JPH0443625Y2 - - Google Patents

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JPH0443625Y2
JPH0443625Y2 JP1987002433U JP243387U JPH0443625Y2 JP H0443625 Y2 JPH0443625 Y2 JP H0443625Y2 JP 1987002433 U JP1987002433 U JP 1987002433U JP 243387 U JP243387 U JP 243387U JP H0443625 Y2 JPH0443625 Y2 JP H0443625Y2
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rotor yoke
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yoke
thrust
magnetic bearing
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、回転軸に回転子ヨーク(継鉄)を固
着し、該回転子ヨークから微小間隙を設けて、起
磁力を発生させる励磁コイルを備えた電磁石固定
子ヨークをケーシングに固定し、回転子ヨークと
電磁石固定子ヨーク間の相対変位を測定する変位
センサーを設け、該変位センサーからの出力信号
をもとに、上記回転子ヨークと電磁石固定子ヨー
ク間に磁気吸引力を作用させることにより、回転
体を被接触で支持するようスラスト磁気軸受に関
する。そして該スラスト磁気軸受は、ポンプ、タ
ーボ圧縮機、タービン、工作機械主軸など、スラ
スト荷重が大きな回転機械のスラスト軸受に用い
られる。
〔従来の技術〕
従来の円板状回転子ヨークつまり回転子ヨーク
円板を有するシラツト磁気軸受装置の例を、第3
図について説明する。
第3図は、電磁石を用いた従来のスラスト磁気
軸受部の縦断面図と、電磁石の電流を制御するた
めの制御回路部を示している。
図において、回転軸1は、図示しないラジアル
軸受と本スラスト軸受とで支持されて回転するよ
うになつている。外部から回転軸方向に作用する
スラスト荷重は、回転ヨーク円板3、固定子ヨー
ク4、励磁コイル5、変位センサー6、位相補償
回路7、電力増幅器8から構成されたスラスト軸
受で受け、ケーシング2内での回転軸1を、所定
の位置で位置決めしている。
本スラスト磁気軸受は、回転子ヨーク円板3と
固定子ヨーク4との間の軸方向磁気吸引力を制御
して回転軸1の位置決めを行なうため、変位セン
サー6によつて回転子ヨーク円板3と固定子ヨー
ク4の相対変位に比例した電気信号を発生し、そ
の信号を位相補償回路7から電力増幅器8へ導
き、固定子ヨーク4内の励磁コイル5の電流を制
御する。
回転子ヨーク円板3は、固定子ヨーク4との間
の隙間を一定に保ち易くするため、等厚円板とな
つている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記した従来のスラスト磁気軸受においては、
回転子ヨーク円板3と固定子ヨーク4との間に磁
気回転が構成され、第4図に示す磁束21が両ヨ
ーク3と4を貫通する。
また、この種のスラスト磁気軸受の軸方向の制
御可能なスラスト荷重は、回転子ヨーク円板3と
固定子ヨーク4を貫通する磁束の飽和によつて決
定される。従つて、大きなスラスト荷重を受ける
回転機械用スラスト磁気軸受においては、回転子
ホーク円板3の側面積を大きくする必要がある。
ところが、回転軸の回転数が高い場合、回転子
ヨーク円板3は遠心力に対する強度の制限から、
該円板3の外径を大きくできない。このため、高
スラスト荷重を受ける高速回転機械に適用できな
いことがあるという問題点があつた。
上記の問題点に対処するために、ヨークの軸と
の付根部分を太くして機械的強度を持たせ、先端
を細くして回転遠心力による破壊を来さない限度
の該ヨークの外径を大きく構成したスラスト磁気
軸受が既に考案されている。(実開昭60−7424号
公報参照) 本考案は、上記既に考案されたものにおける回
転子ヨーク円板の耐遠心力強度を更に一層大きく
して、より一層円板外径を大きくし、許容スラス
ト荷重を一層大きくしたスラスト磁気軸受を提供
することを目的としている。
〔考案が解決しようとする問題点〕
上記の目的を達成するために、本考案は、回転
軸に固着した円板状磁性材料製回転子ヨークと、
該回転子ヨークに微小隙間を設けて対向し、ケー
シングに固定され、且つ起磁力を発生させるコイ
