JPH08210353A - コイル芯を有する磁気軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受の各芯の個々の取り付けを可能にする。 【解決手段】 第１の本体（Ｂ、Ｂ’、ＢＢ）の基準軸
に垂直な少なくとも１つのセンタリング軸（Ｘ−Ｘ）上
にあり、第１の本体（Ｂ、Ｂ’、ＢＢ）が第２の本体
（Ａ、Ａ’、ＡＡ）に関連するこのセンタリング軸上に
少なくとも可動性を有するアクティブ磁気センタリング
用磁気軸受は、少なくとも１つの磁化部材（３、３’、
１０３、１０３’）と、基準軸に実質的に並列で第２の
本体により支持される強磁性芯（４、４’、１０４、１
０４’）の回りに巻回される少なくとも１つのコイル
（９、９’、１０９、１０９’）とを具備する。基準軸
に垂直な２つの並列強磁性板はコイルの各反対側の芯に
添えられ、かつ空気ギャップ（７、８、１１７、１１
８）に対向する横方向の端を有する。芯は並列板の端に
添えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１の本体の基準
軸に垂直である少なくとも１つのセンタリング軸上にあ
り、前記第１の本体は第２の本体に関する少なくとも前
記センタリング軸上に可動性を有するアクティブ磁気セ
ンタリング用磁気軸受に関し、この磁気軸受は：基準軸
に実質的に並列な少なくとも１つの永久磁化部材と、基
準軸に実質的に並列で第２の本体に支持される強磁性芯
の回りに巻回される少なくとも１つのコイルと、第１の
本体により支持される強磁性第１体部分と第２の本体に
より支持される強磁性第２部分とで形成される強磁性電
機子とを備え、これらの強磁性第１及び第２部分はこれ
らの間の空気ギャップを経由して磁石及びコイルによっ
て生成される磁束を自身に閉じるのに共同して適し、こ
の強磁性第２部分は基準軸に垂直でそれぞれがコイルの
１つの側の芯に添えられ、空気ギャップに面する横向き
端を有する２つの並列板を具備する。

【０００２】基準軸はしばしば回転軸である。

【０００３】

【従来の技術】この軸受の例は書類EP-A-0 284 487及び
US-A-4 470 644に記載されている。前記軸受は、書類US
-A-4 470 644において、永久磁化された部材が本体によ
り支持され、その本体とは別でありコイルが取り付けら
れるが、書類EP-A-0 284 487において、永久磁化された
部材がコイルと同一の本体に取り付けられる点で、必然
的に異なる。

【０００４】実際には、前記タイプの磁気軸受のコイル
は、２つの強磁性体の板間に配置される芯に取り付けら
れ、磁束線が芯を長手方向に通過し、芯の端で、芯に入
ったり、出たりする。したがって、これらの芯への接近
は製造中にだけ可能である（接近は、一旦軸受の組み立
てが完成され、そして一旦軸受がシステムに取り付けら
れ、動作する準備にあると、必ずそうである）。さらに
は、 磁界の良い制御は芯の高さの優れた制御を要求す
ることにより、芯の端は、強磁性板に対向して（又はこ
れらの板の１つに対向して、また前記書類EP-A-0 284 4
87で推薦されるように、空気ギャップを形成する静的詰
め金に対向して）、正確に要求される所にある。この制
御は、もし同一の２つの板間に１つ以上の芯が位置決め
されねばならないならば、困難であるかもしれない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軸受
の各芯の個々の取り付けを可能にすることによって前記
欠陥に打ち勝つことである（他の芯が既に取り付けられ
ているか否かに無関係に）。本発明の別の目的は、製造
前の保管要求を簡単化するようにして、特に強磁性板
は、ある大きさに作られ、軸受のモジュール設計により
結果的に一体化されるコイル−芯組み立ての幾何学的特
性のいかなる知識もなして製造され得る。逆は有利に可
能になる（軸受の将来の幾何学のどんな知識、特に直径
がなくても製造される芯／コイル組み立て）。

