JPH04337112A - 磁気軸受の減衰機構 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石の磁気力によ
り回転体の半径方向の並進運動と傾き運動とを安定化す
る受動磁気軸受と、回転体の軸線方向の運動を安定化す
る能動磁気軸受と、半径方向振動に対する減衰機構とを
備え、前記受動磁気軸受の回転体側の永久磁石を固定側
の永久磁石に対し中立位置から軸線方向にシフトして配
設することにより一方に付勢する軸線方向力を発生し、
該軸線方向力を補償する電磁石を備え、前記減衰機構を
軸線方向には固定すると共に半径方向には可動にする滑
り機構を設け、該滑り機構の可動部と固定部との間に介
装した減衰部材により半径方向の振動を減衰させると共
に、前記受動磁気軸受の発生する軸線方向力により可動
部が固定部に押圧された面で発生する摩擦を利用して半
径方向の振動を減衰させる磁気軸受の減衰機構に関する
。

【０００２】

【従来の技術】かかる磁気軸受を図６について説明する
。

【０００３】固定部１には、ロータ２が下部及び上部の
受動磁気軸受１０、１０ａにより半径方向の並進運動と
傾き運動とを安定化するように支持されている。また、
故底部１の頂部には、ロータ２の軸線方向の位置を制御
するための能動磁気軸受２０が設けられている。更に、
下部の受動磁気軸受１０には、半径方向の振動に対する
減衰機構３０が設けられている。なお、図中の符号３は
非常用軸受である。

【０００４】下部の受動磁気軸受１０を例に説明すると
、固定部１側には、図示の例では４個の相互に磁極が異
なる環状の永久磁石からなる固定部側永久磁石１１が設
けられている。ロータ２側には、前記永久磁石１１と同
様な永久磁石１２が、中立位置からシフト量ΔＺ（図１
）だけ軸方向上方にシフトして設けられている。したが
って、永久磁石１１、１２の反撥力により、可動部３２
を下方に付勢する軸線方向力ＦＺが発生する。

【０００５】能動磁気軸受２０は、固定部１に設けられ
た電磁石２１と、ロータ２に設けられた磁性体２３とか
らなっており、電磁石２１が磁性体２３を下方へ引き付
けることにより前記軸方向力に対抗する。従って、コイ
ル２２への電流の制御により軸線方向力ＦＺを補償する
ことが出来る。

【０００６】減衰機構３０は、固定部１に設けられ、断
面がコ字状で環状の固定部材３１と、固定部側永久磁石
１１が固設され、断面がＬ字状で下部が固定部材３１の
上下部間に収められた環状の可動部３２と、半径方向に
ついて固定部材３１と可動部３２との間に介装された減
衰部材３３とからなっている。そして、軸線方向につい
て固定部材３１と可動部３２との間には、可動部３２を
軸線方向に固定すると共に、半径方向には可動にする滑
り機構が構成されている。該滑り機構は摩擦係数の小さ
な材料（例えばテフロン材）の滑り部材３４と可動部３
２とを含む。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の磁気軸受におい
て、受動磁気軸受が発生する軸線方向力ＦＺは、ほぼ半
径方向復元力に比例するため、半径方向復元力を大きく
とれば、軸線方向力ＦＺも大きくなってしまう。摩擦力
は抗力に比例するから、軸線方向力ＦＺが大きければ摩
擦力も大きくなり、ロータ２が振動しても可動部３２が
動かない不具合が起こる。

【０００８】したがって、軸線方向力ＦＺを小さく設定
するためには、シフト量ΔＺを小さくすることが必要と
なるが、最初からシフト量ΔＺを小さく設定すると、受
動磁気軸受１０及び１０ａの固定部と可動部それぞれの
位置精度を精密に組立てなければならず、非常用軸受３
とロータ２との軸方向の可動範囲において一方向の軸線
方向力ＦＺを発生させることは困難である。すなわち、
シフト量ΔＺが負になると反対方向（下方）への軸線方
向力ＦＺが発生し、ロータ２の軸方向位置を磁気的に制
御することが不可能となってしまう。

