けられ、前記ロータの回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する
半径方向に沿って外周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤と、
前記円盤の前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記円盤の前記
回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第1の電磁石と、
前記円盤の前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記円盤の前記
外周面の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第2の電磁石と、
前記円盤の前記外周面に対向して配置され、前記外周面に前記一端面側から前記他端面
側に流れる磁束を形成する第3の電磁石と、
を備え、
前記第1の電磁石、前記第2の電磁石、及び前記第3の電磁石は、前記回転軸に沿って
前記回転軸の周方向に複数離間して配置されていることを特徴とする磁気軸受装置。 A rotatable rotor;
Rotation driving means for rotating the rotor;
Provided on the rotor and orthogonal to both end surfaces of the rotor in the rotation axis direction and the rotation axis
A rotatable disk having a slit formed through the outer peripheral surface along the radial direction ;
A first electromagnet disposed opposite to one end surface of the disk in the direction of the rotation axis, and forming a magnetic flux flowing on the one end surface from the rotation axis side of the disk to the outer peripheral surface side;
A second electromagnet disposed opposite to the other end surface of the disk in the direction of the rotation axis, and forming a magnetic flux flowing from the outer peripheral surface side of the disk to the rotation axis side on the other end surface;
A third electromagnet disposed opposite to the outer peripheral surface of the disk and forming a magnetic flux flowing from the one end surface side to the other end surface side on the outer peripheral surface;
Equipped with a,
The first electromagnet, the second electromagnet, and the third electromagnet are arranged along the rotation axis.
Magnetic bearing device characterized that you have arranged a plurality spaced in a circumferential direction of the rotary shaft.
前記回転駆動手段は前記内部空間であって、前記回転軸の軸方向に対して前記円盤と同
じ高さの位置に挿入されることを特徴とする請求項1記載の磁気軸受装置。 The rotor has an internal space;
The rotation drive means is the internal space , and is the same as the disk with respect to the axial direction of the rotation shaft.
2. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the magnetic bearing device is inserted at a position at the same height .
前記ロータを回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータに設けられ、前記ロータの回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する
方向の内周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤と、
前記円盤の前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記円盤の前記
外周面の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第1の電磁石と、
前記円盤の前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記円盤の前記
回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第2の電磁石と、
前記円盤の前記内周面に対向して配置され、前記内周面に前記一端面側から前記他端面
側に流れる磁束を形成する第3の電磁石と、
を備え、
前記第1の電磁石、前記第2の電磁石、及び前記第3の電磁石は、前記回転軸に沿って
前記回転軸の周方向に複数離間して配置されていることを特徴とする磁気軸受装置。 A rotatable rotor;
Rotation driving means for rotating the rotor;
A rotatable disk having slits provided in the rotor and formed so as to penetrate through both end surfaces of the rotor in the rotation axis direction and inner circumferential surfaces in a direction perpendicular to the rotation axis;
A first electromagnet disposed opposite to one end surface of the disk in the direction of the rotation axis, and forming a magnetic flux flowing from the outer peripheral surface side of the disk to the rotation axis side on the one end surface;
A second electromagnet disposed opposite to the other end surface of the disk in the direction of the rotation axis, and forming a magnetic flux flowing from the rotation axis side of the disk to the outer peripheral surface side on the other end surface;
A third electromagnet disposed opposite to the inner peripheral surface of the disk and forming a magnetic flux flowing from the one end surface side to the other end surface side on the inner peripheral surface;
With
The first electromagnet, the second electromagnet, and the third electromagnet are arranged along the rotation axis.
Magnetic bearing device characterized that you have arranged a plurality spaced in a circumferential direction of the rotary shaft.
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