JPH09105413A - 軸受ユニット - Google Patents
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- JPH09105413A JPH09105413A JP7289343A JP28934395A JPH09105413A JP H09105413 A JPH09105413 A JP H09105413A JP 7289343 A JP7289343 A JP 7289343A JP 28934395 A JP28934395 A JP 28934395A JP H09105413 A JPH09105413 A JP H09105413A
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- bearing
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- F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
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- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 制御が容易で円滑な回転状態を維持すること
ができる１軸制御型磁気軸受を提供する。 【解決手段】 固定部３と回転体７の間に可動部材１５
ａ，１５ｂを配置し、可動部材１５ａ，１５ｂと回転体
７の間に受動型ラジアル軸受１７ａ，１７ｂを設け、可
動部材１５ａ，１５ｂと固定部３の間に軸方向に向かい
合う少なくとも２対の対向面を設け、第１の対向面２２
ａ〜２３ｂには径方向断面が曲面である凹所２２Ａ〜２
３Ｂを形成し、この凹所２２Ａ〜２３Ｂ間に凹所の曲率
半径より小さい半径のボール２６ａ，２６ｂを配置し、
第２の対向面２８ａ〜２９ｂには弾性体からなる減衰部
材３０ａ，３０ｂを架設し、さらに可動部材１５ａ，１
５ｂを第１の対向面２２ａ〜２３ｂの間隔が小さくなる
ように付勢する付勢手段を設けた。
ができる１軸制御型磁気軸受を提供する。 【解決手段】 固定部３と回転体７の間に可動部材１５
ａ，１５ｂを配置し、可動部材１５ａ，１５ｂと回転体
７の間に受動型ラジアル軸受１７ａ，１７ｂを設け、可
動部材１５ａ，１５ｂと固定部３の間に軸方向に向かい
合う少なくとも２対の対向面を設け、第１の対向面２２
ａ〜２３ｂには径方向断面が曲面である凹所２２Ａ〜２
３Ｂを形成し、この凹所２２Ａ〜２３Ｂ間に凹所の曲率
半径より小さい半径のボール２６ａ，２６ｂを配置し、
第２の対向面２８ａ〜２９ｂには弾性体からなる減衰部
材３０ａ，３０ｂを架設し、さらに可動部材１５ａ，１
５ｂを第１の対向面２２ａ〜２３ｂの間隔が小さくなる
ように付勢する付勢手段を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ターボ分
子ポンプ等の磁気軸受に用いられる軸受ユニットに関す
る。
子ポンプ等の磁気軸受に用いられる軸受ユニットに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石を有する受動型磁気軸受で軸方
向の力を発生して回転軸を支持し、軸方向の力に抗する
力を能動型磁気軸受で発生せしめて軸方向の制御を能動
的に行うタイプの磁気軸受は、「１軸制御型磁気軸受」
と呼ばれることが多い。
向の力を発生して回転軸を支持し、軸方向の力に抗する
力を能動型磁気軸受で発生せしめて軸方向の制御を能動
的に行うタイプの磁気軸受は、「１軸制御型磁気軸受」
と呼ばれることが多い。
【０００３】受動型軸受は、ロータとステータの永久磁
石の間の径方向の反発力を利用するもので、磁石間には
軸方向の力は作用しない。しかし、部品加工精度の限界
に起因して相対的な位置ずれが生じると永久磁石間に軸
方向の磁力が作用して制御が不安定になってしまう。従
って、ロータを安定浮上させる為には、ステータ側永久
磁石の軸方向保持剛性を理想的には無限大とすることが
