JPH01158216A - 改良された磁気軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一方の部材に対して他方の部材が回転運動す
るのを許容する磁気軸受に関する□。

そのような軸受は、一方の部材に対し他方の部材のある
制限された範囲内での正逆または連続回転を許容するこ
とができる。

［従来の技術］ 従来の磁気軸受におＬ”１ては、自己の磁気軸の方向に
沿って穿設された貫通孔を冑する第１磁気部材と、前記
貫通孔にゆるやかに嵌入されかつ自己の磁気軸と平行な
軸回りに回転可能な第２磁気部材とから構成されている
。両磁気部材の磁気軸は、磁気的反発力が内部磁気部材
を貫通孔内に回転可能に支持しうるように南磁気軸が実
質的に平行でありかつ再磁気軸が同方向に向けられてい
る。磁石が充分強ければ、磁気的反発力は内部磁気部材
を支持できそして物理的接触は起こらない。回転部材へ
の負荷が大きすぎないときは、小さい摩擦力の回転装着
が維持される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述した磁気軸受は、両磁気部材の磁束
を有効に利用していない、とりわけ軸受座に有効な磁束
を集中できないという欠点を有している。

［課題を解決するための手段］ 本発明の磁気軸受は、自己の磁気軸の方向に沿って穿設
された貫通孔を有する第１磁気部材と、前記貫通孔にゆ
るやかに嵌入されかつ自己の磁気軸と平行な軸回りに回
転可能な第２磁気部材とからなり、両磁気軸が実質的に
平行でありかつ磁気軸の磁化方向が同一であって、同種
極対のあいだの磁束密度を増大するために、前記磁部材
の少なくとも一つがＮ極部分で半径方向に他の磁気部材
に向って磁化されており、Ｓ極部分で半径方向に他の磁
気部材から離れるよう磁化されていることを特徴として
いる。

両磁気部材はそれらの極部分で半径方向に磁化され、そ
して両磁気部材の同種極は反対方向に磁化されているの
が好ましい。

前記貫通孔および第２磁気部材は、都合よく回転しうる
ように装着するために円形断面を有していてもよい。長
手方向断面内で、同種極対間の距離を減少させかつ磁気
反発力を増大させるために、貫通孔の形状が第２磁気部
材の形状とマツチしてもよい。もし貫通孔および第２磁
気部材が両端で細くなっていれば、機械的拘束により第
２磁気部材が第１磁気部材に関して軸方向に移動するの
が防止される。　　　　′両磁気部材は異なる透磁率を
有する種々の部材から構成されるのが好ましい。極部分
を除いて磁気部材および貫通孔を透磁率の低い材料でカ
バーするのがとりわけ有用である。このようにして同種
極間部の磁束を増加させるために、磁力線を偏向させて
もよい。長手方向断面内で、両極部間の中央部の貫通孔
の形状は第２磁気部材の形状にマツチする必要はなく、
そして中央部で各部材力１ら伸びている低透磁率材から
なる部材が互いに入り込んで配置されてもよい。これら
のすべてのばあいにおいて、低透磁率の材料は超伝導材
であってもよい。

磁気部材の一方または両方が、Ｎ極およびＳ極がその数
だけ各磁気部材に付与されている一連の磁石の組合せか
ら構成されてもよい。

また、使用中においてたまたま生じる両部材の接触に対
処するため、第１磁気部材の内面および第２磁気部材の
外面は高硬度でかつ低摩擦係数のセラミック材でライニ
ングされてもよい。

両表面を潤滑しかつ相対運動を減衰させるために、第１
磁気部材と第２磁気部材とのギャップにオイルを充填し
てもよい。第１磁気部材および第２磁気部材のギャップ
にダストが進入するのを防ぐために軸受の一端にダスト
シールを取付けてもよい。

もちろん、磁気部材の一方または両方が電磁石を含んで
いてもよく、そして磁気部材の一方または両方が必要に
応じて冷却されてもよい。

［実施例］ 以下添付図に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は従来技術による磁気軸受の長手方向断面図、第
２〜３８図は本発明の磁気軸受の各種実施例の長手方向
断面図、第３９〜４２図は本発明の磁気軸受の各種実施
例の斜視図である。

