JPH03255221A - 回転体の駆動支持機構 - Google Patents
回転体の駆動支持機構Info
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- JPH03255221A JPH03255221A JP2050600A JP5060090A JPH03255221A JP H03255221 A JPH03255221 A JP H03255221A JP 2050600 A JP2050600 A JP 2050600A JP 5060090 A JP5060090 A JP 5060090A JP H03255221 A JPH03255221 A JP H03255221A
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- JP
- Japan
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- rotor
- magnetic
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- bearing
- poles
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0493—Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
- F16C32/0497—Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor generating torque and radial force
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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- F16C2360/44—Centrifugal pumps
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、ターボ分子ポンプ、回転陽極Ｘ線管、工作機
械用スピンドル、遠心分離機、ロボット等の各種回転機
械に係り、特に磁気゛軸受を利用する場合に好適なる回
転体の駆動支持機構に関するものである。
械用スピンドル、遠心分離機、ロボット等の各種回転機
械に係り、特に磁気゛軸受を利用する場合に好適なる回
転体の駆動支持機構に関するものである。
［従来の技術］
第４図は、磁気軸受を利用した回転機械に一般に採用さ
れている従来の駆動支持機構を示しており、シャフト１
０１の中央にインダクションモータ１０２が構成され、
該シャフト１０１の両輪端部近傍に磁気軸受１０３．１
０３が構成されてなる。インダクションモータ１０２は
、シャフト１０１に固設されたロータ１０４と、このロ
ータ１０４の外周に近接配置されたモータ用磁極１０５
と、このモータ用磁極１０５に巻回されたコイル１０６
とを具備してなり、コイル１０６に三相交流を流すこと
でロータ１０４を回転させるための回転磁界を発生し得
るようになっている。また、磁気軸受１０３は、シャフ
ト１０１に固設されたロータ１０７と、このロータ１０
７の外周等角位置に近接配置された４個の軸受用磁極１
０８と、これらの軸受用磁極１０８にそれぞれ巻回され
たコイル１０９とを具備してなり、各コイル１０９に直
流を流すことでロータ１０７を磁気浮上させるだめの磁
界を四方において個別に発生し得るようになっている。
れている従来の駆動支持機構を示しており、シャフト１
０１の中央にインダクションモータ１０２が構成され、
該シャフト１０１の両輪端部近傍に磁気軸受１０３．１
０３が構成されてなる。インダクションモータ１０２は
、シャフト１０１に固設されたロータ１０４と、このロ
ータ１０４の外周に近接配置されたモータ用磁極１０５
と、このモータ用磁極１０５に巻回されたコイル１０６
とを具備してなり、コイル１０６に三相交流を流すこと
でロータ１０４を回転させるための回転磁界を発生し得
るようになっている。また、磁気軸受１０３は、シャフ
ト１０１に固設されたロータ１０７と、このロータ１０
７の外周等角位置に近接配置された４個の軸受用磁極１
０８と、これらの軸受用磁極１０８にそれぞれ巻回され
たコイル１０９とを具備してなり、各コイル１０９に直
流を流すことでロータ１０７を磁気浮上させるだめの磁
界を四方において個別に発生し得るようになっている。
