JP4427828B2

JP4427828B2 - 磁気軸受

Info

Publication number: JP4427828B2
Application number: JP29590998A
Authority: JP
Inventors: 哲男大石
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP2000120681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の高速回転装置や、高速モータ等に用いて好適な磁気軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポンプ等の回転装置やモータ等において、回転体を支持する部分には、べアリング等の接触型の軸受が多用されている。しかし、このような接触式の軸受では、回転体が例えば１０万ｒｐｍといった高回転で回転する場合には、摩擦による損失が大きく、また、発熱等も伴うために焼き付きやグリス流出等の恐れがある。
【０００３】
このため、高速回転する回転体を支持する部分には、電磁力で回転体を非接触で支持する磁気軸受が用いられている。
【０００４】
図３に示すように、従来の磁気軸受１は、回転体２とその外周側に配置される固定子３とから概略構成されている。
回転体２は、例えば電磁鋼板等の磁性材料で形成されている。
一方、固定子３は、円板状で、回転体２の外周面に対向するよう例えば４個の磁極４が設けられ、各磁極４には芯部５に励磁コイル６が巻回された構成となっている。
【０００５】
このような磁気軸受１は、各磁極４の励磁コイル６に電流を流すことにより磁束が発生し、回転体２と固定子３の各磁極４との間に生じる電磁吸引力によって、回転体２が非接触で支持されるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような構成の磁気軸受１では、固定子３が円板状であるためその外径が大きくなり、スペースによっては磁気軸受１の設置自体が不可能となる場合もある。
本発明は上記のような構成を考慮してなされたもので、より小径化を図ることのできる磁気軸受を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、磁性材料からなる回転体と、複数の磁極部を有した固定子とから構成されて、前記固定子の前記磁極部を励磁することによって前記回転体を非接触で支持する磁気軸受であって、前記固定子は、前記回転体の軸線と直交する一つの面内のみにおいて、該回転体と径方向に対向する位置で、周方向に平面視放射状に配列する複数の前記磁極部と、芯部及び該芯部に巻回された励磁コイルをそれぞれ有して、周方向に配列されてそれぞれ対応する前記磁極部に連結された複数のコイル部と、前記複数のコイル部の前記芯部同士を一体に連結する継鉄部とを備え、前記コイル部の前記芯部のそれぞれは、一端から他端に向かって前記回転体の軸線に直交する面に対して定められた角度傾斜するようにして延びており、前記一端でのみ対応する前記磁極部に連結されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の磁気軸受において、前記固定子は、前記コイル部の前記角度傾斜が９０度であることを特徴としている。
【０００９】
このようにして、固定子のコイル部が、回転体の軸線に直交する面に対して傾斜しているので、固定子は、いわゆるスリバチ状またはカップ状をなすこととなる。したがって磁気軸受全体の外径を小さくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る磁気軸受の実施の形態の一例を、図１を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１に示すように、磁気軸受１０は、回転体１１と、固定子１２とから概略構成されている。
【００１２】
回転体１１は、一方向に延在する回転軸１３の所定の位置に、円板状のロータ１４が一体に形成された構成となっている。ロータ１４は、例えば鉄や磁石などの磁性材料から形成されている。一方、固定子１２は、磁極部１５と、コイル部１６と、継鉄部１７とから形成されている。
【００１３】
磁極部１５は、ロータ１４の外周側の例えば４箇所に形成されており、ロータ１４と同一平面内、つまり回転軸１３の軸線に直交する面内に位置している。各磁極部１５の先端面は、ロータ１４の外周面に対向するよう湾曲形成されている。
【００１４】
コイル部１６は、各磁極部１５に対して定められた角度、例えば９０゜を成す方向（回転軸１３と平行な方向）に沿って延びる芯部１６ａが、磁極部１５に連続して一体に形成され、この芯部１６ａの外周面に励磁コイル１６ｂが巻回された構成となっている。そして、励磁コイル１６ｂには、図示しない電流供給手段から電流が供給されるようになっている。
【００１５】
継鉄部１７は、リング状で、回転軸１３の周囲に配置された計４個のコイル部１６の芯部１６ａを一体に連結するようになっている。
【００１６】