添付図面には、貫通孔（２）が穿設され、そこに内側磁
気部材（３）が配置された外側磁気部材（１）が−触部
に示されている。外側磁石（１）の磁気軸と内側磁石（
２）の磁気軸とは、平行で同一方向を向いている。なお
、磁気軸とはＮ極とＳ極とを結ぶ線である。このことは
、外側および内側の部材のＮ極がともに軸受の一端に配
置され、Ｓ極がともに軸受の他端に配置されていること
を意味する。内側部材（３）が貫通孔（２）内で自在に
回動しうるように、貫通孔（２）および内側部材（３）
の断面は都合よく円形になっている。外側部材（１）お
よび内側部材（３）め同種極による磁気的な反発力は、
それら部材の対面する側が互いに接触することを防止し
、それによって低摩擦軸受が提供される。

軸受の部材に載荷または接続される負荷が磁気的な反発
力に打ち勝つほど大きくなければ、かかる低摩擦軸受は
維持される。磁気的な反発力が負けたばあいには、軸受
の対面する部分が接し、高摩擦接触が生じる。

第１図においては、外側磁石（１）は矢印（４）で示さ
れる方向に磁化されており、内側磁石（３）は矢印（５
）で示される方向に磁化されている。この両者において
、前記磁石は単一の方向に磁化されている。各磁石によ
って生ずる磁場の最大磁束密度は、図示されたＮ極のす
ぐ左の領域および図示されたＳ極のすぐ右の領域におい
て最大となり、それは軸受座の外側になる。

第２図においては、内側磁石（３）は矢印（５）で示さ
れた方向に、すなわちその磁気軸に沿って磁化されおり
、一方、外側磁石（１）は、矢印（６）、（７）および
（８）で示される異なる方向に磁化されている。まず最
初に、外側磁石（１）はＳ極から外側に伸びる半径方向
（６）に磁化され、ついで、外側磁石（１）は軸方向（
７）に磁化され、最後に、Ｎ極に向かう内向き半径方向
（８）に磁化される。磁化の半径方向は、組立てられた
軸受において外側磁石のＮ極での磁化方向が内側磁石の
Ｎ極に向かい、Ｓ極での磁化方向が内側磁石のＳ極の真
上から離れるような方向である。したがって、Ｎ極間の
領域（９）およびＳ極間の領域復において軸受面間の磁
束密度が、第１図に示された構成のものに比べて増大せ
しめられる。

第３図においては、外側磁石（１）はその磁気軸と同軸
状に（４）で示される方向に磁化されており、一方、内
側磁石（３）は矢印００，０２）および■で示される異
なる３方向に磁化されている。まず、内側磁石（３）は
Ｓ極から内向き半径方向に０１）で示される方向に磁化
され、つぎに、軸方向に０２）で示きれる方向に磁化さ
れ、ついで、Ｎ極に向う外向き半径方向０に磁化される
。磁化の半径方向は、組立てられた軸受において、内側
磁石の両７極における磁化方向が外側磁石の同種極を通
過するような方向である。

第４図においては、外側磁石（１）および内側磁石（３
）の両方が異なる３方向に磁化されている。

すなわち、Ｓ極では互いに半径方向に離れ、同軸状に向
き、Ｎ極では互いに半径方向に向い合っている。かかる
構成により、同種極のあいだの領域での磁束密度がより
一層増大せしめられる。

Ｉｉ５〜２４図においては、本発明の範囲内の貫通孔（
２）および内側磁石（３）の多数の異なる形状が示され
ている。磁石はその両端のあいだの部分においては同軸
状に磁化されている必要はないこと、および極の部分で
の磁化方向のみが重要であることは明らかであろう。各
部材の極での磁化方向は外向きまたは内向きの半径方向
であるべきである。

第５〜２４に示される構成は、一般に、第２．３および
４図に示される構成よりも好ましい。

なぜならば、内側部材および貫通孔がたとえばその端部
などにおいて細くなっており、それによつて装置の再磁
気部材のあいだのある種の機械的なインターロックがも
たらされ、内側部材（３）が意図しないのに装置から脱
落することが防止される。対向する極のあいだの領域（
９）およびＭは、前記極を可能なかぎり近接させて維持
し、それらのあいだに最大の反発力をもたらすために、
これらの実施例において形状的に相互に追従するように
形成されている。かかる形状はまた、磁石の軸方向移動
に対する機械的抵抗のみならずいくらかの磁気的抵抗を
もたらす。部材の両端部のあいだにおいては、端部より
も広い隙間０４）が都合がよければ設けられていてもよ
い。

