JPH04236818A

JPH04236818A - 回転体支持装置

Info

Publication number: JPH04236818A
Application number: JP544791A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinozaki; 弘行篠崎; Yuji Shirao; 白尾　祐司
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1992-08-25

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータ、回転軸、モー
タからなる回転部と、固定部とを有する回転機械におい
て好適に用いられる回転体支持装置に関し、特に、磁気
軸受により回転部を非接触状態に浮上保持することが出
来る回転体支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この様な回転体支持装置において、磁気
軸受により非接触状態で支持するに際しては、種々の形
式のものが開発されている。例えば、軸方向軸受として
永久磁石を有する受動安定形磁気軸受を備え、永久磁石
間に作用する磁気的な吸引力により浮上保持すると共に
、半径方向軸受として電磁石を有する能動形磁気軸受を
備え、電磁石の磁力により半径方向の不安定力を抑制す
るタイプのものが提案されており、「２軸式」等と称せ
られている。

【０００３】モータとしては、インダクションモータが
使用される場合が多い。そして、モータは回転軸と固定
部との間に配置されて、回転軸を回転する様に構成され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コアレスモー
タ以外のモータを使用する場合には、モータ内で生じる
不平衡力により、回転体半径方向に不安定力が発生する
ことが知られている。

【０００５】この様な不安定力は回転軸を半径方向に移
動せしめ、固定部と接触させてしまう恐れがある。また
、回転軸に歳差運動を生じさせてしまうので、非常に不
都合である。

【０００６】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたものであり、モータにより半径方向に不安
定力を発生しない様な回転体支持装置の提供を目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の回転体支持装置
は、ロータ、回転軸、モータからなる回転部と、固定部
とを含む回転機械に用いられる回転体支持装置において
、前記ロータは円盤状の基部と該基部の周縁部から下方
へ延在しているフランジ状部分とを含み、前記固定部は
円筒形状部分を含んでおり、前記モータはロータの基部
下面とそれに対向する固定部の円筒形状部分の上面との
間に配置されている。

【０００８】本発明の回転体支持装置は、ロータ、回転
軸、モータからなる回転部と、固定部と、半径方向軸受
と、軸方向軸受とを含む回転機械に用いられる回転体支
持装置において、半径方向軸受として電磁石を有する能
動形磁気軸受を備え、軸方向軸受として永久磁石を有す
る受動安定形磁気軸受を備えており、前記ロータは円盤
状の基部と該基部の周縁部から下方へ延在しているフラ
ンジ状部分とを含み、前記固定部は円筒形状部分を含ん
でおり、前記モータはロータの基部下面とそれに対向す
る固定部の円筒形状部分の上面との間に配置されている
。この回転体支持装置の場合は、前記受動形磁気軸受は
、軸方向に着磁したリング状又は分割したものをリング
状に配置した永久磁石と強磁性体製の磁性材料とを軸方
向へ交互に配置し、該磁性材料を挟んで隣り合う永久磁
石は互いに反発する様にその極性が設定され、回転部側
の永久磁石と固定部側の永久磁石とは互いに吸引するよ
うにその極性が設定されているのが好ましい。

【０００９】本発明の実施に際して、前記受動形磁気軸
受の回転部側或いは固定部側の少なくともいずれか一方
において、最上層の永久磁石の上方及び最下層の永久磁
石の下方には、銅やアルミニュームの様な良導電体から
成る部材を設けても良い。しかしながら、この様な良導
電体から成る部材を設けなくても良い。

【００１０】また、固定部と回転軸との間隔を測定する
ための変位センサを軸方向の異なった位置に少なくとも
２か所設けるのが好ましい。

【００１１】さらに回転軸の上端部及び下端部近傍には
、それぞれ非常用軸受を設けるのが好ましい。

【００１２】これに加えて本発明の実施に際しては、受
動形及び能動形磁気軸受の磁気的吸引力の作用中心は、
回転部の重心に対して軸方向について偏寄しており、該
重心を回転中心とする回転部の揺動運動或いは歳差運動
を磁気軸受の磁気的吸引力で抑制できる様に構成するの
が好ましい。

