JPH0854020A - Magnetic bearing device - Google Patents

Magnetic bearing device

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JPH0854020A
JPH0854020A JP18753094A JP18753094A JPH0854020A JP H0854020 A JPH0854020 A JP H0854020A JP 18753094 A JP18753094 A JP 18753094A JP 18753094 A JP18753094 A JP 18753094A JP H0854020 A JPH0854020 A JP H0854020A
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Japan
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axial
displacement sensor
shaft
magnetic bearing
radial
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Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
Manabu Taniguchi
学 谷口
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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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
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a magnetic bearing device which enables higher speed rotation by arranging a radial displacement sensor and an axial displacement sensor in a superposing manner in at least their one portions in an axial direction of a rotary shaft, and thereby enlarging a load capacity of the bearing. CONSTITUTION:An axial displacement sensor 5b an a radial displacement sensor 4b are arranged superposingly in an axial direction of a shaft 2, so that an arrangement spase for the sensors is saved in an axial direction. The axial measurement of the shaft 2 can be reduced. As a result, characteristic frequency of the shaft 2 is increased, and higher speed rotation is enabled. The axial displacement sensor 5b can be arranged in the vicinity of a radial magnetic bearing device 6 compared to a conventional case, so that detection error of the axial displacement sensor 5b due to the influence of inclination of the shaft 2 is minimized. It is thus possible to perform axial control with higher accuracy. Margin of an axial measurement is utilized for a suctioning area of the magnetic bearing, so that a load capacity of the bearing is increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸等に用
いられる磁気軸受装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing device used for a spindle of a machine tool or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、超高速回転する工作機械の主
軸には、図3に示す様な構成の磁気軸受装置が用いられ
ていた。同図において軸50は回転軸であり、軸端50
aに工具(図示せず)等が取り付けられる。本体51に
は、軸端50a側から、玉軸受52、軸50の軸方向変
位を検出するアキシャル変位センサ53、軸50の径方
向変位を検出するラジアル変位センサ54、軸50を径
方向に非接触で支持するラジアル磁気軸受55、モータ
56、ラジアル磁気軸受55、ラジアル変位センサ5
4、軸50を軸方向に非接触で支持するアキシャル磁気
軸受57、玉軸受52が取り付けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic bearing device having a structure as shown in FIG. 3 has been used for a spindle of a machine tool which rotates at an extremely high speed. In the figure, the shaft 50 is a rotary shaft, and the shaft end 50
A tool (not shown) or the like is attached to a. The main body 51 includes a ball bearing 52, an axial displacement sensor 53 for detecting the axial displacement of the shaft 50, a radial displacement sensor 54 for detecting the radial displacement of the shaft 50, and the shaft 50 in the radial direction from the shaft end 50a side. Radial magnetic bearing 55 supported by contact, motor 56, radial magnetic bearing 55, radial displacement sensor 5
4, an axial magnetic bearing 57 and a ball bearing 52 that support the shaft 50 in the axial direction without contact are attached.

【0003】通常、ラジアル変位センサとアキシャル変
位センサは、軸50の軸方向に互いに距離を離して配置
されていた。
Usually, the radial displacement sensor and the axial displacement sensor are arranged apart from each other in the axial direction of the shaft 50.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このため、ラジアル変
位センサとアキシャル変位センサのための設置空間が、
軸方向に長くなり、これに伴って、軸50の軸長が長く
なっていた。その結果、軸の固有振動数を高くできない
ので、超高速回転が不可能であった。一方、軸長の限ら
れた軸50に対して、磁気軸受の吸引面積を大きくする
ことができないため、軸受の負荷容量を大きくすること
ができなかった。このため、主軸の負荷容量を大きくで
きなかった。
Therefore, the installation space for the radial displacement sensor and the axial displacement sensor is
It becomes longer in the axial direction, and along with this, the axial length of the shaft 50 becomes longer. As a result, since the natural frequency of the shaft cannot be increased, it has been impossible to rotate at a very high speed. On the other hand, since the attraction area of the magnetic bearing cannot be increased for the shaft 50 having a limited axial length, the load capacity of the bearing cannot be increased. Therefore, the load capacity of the spindle cannot be increased.