望ましい。一方、径方向においては、磁力自体には減衰
要素がないため、ロータがある回転数（共振点）におい
て大きく振れ廻り、ロータが保護軸受に接触して異音を
発すると同時に回転数が上昇しなくなる。
石の間の径方向の反発力を利用するもので、磁石間には
軸方向の力は作用しない。しかし、部品加工精度の限界
に起因して相対的な位置ずれが生じると永久磁石間に軸
方向の磁力が作用して制御が不安定になってしまう。従
って、ロータを安定浮上させる為には、ステータ側永久
磁石の軸方向保持剛性を理想的には無限大とすることが
望ましい。一方、径方向においては、磁力自体には減衰
要素がないため、ロータがある回転数（共振点）におい
て大きく振れ廻り、ロータが保護軸受に接触して異音を
発すると同時に回転数が上昇しなくなる。
【０００４】従って、ロータを支持する軸受機構には、
保持剛性を軸方向と半径方向で異なるようにした減衰機
構が必要となる。このような構造の軸受装置として、例
えば、特開平２−１２５１０６号に記載された技術があ
る。この技術においては、ロータとステータの間に中間
部材を設け、中間部材とロータの間に減衰部材を設けて
減衰要素とするとともに、中間部材のステータに対する
センタリングにステータと中間部材の磁気的結合を利用
している。
保持剛性を軸方向と半径方向で異なるようにした減衰機
構が必要となる。このような構造の軸受装置として、例
えば、特開平２−１２５１０６号に記載された技術があ
る。この技術においては、ロータとステータの間に中間
部材を設け、中間部材とロータの間に減衰部材を設けて
減衰要素とするとともに、中間部材のステータに対する
センタリングにステータと中間部材の磁気的結合を利用
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような軸受ユニッ
トにおいては、装置を横置きなどの任意の姿勢で使用可
能とするためにロータのセンタリングを任意の姿勢にお
いて実現しなければならない。また、メンテナンス、生
産効率重視の観点から、特にセンタリングにおいて組立
の再現性が確保されなければならない。しかしながら、
前記のような従来の技術においては、磁気的結合のバネ
によってセンタリングされている中間部材を介してロー
タを支持しているため、ロータのステータに対するセン
タリングの精度を向上させることが難しいという問題が
あった。
トにおいては、装置を横置きなどの任意の姿勢で使用可
能とするためにロータのセンタリングを任意の姿勢にお
いて実現しなければならない。また、メンテナンス、生
産効率重視の観点から、特にセンタリングにおいて組立
の再現性が確保されなければならない。しかしながら、
前記のような従来の技術においては、磁気的結合のバネ
によってセンタリングされている中間部材を介してロー
タを支持しているため、ロータのステータに対するセン
タリングの精度を向上させることが難しいという問題が
あった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、固定部と、これに対して回転する回転体とを備え、
受動型ラジアル磁気軸受の永久磁石の磁力により回転体
を径方向に支持し、能動型アキシャル磁気軸受により軸
方向に回転体を支持するようにした軸受ユニットにおい
て、固定部と回転体の間に可動部材を配置し、上記可動
部材と回転体の間に上記受動型ラジアル軸受を設け、上
記可動部材と固定部の間に軸方向に向かい合う少なくと
も２対の対向面を設け、第１の対向面には径方向断面が
曲面である凹所を形成し、この凹所間に該凹所の曲率半
径より小さい半径のボールを配置し、第２の対向面には
弾性体からなる減衰部材を架設し、さらに上記可動部材
を上記第１の対向面の間隔が小さくなるように付勢する
付勢手段を設けたことを特徴とする軸受ユニットであ
る。
は、固定部と、これに対して回転する回転体とを備え、
受動型ラジアル磁気軸受の永久磁石の磁力により回転体
を径方向に支持し、能動型アキシャル磁気軸受により軸
方向に回転体を支持するようにした軸受ユニットにおい