軸受を関連する構造物に結合させるために内部磁気部材
（３）に孔のを貫通させてもよい。

磁気部材は、第２５〜２６図に示されるように、螺合し
合うハウジング（ト）、口によりて、またはナツトとボ
ルトによって一体化される数個の部品により構成しても
よい。ハウジングは磁気部材とは異なる透磁率を有する
材料で作製してもよく、これによりハウジングは極（９
）　、’（至）のあいだの領域で磁束密度をあげるため
に該磁場を偏向させるのに役立ちうる。

磁気部材は磁化軸に垂直な半径方向に磁化されている必
要はないが、第２７図に示されるように磁化軸に対しで
ある角度をもって半径方向内側または外側に磁化されて
いてもよい。このように配置することで軸方向の動きに
対する磁気的抑制が増加するという追加の利点がえられ
る。

磁気部材は必ずしも永久磁石で構成しなくてもよく、電
磁石や、電磁石と永久磁石との混合体により構成しても
よい。第２８図、第３１図、第３３図、第３５〜３７図
、および第３９〜４０図は電磁石を含む種々の配置を示
している。もちろん磁気部材は所望により永久磁石と電
磁石の混合体で構成してもよい。

第３０図はより長い軸受面を与えるために互いに組み合
わされた数個の分離した磁石により構成された磁気部材
の一実施例を示している。

第３２図は磁気部材の磁気面がセラミックライニング（
ト）でコーティングされている配置を示している。セラ
ミックライニングは使用中に磁気部材がお互いに接触し
たときにこれらを保護する役割を果たす。このことは磁
気部材がお互いにかなりの高速で回転しているばあいに
とくに重要である。磁石にいくらかの潤滑を与え、必要
ならば磁石の動きを減衰させるために磁気部材のあいだ
のキャビティを油で満たしてもよい。

第３３図は、磁石を冷却するために入口（至）および出
口■を経由して磁石内に冷却剤が流されている配置を示
している。

汚染物質に対し軸受の内部をシールするために第３５図
に示されるようにダストカバー（２１１を設けるように
してもよい。第３５図に示される実施例においては、ま
た、キャビティ０４）が内部磁気部材および外部磁気部
材にそれぞれ接続された超電導材料の、のの互いに入り
込んだ配置で満たされている。超電導材料はゼロに近い
非常に小さな透磁率を有しており、図示された配置は軸
受のＮ極とＳ極のあいだの磁気的距離（ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ　ｄｉｓｔａｎｃｅ）を効果的に増大させ、そして対
向する極の対のあいだの磁場をさらに集中化させる。第
３５図はハウジングよって一体化されている３つの別々
の磁石からなる磁気部材の構造が示されている。

第３Ｂ図は、冷却剤の入口および出口（至）、■ととも
に、軸受座内の磁場をさらに集中化させるために外部磁
気部材Ｑ４の一部が内部磁気部材の側面に沿って伸びて
いる実施例を示している。

第３９〜４２図は本発明の軸受の実施例の三次元図を示
している。

第４２図において、二つの磁気部材のクリアランスを決
定するめに軸受の軸の周囲すべてに近接検゛出器（ｐｒ
ｏｘｉｍｌｔｙ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ）　Ｑ！３が設けら
れている。近接検出器としては適宜の機械的、電気的ま
たは光学的デバイス、たとえば光検出器を用いることが
きる。近接検出器からの出力は、軸受の軸の周囲に配置
された、磁気部材の一方または両方の中にある選ばれた
電磁石への電流を制御するために用いてもよい。したが
って電気部材のクリアランスが減少したときに、適当な
フィードバック接続を用いて一つまたはそれ以上の電磁
石への電流を増加させ、それにより電磁石の反発力を増
加させることによって二つの磁気部材の心ずれを調整す
ることができる。

もちろんこの制御を行なうためにマイクロプロセッサに
もとすくシステムを好適に用いることができる。

調整システムとして、もしそうでなければ永久磁石のみ
で構成される磁気部材中に電磁石を配設することを採用
するのが好ましい。そして調整が不要なときは電磁石へ
電流を流さないようにすればよい。