【０００６】本発明のさらなる目的は、例え軸受を受け
る構造において軸受が取り付けられても、軸受の残りか
ら芯／コイル組み立ての取り外しを好ましくは可能にす
ることであり、かくしてコイルの容易な置換、又は検
査、１つの芯を異なるコイルに挿入される別の類似芯と
単に置換することによる異なるタイプの応用への同一軸
受の適合性を可能にする（例えば、異なる巻回数をもつ
コイル）。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の本体
（Ｂ、Ｂ’、ＢＢ）の基準軸に垂直である少なくとも１
つのセンタリング軸上にあり、前記第１の本体は第２の
本体に関する少なくとも前記センタリング軸上に可動性
を有するアクティブ磁気センタリング用磁気軸受にあ
り：基準軸に実質的に並列な少なくとも１つの永久磁化
部材と、基準軸に実質的に並列で第２の本体に支持され
る強磁性芯の回りに巻回される少なくとも１つのコイル
と、第１の本体により支持される強磁性第１体部分と第
２の本体により支持される強磁性第２部分とで形成され
る強磁性電機子とを備え、これらの強磁性第１及び第２
部分はこれらの間の空気ギャップを経由して磁石及びコ
イルによって生成される磁束を自身に閉じるのに共同し
て適し、この強磁性第２部分は基準軸に垂直でそれぞれ
がコイルの１つの側の芯に添えられ、空気ギャップに面
する横向き端を有する２つの並列板を具備し、前記芯が
前記並列板の端に添えられることを特徴とする。

【０００８】本発明の好ましい、結合可能な特徴によれ
ば：芯は取り外し可能な固定手段により前記端に移動可
能に添えられる、書類EP-A-0 284 487におけるように、
永久部材は前記並列板間の第２の本体により支持され、
前記芯は一定厚さの空気ギャップにより並列板の端の少
なくとも１つから好ましくは分離される。

【０００９】一定厚さの前記空気ギャップは空気又は真
空の層であり、前記芯はネジ山付きロッドにより並列板
の端に添えられ、ワッシャは芯及び並列板の端間のこれ
らのロッド回りに固定され、空気ギャップの厚さは前記
ワッシャの厚さにより規定され、書類US-A-4 470 644に
おけるように、永久磁化部材は第１の本体により支持さ
れ、前記芯はネジ山付きロッドにより並列板の端に添え
られ、基準軸は第２の本体に関し第１の本体が回転する
軸であり、前記軸受は複数の永久磁化部材、芯及び相互
に接続される電機子を具備し、芯は平坦板で構成され
る。

【００１０】本発明の目的、特徴及び利益は添付図面を
参照して非制限例として与えられる下記記載から発現す
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る軸受の基本
変形例であって、別本体Ａに関し、基準軸Ｚ−Ｚに垂直
なセンタリング軸Ｘ−Ｘに沿って、可動性本体Ｂを中心
に置くのに適しているものを図解的に示す図である。記
載の残りにおいて、さらに単純に便宜用に、本体Ａは、
剛性固定された固定子を構成し、この固定子は固定され
た検知及び駆動部材並びに正しく動作する軸受に要求さ
れる電気回路を取り入れることが仮定される。

【００１２】部分Ｂは、少なくとも部分Ａに対抗し、本
来知られている任意のタイプの強磁性体物質ポールピー
ス６を有する。図１における基本磁気軸受は、軸Ｘ−Ｘ
に垂直でかつ基準軸を含む平面について実質的に対称な
２つの部分を具備する。同一の参照番号はこれらの２つ
の部分に対して使用されるが、図１の右手部分における
部分の場合に「プライム符号され」て、左手部分におけ
る部分から区別する。

【００１３】図１の軸受の左手部分は、２つの強磁性体
板１及び２であって、（本来任意の強磁性体物質から作
られる）それらの間の永久磁石３に関する軸Ｘ−Ｘに並
行であり、基準軸Ｚ−Ｚに並行に磁化されるものを具備
する。強磁性コイル４は、これらの板に並行であり、そ
の回りにコイル９が巻回されて、これらの板に固定され
る。空気ギャップ７及び８は強磁性板１及び２の端と可
動性本体Ｂのポールピース６間に形成される。有利に
は、ポールピース６は、銃眼模様の突起１０及び１１を
持ち、板１及び２と同一の厚さ、同一の離れた距離を持
ち、板１及び２の端に面する。

【００１４】実際には非常に重大な好ましい実施例であ
って、本来従来技術である一般的な配置において図５に
図解的に示されるものにおいて、図１に示されるタイプ
の基本軸受は、基本軸Ｚ−Ｚに垂直な２つの相互垂直セ
ンタリング軸の双方のそれぞれに設けられる。２つの軸
受は、それぞれ１つのセンタリング軸を持って、２つの
センタリング軸を持つより複雑な軸受を互いに構成す
る。この軸受において、図１からの磁石３及び３’は、
軸方方向に磁化され、中心に開口を持つ２つの強磁性デ
ィスク１−１’及び２−２’間に配置される単一の環状
磁石３−３’の一部である。他方、芯４及び４’は分離
芯の環状連続の一部であり、一対の直径方向に対抗する
芯４、４’と、一対の各センタリング軸のコイル９及び
９’とがある。