ルを備え軸方向に並設された2個1組の電磁石固
定子ヨークと、上記回転子ヨークと固定子ヨーク
間の相対変位を測定する変位センサーと、該変位
センサーからの出力信号をもとに回転子ヨークと
1組の電磁石固定子ヨーク間に作用する磁気吸引
を制御する補償回路と電力増幅器とから構成され
るスラスト磁気軸受において、前記円板状回転子
ヨークを、その外周部の厚さをh0、外半径をr0
cを定数としたとき、該回転子ヨーク円板の軸方
向の厚さhが半径rの函数 h=h0e-c(r2-r02) を満足する形状に近い断面形状に形成し、上記回
転子ヨーク円板の外周面上に、周方向に巻き付け
たカーボン繊維又はガラス繊維で補強した強化プ
ラスチツクを取付けたことを特徴としている。
〔作用〕
本考案は、回転子ヨーク円板の板厚を、上記の
ような半径rの関数となるように半径方向に変化
させているので、該回転子ヨーク円板の耐遠心力
強度を増す。従つて、回転子ヨーク円板の外径を
大きくできるので、回転子ヨークに対向する回転
子ヨーク円板の側面積及びそれに対応する固定子
ヨークの回転軸に直角な断面積も大きくすること
が可能となる。
また、回転子ヨークと固定子ヨーク間に作用す
る吸引力Fは、次式で表わされる。
F=S/2μ0B2 ここで、Sは表面積、Bは磁束密度である。
従つて、回転子ヨークと固定子ヨークの対向す
る表面積Sが増加すれば、該表面積Sに比例して
吸引力つまりスラスト荷重を大きくすることがで
きる。
更に本考案は、回転子ヨーク円板の外周面上
に、周方向に巻き付けたカーボン繊維又はガラス
繊維で補強された強化プラスチツクを取付けてい
るので、高速回転中に該回転子ヨーク円板外周部
に圧縮応力が発生し、これにより該円板の許容外
半径をより一層大きくすることができる。その結
果、回転子ヨーク円板の側面積をより一層大きく
することができるため、回転子ヨークと固定子ヨ
ーク間の磁気吸引力つまり許容スラスト荷重を一
層大きくすることができる。
〔実施例〕
次に、本考案の実施例を図面と共に説明する。
第1図は、本考案のスラスト磁気軸受の一実施
例を示す縦断面図であるので、図中、第3図に記
載した符号と同一の符号は同一ないし同類部分を
示し、制御回路部の図示が省略されている。
図において、回転子ヨーク円板13のスラスト
方向の厚さhは、半径rの関数とし、r0を該円板
13の外半径で、該円板13の外周部に強化プラ
スチツク19を取り付けていないときの外半径、
h0をr0での板厚としたときの h=h0e-c(r2-r02) で与えられる。
第2図は、回転子ヨーク円板内の接線方向の引
張応力σ〓の分布図である。図において、横軸は半
径r、縦軸は引張応力σ〓を示している。また縦線
上のσ〓aは該回転子ヨーク円板材料から決まる許
容引張応力を示し、横軸上のr1は、回転子ヨーク
円板13の内半径つまり回転軸1との嵌合部内径
を示している。回転子ヨーク円板13の外径は、
内径における引張力σ〓がσ〓a以下となるように決
められる。
上式に従つて回転子ヨーク円板の板厚を決めれ
ば、第2図における引張応力σ〓が破線(一点鎖
線)の分布となり、いわゆる第1図に示すような
平等強さの円板を実現できる。
なお、第3図に示すような従来の等板厚円板の
場合の引張応力σ〓は、第2図における実線とな
り、該等板厚円板の場合に許容しうる外半径は
R0となる。また前式に従つて円板厚さを決めれ
ば、その場合の許容半径はr0′となり、前記R0
り大きな外半径の円板を回転子ヨーク円板13と
して使用できることとなる。なお、実施に当つて
は、上記許容外半径r0′に近いr0(第1図)で使用
されることが多く、また該円板13の断面形状
は、前式による形状に近い形状であつても実質上
差支えない。
更に、前式に従つて円板厚さを決めると共に、
第1図に示すように、該円板13の外周部上に、
周方向に巻きつけたカーボン繊維又はガラス繊維
で補強された(引張強度/比重)が大きい強化プ
ラスチツク(CFRP,GFRP,なおFRPは強化プ
ラスチツクの略語である)19を取りつけ、高速
回転中に該円板外周部に−σ〓0の圧縮圧力を発生
させるようにしたことにより、許容外半径は、第
2図に示すようにr0′より大きいr0秒とすること
ができる。
この実施例によれば、回転子ヨーク円板13の
外径は、前式に近い断面形状の円板にすることに
よつて、該円板13の外径を大きくすることがで
き、更に、該円板外周上をCFRP,GFRP等で補
強することによつて、より一層円板外径を大きく
することができる。その結果、回転子ヨーク円板
の側面積をより一層大きくすることができるた
め、固定子ヨーク断面も大きくでき、回転子ヨー
