JPH04119629U

JPH04119629U - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH04119629U
Application number: JP2511691U
Authority: JP
Inventors: 典夫佐藤
Original assignee: 三菱プレシジヨン株式会社
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1992-10-26

Abstract

(57)【要約】【構成】変位センサ(5A)及び(5B)によってロータ(1A)の
回転半径方向の位置が検出され、検出値が演算器(６)、
制御回路(７)及び増幅器(８)を介して、相当する制御電
流Δｉとして出力される。演算器(9A)及び(9B)によっ
て、バイアス電流ｉ₀と制御電流Δｉとに基づくコイル
電流ｉ_A及びｉ_Bが求められ、それぞれコイル(4A)及び(4
B)に出力される。電磁石(3A)及び(3B)が電流ｉ_A及びｉ_B
に基づいて生じる磁気力Ｆ_A及びＦ_Bと、ロータ(1A)の側
面の一部を覆う環状永久磁石(10)の磁束による磁気力Ｆ
_Cとが合成された制御力Ｆ₀によって、ロータ(1A)は回転
半径方向の所定の位置に維持される。【効果】外部から供給されるバイアス電流i₀が小さくて
よく、磁気軸受装置の消費電力は低減される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、磁気的制御力により回転体を非接触で支持する磁気軸受装置に関するもので、特に、回転体に永久磁石が組み込まれている磁気軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来例の構成を図４を参照しながら説明する。図４は、例えば、人工衛星姿勢制御用フライホイール、工作機械、ターボ分子ポンプ、遠心分離機及びターボ圧縮機などに利用されている従来の磁気軸受装置を示す概略図である。図４において、(１)はロータ、(２)はロータ(１)の回転軸である。(3A)及び(3 B)は、ロータ(１)の側面に対称的に配置された１対の電磁石、(4A)は電磁石(3A) のコイルであって、一端が接地されている。(4B)は電磁石(3B)のコイルであって、一端が接地されている。(5A)及び(5B)はそれぞれ電磁石(3A)及び(3B)の下部に配置された変位センサである。(６)は演算器であって、正の入力端子が変位センサ(5A)に接続され、負の入力端子が変位センサ(5B)に接続されている。(７)は制御回路であって、演算器(６)の出力端子に接続されている。(８)は増幅器であって、制御回路(７)に接続されている。(9A)は演算器であって、一方の正の入力端子がバイアス電流源（図示しない）に接続され、かつ他方の正の入力端子が増幅器(８)に接続され、かつ出力端子が電磁石(3A)のコイル(4A)の他端に接続されている。(9B)は演算器であって、正の入力端子がバイアス電流源及び演算器(9A)の一方の正の入力端子に接続され、かつ負の入力端子が増幅器(８)及び演算器(9A) の他方の正の入力端子に接続され、かつ出力端子が電磁石(3B)のコイル(4B)の他端に接続されている。

【０００３】次に、上述した従来例の動作を図４及び図５を参照しながら説明する。図５は、コイル電流と磁気力との関係を示す特性図であり、横軸がコイル電流Ｉ、縦軸が磁気力Ｆである。ロータ(１)は、回転軸(２)を中心に図示しない駆動源によって回転させられ、電磁石(3A)及び(3B)が生じる磁気力＊Ｆ_A及び＊Ｆ_Bによって回転半径方向に引っ張られている。ロータ(１)の回転半径方向の位置は、ロータ(１)の側面に設けられた変位センサ(5A)及び(5B)によって検知されて演算器(６)に入力される。演算器(６)は、変位センサ(5A)及び(5B)の出力の差をとり、ロータ(１)の回転半径方向の位置ずれを変位信号として制御回路(７)に出力する。

【０００４】制御回路(７)は、変位信号に基づき、増幅器(８)を介して、ロータ(１)を設定した位置にするための制御電流Δｉを出力する。そして、演算器(9A)は、バイアス電流ｉ₀と制御電流Δｉから、コイル電流ｉ_A ＝ｉ₀＋Δｉをコイル(4A)に出力し、他方では、演算器(9B)は、コイル電流ｉ_B＝ｉ₀−Δｉをコイル(4B)に出力する。電磁石(3A)及び(3B)はコイル電流ｉ_A及びｉ_Bによって磁気力＊Ｆ_A及び＊Ｆ_Bを発生し、これらの差である制御力＊Ｆ₀＝＊Ｆ_Ａ−＊Ｆ_Ｂがロータ(１)を回転半径方向の設定した位置に維持していた。なお、＊Ｆ_Ａ、＊Ｆ_Ｂ及び＊Ｆ_０はベクトルを示す。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述したような従来の磁気軸受装置では、ロータ(１)を回転半径方向の所定の位置に維持するために必要な制御力＊Ｆ_０は図５に示すように線形であり、その線形な範囲はバイアス電流ｉ_０によって決まる。このバイアス電流ｉ_０は常時２個の電磁石(4A)、(4B)に流されなければならないので、バイアス電流ｉ_０による消費電力がかなり大きくなるという問題点があった。