【００１５】コイル９−９’は、本来知られているよう
に、直列に又は並列に接続され、不安定な平衡位置から
の可動性本体Ｂのオフセットから、又は好ましくは軸Ｘ
−Ｘに並行な変位速度から従来のように決定される電流
を供給される。この電流は、関連位置に依存して、磁石
３により発生される磁界に加えられ又はこれから引かれ
る磁界を発生するために使用される。

【００１６】このようにして、電流は、コイルを流れ、
部分６に面する位置、速度又は加速度センサ３０の出力
から制御回路１２によって決定されて、軸受の固定部分
の全てに関連する部分６の半径位置をサーボ制御し、そ
の結果、システムを安定にする。２つのアクティブ軸を
持つこの磁気軸受の利益は、シャフト又はシリンダの磁
気的なサスペンションを可能にして、このサスペンショ
ンに対し、幾何学的軸に関連する並進運動及び傾斜を制
御しなければならない。歯１０及び１１は、並行な環状
突起により構成されて、例えば、パッシブ磁気センタリ
ング効果を軸Ｚ−Ｚに沿って与える。このセンタリング
のスティフネスを増加するために、歯１０及び１１並び
に強磁性板は、例えば、多数の銃眼模様を持つ部分を有
する。

【００１７】シリンダが並進運動で軸Ｚ−Ｚ軸に沿って
移動するのに適しているとき、すなわち、歯１０及び１
１を取り入れないときに、磁気壁を介して、シリンダの
案内を可能にする。もし図２でのポールピース６の歯１
０及び１１が削除されるならば、結果としての装置はサ
スペンションんの平面に垂直な「自由な」軸（軸センタ
リングではない）を持つ。この軸は補助手段の任意の形
態により安定化されて、その半径スティフネスはサスペ
ンションの平面における装置の安定を擾乱しない：非接
触線形モータは、この一例である。

【００１８】サスペンション平面の制御軸数及び軸当た
りのコイル数（１に等しい）は自由自在に増加すること
が可能である。図２は本発明に係る別の軸受であって、
並進運動で、センタリング軸Ｘ−Ｘ及び基準軸Ｚ−Ｚに
垂直な軸に沿って、移動するのに適したバーを中央に置
くのに適しているものを示す。この軸受は、図１に示さ
れ、並んで配列される少なくとも２つの個々の軸受けの
列で形成され、かつバーの連続長さ領域に動作するのに
適している。したがって、中央バーＢＢのいずれかの側
に、軸受は、本体Ａ−Ａに締着された２つの細長い２つ
の細長い板１及び１’又は２及び２’間に、２つの細長
い磁石３及び３’で形成される。芯９及び９’を支持す
る芯４又は４’の列はこれらの磁石に並列に配置され
る。

【００１９】図２は、スロット４０又は４１が近くの可
動性部分を除き、強磁性板１及び２並びに１’及び２’
に形成されて、隣接芯により発生された磁界から磁気分
離を達成することを示す。図２の実施例において、長手
方向の端近くのロッド上の突起１０、１１、１０’、１
１’のため、アクティブ磁気センタリングは強磁性板に
並列な軸に上に達成され、そして、パッシブ磁気センタ
リングは基準軸に並列に達成される。

【００２０】図１及び２に示される軸とこれまで記載さ
れた動作とは書類EP-A-0 284 487の示唆に一致させる
（これによって参照として取り入れられた）。図３及び
４は、この例では回転子である本体Ｂ’のアクティブ半
径センタリングを与え、この例では固定子である本体
Ａ’に関連し、そして基準軸Ｚ−Ｚに垂直な相互垂直軸
Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙの双方に配列される図４に示される２
つの軸受で形成される本発明に係る別の軸受１００を示
す。

【００２１】以前のように、図４の軸受は、軸Ｚ−Ｚの
各側に、コイル１０９が巻回される強磁性コイルが固定
されるセンタリング軸に並列な２つの強磁性板１０１及
び１０２を具備する。空気ギャップ１０７及び１０８
は、板１０１及び１０２の端と本体Ａ’に関連して可動
性である本体Ｂ’に締着されるポールピース１０６Ａ及
び１０６Ｂとの間に形成される。