て、固定部と回転体の間に可動部材を配置し、上記可動
部材と回転体の間に上記受動型ラジアル軸受を設け、上
記可動部材と固定部の間に軸方向に向かい合う少なくと
も２対の対向面を設け、第１の対向面には径方向断面が
曲面である凹所を形成し、この凹所間に該凹所の曲率半
径より小さい半径のボールを配置し、第２の対向面には
弾性体からなる減衰部材を架設し、さらに上記可動部材
を上記第１の対向面の間隔が小さくなるように付勢する
付勢手段を設けたことを特徴とする軸受ユニットであ
る。
【０００７】この発明によれば、付勢手段によって第１
の対向面の凹所とボールが圧接させられ、いわゆる片持
ち状態でかつセンタリングされた状態で可動部材が固定
部に支持される。可動部材の他方側にはある程度の自由
度があるので、可動部材が径方向に動く余地があり、こ
れによって減衰部材のエネルギー吸収機能が確保され
る。請求項２に記載の発明は、上記受動型ラジアル磁気
軸受を構成する回転体と可動部材の永久磁石が軸方向に
ずれて配置され、これにより上記付勢手段が構成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニットで
ある。もとからある受動型磁気軸受を位置の設定を変更
するだけで強度の大きい付勢手段が構成される。請求項
３に記載の発明は、１つの回転体に対して上記可動部材
を上下に２つ設けたことを特徴とする請求項１又は２に
記載の軸受ユニットである。
の対向面の凹所とボールが圧接させられ、いわゆる片持
ち状態でかつセンタリングされた状態で可動部材が固定
部に支持される。可動部材の他方側にはある程度の自由
度があるので、可動部材が径方向に動く余地があり、こ
れによって減衰部材のエネルギー吸収機能が確保され
る。請求項２に記載の発明は、上記受動型ラジアル磁気
軸受を構成する回転体と可動部材の永久磁石が軸方向に
ずれて配置され、これにより上記付勢手段が構成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニットで
ある。もとからある受動型磁気軸受を位置の設定を変更
するだけで強度の大きい付勢手段が構成される。請求項
３に記載の発明は、１つの回転体に対して上記可動部材
を上下に２つ設けたことを特徴とする請求項１又は２に
記載の軸受ユニットである。
【０００８】請求項４に記載の発明は、上記可動部材と
回転体の間に、軸方向に向かい合う第３の対向面を上記
第１の対向面に対して逆向きに設け、第３の対向面に径
方向断面が曲面である凹所を形成してこの凹所間にボー
ルを配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の軸受ユニットである。第１と第３の対向面
の向きが逆になっているので、可動部材が２つのボール
を介して固定部に保持されることになる。第１の対向面
のボールは圧接させられているので、第３の対向面には
隙間が形成されるが、これは径方向の僅かの振れで吸収
されるように、凹所とボールの半径差と隙間量が設定さ
れている。この構成によって、例えば主軸が横になるよ
うに軸受ユニットを用いても、円滑な回転が可能とな
る。請求項５に記載の発明は、上記減衰部材は上記第２
の対向面間において圧縮状態で架設され、それによって
上記付勢手段を構成していることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の軸受ユニットである。
回転体の間に、軸方向に向かい合う第３の対向面を上記
第１の対向面に対して逆向きに設け、第３の対向面に径
方向断面が曲面である凹所を形成してこの凹所間にボー
ルを配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の軸受ユニットである。第１と第３の対向面
の向きが逆になっているので、可動部材が２つのボール
を介して固定部に保持されることになる。第１の対向面
のボールは圧接させられているので、第３の対向面には
隙間が形成されるが、これは径方向の僅かの振れで吸収
されるように、凹所とボールの半径差と隙間量が設定さ
