JPH04236819A - スラスト磁気軸受 - Google Patents

スラスト磁気軸受

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JPH04236819A
JPH04236819A JP3013057A JP1305791A JPH04236819A JP H04236819 A JPH04236819 A JP H04236819A JP 3013057 A JP3013057 A JP 3013057A JP 1305791 A JP1305791 A JP 1305791A JP H04236819 A JPH04236819 A JP H04236819A
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JP
Japan
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thrust
bearing
compensation circuit
signal
rotating shaft
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Application number
JP3013057A
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English (en)
Inventor
Yoichi Kanemitsu
金光　陽一
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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    • 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
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • 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
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F16C2360/45—Turbo-molecular pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は潤滑油の使用を避けるよ
うな高真空が要求される、例えばＬＳＩ製造工程に使用
されるターボ分子ポンプ、或いはドライガスシールと組
み合わせて使用することにより潤滑油給油装置を必要と
しないターボ圧縮機の回転軸を支持するスラスト磁気軸
受に関するものである。
【０００２】
【従来技術】図４は従来のスラスト磁気軸受及びラジア
ル磁気軸受により支持した回転軸の縦断面図である。
【０００３】図４において、１は回転軸であり、該回転
軸１にはラジアル軸受ロータ継鉄１７，１７及び磁性材
料製のスラストディスク２７が固着されている。ラジア
ル軸受ロータ継鉄１７，１７に対向してラジアル軸受ケ
ーシング２に固着されたラジアル軸受継鉄１６，１６が
配置されて、該ラジアル軸受継鉄１６，１６にはそれぞ
れラジアル用励磁コイル１５，１５が固着されている。
【０００４】また、スラストディスク２７に微小隙間を
設けて対向し、スラスト軸受ケーシング３に固着された
断面コ字状の一対のスラスト軸受継鉄リング２６，２６
が配置され、該スラスト軸受継鉄リング２６，２６の凹
部にはそれぞれスラスト用励磁コイル２５，２５が挿入
されている。
【０００５】また、１１，１１は回転軸１の軸方向と直
交する方向（ラジアル方向）の変位を検出するラジアル
変位センサであり、該ラジアル変位センサ１１の出力は
ラジアルセンサアンプ１２で増幅され、ラジアル方向補
償回路１３及びラジアル用電力増幅器１４，１４を通し
て、ラジアル用励磁コイル１５，１５に供給される。
【０００６】また、２１は回転軸１の軸方向の変位を検
出するスラスト変位センサであり、該スラスト変位セン
サ２１の出力はスラストセンサアンプ２２で増幅し、ス
ラスト方向補償回路２３及びスラスト用電力増幅器２４
，２４を通して、スラスト用励磁コイル２５，２５に供
給される。
【０００７】図５は磁気軸受支持の回転軸の曲げ固有振
動モードを示す図であり、図示するように、スラストデ
ィスク２７は回転運動を行う。
【０００８】上記のように従来のスラスト磁気軸受は、