【００２２】この点について図１及び２に示されるもの
と異なり、図３及び４の軸受は、芯が固定された板１０
１及び１０２間で配置されないがその代わりにポールピ
ース１０６Ａ及び１０６Ｂ間に配置される磁石１０３を
具備し；さらに示される例では、付加的Ｃ−形状強磁性
部分１２０は、部分１０１及び１０２に対して磁石１０
３の反対側に、本体Ａ’に固定される；部分１０１、１
０２、１０６Ａ及び１０６Ｂと同じ厚さであるその端
は、例えば空気ギャップ１０７及び１０８と同じ幅であ
る空気ギャップ１１７及び１１８を部分１０６Ａ及び１
０６Ｂで規定する。

【００２３】２つの軸の軸受又はこれまで説明された図
３及び４の２つの単一軸の軸受は書類US-A-4 470 644の
示唆に一致する( これにより参照として取り入れられ
る）。本発明によれば、コイル９、９’、１０９又は１
０９’が巻回される芯４、４’、１０４及び１０４’は
ポールピース１、２、１’、２’、１０１又は１０２の
端に添えられる。

【００２４】この利益は、軸受の組み立てにおける、又
は軸受を受ける構造で軸受の取り付の任意の段階で芯の
取り付けを可能にすることを含む。別の利益はこれらの
芯を移動可能に取り付けるのを可能にする（むしろ接着
又は溶着のような永久固定よりも、軸受けの内部から有
利に接近可能である取り外し可能固定手段を使用し
て）。これは大きな適合性を与える：損傷コイルの置
換、電流要求等により良く適している異なる性能特徴を
有する異なるコイルとのコイル置換。

【００２５】このようにして、異なるコイル（異なる幅
及び／又は直径及び／又はワイヤ物質）を同一芯に巻回
することにより、軸受の最終スティフネスの正確な選択
を可能にする広範囲な交換可能な芯／コイル対を得るこ
とができる。もし芯が強磁性板１及び２（又は１’及び
２’、１０１及び１０２、等）の端の少なくとも１つ
（好ましくは双方）から一定厚さの空気ギャップ３０に
より分離されるならば、前記書類EP-A-0 284 487により
推薦される静的詰め金を提供することは特に有利であ
る。この種類の空気ギャップ３０（製造の任意の段階
で）を設けることは、もし芯が強磁性板間に配置される
ならば容易になるよりもさらに容易になる。

【００２６】図５の一部を拡大スケールに示す図６に示
されるように、空気ギャップ３０は、単に、、例えば、
簡単なスペーサ３１の厚さにより決定される厚さを持
つ、空気の（又は軸受が使用される環境に依存して、真
空の）層であり得る。もし芯がねじ山付きロッド３２の
手段（例えば、ネジ又はボルト）により移動可能に固定
されるならば、これらのスペーサはそれらのロッドの回
りの好ましくは簡単なワッシャである。

【００２７】もし異なる厚さのワッシャの範囲が利用可
能であるならば（もし必要ならば、締め力が変化してこ
れらのワッシャをより大きな又は小さな程度に締めつけ
ることが可能である。磁界センサは空気ギャップに配置
されてその厚さを測定するようにしてもよい。これらの
空気ギャップはもちろんもし必要ならば除去され得る
（特に書類US-A-4 470 644の場合のように) 。

【００２８】保管、製造及び組み立てに対して、芯は有
利には平坦である（特にこれは容易なネジ締めを可能
に、また回転本体用軸受において又は並進運動で移動す
る本体用軸受においてのいずれかで芯を取り付け可能に
する）。以上の説明は非制限例としてだけ与えられたこ
と、そして数多くの変形例が本発明の範囲から離れるこ
となく当業者により提案されることは言うまでもない。
例えば、センタリング軸当たり１つのコイルだけ存在す
るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】１つのアクティブ磁気センタリング軸だけを有
する本発明に係る磁気軸受の簡単な変形の基準軸Ｚ−Ｚ
を含む平面の図解断面を示す（しかし２つの芯）。

