JPH02236019A - 球面磁気軸受装置 - 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」二の利用分野） 本発明は、磁気リリ１１受装置に関し、特に球面体構造
を有するジャーナルの磁気軸受装置に関する。

（従来技術） 従来、第６図に示すように回転軸面６１とこれに対向す
る軸受面６２とを有する磁気軸受において、該対向する
２面が軸心６５に対して上向き及び下向きに適当な角度
で傾斜した円Ｍ『．状をなし、各対向面に、同極性の磁
極が対向するように永久磁石６３．６４を取イ」けた磁
気軸受が例えば特開昭５５−５７７１６号公報にて知ら
れている。

該装置によれば対向する磁石６３．６４どうしの反発力
が傾斜対向面６］，６２に対し直角方向に鋤らくため軸
心方向及び半径方向に分力が発生し、これによって回転
軸が軸受に非接触状態のまま軸受によって支持される。

また、この種の磁気軸受として、電磁石及び回転軸と軸
受間の隙間量を検出するセンサを備え、該センサの出力
に応じて前記電磁石に供給する電流量を調節して前記隙
間量を制御する磁気軸受も、例えば特開昭５８−６　１
　３２３号公報にて知られる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、」二記従来の両装置において、回転軸は
その゛１′径方向及び軸方向の位置が規制されており、
従って回転軸の輔心が傾斜可能な構造の、球形のジャー
ナルを有する球面軸受には磁気軸受を採用することがで
きなかった。

本発明は」二記問題点を解決するためになされたもので
あり、球面軸受に磁気浮」−（非接触）機能を付与した
球面磁気軸受装置を提供することをＬｉ的とする。

（課題を解決するための手段） 」一記１」的を達成するため、本発明は、伝動軸の端部
に設けられた磁性体から成る球面体と、前記球面体外周
面に対向するように該球面体周囲に配設された複数の電
磁石と、ｎ；ノ記球面体外周面に対向するように該球面
体周囲に配設された複数の隙間検出手段と、前記電磁石
及び隙間検出手段に接続され、該隙間検出手段の出力に
応じて前記各電磁石に供給する電流量を、各電磁石と球
面体との隙間量が互いに等しくなるように制御する制御
手段とから成るようにしたものである。

（作用） 制御手段は、各隙間検出手段の出力に応じて球の外周面
に対向するように設けられている。本実施例では、球面
体１と交わる、伝動軸２の中心軸に垂直な平面のうち、
球面休１の中心を通る平面より」―側の１つの平面及び
下側の１つの５１１面と球面体１とが交わってできる２
つの円の周囲に夫々８個の電磁石４を円周に沿って等間
隔に配設している。また、球面体ｌの周囲には電磁石４
と球面体１との隙間量を検出ずるための少なくとも４つ
の隙間検出手段である隙間センサ６を前記電磁石４に対
応して球面体ｌの外周而に対向するように設ける。本実
施例では前記」二側下面及びＦ側平面と球面体ｌとが交
わってできる２つの円の周囲に夫々４個の隙間センサ６
を円周に沿って等間隔に配設している。電磁石４及び隙
間センザ６は、球而体ｌを囲う有底の円筒状の枠体５に
固定される。

なお、各電磁石４及び各隙間センサ６は、球面体１が所
望の空間位置にあるときに各電磁石４及び各隙間センサ
６の、球面体１に対向する面と球面体１の外周面との間
隔（隙間量）がすべて同−どなるように配置される。

面体が所望の空間位置に位置するように各電磁石に個別
の電流量を供給制御する。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照して説
明する。

第１図は本発明の球面磁気軸受装置の縦断面図であり、
符シ｝ｌは、例えば鉄などの磁性体から成る球面体であ
る。該球面体１には円柱状の伝動軸２が球面体１と一体
に形成され、該伝動軸２には円盤状のフランジ３が伝動
軸２と一体に形成されている。該伝動軸２はその中心軸
が球面体ｌの中心を通るように配され、また、フランジ
３の中心軸は伝動軸２の中心軸と一致するように配され
る。

球面体ｌ、伝動軸２及びフランジ３の内部は軽量化のた
め中空にされるとともに、フランジ３にはボル１・穴３
０１（第２図）が設けられ、該ボルト穴３０１は軸支さ
れる装置や物体（図示せず）との接続に供せられる。

球面体１の周囲には球面体ｌの空間位置を規制するため
の少なくとも４つの電磁石４が球面体１以」−の電磁石
４及び隙間センサ６の球而体１との位置関係を、球面磁
気軸受装置の要部の斜視図である第３図、及び０１ｊ記
下側平面」二の電磁石４及び隙間センサ６の配置図であ
る第４図により示す。

１）：ノ記枠体５には球面体１の側面に４個、底面に１
個の滑り軸受７が設けられている。該滑り軸受７は電磁
石４に電流が供給されない、当該輔受装置の非作動時（
１！２送時等も含む）に球面体ｌを所定空間位置に保持
するためのものであり、各電磁石４よりも球面体１に僅
か近い位置に配置されるものである。また枠体５は、伝
動軸２の直径より大きい直径を有する中心孔５０２を設
けた蓋部５０１を有し、該中心孔５０２に伝動軸２が遊
嵌されている。

次に、以」二のような構造を有する球面磁気軸受装置の
制御回路を第５図を参照して説明する。隙間センサ６の
出力端はフィルタ１０を経てマイクロコンピュータのＩ
／Ｏポー１−１１の人力端に接続される。隙間センサ６
は、例えば静電型、磁気型、超音波式等の変位センサか
ら構成される。

