JPH02125105A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH02125105A
JPH02125105A JP27987788A JP27987788A JPH02125105A JP H02125105 A JPH02125105 A JP H02125105A JP 27987788 A JP27987788 A JP 27987788A JP 27987788 A JP27987788 A JP 27987788A JP H02125105 A JPH02125105 A JP H02125105A
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magnetic
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Tsuguto Nakaseki
嗣人 中関
Yuji Yada
雄司 矢田
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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] この発明は磁気軸受装置に関し、特に、ラジアル方向に
対しては永久磁石のような受動型の磁気軸受を用い、ス
ラスト方向に対しては制御式の能動型の磁気軸受を用い
て1軸制御のみを行なうような磁気軸受装置に関する。
[従来の技術] 最近では、製造コストを低減するために、外乱の少ない
用途への磁気軸受装置は、5軸制御よりも制御軸数の少
ない3軸制御、1軸制御が用いられようとしている。1
輪制御の場合、ラジアル方向には受動的な軸受が用いら
れ、軸方向のみが制御される。受動的なラジアル磁気軸
受は減衰力が非常に小さく、ラジアル方向の外乱が作用
したとき、大きな振動が生じる。この欠点を解消するた
めに、従来より種々の方法が試みられている。
第8図は従来の磁気軸受装置の一例を示す図である。こ
の第8図に示した例は、特公昭52−26293号公報
に記載されたものである。第8図において、回転軸1に
は磁性材料からなる磁極2が設けられ、この磁極2に対
向するように軸受の磁極3が設けられている。磁極3に
は励磁巻線4が設けられていて、磁極2と3のそれぞれ
の対向する面には同心円状の溝21.31が形成され、
溝21.31のそれぞれの間は凸部22.32となって
おり、溝21.31と凸部22.32の上は導体23.
33で覆われている。
磁極3が励磁巻線4によって励磁されると、磁極2と3
との間に軸方向の磁気吸引力に基づく垂力が発生すると
ともに、半径方向への回転軸1の移動に対して凸部22
と32との対向面積の減少に伴なう磁気抵抗の増大に基
づいて、磁気エネルギの増大に逆らう半径方向の力が発
生し、回転軸1の半径方向への移動を押し戻そうとする
。この半径方向の力かばね定数となる。また、回転軸1
に外乱が生じたとき、磁束の変化に基づいて、導体23
.33の内部に渦電流が発生し、この渦電流によって振
動のエネルギが吸収され、振動の減衰が促進される。
また、磁気軸受装置の他の例として、特公昭59−73
1号公報に記載されたものがある。この磁気軸受装置は
、スラスト方向に電磁石を2個設けるとともに、ラジア
ル方向の振動を検出する振動検出器を設け、振動検出器
によってラジアル方向の振動を検出し、その検出信号を
2個の制御用電磁石の制御電流に重畳させて、減衰力を
生じさせるものである。
[発明が解決しようとする課題] 上述の第8図に示した磁気軸受装置は構造が簡単である
という利点を有する反面、渦電流のみによるだけで減衰
力を得ているため減衰効果が小さいという欠点がある。
また、他の例で述べた磁気軸受装置は、減衰効果は大き
いが、ラジアル方向の振動検出器が必要であり、しかも
スラスト方向に制御用の電磁石が2個必要となるため、
構造が複雑になるとともに、電磁石の発熱も大きく、外
部冷却が必要となるという問題点があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、構造が簡単であ
ってしかも減衰力の大きな磁気軸受装置を提供すること
である。
[課題を解決するための手段] この発明は非制御なラジアル磁気軸受と、それぞれの対
向面に同心円状の凸部が形成されたロータと制御用ステ
ータを含んで第2の非制御なラジアル磁気軸受の機能を
有し、かつ軸方向磁気力と釣合うように制御用ステータ
が制御される制御式磁気軸受とを含む1軸制御型の磁気
軸受装置であって、軸方向の位置を検出する位置検出器
と、軸がラジアル方向に変位を生じたとき、制御用ステ
ータとロータの対向面間の隙間を小さくする方向に、制
御用軸受が制御されるように、少なくともその中心と周
縁の高さが異なるような形状に形成され、位置検出器に
対向するように軸の一端に取付けられる位置センサター