【0005】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、軸受の負荷容量をより大きくでき、より高
速回転が可能な磁気軸受装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems and to provide a magnetic bearing device capable of increasing the load capacity of the bearing and rotating at a higher speed.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に係る磁気軸受装置は、回転軸の半径方向
の変位量を検出するラジアル変位センサの出力に基づき
ラジアル磁気軸受を制御すると共に、回転軸の軸方向の
変位量を検出するアキシャル変位センサの出力に基づき
アキシャル磁気軸受を制御し、回転軸を磁力により半径
方向及び軸方向に非接触で支持する磁気軸受装置におい
て、前記回転軸には、軸線に垂直な第1の面と、軸線を
中心とする円周面からなる第2の面とにより構成される
段付き部が設けられ、前記ラジアル変位センサは、前記
第2の面に対向すると共に、前記アキシャル変位センサ
は、前記第1の面に対抗し、前記ラジアル変位センサと
前記アキシャル変位センサとは、互いの少なくとも一部
分同士が前記回転軸の軸方向に重なり合うように配置さ
れていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a magnetic bearing device according to a first aspect of the present invention controls a radial magnetic bearing based on an output of a radial displacement sensor that detects a radial displacement amount of a rotary shaft. In addition, in the magnetic bearing device for controlling the axial magnetic bearing based on the output of the axial displacement sensor that detects the amount of axial displacement of the rotating shaft, the rotating shaft is supported by magnetic force in the radial and axial directions in a non-contact manner. The rotating shaft is provided with a stepped portion constituted by a first surface perpendicular to the axis and a second surface consisting of a circumferential surface having the axis as a center, and the radial displacement sensor includes the second surface. Of the radial displacement sensor and the axial displacement sensor, the axial displacement sensor opposes the first surface, and at least a part of the radial displacement sensor and the axial displacement sensor rotate with respect to the first surface. And it is characterized in that it is arranged so as to overlap in the axial direction.

【0007】また、請求項2に係る磁気軸受装置は、請
求項1記載の磁気軸受装置において、前記ラジアル変位
センサ及び前記アキシャル変位センサは、前記回転軸の
軸線を中心とする同一円周を共有する状態で配置されて
いることを特徴とするものである。
A magnetic bearing device according to a second aspect of the present invention is the magnetic bearing device according to the first aspect, wherein the radial displacement sensor and the axial displacement sensor share the same circumference about the axis of the rotary shaft. It is characterized in that it is arranged in a state of being.

【0008】また、請求項3に係る磁気軸受装置は、請
求項2記載の磁気軸受装置において、前記ラジアル変位
センサ及び前記アキシャル変位センサは、交互に各4個
が円周等配に配置され、前記4個のアキシャル変位セン
サは、出力に関して同等の温度依存特性を有し、前記4
個のアキシャル変位センサのうちの、軸線を挟んで互い
に対向する一対のアキシャル変位センサは、変位の検出
を回避した状態で取り付けられた温度補償センサを構成
していることを特徴とするものである。
The magnetic bearing device according to a third aspect of the present invention is the magnetic bearing device according to the second aspect, wherein four radial displacement sensors and four axial displacement sensors are alternately arranged in a circumferential arrangement. The four axial displacement sensors have equivalent temperature dependence characteristics with respect to output, and
Among the axial displacement sensors, a pair of axial displacement sensors that face each other with the axis interposed therebetween are characterized in that they constitute a temperature compensation sensor attached in a state in which displacement detection is avoided. .

【0009】[0009]

【作用】上記請求項1に係る発明の構成によれば、ラジ
アル変位センサとアキシャル変位センサは互いの少なく
とも一部分同士が前記回転軸の軸方向に重なり合うよう
に配置されていることにより、軸方向に距離を離して配
置される場合に比べて、軸方向に場所を取らない。よっ
て、回転軸の所要長さを短くできる。この結果、回転軸
の固有振動数を高くでき、高速回転に対応できる。ま
た、生じた軸方向の寸法の余裕を磁気軸受の吸引面積に
用いることにより、軸受の負荷容量を増すことができ
る。また、アキシャル変位センサをラジアル磁気軸受に
近づけることができ、回転軸に撓み及び傾きが生じた場
合に、その影響によるアキシャル変位センサの検出信号
の誤差を小さくできる。
According to the structure of the invention according to claim 1, the radial displacement sensor and the axial displacement sensor are arranged so that at least a part of each of them overlaps with each other in the axial direction of the rotary shaft, whereby the radial displacement sensor and the axial displacement sensor are axially aligned. It takes up less space in the axial direction than if it were placed at a distance. Therefore, the required length of the rotating shaft can be shortened. As a result, the natural frequency of the rotary shaft can be increased, and high speed rotation can be supported. Further, the load capacity of the bearing can be increased by using the generated dimensional margin in the axial direction as the attraction area of the magnetic bearing. Further, the axial displacement sensor can be brought close to the radial magnetic bearing, and when the rotating shaft is bent or tilted, the error in the detection signal of the axial displacement sensor due to the influence can be reduced.

