JPH0587686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、回転子を磁気力によつて支承して回
転させる磁気軸受に関する。

〔従来技術とその問題点〕

高速に回転する回転子を支承する方法として、
従来使用されていた機械的軸受にかわり、磁気力
によつて回転子を支承する方法がよく知られてい
る。

この磁気力によつて回転子を支承する公知の磁
気軸受においては、浮上前に、上記回転子が重力
もしくは永久磁石の力によつて、他の構造部材に
接触しており、回転子をこの接触面から引き離す
ためには、磁気軸受の構成要素の１つである電力
増幅器の容量を大きくし、充分な電流を制御用コ
イルに印加しなくてはならなかつた。この電力増
幅器の容量を大きくすると、装置自体の大型化に
つながり、また、充分な電流をコイルに印加でき
るということが、何らかの原因で電流を印加して
も浮上しない場合に、コイルの発熱さらにコイル
の絶縁破壊を生じさせることにつながる危険性が
あつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点に対してなされたもの
で回転子の初期浮上時に生ずるピーク電流によつ
て決定されていた電力増幅器の容量を小さく、さ
らに電磁石コイルの小型化を図ることができる回
転子移動機構を有する磁気軸受を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、回転子と、前記回転子を浮上位置ま
で直接機械的に移動する移動手段と、前記移動手
段により浮上位置まで移動された前記回転子を磁
気的に浮上させる磁気力供給源とを有する磁気軸
受である。つまり、まず回転子が浮上していない
状態で回転子を支持安定位置に直接機械的に移動
し、次に移動手段による保持を解除し磁気浮上さ
せる構成を採用している。

〔発明の効果〕 前記磁気力供給源の構成要素の１つである電力
増幅器の容量を小さくでき、さらに、電磁石コイ
ルの巻数をへらし、装置全体の寸法の小型化が可
能となる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の代表的実施例を図面を用いて説明
する。

第１図は、本発明に係る磁気軸受の実施例の一
つで１軸制御形磁気軸受の断面図である。

図に示した磁気軸受の固定子側には、固定軸１
の上下にリング状の継鉄を内外周に固着した半径
方向着磁の永久磁石４ａ，４ｂを配設し、固定軸
１の中央部の上下にリング状に巻かれた電磁石コ
イル６ａ，６ｂを囲むように継鉄３ａ，３ｂが配
置されている。一方、磁気軸受の回転子２には、
上下に前記固定子側のリング状継鉄を内外周に固
着した永久磁石４ａ，４ｂに対向するように同様
のリング状永久磁石５ａ，５ｂが配置されてい
る。また、回転子２の中央には、前記電磁石コイ
ル６ａ，６ｂを囲むように設置された継鉄３ａ，
３ｂにはさまれるようにリング状の継鉄を内外周
に固着した半径方向着磁の永久磁石７が固着され
ている。

回転子２の軸方向の磁気的な制御は次のように
行なう。まず、回転子２の軸方向の変位を変位計
８によつて検出し、その信号を図示しない制御装
置によつて処理し、図示しない電力増幅器で増幅
して電磁石コイル６ａ，６ｂに電流として流す。
このことは、回転子２に固着された前記リング状
の永久磁石７のＮ極から出て、前記継鉄３ａ，３
ｂを通り、前記永久磁石７のＳ極にもどる磁束を
電磁石コイル６ａ，６ｂの電流によつて増減する
ことになる。したがつて、前記変位計８によつて
定められた安定位置に回転子２は浮上することに
なる。

回転子２の半径方向の制御は、回転子２の上下
に配置された前記リング状の永久磁石５ａ，５ｂ
と前記固定軸１の上下に配置されたリング状の永
久磁石４ａ，４ｂを対向させることで受動的に制
御される。

このような磁気軸受においては、浮上時以外
は、永久磁石の力あるいは重力によつて回転子２
が固定軸１の上下のどちらか一方に強く接触して
いることになる。したがつて、回転子２の浮上時
には、前記電磁石コイル６ａ，６ｂに多大な電流
を流さなければならない。

第２図は、磁気軸受の浮上時に流れる実際の電
流と時間の関係の一例である。回転子の浮上時の
電流の最大値は１０Ａを越えているが、一度浮上
すれば、電流はほとんど０に近くなる。これから
明らかなように従来は、浮上するためだけに容量
の大きい電力増幅器が必要であつた。

第１図に図示した回転子２をはさむように配置
した回転を拘束され、軸方向に移動可能なリング
９ａ，９ｂの外周にネジを切り、そのネジに対応
するリング１０の内周の上下に異なる右ネジと左
ネジを切り、リング１０を回転させることによ
り、リング９ａ，９ｂが矢印１１ａ，１１ｂのよ
うに移動する機構を設置することで、回転子２を
初期状態から制御電流が０となる安定位置に移動
させておくことが可能となる。浮上後は、上記の
逆の動作で回転子２からリング９ａ，９ｂがそれ
ぞれ離れる。