スラスト用励磁コイル２５を挿入した断面コ字状のスラ
スト軸受継鉄リング２６を直接スラスト軸受ケーシング
３に固定する構成であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の磁気軸受で
支持された回転軸１は、しばしば回転軸１の曲げ固有振
動数の発振現象（不安定振動）が発生していた。その原
因の多くは磁気軸受の制御力が比較的周波数領域に限ら
れているため、回転軸の曲げ固有振動数のような比較的
高周波数の振動には無力であったためである。磁気軸受
を極端に大きくするとか、その電力増幅機の容量を大き
くするとかにより、このような問題を防止できる可能性
がない訳でもないが、これは非経済的である。
【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
、回転軸に発生する回転軸の曲げ振動を防止できるスラ
スト磁気軸受を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、回転軸に固着した円板状の磁性材料製スラス
トディスクと、該スラストディスクに微小隙間を設けて
対向し且つ励磁コイルを挿入するコアを持つ断面コ字状
の一対の電磁石継鉄リングと、該電磁石継鉄リングに挿
入される励磁コイルを具備し、前記回転軸の軸方向の変
位を計測するスラスト方向変位センサと該変位センサの
出力をセンサアンプで増幅し、該増幅した変位信号を基
に位相補償等の機能を持つ補償回路及び電力増幅器を通
して前記励磁コイルに供給するように構成されたスラス
ト磁気軸受において、前記一対の継鉄リングを共に固定
する浮動ケーシングと、該浮動ケーシングと軸受ケーシ
ングの間に円周方向に複数個配置し軸方向の力を発生す
る圧電形アクチュエータを挿入し、前記スラスト変位セ
ンサ或いはラジアル磁気軸受用等の回転軸の横方向の変
位振動を測定するラジアル変位センサからの信号により
スラスト軸受のスラストディスク位置での大凡の回転軸
振動の回転角を推定し、その信号を基に位相補償を行う
補償回路と、該補償回路の出力を増幅しその出力により
前記圧電アクチュエータを駆動する電力増幅器を設けた
ことを特徴とする。
【００１２】
【作用】上記のように、スラスト磁気軸受に一対の継鉄
リングを共に固定する浮動ケーシングと軸受ケーシング
の間に円周方向に複数個配置し軸方向の力を発生する圧
電形アクチュエータを挿入し、スラスト方向変位センサ
或いはラジアル磁気軸受用等の回転軸の横方向の変位振
動を測定するラジアル変位センサからの信号により、ス
ラスト軸受のスラストディスク位置での大凡の回転軸振
動の回転角を推定し、その信号を基に位相補償を行う補
償回路の出力で圧電アクチュエータを駆動することによ
り、スラスト変位センサ或いはラジアル変位センサから
の信号から推定したスラストディスク位置での大凡の回
転軸振動の回転角を打ち消すように、前記円周方向に配
置した複数の圧電アクチュエータを軸方向に伸縮させて
スラストディスクと電磁石継鉄リングとの隙間を円周方
向に変化させ、さらにスラストディスクと電磁石との磁
気吸引力を円周方向に変化させることができる。その結
果、回転軸に発生する固有振動数の自励振動を防止でき
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例を示す図で、ラジアル磁気
軸受及びスラスト磁気軸受で支持した回転軸の縦断面図
である。同図において、図４と同一符号を符した部分同
一又は相当部分を示す。以下他の図面においても同様と
する。
【００１４】図１において、３６は浮動ケーシングであ
り、該浮動ケーシング３６にスラスト用励磁コイル２５
が挿入されたスラスト軸受継鉄リング２６が固着されて
いる。該浮動ケーシング３６とスラスト軸受ケーシング
３の間に円周方向に複数個の軸方向の力を発生する圧電
形アクチュエータ３５が配置される。
【００１５】回転軸１の端部にはスラストセンサディス
ク２０が固着され、該スラストセンサディスク２０に対
向して円周方向に少なくとも４個のスラスト変位センサ
２１が配置されている。
【００１６】円周方向に少なくとも４個配置されたスラ
スト変位センサ２１により、スラストセンサディスク２
０の変位が検出され、この検出信号はスラストセンサア
ンプ２２で増幅され、加算回路３１、位相スラスト補償
回路２３、スラスト用電力増幅器２４を通してスラスト
用励磁コイル２５に供給される。該スラスト用励磁コイ
ル２５からの磁束はスラスト軸受継鉄リング２６を通っ