【0010】上記請求項2に係る発明の構成によれば、
請求項1記載の作用に加えて、下記の作用を奏する。す
なわち、上記の様に軸方向に重なり合ったラジアル変位
センサ及びアキシャル変位センサを、同一円周を共有す
る状態で配置したので、センサの取付けスペースを集約
化することができた。この結果、センサの取付けスペー
スをコンパクトにできる。また、センサ及びセンサの取
付け部分を一体的なユニットとして構成することも可能
となる。
According to the configuration of the invention according to claim 2,
In addition to the actions described in claim 1, the following actions are exhibited. That is, since the radial displacement sensor and the axial displacement sensor, which are overlapped in the axial direction as described above, are arranged so as to share the same circumference, the sensor mounting space can be integrated. As a result, the mounting space for the sensor can be made compact. It is also possible to configure the sensor and the sensor mounting portion as an integrated unit.

【0011】上記請求項3に係る発明の構成によれば、
請求項2記載の作用に加えて、下記の作用を奏する。す
なわち、一部のアキシャル変位センサを温度補償センサ
として構成していることにより、この温度補償センサも
上記集約化されたスペースの中に配置されることによ
り、センサの取付けスペースのコンパクト化に寄与でき
る。
According to the configuration of the invention according to claim 3 above,
In addition to the action described in claim 2, the following action is exhibited. That is, by configuring a part of the axial displacement sensor as a temperature compensating sensor, this temperature compensating sensor is also arranged in the integrated space, which contributes to downsizing of the sensor mounting space. .

【0012】[0012]

【実施例】以下実施例を示す添付図面によって詳細に説
明する。図1は本発明の磁気軸受装置の一実施例の概略
構成を示す断面図である。図2は図1におけるA─A線
に沿う断面図である。ただし、図1は図2のB─C─D
線に沿う断面を示している。図1において、1は本体で
あり、工作機械の主軸となりその内部を挿通する軸2、
モータ7等の構成部品を収容し、単独で又は工作機械の
ハウジング等の部材と一体に形成されて用いられる機枠
である。
Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments. FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of one embodiment of the magnetic bearing device of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. However, FIG. 1 is B--C--D in FIG.
The cross section along the line is shown. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a main body, which serves as a main shaft of a machine tool and which is inserted through the shaft 2.
A machine frame that accommodates components such as the motor 7 and is used alone or integrally formed with a member such as a housing of a machine tool.

【0013】軸2は回動可能に設けられ、モータ7によ
り回転駆動される。軸2の一方の軸端2aには、加工工
具(図示せず)等が取り付けられる。軸2の周囲には軸
端2a側より、玉軸受3、センサベース12、ラジアル
磁気軸受6、モータ7、ラジアル磁気軸受6、ラジアル
変位センサ8、アキシャル磁気軸受9並びに玉軸受3の
各機器が配設され、それぞれ本体1に固定される。セン
サベース12には、ラジアル変位センサ4b、4c(図
1には4bのみ示してある)及びアキシャル変位センサ
5b、5c(図1には5bのみ示してある)が、軸2の
軸線方向に略同位置で取り付けられている。
The shaft 2 is rotatably provided and is driven to rotate by a motor 7. A processing tool (not shown) or the like is attached to one shaft end 2a of the shaft 2. A ball bearing 3, a sensor base 12, a radial magnetic bearing 6, a motor 7, a radial magnetic bearing 6, a radial displacement sensor 8, an axial magnetic bearing 9 and a ball bearing 3 are installed around the shaft 2 from the side of the shaft 2a. They are arranged and fixed to the main body 1, respectively. On the sensor base 12, radial displacement sensors 4b and 4c (only 4b is shown in FIG. 1) and axial displacement sensors 5b and 5c (only 5b are shown in FIG. 1) are provided in the axial direction of the shaft 2. It is installed in the same position.

【0014】軸2は、大径軸2eの両端部の同軸上にそ
れぞれ小径軸2c、2dを一体に形成した2段軸からな
る。大径軸2eと一方の小径軸2dとの間には、段付き
部2deが設けられている。段付き部2deは、上記小
径軸2dの円周面と大径軸2eの端面2bとにより構成
される。また、大径軸2eと他方の小径軸2cとの境界
部分には、円板状のフランジ部2fが形成されている。
軸2は、アキシャル磁気軸受9及びラジアル磁気軸受6
の磁力により非接触で支持される。
The shaft 2 comprises a two-stage shaft in which the small diameter shafts 2c and 2d are integrally formed coaxially at both ends of the large diameter shaft 2e. A stepped portion 2de is provided between the large diameter shaft 2e and one small diameter shaft 2d. The stepped portion 2de is composed of the circumferential surface of the small diameter shaft 2d and the end surface 2b of the large diameter shaft 2e. Further, a disc-shaped flange portion 2f is formed at a boundary portion between the large diameter shaft 2e and the other small diameter shaft 2c.
The shaft 2 has an axial magnetic bearing 9 and a radial magnetic bearing 6
It is supported in a non-contact manner by the magnetic force of.