【０００９】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、回転体の半径方向の振動を効果
的に減衰させる磁気軸受の減衰機構を提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受の減衰
機構は、永久磁石の磁気力により回転体の半径方向の並
進運動と傾き運動とを安定化する受動磁気軸受と、回転
体の軸線方向の運動を安定化する能動磁気軸受と、半径
方向振動に対する減衰機構とを備え、前記受動磁気軸受
の回転体側の永久磁石を固定側の永久磁石に対し中立位
置から軸線方向にシフトして配設することにより軸線方
向の一方に付勢する軸線方向力を発生し、該軸線方向力
を補償する電磁石を備え、前記減衰機構を軸線方向には
固定すると共に半径方向には可動にする滑り機構を設け
、該滑り機構の可動部と固定部との間に介装した減衰部
材により半径方向の振動を減衰させると共に、前記受動
磁気軸受の発生する軸線方向力により可動部が固定部に
押圧された面で発生する摩擦を利用して半径方向の振動
を減衰させる磁気軸受において、あらかじめ設定された
回転数において、前記能動磁気軸受により回転体の軸線
方向の位置を制御し、前記受動磁気軸受の軸線方向力を
変化させて前記滑り機構部の摩擦力を小さくし、前記可
動部が小さい振動で動き減衰力を発生するように制御す
る制御回路を設けたことを特徴としている。

【００１１】或いは、半径方向の振動を検出するセンサ
を設け、該センサからの信号に基づき、半径方向の振動
が大きくなったときに、前記能動磁気軸受により回転体
の軸線方向の位置を制御し、前記受動磁気軸受の軸線方
向力を変化させることにより前記滑り機構の摩擦力を小
さくし、前記可動部が小さな振動で動き減衰力を発生す
るように制御する制御回路を設けたことを特徴としてい
る。

【００１２】上記シフト量は、半径方向復元力を大きく
する軸線方向力を発生するような量を個々の状況に対応
して設定するのが好ましい。

【００１３】

【作用】上記のように構成された磁気軸受の減衰機構に
おいては、あらかじめ設定された例えば共振点の回転数
に達するか、又は、ロータの半径方向の振動が所定値よ
り大きくなると、制御回路はコイルへの励磁電流を増し
て能動磁気軸受の吸引力を増加し、シフト量を減らして
軸線方向力を小さくする。これにより可動部の摩擦力を
減らして可動部が小さい振動でも動くようにし、減衰部
材によりロータの振動を効果的に減衰する。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１５】なお、図１及び図４において図６に対応す
る部分については、同じ符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１６】図１において、シフト量ΔＺは、半径方向
復元力を大きくする軸線方向力ＦＺを発生するような量
に設定されている。能動磁気軸受２０のコイル２２は、
電気回路Ｌ１により制御回路４０に接続され、その制御
回路４０には、電気回路Ｌ２により公知任意のロータ回
転センサ４１が接続されている。

【００１７】この制御回路４０の制御原理を図２により
説明する。可動部３２と滑り部材３４との間に発生する
摩擦力Ｆｒは、摩擦係数をμとすると、Ｆｒ＝μ・ＦＺ
となる。ここで、受動磁気軸受１０の軸方向、半径方向
の剛性をばね系に置き代えると、それぞればね定数ＫＺ
、Ｋｒで表わされるので、上式は、Ｆｒ＝μ・ＫＺ・Δ
Ｚ となり、ロータ２の半径方向変位をΔｘ、半径方向の力
をＦｆとすると、 Ｆｆ＝Ｋｒ・Δｘ となる。可動部３２が動き出すためのロータ２の半径方
向変位Δｘを数式で表現する。

【００１８】可動部３２が動き出すためには、Ｆｒ≦Ｆ
ｆ となる必要がある。従って、前記半径方向変位Δｘは、
次式で示される。

【００１９】 （ａは比例定数で、ＫＺ＝ａ・Ｋｒ） この式から、滑り部材３４の摩擦係数μと、受動磁気軸
受１０の軸方向剛性ＫＺ及び半径方向の剛性Ｋｒに応じ
、ロータ２に所定の変位Δｘを与えると、可動部３２が
小さな振動で動き出すようになる。

【００２０】次に、図３を参照して作用を説明する。

【００２１】制御回路４０は、回転センサ４１からの信
号に基づき、ロータ２の回転数が共振回転数以上か否か
を判定する（ステップＳ１）。ＹＥＳだったら、コイル
２２への励磁電流を増し、電磁石２１の吸引力を大きく
してシフト量ΔＺを小さくする（ステップＳ２）。これ
により可動部３２が小さい振動でも動き易くなり、共振
振動は減衰部材３３により効果的に減衰される。次いで
、共振回転数以下になったか否かを判定し（ステップＳ
３）、ＹＥＳだったら、コイル２２への励磁電流を減ら
して、電磁石３１の吸引力を小さくし、シフト量ΔＺを
当初の値に戻して（ステップＳ４）、制御を終る。

【００２２】なお共振周波数は、個々の回転機械につい
て計算することが出来るの。

【００２３】図４は本発明の別の実施例を示し、ロータ
２の半径方向の振動を検出する例えば渦電流式の振動セ
ンサ４２を設けて制御回路４０Ａに接続し、他は図１と
同様に構成した例である。この実施例では図５に示すよ
うに、コントローラ４０ａは、振動センサ４２からの信
号に基づき、振動が所定値以上か否かを判定する（ステ
ップＳ１１）。ＹＥＳだったら、シフト量を小さくし（
ステップＳ１２）、振動が所定値以下になったか否かを
判定する（ステップＳ１３）。そして、ＹＥＳだったら
、シフト量を元に戻して（ステップＳ１４）、制御を終
る。