【図２】並進運動に可動性がある本体の横センタリング
用軸受について内部が見えるように一部を切り取った部
分透視図である。

【図３】回転に可動性がある本体の半径センタリングに
対して本発明に係る他の軸受の平面図である。

【図４】ラインIV−IVの軸部における図３からの軸受図
である。

【図５】回転に可動性があり、図１に示される種類の２
つの軸受で形成される本体の半径センタリング用の別の
磁気軸受用の平面図である。

【図６】図５からの磁気軸受の左手部分の拡大スケール
図である。

【符号の説明】

Ｘ−Ｘ…センタリング軸 Ｂ、Ｂ’、ＢＢ…第１の本体 Ｚ−Ｚ…基準軸 Ａ、Ａ’、ＡＡ…第２の本体 ３、３’、１０３、１０３’…永久磁化部材 ４、４’、１０４、１０４’…強磁性芯 ９、９’、１０９、１０９’…コイル ６、１０６Ａ、１０６Ｂ…強磁性第１体部分 ７、８、３０、１１７、１１８…空気ギャップ １、２、１’２’、１０１、１０２…並列板 ３１…ワッシャ ３２…取り外し可能固定手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の本体（Ｂ、Ｂ’、ＢＢ）の基準軸
   （Ｚ−Ｚ）に垂直である少なくとも１つのセンタリング
   軸（Ｘ−Ｘ）上にあり、前記第１の本体（Ｂ、Ｂ’、Ｂ
   Ｂ）は第２の本体（Ａ、Ａ’、ＡＡ）に関する少なくと
   も前記センタリング軸上に可動性を有するアクティブ磁
   気センタリング用磁気軸受において、 基準軸に実質的に並列な少なくとも１つの永久磁化部材
   （３、３’、１０３、１０３’）と、 基準軸に実質的に並列で第２の本体に支持される強磁性
   芯（４、４’、１０４、１０４’）の回りに巻回される
   少なくとも１つのコイル（９、９’、１０９、１０
   ９’）と、 第１の本体により支持される強磁性第１体部分（６、１
   ０６Ａ、１０６Ｂ）と第２の本体により支持される強磁
   性第２部分とで形成される強磁性電機子とを備え、これ
   らの強磁性第１及び第２部分はこれらの間の空気ギャッ
   プ（７、８、１１７、１１８）を経由して磁石及びコイ
   ルによって生成される磁束を自身に閉じるのに共同して
   適し、この強磁性第２部分は基準軸に垂直でそれぞれが
   コイルの１つの側の芯に添えられ、空気ギャップに面す
   る横向き端を有する２つの並列板（１、２、１０１、１
   ０２）を具備し、 この軸受は前記芯（４、４’、１０４、１０４’）が前
   記並列板の端に添えられることを特徴とするアクティブ
   磁気センタリング用磁気軸受。
2. 【請求項２】 芯は、取り外し可能固定手段（３２）に
   より前記端に移動可能に添えられることを特徴とする、
   請求項１に記載のアクティブ磁気センタリング用磁気軸
   受。
3. 【請求項３】 永久磁化部材（３、３’）は前記並列板
   （１、２、１’２’）間に第２の本体により支持され、
   前記芯は一定厚さの空気ギャップ（３０）により並列板
   の端の少なくとも１つから分離されることを特徴とす
   る、請求項１又は請求項２に記載のアクティブ磁気セン
   タリング用磁気軸受。
4. 【請求項４】 一定厚さの前記空気ギャップ（３０）は
   空気又は真空の層であることを特徴とする、請求項３に
   記載のアクティブ磁気センタリング用磁気軸受。
5. 【請求項５】 前記芯はネジ山付きロッド（３２）によ
   り並列板の端に添えられ、ワッシャ（３１）は芯と並列
   板の端の間のこれらのロッドの回りに固定され、空気ギ
   ャップの厚さは前記ワッシャの厚さにより規定されるこ
   とを特徴とする、請求項４に記載のアクティブ磁気セン
   タリング用磁気軸受。
6. 【請求項６】 永久磁化部材（１０３、１０３’）は第
   １の本体により支持されることを特徴とする、請求項１
   又は請求項２に記載のアクティブ磁気センタリング用磁
   気軸受。
7. 【請求項７】 前記芯はねじ山付きロッド（３２）によ
   り並列板の端に添えられることを特徴とする、請求項６
   に記載のアクティブ磁気センタリング用磁気軸受。
8. 【請求項８】 基準軸は第１の本体が第２の本体に関し
   回転する軸であり、前記軸受は複数の磁化部材、芯及び
   相互に接続される電機子を具備することを特徴とする、
   請求項１乃至７のいずれかに記載のアクティブ磁気セン
   タリング用磁気軸受。
9. 【請求項９】 芯（４、４’、１０４、１０４’）は平
   坦板で形成されることを特徴とする、請求項８に記載の
   アクティブ磁気センタリング用磁気軸受。