JPH05146109A - 磁気ベアリングおよびモータ - Google Patents

磁気ベアリングおよびモータ

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JPH05146109A
JPH05146109A JP27152791A JP27152791A JPH05146109A JP H05146109 A JPH05146109 A JP H05146109A JP 27152791 A JP27152791 A JP 27152791A JP 27152791 A JP27152791 A JP 27152791A JP H05146109 A JPH05146109 A JP H05146109A
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JP
Japan
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peripheral portion
magnetic
magnet member
shaft
outer peripheral
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Withdrawn
Application number
JP27152791A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Hanatsumi
寛 花積
Masahito Komazaki
雅人 駒崎
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Publication of JPH05146109A publication Critical patent/JPH05146109A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F16C39/00Relieving load on bearings
    • F16C39/06Relieving load on bearings using magnetic means
    • F16C39/063Permanent magnets

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でシャフトの摩耗を防止すること
のできる磁気ベアリングを得る。 【構成】 シャフト2には、板部材12と磁石板14と
からなる第1の内磁部材16、及び板部材18と磁石板
20とからなる第2の内磁部材22が装着され、このシ
ャフト2の周りに、第1の内磁部材16に対向して第1
の外磁部材28が、また、第2の内磁部材22に対向し
て第2の外磁部材30が、それぞれ固定配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シャフト(回転軸)
を磁気力を用いて回転自在に支持する磁気ベアリング及
び該磁気ベアリングを用いたモータに関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】シャフトの回転運動を支持
する軸受としては、すべり軸受及びころがり軸受が広く
用いられているが、摩擦の少ないころがり軸受において
もシャフトとの接触があり、長期の使用によりシャフト
の摩耗は避けられない。
【0003】これを防止するものとして、シャフトの周
囲に設けられ、制御回路によって駆動される電磁石と、
該シャフトのスラスト方向及びラジアル方向の変位を検
出するセンサとを具備した磁気ベアリングがあるが、こ
のような磁気ベアリングにおいては、電磁石を駆動制御
する制御回路が必須であり、装置全体が複雑な構成とな
ってしまう欠点があった。
【0004】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成でシャフトの摩耗を防止することの
できる磁気ベアリングを提供することを目的とするもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気ベアリ
ングは、シャフトを磁気力を用いて回転自在に支持する
磁気ベアリングであって、(A)外周部が、軸線方向の
一端から他端に向かうに従って漸次拡径せしめられ、少
なくとも前記外周部には周方向全体に渡って同一極性を
持つ着磁部が形成され、内周部を前記シャフトに装着せ
しめられる第1の内磁部材と、(B)外周部が、軸線方
向の一端から他端に向かうに従って漸次拡径せしめら
れ、少なくとも前記外周部には周方向全体に渡って同一
極性を持つ着磁部が形成され、内周部を前記シャフト