隙間センサ６の両側に隣接する２つの電磁石４は並列に
接，ｋｌ，Ｂされ、その−接続端は接地され、佳接続端
は駆動電流調節ｉ！＋４　１　２の出力端に接続される
。該駆動電流調節器１２の駆動電流入力端には電源（十
ｖ）が接続されるとともに、制御信号人力端には前記１
／Ｏボー１・１１の出力端が接続される。１つの隙間セ
ンザ６、２つの電磁石４、１つのフィルタ１０、１つの
駆動電流調ｆｉｉｉ器１２によって構成される回路が同
一構成にて８組設けられる（１組のみ符はをイ（］シ、
池７組には符諺を省略する）。

マイクロコンピュータの１／０ポーＩ・１１はバスを介
してＣＩ）ＩＪ（中央演算処理装置）１３に接続される
。＋ｔｅｌ’ＵＩ３には記憶装Ｆ４　（図示なし）が接
続される。また更に、Ｉ／Ｏポー１・１１の人力端には
キーボードｌ４、出力端にはＣ　Ｒ　’Ｉ”ディスプレ
イＪ５が接続される。

次に本発明の球面磁気軸受装置の作用を説明する。

第５図に示す制御回路が作動すると、電流が駆動電流調
ｆｌｉ＋１．＋　１　２から各電磁石４に供給されて各
？が対応する駆動電流調節器１２に出力され、従って１
）；ｊ記隙間量は増加する。

以十のようなフィードバック制御が行なわれることによ
り、球面体１と各隙間センザ６との隙間量、即ち球面体
１と各電磁石４との隙間１７｝が同−値に保持され、球
面体１は所望の空間位ｆｌｊ（に保持される。

なお、隙間センザ６の検出値に対する電磁石４への供給
電流量の増減度合（制御利ｆｔ｝）は、制御回路による
フィードバック制御の収束速度や安定性を決定する因了
・であり、該度合はキーボードｌ４からの人力によって
人為的に設定できるようにされている。

更にＣＲゴ′ディスプレイには、当該増減度合（制御利
ｆ１｝）のほか、隙間センサ６毎の制御状態（制御頻度
、電流加減Ｂ’＜等）や制御回路の各部の異常等の表示
を行なう。

以１，のように構成されるので球面体１は、汗力による
影響やフランジ３に接続された装置等からのｉｉｉ＋’
　Ｉｌｔや馴動■力等による影響があっても常時所望電
磁石４を励磁し、球面体１は各電磁石４により吸引され
る。従って球面体１は滑り軸受７がら離れ中空に浮く。

一方、各隙間センサ６によって、球面体ｌの外周面と各
隙間センサ６との隙間量（球面体ｌと各対応電磁石４と
の隙間爪にも概ね相当する）が検出され、該各検出値が
フィルタ１０を経てＩ／０ボー１・１１に人力される。

ＣＰＵ１３は、各検出値間の差に基づき、各隙間爪が同
一となるような個別の制御信号をＩ／Ｏポート１ｌを経
て各駆動電流調節器１２に供給する。駆動電流調節器１
２は該制御信号に応じて電磁石４へ出力する電流量を増
減ずる。

即ち、隙間量が大きいことを示す検出値を出力した隙間
センザ６に隣接ずる２つの電磁石４には供給電流Ｑｉ：
が増大ずるような制御信号が対応する駆動電流調節器１
２に出力され、従って１）｛１記隙間ＩＩｋは減少ずる
。一方、隙間量が小さいことを示す検出値を出力した隙
間センサ６に隣接する１つの電磁石４には供給電流量が
滅少ずるよウな制御信の空間位置に保持され得る。

また、球面体１及び伝動軸２は輔心を中心に回転運動ず
ることも、また歳差運動することも、あるいは静止や振
子運動をすることもでき、いずれの運転状態にも球面体
１が所望の空間位置に非接触の磁気軸受として保持され
得る。

なお、前述の実施例において、枠体５の蓋部５０１の中
心孔５０２近傍に、伝動軸２の所定位置からの傾斜及び
回転状態を検出するセンサを設け、更に球面体Ｉをあら
ゆる方向に自転させ得る駆動装置を設けることにより、
フランジ３に固着され静止している物体の傾き及び回転
位置制御を行なうようにしてもよい。

（発明の効果） 以十詳述したように、本発明は、伝動軸の端部に設けら
れた磁性体から成る球面体と、ｎｉｊ記球面体外周而に
対向するように該球面体周囲に配設された複数の電磁石
と、０１ｊ記球面体外周面に対向するように該球面体周
囲に配設された複数の隙間検出手段と、前記電磁石及び
隙間検出手段に接続さ４． れ、該隙間検出手段の出力に応じて１）｛Ｉ記各電磁石
に供給する電流ノｉとを、各電磁石と球面休との隙間量
がＪｉ゛いに等しくなるように制御ずる制御千段とから
成るので、球面軸受に磁気η上（非接触）機能を加える
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の球面磁気軸受装置の縦断面図、第２図
は同装置外観図、第３１ヌ１は同装置要部の斜視図、第
４図は同装置を構成する電磁石及び隙間センサの配置図
、第５図は同装置の制御回路図、第６図は従来装置の縦
断而図である。 ｌ・球面体、２・・・伝動軸、４・一電磁石、６・隙間
センサ（隙間検出下段）、Ｉ＋，１２．１３（制御丁段
）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、伝動軸の端部に設けられた磁性体から成る球面体と
   、前記球面体外周面に対向するように該球面体周囲に配
   設された複数の電磁石と、前記球面体外周面に対向する
   ように該球面体周囲に配設された複数の隙間検出手段と
   、前記電磁石及び隙間検出手段に接続され、該隙間検出
   手段の出力に応じて前記各電磁石に供給する電流量を、
   各電磁石と球面体との隙間量が互いに等しくなるように
   制御する制御手段とから成る球面磁気軸受装置。