クと固定子ヨーク間の磁気吸引力つめり許容スラ
スト荷重を一層大きくすることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本考案によれば、回転子
ヨーク円板の板厚を前記したような半径の関数と
なるように半径方向に変化させると共に、該回転
子ヨーク円板の外周面上に、周方向に巻き付けた
カーボン繊維又はガラス繊維で補強した強化プラ
スチツクを取付けたことにより、高速回転中に該
回転子ヨーク円板外周部に圧縮応力が発生し、こ
れにより該円板の許容外半径をより一層大きくす
ることができ、その結果、回転子ヨーク円板の側
面積をより一層大きくすることができるため、ス
ラスト磁気軸受の許容スラスト荷重を一層大きく
することが可能となり、高速、高スラスト荷重の
回転機械に該スラスト磁気軸受が使用できる。
また、磁気軸受は一般のすべり軸受に比較して
動力損失が大幅に小さいため、該スラスト磁気軸
受を使用した回転機械では、効率の大幅な改善を
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例を示す回転子ヨーク円
板を用いたスラスト磁気軸受の縦断面図、第2図
は第1図に示す回転子ヨーク円板の接線方向引張
応力分布図、第3図は電磁石を用いた従来のスラ
スト磁気軸受の縦断面図と制御回路のブロツク
図、第4図は第3図に示す従来のスラスト磁気軸
受の磁気回路の要部説明図である。 1……回転軸、2……ケーシング、5……励磁
コイル、6……変位センサー、7……位相補償回
路、8……電力増幅器、13……回転子ヨーク円
板、14……固定子ヨーク、19……強化プラス
チツク、21……磁束。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 回転軸に固着した円板状磁性材料製回転子ヨー
    クと、該回転子ヨークに微小隙間を設けて対向
    し、ケーシングに固定され、且つ起磁力を発生さ
    せるコイルを備え軸方向に並設された2個1組の
    電磁石固定子ヨークと、上記回転子ヨークと固定
    子ヨーク間の相対変位を測定する変位センサー
    と、該変位センサーからの出力信号をもとに回転
    子ヨークと1組の電磁石固定子ヨーク間に作用す
    る磁気吸引力を制御する補償回路と電力増幅器と
    から構成されるスラスト磁気軸受において、前記
    円板状回転子ヨークを、その外周部の厚さをh0
    外半径をr0,cを定数としたとき、該回転子ヨー
    ク円板の軸方向の厚さhが半径rの函数 h=h0e-c(r2-r02) を満足する形状に近い断面形状に形成し、上記回
    転子ヨーク円板の外周面上に、周方向に巻き付け
    たカーボン繊維又はガラス繊維で補強した強化プ
    ラスチツクを取付けたことを特徴とするスラスト
    磁気軸受。
JP1987002433U 1987-01-13 1987-01-13 Expired JPH0443625Y2 (ja)

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JP1987002433U JPH0443625Y2 (ja) 1987-01-13 1987-01-13

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JPS63110719U JPS63110719U (ja) 1988-07-16
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS607424B2 (ja) * 1979-12-18 1985-02-25 三菱電機株式会社 時分割多方向多重同期回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS607424U (ja) * 1983-06-28 1985-01-19 日本精工株式会社 スラスト磁気軸受

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS607424B2 (ja) * 1979-12-18 1985-02-25 三菱電機株式会社 時分割多方向多重同期回路

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JPS63110719U (ja) 1988-07-16

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