【0015】図2を参照して、ラジアル変位センサ4
b、4c及びアキシャル変位センサ5b、5cは、軸2
の軸線を中心とする同一円周を共有する状態で、軸2の
小径軸2dの周囲に交互に等配に配置されている。セン
サベース12は、金属等の硬質部材からなる環状の板材
であり、その一方の面にラジアル変位センサ4b、4c
及びアキシャル変位センサ5b、5cが固定されてい
る。センサベース12、ラジアル変位センサ4b、4c
及びアキシャル変位センサ5b、5cは、1つのユニッ
トとして構成されている。ラジアル変位センサ4b、4
c及びアキシャル変位センサ5b、5cが、軸2に対し
て所定の位置関係となるように、センサベース12は本
体1に固定される。
Referring to FIG. 2, the radial displacement sensor 4
b, 4c and the axial displacement sensors 5b, 5c are the shaft 2
In a state of sharing the same circumference centered on the axis of, the shafts 2 are alternately arranged around the small-diameter shaft 2d in equal distribution. The sensor base 12 is an annular plate member made of a hard member such as metal, and has radial displacement sensors 4b, 4c on one surface thereof.
Also, the axial displacement sensors 5b and 5c are fixed. Sensor base 12, radial displacement sensors 4b, 4c
The axial displacement sensors 5b and 5c are configured as one unit. Radial displacement sensors 4b, 4
The sensor base 12 is fixed to the main body 1 so that the c and the axial displacement sensors 5b and 5c have a predetermined positional relationship with the shaft 2.

【0016】ラジアル変位センサ4b、4cは、インダ
クタンス型変位センサからなり、その検出部4aを、上
記小径軸2dの円周面に向けて、同一円周上に4個が等
配に設置されている。軸2を挟んだ一対のラジアル変位
センサ4bは、軸2の径方向(図2の矢印X方向)の変
位を、非接触で測定する。同様に一対のラジアル変位セ
ンサ4cは、矢印X方向と直交する軸2の径方向(図2
の矢印Y方向)の変位を測定する。
The radial displacement sensors 4b and 4c are inductance type displacement sensors, and four detecting units 4a are installed on the same circumference with their detecting portions 4a facing the circumferential surface of the small diameter shaft 2d. There is. The pair of radial displacement sensors 4b sandwiching the shaft 2 measure the displacement of the shaft 2 in the radial direction (direction of arrow X in FIG. 2) without contact. Similarly, the pair of radial displacement sensors 4c includes a radial direction of the shaft 2 orthogonal to the arrow X direction (see FIG.
The displacement in the direction of arrow Y) is measured.

【0017】アキシャル変位センサ5b、5cは、渦電
流型フェライトコア変位センサからなる。軸2を挟んだ
一対のアキシャル変位センサ5bは、センサの検出部5
aが軸2の段付き部2deの端面2bに面して設けら
れ、軸2の軸方向の変位を非接触で測定する。また、他
の一対のアキシャル変位センサ5cは、その検出面をセ
ンサベース12に向けて取り付けられ、軸2の変位は検
出しない。アキシャル変位センサ5cは、温度補償セン
サとして用いられている。すなわち、変位を検出しない
一対のアキシャル変位センサ5cは、アキシャル変位セ
ンサ5bと同様に温度変化の影響を受ける。よって、一
対のアキシャル変位センサ5bの出力信号から一対のア
キシャル変位センサ5cの出力信号を減じることによ
り、一対のアキシャル変位センサ5bの出力信号が温度
変化に対して補正される。
The axial displacement sensors 5b and 5c are eddy current type ferrite core displacement sensors. The pair of axial displacement sensors 5b sandwiching the shaft 2 is the detection unit 5 of the sensor.
a is provided so as to face the end surface 2b of the stepped portion 2de of the shaft 2, and the axial displacement of the shaft 2 is measured in a non-contact manner. The other pair of axial displacement sensors 5c are attached so that their detection surfaces face the sensor base 12 and do not detect the displacement of the shaft 2. The axial displacement sensor 5c is used as a temperature compensation sensor. That is, the pair of axial displacement sensors 5c that do not detect displacement are affected by the temperature change as in the axial displacement sensor 5b. Therefore, by subtracting the output signals of the pair of axial displacement sensors 5c from the output signals of the pair of axial displacement sensors 5b, the output signals of the pair of axial displacement sensors 5b are corrected with respect to the temperature change.