てスラストディスク２７に作用し、回転軸１のスラスト
方向の位置制御を行う。
【００１７】他方、スラストセンサアンプ２２で増幅さ
れた前記４個のスラスト変位センサ２１の変位検出信号
の差信号を基に、回転角推定回路３２はスラストディス
ク２７の回転角を推定する。この回転角推定回路３２の
出力をバンドパス、微分等の回路含み、主として回転軸
の曲げ固有振動数の近傍周波数のみを選択的に補償する
機能を備えた補償回路３３に導く。該補償回路３３から
の出力信号を電力増幅器３４で増幅して圧電形アクチュ
エータ３５に供給する。
【００１８】これにより、圧電形アクチュエータ３５は
伸縮され、浮動ケーシング３６を駆動する。その結果、
浮動ケーシング３６内に固定したスラスト軸受継鉄リン
グ２６とスラストディスク２７との隙間を円周方向に変
化させることができる。この時スラストディスク２７と
スラスト用励磁コイル２５及びスラスト軸受継鉄リング
２６からなる電磁石の磁気吸引力も円周方向に変化し、
モーメントを回転軸１に作用させることができる。この
モーメントにより回転軸１の曲げ固有振動を低減させる
ことができる。
【００１９】上記図１に示す実施例では、スラスト変位
センサ２１からの信号により、対を成す圧電形アクチュ
エータ３５をプッシュプルで伸縮させ、スラスト磁気軸
受用の電磁石（スラスト用励磁コイル２５とスラスト軸
受継鉄リング２６で構成される。）を駆動している。
【００２０】図２は本発明の他の実施例を示す図で、ラ
ジアル磁気軸受及びスラスト磁気軸受で支持した回転軸
の縦断面図である。
【００２１】図２において、ラジアル変位センサ１１の
出力をラジアルセンサアンプ１２で増幅した回転軸１の
軸方向と直交する方向（ラジアル方向）の変位信号をラ
ジアル方向補償回路１３と補償回路４３に供給する。補
償回路４３はバンドパス、微分等補償のための回路を含
み、主として回転軸１の曲げ固有振動数の近傍周波数の
みを選択的に補償する機能を備えた回路である。
【００２２】この補償回路４３の信号を電力増幅器３４
で増幅し、圧電形アクチュエータ３５に供給する。これ
により圧電形アクチュエータ３５は伸縮し、浮動ケーシ
ング３６を駆動する。その結果、浮動ケーシング３６内
に固定したスラスト軸受継鉄リング２６とスラストディ
スク２７の隙間を周方向に変化させることができる。こ
の時スラストディスク２７と電磁石（スラスト用励磁コ
イル２５とスラスト軸受継鉄リング２６からなる）との
吸引力も円周方向に変化し、モーメントを回転軸１に作
用させることができる。このモーメントにより回転軸１
の曲げ固有振動を低減させる。
【００２３】上記図２に示す実施例は、ラジアル変位セ
ンサ１１からの信号により、対をなす圧電アクチュエー
タをプッシュプルで伸縮させ、スラスト磁気軸受の電磁
石を駆動している。
【００２４】図３は本発明の他の実施例を示す図で、ラ
ジアル磁気軸受及びスラスト磁気軸受で支持した回転軸
の縦断面図である。本実施例が図１の実施例と相違する
点は、本実施例では圧電形アクチュエータ３５がスラス
ト軸受継鉄リング２６とスラスト軸受ケーシング３の片
側にのみ設けられ、その反対側には予荷重を付加する弾
性材５１が設けられている点である。
【００２５】図３において、スラスト変位センサ２１に
より、スラストセンサディスク２０の変位が検出され、
この検出信号はスラストセンサアンプ２２で増幅され、
加算回路３１、位相スラスト補償回路２３、スラスト用
電力増幅器２４を通してスラスト用励磁コイル２５に供
給される。該スラスト用励磁コイル２５からの磁束はス
ラスト軸受継鉄リング２６を通ってスラストディスク２
７に作用し、回転軸１のスラスト方向の位置制御を行う
。
【００２６】他方、スラスト変位センサ２１の変位検出
信号の差信号を基に、回転角推定回路３２はスラストデ
ィスク２７の回転角を推定する。この回転角推定回路３
２の出力をバンドパス、微分等の回路含み、主として回
転軸の曲げ固有振動数の近傍周波数のみを選択的に補償
する機能を備えた補償回路３３に導く。該補償回路３３
からの出力信号を電力増幅器３４で増幅して圧電形アク
チュエータ３５に供給する。
【００２７】これにより、圧電形アクチュエータ３５は
伸縮され、該圧電形アクチュエータ３５と予荷重を付加
する弾性材５１を介してスラスト軸受ケーシング３に接
続した浮動ケーシング３６を駆動する。その結果、浮動
ケーシング３６内に固定したスラスト軸受継鉄リング２
６とスラストディスク２７の隙間を周方向に変化させる
ことができる。このときスラストディスク２７とスラス