この際、各軸受用磁極１０８の近傍には軸受間の微少隙
間を検出し得る位置センサが付帯して設けてあり、これ
らの位置センサから取り出される信号を入力した制御回
路が各コイル１０９に通電すべき直流電流の大きさをフ
ィトバック制御するようにしている（図示省略）。
間を検出し得る位置センサが付帯して設けてあり、これ
らの位置センサから取り出される信号を入力した制御回
路が各コイル１０９に通電すべき直流電流の大きさをフ
ィトバック制御するようにしている（図示省略）。
なお、シャフト１０１の軸端部にはスラスト磁気軸受１
１０が構成され、シャフト１０１に固着したスラスト盤
１１１をその両側に対設したコイル１１２による浮上の
ための磁界で支持し得るようにしている。
１０が構成され、シャフト１０１に固着したスラスト盤
１１１をその両側に対設したコイル１１２による浮上の
ための磁界で支持し得るようにしている。
［発明が解決しようとする課題］
このように、回転機械に磁気軸受を採用するメリットは
、接触抵抗を無くして回転の高速化を実現でき、同時に
オイルフリーを達成できる点にある。しかし、このよう
な構成はボールベアリング等を利用した回転機械に比べ
て大形化（特に軸方向）や重量増加、コスト高等が避け
られないものとなり、その上に、両ラジアル磁気軸受と
モータが空間的に離間するためモータの発生振動を抑止
する場合の調整も難しくなる等の課題を抱える。
、接触抵抗を無くして回転の高速化を実現でき、同時に
オイルフリーを達成できる点にある。しかし、このよう
な構成はボールベアリング等を利用した回転機械に比べ
て大形化（特に軸方向）や重量増加、コスト高等が避け
られないものとなり、その上に、両ラジアル磁気軸受と
モータが空間的に離間するためモータの発生振動を抑止
する場合の調整も難しくなる等の課題を抱える。
これに対して、本発明者等は特願平１−１６２８８５号
において、回転機械に組み込むべき新たなモータ一体型
磁気軸受を提案した。この軸受け、図示しないが、シャ
フトを磁気浮上させるための吸引コイルと、前記シャフ
トを回転方向に付勢するためのモータコイルとを共通の
ステータ磁極に巻装して構成される。これによれば、回
転機械を構成する際にその構成要素の数を低減して構造
の小形簡略化、特に軸方向の短寸化を図ることができ、
低コスト化も可能で、その上にモータの発生振動に対す
る抑止力を増大させ、軸受制御も容易となる効果を期す
ることができる。
において、回転機械に組み込むべき新たなモータ一体型
磁気軸受を提案した。この軸受け、図示しないが、シャ
フトを磁気浮上させるための吸引コイルと、前記シャフ
トを回転方向に付勢するためのモータコイルとを共通の
ステータ磁極に巻装して構成される。これによれば、回
転機械を構成する際にその構成要素の数を低減して構造
の小形簡略化、特に軸方向の短寸化を図ることができ、
低コスト化も可能で、その上にモータの発生振動に対す
る抑止力を増大させ、軸受制御も容易となる効果を期す
ることができる。
しかしながら、この構成では、磁界が干渉し合うため非
線形制御が必要となり、しかも磁気飽和を来たした時に
制御不能に陥る恐れがある。また、磁界を重畳させるた
めの機構や回路が新たに必要となる。
線形制御が必要となり、しかも磁気飽和を来たした時に
制御不能に陥る恐れがある。また、磁界を重畳させるた
めの機構や回路が新たに必要となる。
本発明は、このような課題に着目してなされたものであ
って、制御の適確性を確保しつつ従来の課題を有効に解
決することのできる駆動支持機構を提供することを目的
としている。
って、制御の適確性を確保しつつ従来の課題を有効に解
決することのできる駆動支持機構を提供することを目的
としている。
〔課題を解決するための手段］
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。
成を採用したものである。
すなわち、本発明に係る回転体の駆動支持機構は、筒状
ロータと、このロータを回転させるための磁界を発生さ
せるモータ用磁極と、前記ロータを磁気浮上させるため
の磁界を発生させる軸受用磁極とを具備してなり、同一
スラスト位置において一方の磁極をロータ内周に配設し
他方の磁極をロータ外周に配設したことを特徴とする。
ロータと、このロータを回転させるための磁界を発生さ
せるモータ用磁極と、前記ロータを磁気浮上させるため
の磁界を発生させる軸受用磁極とを具備してなり、同一
スラスト位置において一方の磁極をロータ内周に配設し
他方の磁極をロータ外周に配設したことを特徴とする。
［作用コ