【0018】ラジアル変位センサ8は、ラジアル変位セ
ンサ4b、4cと同様に4個が本体に取り付けられ、軸
2の径方向の変位を検出する。玉軸受3は、軸2が停止
するときに軸2を受け止める、いわゆるタッチダウン軸
受である。アキシャル磁気軸受9は、一対の電磁石9a
及び9bからなり、軸2に設けられたフランジ部2fを
所定の間隔を開けて挟み込む様に一対が配置される。
As with the radial displacement sensors 4b and 4c, four radial displacement sensors 8 are attached to the main body, and detect the radial displacement of the shaft 2. The ball bearing 3 is a so-called touchdown bearing that receives the shaft 2 when the shaft 2 stops. The axial magnetic bearing 9 includes a pair of electromagnets 9a.
And 9b, and the pair is arranged so as to sandwich the flange portion 2f provided on the shaft 2 at a predetermined interval.

【0019】アキシャル変位センサ5b、5c、ラジア
ル変位センサ4b、4c及びラジアル変位センサ8の出
力信号は、制御部(図示せず)で所定の信号処理が行な
われ、軸2の径方向及び軸方向の変位が検出される。こ
のとき、温度変化に対してアキシャル変位センサ5bの
出力信号を補正する。その結果に基づき、制御部は、軸
2の軸方向及び径方向の位置を所定の状態に保つよう
に、ラジアル磁気軸受6及びアキシャル磁気軸受9を制
御、駆動する。
The output signals of the axial displacement sensors 5b, 5c, the radial displacement sensors 4b, 4c and the radial displacement sensor 8 are subjected to predetermined signal processing by a control unit (not shown), and the radial direction and the axial direction of the shaft 2 are controlled. Is detected. At this time, the output signal of the axial displacement sensor 5b is corrected with respect to the temperature change. Based on the result, the control unit controls and drives the radial magnetic bearing 6 and the axial magnetic bearing 9 so as to keep the axial and radial positions of the shaft 2 in predetermined states.

【0020】上記実施例においては、アキシャル変位セ
ンサ5b、5cとラジアル変位センサ4b、4cが、軸
2の軸方向に重なり合うように配置されているので、セ
ンサの設置スペースが軸方向に場所を取らない。これに
より、軸2の軸方向の寸法を短くできた。この結果、軸
2の固有振動数を高くでき、より高速回転が可能とな
る。また、従来と同じ軸長さであっても、短くなった寸
法を磁気軸受の吸引面積の増加の為に用いることで、軸
受の負荷容量を増すことができる。
In the above embodiment, since the axial displacement sensors 5b and 5c and the radial displacement sensors 4b and 4c are arranged so as to overlap each other in the axial direction of the shaft 2, the installation space of the sensor is axially spaced. Absent. As a result, the axial dimension of the shaft 2 can be shortened. As a result, the natural frequency of the shaft 2 can be increased and higher speed rotation can be achieved. Further, even if the shaft length is the same as the conventional one, the load capacity of the bearing can be increased by using the shortened dimension for increasing the attraction area of the magnetic bearing.

【0021】ところで、軸2に撓みや傾きが生ずると、
軸2の各部は、軸方向及び径方向に変位する。アキシャ
ル変位センサ5bによる検出変位には、上記傾き等によ
る変位が含まれており、この部分が誤差となっている。
仮に、アキシャル変位センサ5bを、支持点であるラジ
アル磁気軸受6から遠ざけて配置した場合には、上記傾
き等による変位が大きくなるので、上記誤差が大きくな
り、測定精度が低下する。
By the way, when the shaft 2 is bent or tilted,
Each part of the shaft 2 is displaced in the axial direction and the radial direction. The displacement detected by the axial displacement sensor 5b includes the displacement due to the inclination and the like, and this portion is an error.
If the axial displacement sensor 5b is arranged away from the radial magnetic bearing 6 which is a support point, the displacement due to the inclination and the like becomes large, so that the error becomes large and the measurement accuracy decreases.

【0022】これに対して本実施例では、従来と比較し
てアキシャル変位センサ5bをラジアル磁気軸受6に近
づけて配置できたので、軸2の傾き等の影響によるアキ
シャル変位センサ5bの検出誤差を小さくできる。従っ
て、より高精度な軸方向の制御が可能となる。また、ア
キシャル変位センサ5bが検出する変位量がそれだけ少
なくなり、よりダイナミックレンジの低いセンサの使用
が可能となる。
On the other hand, in this embodiment, the axial displacement sensor 5b can be arranged closer to the radial magnetic bearing 6 than in the conventional case, so that the detection error of the axial displacement sensor 5b due to the influence of the inclination of the shaft 2 or the like. Can be made smaller. Therefore, it is possible to control the axial direction with higher accuracy. In addition, the amount of displacement detected by the axial displacement sensor 5b is reduced accordingly, and it is possible to use a sensor having a lower dynamic range.