に、前記第1の内磁部材と軸線方向の一端同士又は他端
同士を対向させた状態で装着せしめられる第2の内磁部
材と、(C)内周部が、軸線方向の一端から他端に向か
うに従って漸次拡径せしめられ、少なくとも前記内周部
には周方向全体に渡って前記第1の内磁部材の外周部と
同一の極性を持つ着磁部が形成され、前記内周部を、前
記第1の内磁部材の前記外周部と対向させ且つ一定距離
だけ離間して固定配置される第1の外磁部材と、(D)
内周部が、軸線方向の一端から他端に向かうに従って漸
次拡径せしめられ、少なくとも前記内周部には周方向全
体に渡って前記第2の内磁部材の外周部と同一の極性を
持つ着磁部が形成され、前記内周部を、前記第1の内磁
部材の前記外周部と対向させ且つ一定距離だけ離間して
固定配置される第2の外磁部材とを具備したことを特徴
とするものである。
【0006】前記第1の内磁部材及び前記第2の内磁部
材を一体に成形するようにしてもよく、また、前記第1
の外磁部材及び前記第2の外磁部材を一体に成形するよ
うにしてもよい。さらに、前記第1の内磁部材及び前記
第2の内磁部材を一体に成形し、且つ、前記第1の外磁
部材及び前記第2の外磁部材を一体に成形するようにし
てもよい。
【0007】また、本発明に係るモータは、前記磁気ベ
アリングを用いるものであり、前記磁気ベアリングにお
いて、前記シャフトの、前記第1の内磁部材と前記第2
の内磁部材との間に、ロータを装着し、このロータの周
りにステータを固定配置してなるものである。
【0008】
【作用】上記構成に係る磁気ベアリングにおいては、第
1の内磁部材と第1の外磁部材の間及び第2の内磁部材
と第2の外磁部材の間に、互いに反発しあう方向の磁力
(反発磁力)が作用する。これら反発磁力のうちのラジ
アル方向の成分により、シャフトのラジアル方向の移動
が一定範囲内に抑えられる。また、第1の内磁部材と第
1の外磁部材の間に働く反発磁力のスラスト方向の成分
と、第2の内磁部材と第2の外磁部材の間に働く反発磁
力のスラスト方向の成分とは、正反対の方向になるた
め、このバランスにより、シャフトのスラスト方向の移
動が一定範囲内に抑えられる。
【0009】また、上記磁気ベアリングを用いたモータ
においては、上記磁気ベアリングにより、シャフトが摩
擦によるロスなしに回転駆動される。
【0010】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図1において、2はシャフトである。このシ
ャフト2の2箇所には円板状の突出部4、6が形成さ
れ、これら突出部4、6に連なる部分にねじ部8、10
が形成されている。
【0011】前記ねじ部8には、略円板状に形成され、
内周部に雌ねじ部が形成された板部材12が螺合されて
おり、図1上、この板部材12の下側に、強磁性体から
なる磁石板14が固着されている。板部材12と磁石板
14は、第1の内磁部材16をなしている。
【0012】前記磁石板14の外周部14aは、シャフ
ト2の軸線方向上側に向かって拡径する円錐形状に形成
されており、磁石板14の外周側部分(着磁部に相当)
はN極に、内周側部分はS極にそれぞれ着磁されてい
る。
【0013】前記ねじ部10には、板部材12とほぼ同
形の、内周部に雌ねじ部が形成された板部材18が螺合
されており、この板部材18の上側に、強磁性体からな
る磁石板20が固着されている。板部材18と磁石板2
0は、第2の内磁部材22をなしている。
【0014】前記磁石板20の外周部20aは、前記磁
石板14と同形、即ち、シャフト2の軸線方向下側に向
かって拡径する円錐形状に形成されており、磁石板20
の外周側部分(着磁部に相当)はS極に、内周側部分は
N極にそれぞれ着磁されている。
【0015】前記シャフト2の外周部には、円筒部材2
4が固定配置され、この円筒部材24の内径部には、円
筒状のスペーサ26が配設されている。円筒部材24の
上端側及び下端側には、強磁性体からなるリング部材2
8、30がそれぞれ固着され、これらリング部材28
(第1の外磁部材に相当)、30(第2の外磁部材に相
当)及び円筒部材24端部の外側を覆うように、キャッ
プ32、34が装着固定されている。
【0016】リング部材28の内周部28aは、シャフ
ト2の軸線方向下側に向かって順次拡径する円錐形状に
形成されており、前記磁石板14の外周部と対向せしめ
られ且つ一定距離だけ離間した状態となっている。ま
た、リング部材28の内周側部分(着磁部に相当)はN
極に、外周側部分はS極にそれぞれ着磁されている。
【0017】リング部材30はリング部材28と同形を
なし、その内周部30aは、シャフト2の軸線方向下側
に向かって順次拡径する円錐形状に形成され、また、磁
石板20の外周部と対向せしめられ且つ一定距離だけ離