ゲットと、パラレルおよびコニカル振動の周波数帯域に
位相進みを持たせ、ラジアル方向に対して減衰能力を有
するように位置検出器の出力に基づいて制御式磁気軸受
を制御する制御手段を備えて構成される。
[作用] この発明にかかる磁気軸受装置は、外乱により軸がラジ
アル方向に変位を生じたとき、位置センサターゲットと
位置検出器との間の間隔が大きくなるため、位置検出器
の出力が変化し、その変化に基づいて制御式磁気軸受が
制御される。それによって、軸が中心よりずれる運動を
しているときには、制御式電磁石の吸引力が大きくなり
、外側から中心に運動しているときには小さくなり、外
乱に対する振動の減衰力を高めることができる。
[発明の実施例] 第1図はこの発明の一実施例の断面図である。
第1図において、ハウジング5内には、その中心に位置
するように回転軸1が設けられる。回転軸1の一端側に
は非制御なラジアル磁気軸受9が設けられる。すなわち
、ラジアル磁気軸受9はハウジング5の内部に取付けら
れた固定側の磁極6と回転軸1に取付けられた磁極7と
永久磁石8とから構成される。磁極6と7のそれぞれの
対向する面には同心円状の溝61.71が形成されてい
る。
そして、永久磁石8による磁束によって磁極6と7とが
軸方向に吸引される。
回転軸1のほぼ中央にはモータ10が設けられ、このモ
ータ10の回転駆動力によって回転軸1が回転する。回
転軸1の他端側には制御式のスラスト磁気軸受11が設
けられる。すなわち、回転軸1の他端には回転側の磁極
12が設けられ、ハウジング5の底部側には固定側の磁
極13が設けられる。磁極13には励磁巻線14が巻回
されている。磁極12.13のそれぞれの対向する面に
は同心円状の溝121,131が形成されている。
そして、非制御のラジアル磁気軸受9の軸方向への吸引
力に釣合うように励磁巻線14が励磁される。
回転軸1の他端にはその中心から周縁に向かってテーバ
状となるように形成された位置センサターゲット15が
取付けられている。この位置センサターゲット15に対
向するように、ハウジング5の底部には位置検出センサ
16が取付けられ、この位置検出センサ16の出力はP
ID制御回路17に与えられる。PID制御回路17は
位置検出センサ16の検出出力に基づいて励磁巻線14
を励磁するものである。
第2図および第3図はこの発明の一実施例の磁気軸受装
置における開ループ伝達関数のボード線図であり、第4
図は従来例における外乱による振動の減衰特性を示す図
であり、第5図はこの発明の一実施例による減衰特性を
示す図である。
次に、この発明の一実施例の具体的な動作について説明
する。スラスト磁気軸受11の励磁巻線14を励磁する
と、前述の第7図に示した従来例と同様にして、磁極1
2が磁極13に吸引される。
このときの吸引力が非制御のラジアル軸受9の永久磁石
8による吸引力とほぼ等しくなるように励磁巻線14が
制御される。このとき、ラジアル軸受9の磁極6.7の
それぞれに形成された同心円状の溝61と71およびス
ラスト磁気軸受11の磁極12.13のそれぞれに形成
された溝121゜131によりラジアル剛性を生じる。
外乱により、ラジアル方向に振動が生じると、位置セン
サターゲット15の中心がラジアル方向にずれ、位置セ
ンサターゲット15と位置検出センサ16との間の距離
が大きくなる。それに伴なって、位置検出センサ16の
センサ出力が変化し、PID制御回路17はセンサ出力
の変化に基づいて、励磁巻線14に流れる電流を大きく
し、スラスト磁気軸受11の吸引力を大きくする。
逆に、位置センサターゲット15の中心が外側から中心
に向かって運動しているときには、励磁巻線14に流れ
る電流を小さくする。このとき、ラジアル方向の振動周
波数(パラレルとコニカルに対する固有振動数)が予め
明らかにされていれば、PID制御回路17の位相特性
を、第3図のA点に示すようにその周波数帯域で進めて
おけば、ラジアル方向の振動を効果的に減衰させること
ができる。すなわち、従来例では、外乱によって振動が
生じたとき、第4図に示すような減衰特性を示すのに対
して、この発明の一実施例では、第5図に示すように、
極めて良好な減衰特性を得ることができた。
第6図は位置センサターゲットの他の例を示す図である
。この第6図に示した例は、位置センサターゲット18
の表面が円弧を描くように構成したものであって、この
ように構成しても前述の第1図に示した実施例と同様の
効果を得ることができる。
第7図はこの発明の他の実施例を示す断面図である。こ
の第7図に示した実施例は、非制御用ラジアル磁気軸受
に反発タイプのものを使用したものであって、以下の点
を除いて前述の第1図に示した実施例と同じである。す
なわち、回転軸1の一端にはロータ19が設けられ、ロ
ータ19の内面には反発用永久磁石20が設けられる。
この反発用永久磁石20に対向するように、ハウジング
5の対向面には反発用永久磁石26が設けられる。