【0023】また、上記の様に軸方向に重なり合ったラ
ジアル変位センサ4b、4c及びアキシャル変位センサ
5b、5cを、同一円周を共有する状態で配置したの
で、センサの取付けスペースを集約化することができ
た。この結果、センサ及びセンサベース12を、本体1
に対して着脱自在な一体的なユニットとして構成するこ
とができた。従来は、各センサを個別に本体1内の狭い
空間内で作業して、取り付けていたので、取付作業が非
常に面倒であった。これに対して本実施例では、予め組
み立てた上記ユニットを、本体1内に組み込むことによ
り、センサの本体1への取付作業を非常に簡単にするこ
とができる。また本体取付け前に、センサをユニットと
して予め検査することもできる。
Further, since the radial displacement sensors 4b and 4c and the axial displacement sensors 5b and 5c, which are axially overlapped with each other as described above, are arranged so as to share the same circumference, the sensor mounting space can be integrated. I was able to. As a result, the sensor and the sensor base 12 are attached to the main body 1
It was able to be configured as an integral unit that can be freely attached to and detached from. Conventionally, each sensor has been individually mounted and worked in a narrow space in the main body 1, so the mounting work has been very troublesome. On the other hand, in this embodiment, the previously assembled unit is incorporated into the main body 1, so that the work of attaching the sensor to the main body 1 can be very simplified. It is also possible to inspect the sensor as a unit before mounting the main body.

【0024】また、アキシャル変位センサ5cを温度補
償センサとして構成し、この温度補償センサも上記集約
化されたスペースの中に配置したので、センサの取付け
スペースのコンパクト化により一層寄与できた。またア
キシャル変位センサ5b、5c及びラジアル変位センサ
4b、4cの各センサ間の間隔を等しくしたので、個々
のセンサが他のセンサから受ける影響を等しくできる。
よってセンサの出力に所定の簡単な補正を施すこと、例
えば、一対の同種のセンサの出力信号の差分を取ること
により、上記影響を排除できる。
Further, since the axial displacement sensor 5c is constructed as a temperature compensating sensor and this temperature compensating sensor is also arranged in the integrated space, it is possible to further contribute to downsizing of the sensor mounting space. Further, since the distances between the axial displacement sensors 5b and 5c and the radial displacement sensors 4b and 4c are made equal, each sensor can be affected by other sensors equally.
Therefore, the above influence can be eliminated by applying a predetermined simple correction to the output of the sensor, for example, by taking the difference between the output signals of the pair of sensors of the same type.

【0025】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、種々の変更を施すことができる。例え
ば、上記の実施例では、アキシャル変位センサ5b、5
cを軸2の工具を装着する側の軸端2aにだけ設けた
が、軸2の両端にそれぞれ設けても良い。また、軸の工
具を装着する側でなく、反対側の軸端のみに設けても良
いし、軸の中間でも構わない。両端に設ければ、本発明
の効果が倍加するものである。また、取付け位置により
本発明の効果が損なわれるものでない。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, in the above embodiments, the axial displacement sensors 5b, 5
Although c is provided only at the shaft end 2a of the shaft 2 on the side where the tool is mounted, it may be provided at both ends of the shaft 2. Further, the shaft may be provided only on the opposite shaft end, not on the side where the tool is mounted, or in the middle of the shaft. If provided at both ends, the effect of the present invention is doubled. Further, the effect of the present invention is not impaired by the mounting position.

【0026】またアキシャル変位センサ5b、アキシャ
ル変位センサ5c、ラジアル変位センサ4b及びラジア
ル変位センサ4cは、それぞれ2個一対のセンサから構
成されていたが、この数はより多くとも、また少なくと
も構わない。またラジアル変位センサ8は、4つのセン
サから構成されていたが、この数はより多くとも、また
少なくとも構わない。より多ければ検出精度を向上で
き、より少なければ構造が簡単になり、コストの低減が
図れる。
Further, the axial displacement sensor 5b, the axial displacement sensor 5c, the radial displacement sensor 4b and the radial displacement sensor 4c are each composed of a pair of two sensors, but the number may be larger or at least. Further, although the radial displacement sensor 8 is composed of four sensors, this number may be more or at least. If it is larger, the detection accuracy can be improved, and if it is smaller, the structure is simple and the cost can be reduced.

【0027】また上記の実施例では、アキシャル変位セ
ンサ5bが並ぶ方向と、アキシャル変位センサ5cが並
ぶ方向とが直交するように、上記の2対のセンサは配置
されたが、それには限らない。上記の並ぶ方向が90度
以外の角度で交差するように配置されてもよい。アキシ
ャル変位センサ5bと温度補償センサとしてのアキシャ
ル変位センサ5cが接近すれば、温度変化もより近い状
態となり、より補償精度が高くできる。
Further, in the above embodiment, the above-mentioned two pairs of sensors are arranged so that the direction in which the axial displacement sensors 5b are arranged is orthogonal to the direction in which the axial displacement sensors 5c are arranged, but the present invention is not limited to this. You may arrange | position so that the said alignment direction may intersect at an angle other than 90 degrees. When the axial displacement sensor 5b and the axial displacement sensor 5c as the temperature compensation sensor come close to each other, the temperature change becomes closer, and the compensation accuracy can be further increased.