間した状態となっている。また、リング部材30の内周
側部分(着磁部に相当)はS極に、外周側部分はN極に
それぞれ着磁されている。
【0018】上記構成にかかる磁気ベアリングにおいて
は、磁石板14の外周部14aと、この外周部14aに
対向して配置されたリング部材28の内周部28aがと
もに同一の極性(N極)であるため、互いの間に反発し
あう方向の磁力(反発磁力)が作用する。同様に、磁石
板20の外周部20aと、この外周部20aに対向して
配置されたリング部材30の内周部30aがともに同一
の極性(S極)であるため、これら磁石板20とリング
部材30との間にも、反発磁力が作用する。
【0019】そして、これら反発磁力のうちのラジアル
方向の成分により、シャフト2のラジアル方向の移動が
一定範囲内に抑えられる。
【0020】また、磁石板14とリング部材28との間
に働く反発磁力のスラスト方向の成分と、磁石板20と
リング部材30との間に働く反発磁力のスラスト方向の
成分とは、正反対の方向になるため、このバランスによ
り、シャフト2のスラスト方向の移動が一定範囲内に抑
えられる。
【0021】また、本実施例においては、板部材12、
18のシャフト2に対するねじ込み量を調整することに
より、磁石板14とリング部材28との間、及び磁石板
20とリング部材30との間のクリアランスを調節する
ことができる。
【0022】なお、第1の内磁部材、第2の内磁部材、
第1の外磁部材及び第2の外磁部材の形状は上記実施例
のものには限られず、例えば図2のようなものであって
もよい。
【0023】同図は、図1の磁気ベアリングにおいて、
磁石板14、20の代わりに磁石板36、40をそれぞ
れ設け、リング部材28、30の代わりにリング部材4
4、46をそれぞれ設けたものであり、第1の内磁部材
38は板部材12と磁石板36とから構成され、第2の
内磁部材42は板部材18と磁石板40とから構成され
る。磁石板36の外周部36a、磁石板40の外周部4
0a、リング部材44の内周部44a及びリング部材4
6の内周部46aの、シャフト2に対する傾きが、図1
における磁石板14の外周部14a、磁石板20の外周
部20a、リング部材28の内周部28a及びリング部
材30の内周部30aの、シャフト2に対する傾きとそ
れぞれ逆になる点を除き、図1の磁気ベアリングと同一
の構造となっている。
【0024】このような構成とした場合にも、磁石板3
6とリング部材44との間に働く反発磁力のスラスト方
向の成分と、磁石板40とリング部材46との間に働く
反発磁力のスラスト方向の成分とが、正反対の方向にな
り図1の磁気ベアリングと同様にシャフト2のスラスト
方向の移動を一定範囲内に抑えることができる。
【0025】また、第1の内磁部材及び第2の内磁部材
の外周部の形状、並びに、第1の外磁部材及び第2の外
磁部材の内周部の形状は上述した円錐形状には限られ
ず、例えば球形や、放物面形状であってもよい。
【0026】さらに、第1の内磁部材と第2の内磁部材
を一体に成形しても、また、第1の外磁部材と第2の外
磁部材を一体に成形してもよく、図3に示すように双方
を一体に成形するようにしてもよい。
【0027】図3は、第1の内磁部材に相当する磁石板
48と第2の内磁部材に相当する磁石板50とを一体に
成形した磁石板52をシャフト2に装着し、この磁石板
52の周りに、第1の外磁部材に相当するリング部材5
4と第2の外磁部材に相当するリング部材56とを一体
に成形してなるリング部材58を固定配置したものであ
る。このような構成とした場合には、磁気ベアリングの
軸線方向の長さが短くなってコンパクト化される。
【0028】上述の各実施例に示した磁気ベアリングに
よれば、従来の磁気ベアリングのように複雑な制御回路
等を要することなく、簡単な構成で、シャフト2のラジ
アル方向及びスラスト方向の加重を受けつつシャフト2
を回転自在に支持することができる。従って、従来の磁
気ベアリングに比べて製造コストの点で優れるのみなら
ず、使用に際してエネルギーを要しないため、省エネル
ギー性においても優れている。さらに、従来の磁気ベア
リングのように制御回路、センサ等が故障するというこ
とがないため、安定性を重視した安全性の点においても
優れている。
【0029】なお、上述の磁気ベアリングをモータに適
用し、シャフトの、第1の内磁部材と前記第2の内磁部
材との間にロータを装着し、このロータの周りにステー
タを固定配置する構成のモータが得られる。
【0030】図4は図1の磁気ベアリングを用いて構成
されたステッピングモータであり、シャフト2の、磁石
板14と20との間に、周方向に多極の着磁部が形成さ
れた円筒状のロータ磁石60を装着し、このロータ磁石