このような構成によると、モータ用磁極に巻装されるコ
イルに三相交流を流すことで磁極とロタの間に回転磁界
が形成され、軸受用磁極に巻装されるコイルに直流を流
すことで磁極とロータの間に浮上のための磁界が形成さ
れることになる。
イルに三相交流を流すことで磁極とロタの間に回転磁界
が形成され、軸受用磁極に巻装されるコイルに直流を流
すことで磁極とロータの間に浮上のための磁界が形成さ
れることになる。
ここで、これらの磁界はともにロータ内を通るが、一方
をロータの内面付近に通過させ他方をロータの外面付近
に通過させることで２つの磁界が重なり合わないように
しておくことができる。このため、両磁極を同一スラス
ト位置に配置しても磁気的な干渉や磁気飽和を来たすこ
とがなく、適正なモータ機能及び磁気軸受機能が発揮さ
れるものとなる。
をロータの内面付近に通過させ他方をロータの外面付近
に通過させることで２つの磁界が重なり合わないように
しておくことができる。このため、両磁極を同一スラス
ト位置に配置しても磁気的な干渉や磁気飽和を来たすこ
とがなく、適正なモータ機能及び磁気軸受機能が発揮さ
れるものとなる。
［実施例コ
以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。
明する。
この実施例に係る回転体の駆動支持機構は、第１図に示
すように、シャフト１に有底筒状ロータ２を固着し、こ
のロータ２の内周２ａにモータ用磁極３を近接配置して
ロータ２との間にモータ４を構成するとともに、前記ロ
ータ２の外周２ｂに軸受用磁極５を近接配置してロータ
２との間に磁気軸受６を構成してなる。
すように、シャフト１に有底筒状ロータ２を固着し、こ
のロータ２の内周２ａにモータ用磁極３を近接配置して
ロータ２との間にモータ４を構成するとともに、前記ロ
ータ２の外周２ｂに軸受用磁極５を近接配置してロータ
２との間に磁気軸受６を構成してなる。
具体的に説明すると、モータ用磁極３は第２図に示すよ
うに四方に突極３ａを有した珪素鋼板製のもので、中央
にはシャフト１を挿通させるための挿通孔３ｂが穿設さ
れている。そして、この挿通孔３ｂに非接触下にシャフ
ト１を挿通し、突極３ａの先端をロータ２の内周２ａに
対して微少隙間下に対向配置させている。突極３には一
般的手法でコイル３Ｃが巻回されているとともに、これ
に対応してロータ内周２ａ付近には２誘導体２ｃが埋設
されており、コイル３ｃに三相交流電流を流すことによ
ってロータ２を回転方向に付勢するための回転磁界を発
生し、これによりアウタロタ構造のかご型誘導モータと
しての機能を発揮するようになっている。ロータ２に発
生した回転力はシャフト１を通じて取り出され、或いは
該ロータ２上においてポンプ作用等のために利用される
。
うに四方に突極３ａを有した珪素鋼板製のもので、中央
にはシャフト１を挿通させるための挿通孔３ｂが穿設さ
れている。そして、この挿通孔３ｂに非接触下にシャフ
ト１を挿通し、突極３ａの先端をロータ２の内周２ａに
対して微少隙間下に対向配置させている。突極３には一
般的手法でコイル３Ｃが巻回されているとともに、これ
に対応してロータ内周２ａ付近には２誘導体２ｃが埋設
されており、コイル３ｃに三相交流電流を流すことによ
ってロータ２を回転方向に付勢するための回転磁界を発
生し、これによりアウタロタ構造のかご型誘導モータと
しての機能を発揮するようになっている。ロータ２に発
生した回転力はシャフト１を通じて取り出され、或いは
該ロータ２上においてポンプ作用等のために利用される
。
また、軸受用磁極５は一対の突極５ａを有したコ字形を
なす珪素鋼板製のもので、ロータ外周２ｂに沿って４箇
所に等角装置され、各突極５ａの先端を該ロータ２に対
して微少隙間下に対向配置させている。各突極２ａには
個別にコイル５ｂが巻回されており、これらのコイル５
ｂにそれぞれ独立した直流電流を流すことにより、ロー
タ２との間に吸引力による浮上のための磁界を発生し、
該ロータ２を軸心位置に保持し得るようにしている。こ
のために、第１図に示すように各磁極５の近傍に変位セ
ンサ８（例えば渦電流方式のもの）が付帯して設けられ
、ロータ２の半径方向の変位を図示しない制御回路に入
力してこの制御回路から各モータコイル５ｂに流すべき
直流電流の大きさがフィードバック制御されるようにな
っている。
なす珪素鋼板製のもので、ロータ外周２ｂに沿って４箇
所に等角装置され、各突極５ａの先端を該ロータ２に対
して微少隙間下に対向配置させている。各突極２ａには
個別にコイル５ｂが巻回されており、これらのコイル５