【0028】また上記の実施例では、ラジアル変位セン
サ4b、4c及びアキシャル変位センサ5b、5cは、
同一円周を共有する状態で配置されたが、同一円周を共
有しなくとも構わない。また上記の実施例では、ラジア
ル変位センサ4b、4c及びアキシャル変位センサ5
b、5cは、金属等の硬質部材からなるセンサベース1
2に取り付けられ、センサ及びセンサベース12を一体
的なユニットとして本体1に固定された。この他に、ラ
ジアル変位センサ4b、4c及びアキシャル変位センサ
5b、5cが所定の位置関係に配置された状態で樹脂に
より一体にモールドされていてもよい。この場合には、
一体モールドされた樹脂がセンサベース12に相当す
る。この様にすれば、ユニットとして扱いやすくなる。
また、振動等による、取り付けたセンサの脱落及び取り
付け位置のずれが生じず、磁気軸受装置の信頼性が向上
する。
Further, in the above embodiment, the radial displacement sensors 4b and 4c and the axial displacement sensors 5b and 5c are
Although they are arranged so as to share the same circumference, they do not have to share the same circumference. Further, in the above-mentioned embodiment, the radial displacement sensors 4b and 4c and the axial displacement sensor 5 are used.
b and 5c are sensor bases 1 made of a hard member such as metal.
2, and the sensor and the sensor base 12 were fixed to the main body 1 as an integral unit. In addition, the radial displacement sensors 4b and 4c and the axial displacement sensors 5b and 5c may be integrally molded with resin in a state of being arranged in a predetermined positional relationship. In this case,
The integrally molded resin corresponds to the sensor base 12. This makes it easier to handle as a unit.
Further, the attached sensor does not drop out and the attachment position is not displaced due to vibration, etc., and the reliability of the magnetic bearing device is improved.

【0029】また上記の実施例では、センサベース12
は環状の板材としたが、扇形の複数の部材に分割され
て、それらを本体1に固定するようにしてもよい。この
場合には、センサとセンサベース12からなるユニット
の本体1への取り付け、取り外しが容易になり、磁気軸
受装置としての整備性が向上する。また上記の実施例で
は、ラジアル変位センサ4b、4c及び8はインダクタ
ンス型変位センサを、アキシャル変位センサ5b、5c
は渦電流型フェライトコア変位センサを用いたが、安価
で安定して磁気軸受装置に用いられるからであり、他の
方式でも構わない。
Further, in the above embodiment, the sensor base 12
Is a circular plate material, but it may be divided into a plurality of fan-shaped members and fixed to the main body 1. In this case, the unit including the sensor and the sensor base 12 can be easily attached to and detached from the main body 1, and the maintainability of the magnetic bearing device is improved. Further, in the above embodiment, the radial displacement sensors 4b, 4c and 8 are inductance type displacement sensors, and the axial displacement sensors 5b, 5c.
Uses an eddy current type ferrite core displacement sensor, but this is because it is inexpensive and stable and can be used in a magnetic bearing device, and other methods may be used.

【0030】また上記の実施例では、アキシャル変位セ
ンサ5b、5cは同じセンサを用いたが、同様の温度に
対する出力特性を持つものであればアキシャル変位セン
サ5bと5cは他の種類でも構わない。その他、本発明
の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが
可能である。
In the above embodiment, the same axial displacement sensors 5b and 5c are used, but the axial displacement sensors 5b and 5c may be of other types as long as they have similar output characteristics with respect to temperature. In addition, various design changes can be made without changing the gist of the present invention.

【0031】[0031]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、ラジアル
変位センサとアキシャル変位センサは、従来に比べて、
軸方向に場所を取らない。よって、回転軸の所要長さを
短くできる。この結果、軸の固有振動数を高くでき、高
速回転が可能になる。また、生じた軸方向の寸法の余裕
を磁気軸受の吸引面積に用いることで、軸受の負荷容量
を増すことができる。また、回転軸の撓み及び傾きの影
響によるアキシャル変位センサの検出信号の誤差を小さ
くでき、高精度な軸方向の制御ができる。
According to the invention of claim 1, the radial displacement sensor and the axial displacement sensor are different from the conventional ones.
Does not take up space in the axial direction. Therefore, the required length of the rotating shaft can be shortened. As a result, the natural frequency of the shaft can be increased, and high speed rotation is possible. Further, the load capacity of the bearing can be increased by using the generated dimensional margin in the axial direction as the attraction area of the magnetic bearing. Further, it is possible to reduce the error in the detection signal of the axial displacement sensor due to the influence of the bending and the inclination of the rotary shaft, and it is possible to control the axial direction with high accuracy.