上述したように、前記リング部材９ａ，９ｂ，
１０による回転子２の安定位置に回転子２を移動
する機構を有する磁気軸受においては、第２図に
示したような最大電流を電磁石コイル６ａ，６ｂ
に流す必要がないため、電力増幅器の容量を小さ
くでき、浮上時の電磁石の力も小さくて済むた
め、電磁石コイル６ａ，６ｂの小型化もできる。
従来は、何らかの原因で電磁石コイル６ａ，６ｂ
に電流を流しても回転子２が浮上しない場合、電
磁石コイル６ａ，６ｂに電流が流れたままにな
り、コイルの発熱による絶縁破壊が生じていた
が、この問題も解決できる磁気軸受ができる。

上記の回転子２の移動機構は、第１図の構造に
限定されるものではなく、他のいかなる方法でも
回転子２を回転子２の浮上時の安定位置に移動さ
せることができればよい。

第３図は、本発明の他の実施例を示す。第１図
と同一のものは、同一符号を用いて詳細な説明は
省略する。本実施例においては、回転子２を浮上
時の安定位置に移動するために圧電素子１２ａ，
１２ｂと固定台１３を用い、圧電素子１２ａ，１
２ｂに電圧をかけ、そのそり返りの力で回転子２
を移動させる。浮上後は図のように回転子２から
離れて、回転子２のさまたげとならない。このよ
うに電気量を機械量に変換する素子を用いても、
機械的な移動機構と同等の効果が得られる。

第４図は、本発明の他の実施例で、２軸制御形
の磁気軸受である。これは、第１図および第３図
の１軸（軸方向）制御形磁気軸受とは異なり、半
径方向の２軸を制御する。図では、このうちの１
軸のみを示しているが、リング状の軸方向着磁の
永久磁石２４のＮ極から出て、固定子の継鉄２３
ａを通り、回転子２０の継鉄２１から固定子の継
鉄２３ｂより永久磁石の３極に戻る磁束を電磁石
コイル２２ａ，２２ｂによつて増減して、回転子
２０を安定位置に浮上させる。磁束を増減するた
めに電磁石コイル２２ａ，２２ｂに流れる電流
は、回転子２０の位置を変位計２５によつて検出
し、この信号を図示しない制御装置で処理し、電
力増幅器で増幅することによつて生じさせる。

回転子２０の移動機構は、右ネジと左ネジを切
つたシヤフト２６と内周にネジを切り、外周の４
ケ所にヒンジを設けたリング２７ａ，２７ｂおよ
び、ヒンジ付の棒状部材２８ａ，２８ｂ，２８
ｃ，２８ｄより構成される。前記シヤフト２６を
たとえば矢印２９のように回転させると前記リン
グ２７ａ，２７ｂが矢印３０ａ，３０ｂのように
移動し、これにより、棒状部材２８ａ，２８ｂ，
２８ｃ，２８ｄが矢印３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，
３１ｄのように広がり、回転子２０を浮上時の安
定位置に移動させる。容量の小さな電力増幅器に
よつて浮上させた後は、シヤフト２６を逆に回転
させることで、棒状部材２８ａ，２８ｂ，２８
ｃ，２８ｄを回転子２０から完全に離すことがで
きる。

なお、前記棒状部材の数は、３組以上ならばい
くつでもよく、円周面に接触する部分に弧状の部
材を固着してもよい。

以上のように構成した磁気軸受においても、第
１図と同様な効果を得ることができ、電磁石コイ
ルの巻数を少なくし、かつ電力増幅器の容量を小
さくできるよりコンパクトな磁気軸受となる。

この効果は、制御軸数が多いほど大きくなり、
第１図、第３図、第４図の実施例を組み合わせて
用いることにより、３軸制御形から５軸制御形ま
で効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る磁気軸受の断面図、第
２図は、従来の磁気軸受の回転子の浮上時に電磁
石コイルに流れる電流と時間の関係、第３図、第
４図は、本発明の他の実施例を示す断面図であ
る。 １…固定軸、２…回転子、３ａ，３ｂ…固定子
側継鉄、４ａ，４ｂ…固定子側リング状永久磁石
（半径方向軸受）、５ａ，５ｂ…回転子側リング状
永久磁石（半径方向軸受）、６ａ，６ｂ…電磁石
コイル、７…軸方向制御用リング状永久磁石、８
…変位計、９ａ，９ｂ，１０…回転子移動用ネジ
（リング状）、１２ａ，１２ｂ…圧電素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転子と、 前記回転子を浮上位置まで直接機械的に移動す
   る移動手段と、 前記移動手段により浮上位置まで移動された前
   記回転子を磁気的に浮上させる磁気力供給源と、 を有することを特徴とする磁気軸受。 ２ 前記移動手段は、電気量を機械量に変換する
   手段を用いてなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の磁気軸受。 ３ 前記移動手段は、圧電素子を用いてなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気軸
   受。