ｂにそれぞれ独立した直流電流を流すことにより、ロー
タ２との間に吸引力による浮上のための磁界を発生し、
該ロータ２を軸心位置に保持し得るようにしている。こ
のために、第１図に示すように各磁極５の近傍に変位セ
ンサ８（例えば渦電流方式のもの）が付帯して設けられ
、ロータ２の半径方向の変位を図示しない制御回路に入
力してこの制御回路から各モータコイル５ｂに流すべき
直流電流の大きさがフィードバック制御されるようにな
っている。
なお、軸方向は従来と同様の手法によって支持されてい
る。
る。
しかして、このような磁極配置構造によると、モータ４
による回転磁界Ｈ１は第３図中破線で示すようにモータ
用磁極３とロータ内周２ａとの間に形成され、磁気軸受
６による浮上のための磁界Ｈ２は同図中実線で示すよう
にそれぞれ軸受用磁極５とロータ外周２ｂとの間に形成
されることになり、両磁界Ｈ１、Ｈ２はともにロータ２
内を通るが互いに重なり合わないようにしておくことが
できる。このため、磁気的な干渉や磁気飽和を来たすこ
とを有効に防止し、モータ４の機能と磁気軸受５の機能
とをそれぞれ適正に発揮させることが可能になる。
による回転磁界Ｈ１は第３図中破線で示すようにモータ
用磁極３とロータ内周２ａとの間に形成され、磁気軸受
６による浮上のための磁界Ｈ２は同図中実線で示すよう
にそれぞれ軸受用磁極５とロータ外周２ｂとの間に形成
されることになり、両磁界Ｈ１、Ｈ２はともにロータ２
内を通るが互いに重なり合わないようにしておくことが
できる。このため、磁気的な干渉や磁気飽和を来たすこ
とを有効に防止し、モータ４の機能と磁気軸受５の機能
とをそれぞれ適正に発揮させることが可能になる。
この結果、磁気軸受とモータが独立した要素部品として
配置される従来のものに比べて軸方向の短寸化を実現で
き、モータの発生振動を同一スラスト位置において直接
抑止できるため振動制御が容易になり、ロータ等の構成
部品が少なくなって信頼性の向上と軽量化とを図り得る
ものとなる。
配置される従来のものに比べて軸方向の短寸化を実現で
き、モータの発生振動を同一スラスト位置において直接
抑止できるため振動制御が容易になり、ロータ等の構成
部品が少なくなって信頼性の向上と軽量化とを図り得る
ものとなる。
勿論、浮上のための磁界と回転磁界とが干渉し合うこと
なく独立に形成されるためそれらを重畳させるための回
路や機構等が不要になり、磁界の干渉がなくなると非線
形制御を行う必要もなくなる。
なく独立に形成されるためそれらを重畳させるための回
路や機構等が不要になり、磁界の干渉がなくなると非線
形制御を行う必要もなくなる。
また、かご形誘導モータにおいてオープンスロット構造
がとれる利点も伴う。
がとれる利点も伴う。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、ロータ外周にモータ用磁極を配設しロータ内周
に軸受用磁極を配設することもできる。モータの方式は
かご形誘導モータに限らず、他の方式の誘導モータや同
期モー夕等、非接触式のモータであればどのような方式
でもよい。また、磁気軸受の方式は直流吸引型に限らず
、交流反発型など他の方式でもよい。さらに、磁気軸受
用の磁極数は４個に限らず、３個以上であれば何個でも
よい。モータ及び軸受用磁極の材料は珪素鋼板に限定さ
れるものではなく、種々の材料が使用可能である。
に軸受用磁極を配設することもできる。モータの方式は
かご形誘導モータに限らず、他の方式の誘導モータや同
期モー夕等、非接触式のモータであればどのような方式
でもよい。また、磁気軸受の方式は直流吸引型に限らず
、交流反発型など他の方式でもよい。さらに、磁気軸受
用の磁極数は４個に限らず、３個以上であれば何個でも
よい。モータ及び軸受用磁極の材料は珪素鋼板に限定さ
れるものではなく、種々の材料が使用可能である。
［発明の効果］
本発明に係る回転体の駆動支持機構は、以上説明した如
く、回転磁界と浮上のための磁界とが干渉しないような
磁極配置構造をとったため、モタ一体型磁気軸受のよう
な磁気干渉や磁気飽和の問題を生じることがなく、適正
な制御を通じた回転体に対する安定的な駆動支持が可能
になり、磁界を重畳させるだめの機構や回路も不要とな
る効果が得られる。そして、このように制御の適確性を
確保した上でモータ用磁極及び軸受用磁極を同一スラス
ト位置に配設できることで、それらの磁極が軸方向に離
間して配設される従来の駆動支持構造に比べて軸方向の
短寸化を確実に実現でき、モータの振動制御が容易とな
り、構成部品が少な（なることによる信頼性向上や軽量