れている。この構成によって、例えば主軸が横になるよ
うに軸受ユニットを用いても、円滑な回転が可能とな
る。請求項５に記載の発明は、上記減衰部材は上記第２
の対向面間において圧縮状態で架設され、それによって
上記付勢手段を構成していることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の軸受ユニットである。
【０００９】請求項６に記載の発明は、上記凹所は周方
向に延びる円周溝に形成されていることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の軸受ユニットであ
る。請求項７に記載の発明は、上記減衰部材は円筒形状
であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載の軸受ユニットである。請求項８に記載の発明は、
上記減衰部材は、上記第２の対向面に形成した取付溝に
嵌合させて取り付けられていることを特徴とする請求項
１ないし７のいずれかに記載の軸受ユニットである。請
求項９に記載の発明は、非常用の保護軸受を上記可動部
材に設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
かに記載の軸受ユニットである。請求項１０に記載の発
明は、上記回転体と上記保護軸受との間の径方向の隙間
と、上記可動部材と固定部との間の径方向の隙間の和
が、上記回転体と固定部との間の径方向の隙間より小さ
いことを特徴とする請求項９に記載の軸受ユニットであ
る。
向に延びる円周溝に形成されていることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の軸受ユニットであ
る。請求項７に記載の発明は、上記減衰部材は円筒形状
であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載の軸受ユニットである。請求項８に記載の発明は、
上記減衰部材は、上記第２の対向面に形成した取付溝に
嵌合させて取り付けられていることを特徴とする請求項
１ないし７のいずれかに記載の軸受ユニットである。請
求項９に記載の発明は、非常用の保護軸受を上記可動部
材に設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
かに記載の軸受ユニットである。請求項１０に記載の発
明は、上記回転体と上記保護軸受との間の径方向の隙間
と、上記可動部材と固定部との間の径方向の隙間の和
が、上記回転体と固定部との間の径方向の隙間より小さ
いことを特徴とする請求項９に記載の軸受ユニットであ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の軸受ユニット
をターボ分子ポンプに適用した例を示すもので、底板１
と筒状壁２を有するステータ（固定部）３と、主軸４、
円板部５及び筒状部（羽根車）６を有するロータ（回転
体）７とを有する。この図では主軸４が上下方向に配置
されており、上下の位置関係についてはこの図に沿って
説明するが、勿論この姿勢でのみ用いられることを意味
するものではない。
をターボ分子ポンプに適用した例を示すもので、底板１
と筒状壁２を有するステータ（固定部）３と、主軸４、
円板部５及び筒状部（羽根車）６を有するロータ（回転
体）７とを有する。この図では主軸４が上下方向に配置
されており、上下の位置関係についてはこの図に沿って
説明するが、勿論この姿勢でのみ用いられることを意味
するものではない。
【００１１】主軸４には、中央部にモータロータ８が配
置され、ロータ７を径方向に支承するためのロータ側永
久磁石９ａ，９ｂが上下に配置されている。また、主軸
４の下端部にはアキシャルディスク１０が組みつけられ
ている。一方、ステータ３側は、モータロータ８に対応
する位置にモータステータ１１が設けられ、また、下部
にはアキシャルディスク１０を挟み込むように電磁石１
２が配置されている。これによって、ロータ７とステー
タ３の間には、中央部に回転駆動用のモータ部１３が、
下部にアキシャル磁気軸受１４が構成されている。