【０００６】この考案は、このような問題点を解決するためになされたものであり、消費電力を低減させることができる磁気軸受装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る磁気軸受装置は、次に掲げる手段を備えたものである。 [１] 側面の少なくとも一部が環状永久磁石によって囲まれ、回転半径方向の所定の位置に置かれて回転するロータ。 [２] このロータの側面に対称的に設けられ、上記ロータの回転半径方向の位置を検知する１対の検知手段。 [３] これら検知手段に接続され、これら検知手段の出力と外部からのバイアス電流とに基づいた合成電流を出力する制御手段。 [４] この制御手段に接続され、かつ上記ロータの側面に対称的に設けられ、上記合成電流に基づいて、上記永久環状磁石による磁気力と合成されて上記ロータを回転半径方向の所定の位置に維持する磁気力を生じる電磁石。

【０００８】

【作用】

この考案においては、検知手段によって、ロータの回転半径方向の位置が検知される。そして、制御手段によって、検知手段の出力と外部からのバイアス電流とに基づいた合成電流が出力される。この合成電流に基づいた電磁石による磁気力と環状永久磁石による磁気力との合力がロータを回転半径方向の所定の位置に維持する。

【０００９】

【実施例】

以下、この考案の一実施例の構成を図１を参照しながら説明する。図１は、この考案の一実施例を示す概略図である。図１において、(２)、(3A) 、(3B)、(4A)、(4B)、(5A)、(5B)、(６)〜(８)、(9A)及び(9B)は従来例で説明したものと同じである。(1A)はロータである。(10)はロータ(1A)の側面の一部を覆う環状永久磁石であって、電磁石(4A)及び(4B)に対向する断面が示されている。

【００１０】ところで、この考案の検知手段は、この一実施例では変位センサ(5A)及び(5B) であり、この考案の制御手段は、演算器(６)、制御回路(７)、増幅器(８)並びに演算器(9A)及び(9B)から構成される。

【００１１】次に、上述した一実施例の動作を図１及び図２を参照しながら説明する。図２はこの考案の一実施例のコイル電流と磁気力との関係を示す特性図であり、横軸がコイル電流Ｉ、縦軸が磁気力Ｆである。環状永久電磁石(10)は、従来例における電磁石(3A)及び(3B)が発生していた磁束の全部又は一部の磁束Φ_１を発生させる。この磁束Φ_１は電磁石(3A)及び(3B) に及び、これらとの間に磁気力＊Ｆ_Cが生じる。この磁気力＊Ｆ_Cと、演算器(9A) 及び(9B)からそれぞれコイル(4A)及び(4B)へ供給されるコイル電流ｉ_Ａ及びｉ_Ｂに基づいて電磁石(3A)及び(3B)が生じる磁気力＊Ｆ_A及び＊Ｆ_Bとが合成されて、制御力＊Ｆ₀が発生する。ロータ（1A)は、この制御力Ｆ₀によって回転半径方向の所定の位置に維持される。

【００１２】環状永久磁石(10)によって生じる磁束密度をＢ₁とすると、磁束密度Ｂ₁に相当する電流分ｉ₁はｉ₁＝Ｂ₁/ｋ（ｋは比例定数）である。したがって、線形な制御力Ｆ₀を得るために必要なコイル電流ｉ_A及びｉ_Bは磁束密度Ｂ₁に相当する電流分ｉ₁だけ小さくてよいので、バイアス電流ｉ_０は大幅に低減される。

【００１３】また、図３は、環状永久磁石(10)と電磁石(3A)及び(3B)との間に磁性流体(11) を入れた他の実施例の一部を示す概略図である。この場合、環状永久磁石(11)と電磁石(3A)及び(3B)との間の磁気抵抗が減少し、磁気効率が増すので、バイアス電流ｉ_０はさらに減少される。

【００１４】

【考案の効果】

この考案は、以上説明したとおり、側面の少なくとも一部が環状永久磁石によって囲まれ、回転半径方向の所定の位置に置かれて回転するロータ、このロータの側面に対称的に設けられ、上記ロータの回転半径方向の位置を検知する１対の検知手段、これら検知手段に接続され、これら検知手段の出力と外部からのバイアス電流とに基づいた合成電流を出力する制御手段、及びこの制御手段に接続され、かつ上記ロータの側面に対称的に設けられ、上記合成電流に基づいて、上記永久環状磁石による磁気力と合成されて上記ロータを回転半径方向の所定の位置に置く磁気力を生じる電磁石を備えたことによって、外部からのバイアス電流が小さくてすむので、消費電力を大幅に低減させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す概略図である。

【図２】この考案の一実施例の特性を示す特性図であ
る。

【図３】この考案の他の実施例の一部を示す概略図であ
る。

【図４】従来の磁気軸受装置を示す概略図である。

【図５】従来の磁気軸受装置の特性を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

(1A) ロータ (3A)、(3B) 電磁石 (4A)、(4B) コイル (5A)、(5B) 変位センサ (６) 演算器 (７) 制御回路 (８) 増幅器 (9A)、(9B) 演算器 (10) 環状永久電磁石 (11) 磁性流体

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】側面の少なくとも一部が環状永久磁石に
よって囲まれ、回転半径方向の所定の位置に置かれて回
転するロータ、このロータの側面に対称的に設けられ、
上記ロータの回転半径方向の位置を検知する１対の検知
手段、これら検知手段に接続され、これら検知手段の出
力と外部からのバイアス電流とに基づいた合成電流を出
力する制御手段、及びこの制御手段に接続され、かつ上
記ロータの側面に対称的に設けられ、上記合成電流に基
づいて、上記永久環状磁石の磁束と合成されて上記ロー
タを回転半径方向の所定の位置に置く磁気力を生じる電
磁石を備えたことを特徴とする磁気軸受装置。