なお、これら磁極部１５と、コイル部１６の芯部１６ａと、継鉄部１７とは、例えば鉄製で、これらは一体に形成されている。
【００１７】
このような構成の磁気軸受１０では、各励磁コイル１６ｂに電流供給手段（図示なし）で電流を流すことにより各磁極部１５が励磁されて磁束が発生し、回転体１１と各磁極部１５との間に生じる電磁吸引力によって、回転体１１が固定子１２に非接触で支持されるようになっている。
【００１８】
さらに、この磁気軸受１０には、各磁極部１５の先端面と回転体１１のロータ１４の外周面との間隙を検知するギャップセンサー（図示なし）が備えられており、これによって固定子１２に対する回転体１１の位置を、例えばＸＹの直交二軸方向で検出するようになっている。そして、検出した回転体１１の位置を電流供給手段の制御部（図示なし）に伝達し、制御部では、これに基づいて各磁極部１５の励磁コイル１６ｂに供給する電流の強弱を個別に制御するようになっている。これによって、各磁極部１５からの磁束強度が調整され、回転体１１が固定子１２に対して常に基準中心位置に位置するよう、フィードバック制御されるようになっている。
【００１９】
上述したような構成の磁気軸受１０によれば、固定子１２のコイル部１６が、回転体１１の回転軸１３の軸線に直交する面に対し、例えば９０度の角度を成し、回転軸１３と略平行に配置されて、固定子１２が全体として、略カップ状を成しているので、固定子１２の外径を従来の円板状の固定子３（図３参照）に比較して小さくすることができる。したがって、磁気軸受１０の外径を小径化することができ、より小さなスペースに磁気軸受１０を設置することが可能となるのである。
【００２０】
なお、上記実施の形態において、コイル部１６を回転体１１の軸線に直交する面に対し、例えば９０度に配置する構成としたが、その角度については９０度に限るものではなく、回転体１１に直交する面に対し所定角度を成すのであればいかなる角度を採用してもよく、いわゆるスリバチ状等としても良い。
【００２１】
また、固定子１２をスリバチ状あるいはカップ状とすることによって形成される固定子１２の内部空間に、回転体１１に取り付ける例えばプロペラなどの負荷を収めることも可能である。
【００２２】
さらに、上記実施の形態では磁極部１５を、例えば４個備える構成としたが、図２に示すように、例えば８個の磁極部１５を備える構成としてもよいし、さらに、それ以外の数としてもよい。
【００２３】
加えて、上記実施の形態では、回転体１１の位置を制御する方法の一例を挙げたが、その制御方法については、他の通常の磁気軸受に用いられているような他の制御方法を適宜採用してもなんら問題はない。
【００２４】
また、このような磁気軸受１０の用途についてはなんら限定するものではない。さらには、ロータ１４に、例えば磁石を取付けるような構成とすることも可能である。
【００２５】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る磁気軸受によれば、回転体と、複数の磁極部を備えた固定子とを備えて構成され、固定子のコイル部が、回転体の軸線に直交する面に対して定められた角度傾斜して配置された構成となっている。そして、請求項２に係る磁気軸受によれば、前記角度傾斜が９０度とされた構成となっている。これにより、固定子はスリバチ状またはカップ状の外観形状を成すこととなり、したがって磁気軸受全体の外径を小さくすることができる。その結果、従来の磁気軸受では設置が不可能であった小さなスペースにも、磁気軸受を設置することが可能となる。また、スリバチ状またはカップ状の固定子の内部に、回転体に取り付ける例えばプロペラ等の負荷を収めることによって、これによっても全体の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気軸受の一例を示す図であって、前記磁気軸受の平面図および側断面図である。
【図２】本発明に係る磁気軸受の他の一例を示す平面図である。
【図３】従来の磁気軸受の一例を示す図であって、前記磁気軸受の平面図および側断面図である。
【符号の説明】
１０磁気軸受
１１回転体
１２固定子
１５磁極部
１６コイル部
１７継鉄部

Claims

磁性材料からなる回転体と、複数の磁極部を有した固定子とから構成されて、前記固定子の前記磁極部を励磁することによって前記回転体を非接触で支持する磁気軸受であって、
前記固定子は、前記回転体の軸線と直交する一つの面内のみにおいて、該回転体と径方向に対向する位置で、周方向に平面視放射状に配列する複数の前記磁極部と、
芯部及び該芯部に巻回された励磁コイルをそれぞれ有して、周方向に配列されてそれぞれ対応する前記磁極部に連結された複数のコイル部と、
前記複数のコイル部の前記芯部同士を一体に連結する継鉄部とを備え、
前記コイル部の前記芯部のそれぞれは、一端から他端に向かって前記回転体の軸線に直交する面に対して定められた角度傾斜するようにして延びており、前記一端でのみ対応する前記磁極部に連結されていることを特徴とする磁気軸受。
前記固定子は、前記コイル部の前記角度傾斜が９０度であることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受。