置され、ロータ７を径方向に支承するためのロータ側永
久磁石９ａ，９ｂが上下に配置されている。また、主軸
４の下端部にはアキシャルディスク１０が組みつけられ
ている。一方、ステータ３側は、モータロータ８に対応
する位置にモータステータ１１が設けられ、また、下部
にはアキシャルディスク１０を挟み込むように電磁石１
２が配置されている。これによって、ロータ７とステー
タ３の間には、中央部に回転駆動用のモータ部１３が、
下部にアキシャル磁気軸受１４が構成されている。
【００１２】アキシャル磁気軸受１４は、ロータ７の軸
方向位置を検出する軸方向変位センサ１４ａの信号をコ
ントローラにフィードバックし、その信号に基づき上下
の電磁石１２の吸引力をコントローラにて制御すること
により、ロータ７を所定の位置に浮上させるようになっ
ている。すなわち、位置センサ信号に基づきロータ７の
浮上位置を制御する能動制御型磁気軸受である。
方向位置を検出する軸方向変位センサ１４ａの信号をコ
ントローラにフィードバックし、その信号に基づき上下
の電磁石１２の吸引力をコントローラにて制御すること
により、ロータ７を所定の位置に浮上させるようになっ
ている。すなわち、位置センサ信号に基づきロータ７の
浮上位置を制御する能動制御型磁気軸受である。
【００１３】ロータ７とステータ３の間には、上下に２
つの可動部材１５ａ，１５ｂが配されている。これは、
剛性の高い金属等の素材から筒状に形成され、その内側
には複数のリング状の永久磁石１６ａ，１６ｂが装着さ
れており、これと主軸４の永久磁石９ａ，９ｂとにより
受動型ラジアル軸受１７ａ，１７ｂが構成されている。
ロータ側とステータ側の永久磁石は、同極で向かい合う
ように配置されており、（例えば、Ｎ極とＮ極）それに
よって生じる反発磁力により、ロータ７を径方向中央に
支承するようになっている。
つの可動部材１５ａ，１５ｂが配されている。これは、
剛性の高い金属等の素材から筒状に形成され、その内側
には複数のリング状の永久磁石１６ａ，１６ｂが装着さ
れており、これと主軸４の永久磁石９ａ，９ｂとにより
受動型ラジアル軸受１７ａ，１７ｂが構成されている。
ロータ側とステータ側の永久磁石は、同極で向かい合う
ように配置されており、（例えば、Ｎ極とＮ極）それに
よって生じる反発磁力により、ロータ７を径方向中央に
支承するようになっている。
【００１４】それぞれの可動部材１５ａ，１５ｂの外面
には、上下の２ヶ所に径方向外側に突出する外ディスク
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂが形成されており、一
方、ステータ３の筒状壁２の内面には上記外ディスク１
８ａ〜１９ｂに対応する位置に凹部２０ａ，２０ｂが形
成され、またこの凹部の中央から内側に上記２つの外デ
ィスク１８ａ〜１９ｂの間の位置に突出する内ディスク
２１ａ，２１ｂが形成されている。凹部２０ａ，２０ｂ
の底面２２ａ，２２ｂと下側の外ディスク１８ａ，１８
ｂの下面２３ａ，２３ｂ（第１の対向面）及び凹部の頂
面２４ａ，２４ｂと上側の外ディスク１９ａ，１９ｂの
上面２５ａ，２５ｂ（第３の対向面）には、それぞれ図
４に示すような円弧状の断面を有する円周溝（凹所）２
２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ・・・，２５Ａ，２５Ｂが形成さ
れており、それぞれの円周溝の間には半径が円周溝２２
Ａ〜２５Ｂの断面の半径Ｒより小さいボール２６ａ，２
６ｂ，２７ａ，２７ｂが、周方向に並んで配置されてい
る。
には、上下の２ヶ所に径方向外側に突出する外ディスク
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂが形成されており、一
方、ステータ３の筒状壁２の内面には上記外ディスク１
８ａ〜１９ｂに対応する位置に凹部２０ａ，２０ｂが形
成され、またこの凹部の中央から内側に上記２つの外デ
ィスク１８ａ〜１９ｂの間の位置に突出する内ディスク
２１ａ，２１ｂが形成されている。凹部２０ａ，２０ｂ