【００２４】ここで、ロータ２の半径方向の振動を検出
するセンサ４２は渦電流式の振動センサに限定されるも
のでは無く、非接触でロータ２と固定部１との間隔を計
測出来るものであれば良い。例えば静電容量形センサ、
光学式変位センサ、ホール素子等を適用出来る。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、ロータの共振を検出して該ロータのシフト
量を小さくすることにより、可動部を動き易くして、減
衰部材による振動の減衰効果を向上することが出来る。

【００２６】そして、共振発生時以外はロータのシフト
量を小さくする必要が無いため、ロータの軸方向位置を
磁気的に制御することが不可能となってしまう事態が防
止される。

【００２７】さらに、ロータのシフト量を調節するだけ
で共振による各種不都合が防止出来るので、制御機構等
の構成が簡略化されるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明の原理を説明する模式図。

【図３】制御フローチャートを示す図。

【図４】本発明の別の実施例を示す構成図。

【図５】制御フローチャートを示す図。

【図６】本発明が実施される磁気軸受装置を示す側断面
図。

【符号の説明】

１・・・固定部 ２・・・ロータ １０・・・受動磁気軸受 １１・・・固定部側永久磁石 １２・・・ロータ側永久磁石 ２０・・・能動磁気軸受 ２１・・・電磁石 ２２・・・コイル ３０・・・減衰機構 ３１・・・固定部材 ３２・・・可動部 ３３・・・減衰部材 ３４・・・滑り部材 ４０、４０Ａ・・・制御回路 ４１・・・回転センサ ４２・・・振動センサ ＦＺ・・・軸線方向力 ΔＺ・・・シフト量

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　永久磁石の磁気力により回転体の半径
   方向の並進運動と傾き運動とを安定化する受動磁気軸受
   と、回転体の軸線方向の運動を安定化する能動磁気軸受
   と、半径方向振動に対する減衰機構とを備え、前記受動
   磁気軸受の回転体側の永久磁石を固定側の永久磁石に対
   し中立位置から軸線方向にシフトして配設することによ
   り軸線方向の一方に付勢する軸線方向力を発生し、該軸
   線方向力を補償する電磁石を備え、前記減衰機構を軸線
   方向には固定すると共に半径方向には可動にする滑り機
   構を設け、該滑り機構の可動部と固定部との間に介装し
   た減衰部材により半径方向の振動を減衰させると共に、
   前記受動磁気軸受の発生する軸線方向力により可動部が
   固定部に押圧された面で発生する摩擦を利用して半径方
   向の振動を減衰させる磁気軸受において、あらかじめ設
   定された回転数において、前記能動磁気軸受により回転
   体の軸線方向の位置を制御し、前記受動磁気軸受の軸線
   方向力を変化させて前記滑り機構部の摩擦力を小さくし
   、前記可動部が小さい振動で動き減衰力を発生するよう
   に制御する制御回路を設けたことを特徴とする磁気軸受
   の減衰機構。
2. 【請求項２】　　永久磁石の磁気力により回転体の半径
   方向の並進運動と傾き運動とを安定化する受動磁気軸受
   と、回転体の軸線方向の運動を安定化する能動磁気軸受
   と、半径方向振動に対する減衰機構とを備え、前記受動
   磁気軸受の回転体側の永久磁石を固定側の永久磁石に対
   し中立位置から軸線方向にシフトして配設することによ
   り一方に付勢する軸線方向力を発生し、該軸線方向力を
   補償する電磁石を備え、前記減衰機構を軸線方向には固
   定すると共に半径方向には可動にする滑り機構を設け、
   該滑り機構の可動部と固定部との間に介装した減衰部材
   により半径方向の振動を減衰させると共に、前記受動磁
   気軸受の発生する軸線方向力により可動部が固定部に押
   圧された面で発生する摩擦を利用して半径方向の振動を
   減衰させる磁気軸受において、半径方向の振動を検出す
   るセンサを設け、該センサからの信号に基づき、半径方
   向の振動が大きくなったときに、前記能動磁気軸受によ
   り回転体の軸線方向の位置を制御し、前記受動磁気軸受
   の軸線方向力を変化させることにより前記滑り機構の摩
   擦力を小さくし、前記可動部が小さな振動で動き減衰力
   を発生するように制御する制御回路を設けたことを特徴
   とする磁気軸受の減衰機構。