【００１３】

【作用】上記した様な構成を有する本発明によれば、モ
ータはロータの基部下面とそれに対向する固定部の円筒
形状部分の上面との間に配置されているので、モータ内
で発生する不平衡力に起因する不安定力は軸方向に作用
する。その結果、該不平衡力に起因して、回転部或いは
回転軸の半径方向に作用する不安定力、内乱は極めて小
さくなる。

【００１４】従って、モータによって半径方向に不安定
力は発生せず、回転部の非接触浮上状態が好適に維持さ
れるのである。

【００１５】また、モータをロータの基部下面とそれに
対向する固定部の円筒形状部分の上面との間に配置した
ため、ロータ基部の径が従来のものよりも大きくなる。そのため、受動形磁気軸受を固定部とロータのフランジ
状部分との間に配置してあれば、受動形磁気軸受の復元
力によって生じるモーメント、すなわち回転部の揺動を
抑制する様に作用するモーメントが大きくなる。その結
果、回転部の揺動が効果的に抑制されるのである。

【００１６】さらに、半径方向に作用する不安定力が小
さくなることから、能動形磁気軸受の電磁石に供給する
電流も減少し、電力消費量も減少する。そして、電磁石
部分の発熱も防止される。

【００１７】さらに、電磁石そのものも小さくすること
が出来ること、その配置箇所が回転軸と固定部との間に
限定されなくなることから、レイアウト、デザイン上の
自由度が増加する。

【００１８】

【実施例】以下、図１を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１９】図１において全体を符号１０で示すロータ
は、概略円盤状をした基部１２と、基部１２の周縁部か
ら下方へ延在しているフランジ状部分１４とを含んでい
る。そして全体を符号１６で示す固定部は円筒形状部分
１８を含んでいる。

【００２０】ロータ１０の基部１２は回転軸２０と一体
的に構成されている。また、基部１２の下面１２Ｄと円
筒形状部分１８の上面１８Ｕとの間には、インダクショ
ンモータ２２が配置されている。このモータ２２は、ロ
ータ１０、回転軸２０と共に、回転部１１を構成してい
る。

【００２１】フランジ状部分１４の内周面１４Ｉと円筒
形状部分１８の外周面１８Ｏには、受動安定形磁気軸受
２４が設けられている。この受動安定形磁気軸受２４は
、リング状の複数の永久磁石２６…、２８…と、永久磁
石に挟まれた強磁性体の磁性材料３０…、３２…を軸方
向へ交互に配置して構成されている。磁性材料３０、３
２を挟んで隣り合う永久磁石２６、２８は互いに反発す
る様にその極性が設定されており、回転部１１側の永久
磁石２６…と固定部１６側の永久磁石２８…とは互いに
吸引するようにその極性が設定されている。なお、固定
部１６側において、最上層及び最下層の永久磁石２８の
上方及び下方には、永久磁石による揺動抑制効果を更に
向上するため、銅から成る部材３４、３６が設けられて
いる。

【００２２】受動安定形磁気軸受２４と同一の軸方向位
置であって、回転軸２０と固定部１６（円筒形状部分１
８）との間には、能動形磁気軸受４０が設けられている
。この能動形磁気軸受４０は電磁石４２を有しており、
該電磁石４２は図示しない制御装置により、その供給電
流を制御されている。

【００２３】この能動形磁気軸受４０の上方及び下方に
は、回転軸２０の半径方向位置の変位を検出する変位セ
ンサ４４が設けられている。さらに回転軸２０の上端部
及び下端部には、非常用軸受４６、４８が配置されてい
る。