60の周りを覆うように、スペーサ26の内部にステー
タ62を配設し、該ステータ62の内部にコイル64、
66を配設したものである。
【0031】このように、上述の磁気ベアリングを用い
たモータにおいては、磁気ベアリングにより、シャフト
2が摩擦によるロスなしに回転駆動されるため、従来の
ボールベアリングを用いたモータに比べて、駆動効率を
著しく向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の磁気ベ
アリングによれば、第1の内磁部材、第2の内磁部材、
第1の外磁部材及び第2の外磁部材を設けるだけの簡単
な構成であり、制御回路等を要せず、シャフトのラジア
ル方向及びスラスト方向の加重を受けつつシャフトを回
転自在に支持することができる。従って、従来の磁気ベ
アリングに比べて製造コストの点で優れるのみならず、
省エネルギー性においても優れ、さらに、制御回路、セ
ンサ等が故障するということがないため、安定性を重視
した安全性の点においても優れている。
【0033】また、この発明のモータによれば、上記磁
気ベアリングにより、シャフトが摩擦によるロスなしに
回転駆動されるため、駆動効率が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る磁気ベアリングであ
る。
【図2】本発明の他の実施例に係る磁気ベアリングであ
る。
【図3】本発明の他の実施例に係る磁気ベアリングであ
る。
【図4】本発明の他の実施例に係るモータである。
【符号の説明】
2 シャフト 16 第1の内磁部材 22 第2の内磁部材 28 第1の外磁部材 30 第2の外磁部材 38 第1の内磁部材 42 第2の内磁部材 44 第1の外磁部材 46 第2の外磁部材 48 第1の内磁部材 50 第2の内磁部材 54 第1の外磁部材 56 第2の外磁部材 60 ロータ 62 ステータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シャフトを磁気力を用いて回転自在に支持
    する磁気ベアリングであって、 (A)外周部が、軸線方向の一端から他端に向かうに従
    って漸次拡径せしめられ、少なくとも前記外周部には周
    方向全体に渡って同一極性を持つ着磁部が形成され、内
    周部を前記シャフトに装着せしめられる第1の内磁部材
    と、 (B)外周部が、軸線方向の一端から他端に向かうに従
    って漸次拡径せしめられ、少なくとも前記外周部には周
    方向全体に渡って同一極性を持つ着磁部が形成され、内
    周部を前記シャフトに、前記第1の内磁部材と軸線方向
    の一端同士又は他端同士を対向させた状態で装着せしめ
    られる第2の内磁部材と、 (C)内周部が、軸線方向の一端から他端に向かうに従
    って漸次拡径せしめられ、少なくとも前記内周部には周
    方向全体に渡って前記第1の内磁部材の外周部と同一の
    極性を持つ着磁部が形成され、前記内周部を、前記第1
    の内磁部材の前記外周部と対向させ且つ一定距離だけ離
    間して固定配置される第1の外磁部材と、 (D)内周部が、軸線方向の一端から他端に向かうに従
    って漸次拡径せしめられ、少なくとも前記内周部には周
    方向全体に渡って前記第2の内磁部材の外周部と同一の
    極性を持つ着磁部が形成され、前記内周部を、前記第1
    の内磁部材の前記外周部と対向させ且つ一定距離だけ離
    間して固定配置される第2の外磁部材とを具備したこと
    を特徴とする磁気ベアリング。
  2. 【請求項2】前記第1の内磁部材及び前記第2の内磁部
    材を一体に成形したことを特徴とする請求項1記載の磁
    気ベアリング。
  3. 【請求項3】前記第1の外磁部材及び前記第2の外磁部
    材を一体に成形したことを特徴とする請求項1記載の磁
    気ベアリング。
  4. 【請求項4】前記第1の内磁部材及び前記第2の内磁部
    材を一体に成形し、且つ、前記第1の外磁部材及び前記
    第2の外磁部材を一体に成形したことを特徴とする請求
    項1記載の磁気ベアリング。
  5. 【請求項5】請求項1記載の磁気ベアリングにおいて、
    前記シャフトの、前記第1の内磁部材と前記第2の内磁
    部材との間に、ロータを装着し、このロータの周りにス
    テータを固定配置してなることを特徴とするモータ。
JP27152791A 1991-10-18 1991-10-18 磁気ベアリングおよびモータ Withdrawn JPH05146109A (ja)

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