【0032】請求項2に係る発明によれば、請求項1に
係る発明の効果に加えて、ラジアル変位センサ及びアキ
シャル変位センサの取付けスペースを集約化できた。ま
た、センサ及びセンサの取付け部分を一体的なユニット
として構成することも可能となる。請求項3に係る発明
によれば、請求項2に係る発明の効果に加えて、温度補
償センサも上記集約化されたスペースの中に配置でき、
センサの取付けスペースのコンパクト化に寄与できる。
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the mounting space for the radial displacement sensor and the axial displacement sensor can be integrated. It is also possible to configure the sensor and the sensor mounting portion as an integrated unit. According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 2, the temperature compensation sensor can also be arranged in the integrated space,
This can contribute to downsizing of the sensor mounting space.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る磁気軸受装置の概要を
示す断面側面図である。
FIG. 1 is a sectional side view showing an outline of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の断面Aにおける矢視断面図である。2 is a cross-sectional view taken along arrow A in FIG.

【図3】従来の磁気軸受装置の概要を示す断面側面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional side view showing an outline of a conventional magnetic bearing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 本体 2 軸(回転軸) 4b、4c ラジアル変位センサ 5b アキシャル変位センサ 5c 温度補償センサとして設けたアキシャ
ル変位センサ 6 ラジアル磁気軸受 9 アキシャル磁気軸受 12 センサベース
1 Main body 2 Axis (rotating shaft) 4b, 4c Radial displacement sensor 5b Axial displacement sensor 5c Axial displacement sensor provided as a temperature compensation sensor 6 Radial magnetic bearing 9 Axial magnetic bearing 12 Sensor base

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転軸の半径方向の変位量を検出するラジ
アル変位センサの出力に基づきラジアル磁気軸受を制御
すると共に、回転軸の軸方向の変位量を検出するアキシ
ャル変位センサの出力に基づきアキシャル磁気軸受を制
御し、回転軸を磁力により半径方向及び軸方向に非接触
で支持する磁気軸受装置において、 前記回転軸には、軸線に垂直な第1の面と、軸線を中心
とする円周面からなる第2の面とにより構成される段付
き部が設けられ、 前記ラジアル変位センサは、前記第2の面に対向すると
共に、 前記アキシャル変位センサは、前記第1の面に対向し、 前記ラジアル変位センサと前記アキシャル変位センサと
は、互いの少なくとも一部分同士が前記回転軸の軸方向
に重なり合うように配置されていることを特徴とする磁
気軸受装置。
Claim: What is claimed is: 1. A radial magnetic bearing is controlled based on the output of a radial displacement sensor that detects the radial displacement of a rotary shaft, and the axial magnetic sensor is axial based on the output of an axial displacement sensor that detects the axial displacement of the rotary shaft. A magnetic bearing device that controls a magnetic bearing and supports a rotating shaft in a radial direction and an axial direction in a non-contact manner by magnetic force, wherein the rotating shaft has a first surface perpendicular to the axis and a circumference about the axis. A stepped portion configured by a second surface made of a surface is provided, the radial displacement sensor faces the second surface, and the axial displacement sensor faces the first surface, A magnetic bearing device, wherein the radial displacement sensor and the axial displacement sensor are arranged such that at least a part of each of the radial displacement sensor and the axial displacement sensor overlap each other in the axial direction of the rotating shaft. .
【請求項2】請求項1記載の磁気軸受装置において、 前記ラジアル変位センサ及び前記アキシャル変位センサ
は、前記回転軸の軸線を中心とする同一円周を共有する
状態で配置されていることを特徴とする磁気軸受装置。
2. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the radial displacement sensor and the axial displacement sensor are arranged so as to share the same circumference centered on the axis of the rotary shaft. And magnetic bearing device.
【請求項3】請求項2記載の磁気軸受装置において、 前記ラジアル変位センサ及び前記アキシャル変位センサ
は、交互に各4個が円周等配に配置され、 前記4個のアキシャル変位センサは、出力に関して同等
の温度依存特性を有し、前記4個のアキシャル変位セン
サのうちの、軸線を挟んで互いに対向する一対のアキシ
ャル変位センサは、変位の検出を回避した状態で取り付
けられた温度補償センサを構成していることを特徴とす
る磁気軸受装置。
3. The magnetic bearing device according to claim 2, wherein each of the radial displacement sensor and the axial displacement sensor is alternately arranged such that four of them are arranged circumferentially evenly, and the four axial displacement sensors output Among the four axial displacement sensors, the pair of axial displacement sensors facing each other with the axis line interposed therebetween are temperature compensating sensors attached while avoiding detection of displacement. A magnetic bearing device characterized by being configured.
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