【００２４】次に図示の実施例の作用を説明する。

【００２５】受動安定形磁気軸受２４の磁性材料３０…
、３２…間は磁束密度が非常に高くなり、その結果、フ
ランジ状部分１４と円筒形状部分１８との軸方向の相対
位置は一定に保持される。一方、半径方向の位置につい
ては、能動形磁気軸受４０の電磁石４２により回転軸２
０を磁気的に吸引することで制御が行われる。

【００２６】ここで、従来技術においてはインダクショ
ンモータが生ずる不平衡力は半径方向の不安定或いは内
乱の最大の要因の一つとなっていたが、本発明によれば
、モータ２２が基部１２の下面１２Ｄと円筒形状部分１
８の上面１８Ｕとの間に設けられているので、そこで発
生する不平衡力は軸方向に作用し、半径方向の不安定力
とはならない。そのため、半径方向の内乱も小さくなり
、制御が極めて容易且つ正確になる。

【００２７】また、モータ２２の位置を図１で示す様に
した結果、基部１２の半径寸法が従来のものに比較して
大きくなる。ここで、符号ＳＷで示す様な揺動運動が重
心Ｇを中心にして回転部１１に生じた場合、受動安定形
磁気軸受２４において復元力が発生する。この復元力は
比較的大きな基部１２の径寸法により大きなモーメント
となり、揺動運動ＳＷを抑制することが出来る。

【００２８】なお、図示の実施例においては所謂２軸式
のものが説明されているが、その他の形式の磁気軸受に
より支持された場合も、本発明が好適に実施されること
を付記する。換言すれば、本発明の技術的範囲は、図１
の実施例に限定される趣旨ではない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した本発明の効果を、以下に列
挙する。

【００３０】（１）　　モータによる半径方向に作用す
る不安定力や内乱が極めて小さくなって、回転部の非接
触浮上状態が好適に維持される。

【００３１】（２）　　ロータ基部の径が従来のものよ
りも大きくなるため、受動形磁気軸受で生じる復元力に
よる回転部の揺動を抑制するモーメントが大きくなり、
回転部の揺動が効果的に抑制される。

【００３２】（３）　　能動形磁気軸受の電磁石に供給
する電流が減少する。

【００３３】（４）　　電力消費量が減少する。

【００３４】（５）　　電磁石部分の発熱量が減少する
。

【００３５】（６）　　レイアウト及びデザイン上の自
由度が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面正面図。

【符号の説明】

１０・・・ロータ１２・・・基部１４・・・フランジ状部分１６・・・固定部１８・・・円筒形状部分２０・・・回転軸２２・・・モータ２４・・・受動形磁気軸受２６、２８・・・永久磁石３０、３２・・・磁性材料４０・・・能動形磁気軸受４２・・・電磁石４４・・・変位センサ４６、４８・・・非常用軸受設置位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ロータ、回転軸、モータからなる回転
部と、固定部とを含む回転機械に用いられる回転体支持
装置において、前記ロータは円盤状の基部と該基部の周
縁部から下方へ延在しているフランジ状部分とを含み、
前記固定部は円筒形状部分を含んでおり、前記モータは
ロータの基部下面とそれに対向する固定部の円筒形状部
分の上面との間に配置されたことを特徴とする回転体支
持装置。
【請求項２】　　ロータ、回転軸、モータからなる回転
部と、固定部と、半径方向磁気軸受と、軸方向磁気軸受
とを含む回転機械に用いられる回転体支持装置において
、半径方向磁気軸受として電磁石を有する能動形磁気軸
受を備え、軸方向磁気軸受として永久磁石を有する受動
安定形磁気軸受を備えており、前記ロータは円盤状の基
部と該基部の周縁部から下方へ延在しているフランジ状
部分とを含み、前記固定部は円筒形状部分を含んでおり
、前記モータはロータの基部下面とそれに対向する固定
部の円筒形状部分の上面との間に配置されていることを
特徴とする回転体支持装置。