化促進の効果等がもたらされる。
く、回転磁界と浮上のための磁界とが干渉しないような
磁極配置構造をとったため、モタ一体型磁気軸受のよう
な磁気干渉や磁気飽和の問題を生じることがなく、適正
な制御を通じた回転体に対する安定的な駆動支持が可能
になり、磁界を重畳させるだめの機構や回路も不要とな
る効果が得られる。そして、このように制御の適確性を
確保した上でモータ用磁極及び軸受用磁極を同一スラス
ト位置に配設できることで、それらの磁極が軸方向に離
間して配設される従来の駆動支持構造に比べて軸方向の
短寸化を確実に実現でき、モータの振動制御が容易とな
り、構成部品が少な（なることによる信頼性向上や軽量
化促進の効果等がもたらされる。
第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は概
略的な構成を示す断面図、第２図は第１図における■−
■線断面図、第３図は作用説明図である。第４図は従来
例を示す第１図相当の断面図である。
略的な構成を示す断面図、第２図は第１図における■−
■線断面図、第３図は作用説明図である。第４図は従来
例を示す第１図相当の断面図である。
Claims (1)
- 筒状ロータと、このロータを回転させるための磁界を発
生させるモータ用磁極と、前記ロータを磁気浮上させる
ための磁界を発生させる軸受用磁極とを具備してなり、
同一スラスト位置において一方の磁極をロータ内周に配
設し他方の磁極をロータ外周に配設したことを特徴とす
る回転体の駆動支持機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2050600A JPH03255221A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 回転体の駆動支持機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2050600A JPH03255221A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 回転体の駆動支持機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03255221A true JPH03255221A (ja) | 1991-11-14 |
Family
ID=12863461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2050600A Pending JPH03255221A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 回転体の駆動支持機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03255221A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105422623A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-03-23 | 宁波达奋精工轴承有限公司 | 自发电式磁轴承 |
| CN105465175A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-06 | 宁波达奋精工轴承有限公司 | 一种主动式磁轴承 |
| CN105508425A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-20 | 宁波达奋精工轴承有限公司 | 一种自发电式磁轴承 |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2050600A patent/JPH03255221A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105422623A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-03-23 | 宁波达奋精工轴承有限公司 | 自发电式磁轴承 |
| CN105465175A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-06 | 宁波达奋精工轴承有限公司 | 一种主动式磁轴承 |
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