ト制御用電磁石（スラスト用励磁コイル２５とスラスト
軸受継鉄リング２６からなる）の磁気吸引力も円周方向
に変化し、モーメントを回転軸１に作用させることがで
きる。このモーメントにより回転軸１の曲げ固有振動を
低減させることができる。
【００２８】上記図３に示す実施例では、スラスト変位
センサ２１からの信号により、片側のみに設置した圧電
形アクチュエータ３５を伸縮させ、スラスト軸受用の電
磁石を駆動している。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るスラス
ト軸受では、スラスト軸受のスラストディスク位置での
大凡の回転軸振動の回転角を打ち消すように、円周方向
に配置した複数の圧電形アクチュエータを軸方向に伸縮
させてスラストディスクと電磁石の隙間を円周方向に変
化させ、更にスラストディスクと電磁石との磁気吸引力
を円周方向に変化させることができる。その結果、回転
軸に発生する曲げ固有振動数の自励振動を防止できると
いう優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図で、ラジアル磁気軸受
及びスラスト磁気軸受で支持した回転軸の縦断面図であ
る。
【図２】本発明の他の実施例を示す図で、ラジアル磁気
軸受及びスラスト磁気軸受で支持した回転軸の縦断面図
である。
【図３】本発明の他の実施例を示す図で、ラジアル磁気
軸受及びスラスト磁気軸受で支持した回転軸の縦断面図
である。
【図４】従来のラジアル磁気軸受及びスラスト磁気軸受
で支持した回転軸の縦断面図である。
【図５】回転軸の曲げ固有振動モードを示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　回転軸 ２　　　　　　　　ラジアル軸受ケーシング３　　　　
　　　　スラスト軸受ケーシング１１　　　　　　ラジ
アル変位センサ １２　　　　　　ラジアル軸受ケーシング１３　　　　
　　ラジアル方向補償回路１４　　　　　　ラジアル用
電力増幅器１５　　　　　　ラジアル用励磁コイル１６
　　　　　　ラジアル軸受継鉄 １７　　　　　　ラジアル軸受ロータ継鉄２０　　　　
　　スラストセンサディスク２１　　　　　　スラスト
変位センサ ２２　　　　　　スラストセンサアンプ２３　　　　　
　スラスト方向位相補償回路２４　　　　　　スラスト
用電力増幅器２５　　　　　　スラスト用励磁コイル２
６　　　　　　スラスト軸受継鉄リング２７　　　　　
　スラストディスク ３１　　　　　　加算回路 ３２　　　　　　回転角推定回路 ３３　　　　　　補償回路 ３４　　　　　　電力増幅器 ３５　　　　　　圧電形アクチュエータ３６　　　　　
　浮動ケーシング ４３　　　　　　補償回路 ５１　　　　　　予荷重用弾性材

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転軸に固着した円板状の磁性材料製スラ
    ストディスクと、該スラストディスクに微小隙間を設け
    て対向し且つ励磁コイルを挿入するコアを持つ断面コ字
    状の一対の電磁石継鉄リングと、該電磁石継鉄リングに
    挿入される励磁コイルを具備し、前記回転軸の軸方向の
    変位を計測するスラスト方向変位センサと該変位センサ
    の出力をセンサアンプで増幅し、該増幅した変位信号を
    基に位相補償等の機能を持つ補償回路及び電力増幅器を
    通して前記励磁コイルに供給するように構成されたスラ
    スト磁気軸受において、前記一対の継鉄リングを共に固
    定する浮動ケーシングと、該浮動ケーシングと軸受ケー
    シングの間に円周方向に複数個配置し軸方向の力を発生
    する圧電形アクチュエータを挿入し、前記スラスト変位
    センサ或いはラジアル磁気軸受用等の回転軸の横方向の
    変位振動を測定するラジアル変位センサからの信号によ
    りスラスト軸受のスラストディスク位置での大凡の回転
    軸振動の回転角を推定し、その信号を基に位相補償を行
    う補償回路と、該補償回路の出力を増幅しその出力によ
    り前記圧電アクチュエータを駆動する電力増幅器を設け
    たことを特徴とするスラスト磁気軸受。
JP3013057A 1991-01-10 1991-01-10 スラスト磁気軸受 Pending JPH04236819A (ja)

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