このように、反発用永久磁石20.26により非制御用
ラジアル磁気軸受が構成されるが、この磁気軸受では軸
方向の吸引力が作用しないため、制御式のスラスト磁気
軸受11の近傍には、スラスト方向吸引用永久磁石25
.27が設けられる。
これらの永久磁石25.27によって軸方向の吸引力が
発生する。なお、スラスト方向吸引用永久磁石25.2
7はそれぞれ非磁性体からなる保持部材28.29によ
って保持される。なお、この実施例における位置検出セ
ンサ16と位置センサターゲット15とPID制御回路
17の動作は第1図の説明と同じである。
なお、第1図に示した実施例において、制御式のスラス
ト磁気軸受11を回転軸1の一端側に設け、非制御のラ
ジアル磁気軸受9を回転軸1の他端側に配置し、ラジア
ル磁気軸受9の軸方向吸引力を逆向きにし、位置センサ
ターゲット15の形状を凹形状とし、回転軸1がラジア
ル方向に変位したとき、位置検出センサ16と位置セン
サターゲット15の間の隙間が小さくなったことを検出
するように構成してもよい。
[発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、外乱により軸がラジ
アル方向に変位を生じたとき、位置センサターゲットと
位置検出器との間の間隔が大きくなったことを位置検出
器によって検出し、位置検出器の出力の変化に基づいて
制御式磁気軸受を制御するようにしたので、軸が中心よ
りずれる運動をしているときには制御式電磁石の吸引力
が大きくなり、外側から中心に運動しているときには小
さくなるので、外乱に対する振動の減衰力を高めること
ができる。しかも、制御式電磁石は1つ設けるだけでよ
いので、構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の断面図である。 第2図および第3図はこの発明の一実施例における磁気
軸受装置の開ループ伝達関数のボード線図である。第4
図は従来の磁気軸受装置における外乱の振動に対する減
衰特性を示す図である。第5図はこの発明の一実施例に
よる振動の減衰特性を示す図である。第6図は位置セン
サターゲットの他の例を示す図である。第7図はこの発
明の他の実施例の断面図である。第8図は従来の磁気軸
受装置の要部を示す図である。 図において、5はハウジング、6,7,12゜13は磁
極、8は永久磁石、9は非制御のラジアル磁気軸受、1
0はモータ、11は制御式のスラスト磁気軸受、15.
18は位置センサターゲット、16は位置検出センサ、
17はPID制御回路、20.26は反発用永久磁石、
25.27はスラスト方向吸引用永久磁石を示す。 特許出願人 エヌ・チー・エヌ東洋ベアリング第1 図 第4 図 第S図 第6図 第7 図 第8

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 非制御なラジアル磁気軸受と、 それぞれの対向面に同心円状の凸部が形成されたロータ
    と制御用ステータを含んで第2の非制御なラジアル磁気
    軸受の機能を有し、軸方向磁気力と釣合うように前記制
    御用ステータが制御される制御式磁気軸受とを含む1軸
    制御型の磁気軸受装置において、 軸方向の位置を検出する位置検出器と、 軸がラジアル方向に変位を生じたとき、前記制御用ステ
    ータと前記ロータの対向面間の隙間を小さくする方向に
    、前記制御用軸受が制御されるように、少なくともその
    中心と周縁の高さが異なるような形状に形成され、前記
    位置検出器に対向するように前記軸の一端に取付けられ
    る位置センサターゲットと、 パラレルおよびコニカル振動の周波数帯域に位相進みを
    持たせ、ラジアル方向に対して減衰能力を有するように
    前記位置検出器の出力に基づいて、前記制御式磁気軸受
    を制御する制御手段を備えた、磁気軸受装置。
JP63279877A 1988-11-04 1988-11-04 磁気軸受装置 Expired - Fee Related JPH0749805B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04119627U (ja) * 1991-04-15 1992-10-26 三菱プレシジヨン株式会社 磁気軸受装置
CN114857170A (zh) * 2022-04-19 2022-08-05 华中科技大学 磁悬浮轴承的轴向磁轴承结构

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61286609A (ja) * 1985-06-11 1986-12-17 Ntn Toyo Bearing Co Ltd 制御式ラジアル磁気軸受の制御装置

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