以上述べた種類の軸受は、従来の軸受が用いられていた
いずれの分野にも適用が可能であることを理解すべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による磁気軸受の長手方向断面図、第
２ン３Ｂ図は本発明の磁気軸受の各種実施例の長手方向
断面図、第３９〜４２図は本発明の磁気軸受ρ各種実施
例の斜視図である。 （図面の主要符号） （１）＝外側磁気部材 （２）　、貫通孔 （３）二内側磁気部材 特許出願人　　ニステレ・クルード ほか１名 ／フｅ、３３ 、４７（Ｊ７ 互！【９１−３９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　自己の軸の方向に沿って穿設された貫通孔を有する
   第１磁気部材と、前記貫通孔にゆるやかに嵌入されかつ
   自己の磁気軸と平行な軸回りに回転可能な第２磁気部材
   とからなり、両磁気軸が実質的に平行でありかつ磁気軸
   の磁化方向が同一であって、前記磁気部材の少なくとも
   一つがＮ極部分で半径方向に他の磁気部材に向って磁化
   されており、Ｓ極部分で半径方向に他の磁気部材から離
   れるよう磁化されていることを特徴としている磁気軸受
   。 ２　両磁気部材が各両極部において半径方向に磁化され
   ており、かつ、各磁気部材の同種極は反対方向に磁化さ
   れてなる請求項１記載の磁気軸受。 ３　前記貫通孔および前記第２磁気部材が円形断面を有
   してなる請求項１または請求項２記載の磁気軸受。 ４　長手方向断面において、前記貫通孔の形状が、少な
   くとも前記第２磁気部材の両極部において該第２磁気部
   材の形状とマッチしてなる請求項３記載の磁気軸受。 ５　前記第２磁気部材が前記貫通孔に対して軸方向に移
   動するのを防止するために、前記貫通孔および前記第２
   磁気部材が端部で細くされてなる請求項４記載の磁気軸
   受。 ６　前記両磁気部材が異なる透磁率を有する材料により
   構成されてなる請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４または請求項５記載の磁気軸受。 ７　前記第１磁気部材、前記第２磁気部材またはその両
   者が、低透磁率材からなる少なくとも外部表面をカバー
   する外側カバーを有してなる請求項６記載の磁気軸受。 ８　長手方向断面内で、前記貫通孔の形状が少なくとも
   極部のあいだの中央部で第２磁気部材の形状とマッチし
   ておらず、かつ、中央部で各部材から伸びている低透磁
   率材からなる部材が互いに入り込んで配置されてなる請
   求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請
   求項６または請求項７記載の磁気軸受。 ９　前記低透磁率材が超伝導材料である請求項７または
   請求項８記載の磁気軸受。 １０　一方もしくは両方の磁気部材が複数の磁石からな
   る請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５
   、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９記載の
   磁気軸受。 １１　前記複数の磁石が組合わされてなる請求項１０記
   載の磁気軸受。 １２　前記第１磁気部材の内面および前記第２磁気部材
   の外面がセラミック材でライニングされてなる請求項１
   、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６
   、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０または請
   求項１１記載の磁気軸受。 １３　第１磁気部材および第２磁気部材間のギャップに
   オイルが充填されてなる請求項１、請求項２、請求項３
   、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８
   、請求項９、請求項１０、請求項１１または請求項１２
   記載の磁気軸受。 １４　前記第１磁気部材および前記第２磁気部材のギャ
   ップをシールするために軸受の一端にダストシールが設
   けられてなる請求項１、請求項２、請求項３、請求項４
   、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９
   、請求項１０、請求項１１、請求項１２または請求項１
   ３記載の磁気軸受。 １５　前記第１磁気部材および前記第２磁気部材のいず
   れか一方もしくは両方が電磁石を含んでなる請求項１、
   請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、
   請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１
   １、請求項１２、請求項１３または請求項１４記載の磁
   気軸受。 １６　前記第１磁気部材および前記第２磁気部材のいず
   れか一方もしくは両方が冷却されてなる請求項１、請求
   項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求
   項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、
   請求項１２、請求項１３、請求項１４または請求項１５
   記載の磁気軸受。 １７　前記第２磁気部材が回転できる軸のまわりに電磁
   石および近接検出器が配設され、および前記近接検出器
   の各々がフィードバック回路を介して適宜電磁石と接続
   され、ならびにそれらの配置が前記第１磁気部材と前記
   第２磁気部材の均一なクリアランスの維持を保証するよ
   う構成されてなる請求項１５記載の磁気軸受。 １８　フィードバック回路がコンピュータ制御されてな
   る請求項１７記載の磁気軸受。