の底面２２ａ，２２ｂと下側の外ディスク１８ａ，１８
ｂの下面２３ａ，２３ｂ（第１の対向面）及び凹部の頂
面２４ａ，２４ｂと上側の外ディスク１９ａ，１９ｂの
上面２５ａ，２５ｂ（第３の対向面）には、それぞれ図
４に示すような円弧状の断面を有する円周溝（凹所）２
２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ・・・，２５Ａ，２５Ｂが形成さ
れており、それぞれの円周溝の間には半径が円周溝２２
Ａ〜２５Ｂの断面の半径Ｒより小さいボール２６ａ，２
６ｂ，２７ａ，２７ｂが、周方向に並んで配置されてい
る。
【００１５】また、下側の外ディスク１８ａ，１８ｂの
上面２８ａ，２８ｂと内ディスク２１ａ、２１ｂの下面
２９ａ，２９ｂ（第２の対向面）にはそれぞれ周方向に
延びる断面矩形の取付溝２８Ａ，２８Ｂ，２９Ａ，２９
Ｂが形成され、これには、合成ゴムのような弾性材料か
ら円筒状に形成された減衰部材３０ａ，３０ｂが弾性嵌
合して取り付けられている。この減衰部材３０ａ，３０
ｂは、軸方向には圧縮状態で第２の対向面２８ａ〜２９
ｂ間に配置されるように寸法が設定されており、このた
め可動部材１５ａ，１５ｂは減衰部材３０ａ，３０ｂに
より下側に向けて付勢されている。
上面２８ａ，２８ｂと内ディスク２１ａ、２１ｂの下面
２９ａ，２９ｂ（第２の対向面）にはそれぞれ周方向に
延びる断面矩形の取付溝２８Ａ，２８Ｂ，２９Ａ，２９
Ｂが形成され、これには、合成ゴムのような弾性材料か
ら円筒状に形成された減衰部材３０ａ，３０ｂが弾性嵌
合して取り付けられている。この減衰部材３０ａ，３０
ｂは、軸方向には圧縮状態で第２の対向面２８ａ〜２９
ｂ間に配置されるように寸法が設定されており、このた
め可動部材１５ａ，１５ｂは減衰部材３０ａ，３０ｂに
より下側に向けて付勢されている。
【００１６】円周溝２２Ａ〜２５Ｂとボール２６ａ〜２
７ｂの間の隙間は、凹部２０ａ，２０ｂの上下面の距
離、上側外ディスク１９ａ，１９ｂの上面２５ａ，２５
ｂと下側外ディスク１８ａ，１８ｂの下面２３ａ，２３
ｂの距離、円周溝２２Ａ〜２５Ｂの深さ、ボール２６ａ
〜２７ｂの径によって決まり、微小な隙間ができるよう
に設定されている。この隙間は、減衰部材３０ａ，３０
ｂの減衰効果を得るために必要なもので、その寸法は、
後述するように円周溝２２Ａ〜２５Ｂとボール２６ａ〜
２７ｂの半径の差（Ｒ−ｒ）の値を考慮して設定され
る。これらのボールや円周溝の径や曲率は個々に異なる
ものとしてよい。
７ｂの間の隙間は、凹部２０ａ，２０ｂの上下面の距
離、上側外ディスク１９ａ，１９ｂの上面２５ａ，２５
ｂと下側外ディスク１８ａ，１８ｂの下面２３ａ，２３
ｂの距離、円周溝２２Ａ〜２５Ｂの深さ、ボール２６ａ
〜２７ｂの径によって決まり、微小な隙間ができるよう
に設定されている。この隙間は、減衰部材３０ａ，３０
ｂの減衰効果を得るために必要なもので、その寸法は、
後述するように円周溝２２Ａ〜２５Ｂとボール２６ａ〜
２７ｂの半径の差（Ｒ−ｒ）の値を考慮して設定され
る。これらのボールや円周溝の径や曲率は個々に異なる
ものとしてよい。
【００１７】ロータ７側の上下の永久磁石９ａ，９ｂ間
の間隔Ｂは、図５に示すように、ステータ３側、すなわ
ち可動部材１５ａ，１５ｂの上下の永久磁石１６ａ，１
６ｂ間の間隔Ａと微小寸法異なっており、この実施例で
は、ロータ７側の方が長く設定されている。従って、ロ
ータ７を浮上させた際の可動部材１５ａ，１５ｂの永久
磁石１６ａ，１６ｂは、ロータ７側より軸方向中央（す
なわちモータ部）に向かう力を受けるので、可動部材１
５ａ，１５ｂが中央側に、第１の対向面２２ａ，２３
ａ，２２ｂ，２３ｂ間の距離が小さくなる方向に付勢さ
れている。このため、第１の対向面の円周溝２２Ａ〜２
３Ｂとボール２６ａ，２６ｂは密着させられて、これに
よってセンタリングがなされ、隙間は第３の対向面２４
ａ〜２５ｂ間の円周溝２４Ａ〜２５Ｂとボール２７ａ，
２７ｂの間に来る。
の間隔Ｂは、図５に示すように、ステータ３側、すなわ
ち可動部材１５ａ，１５ｂの上下の永久磁石１６ａ，１
６ｂ間の間隔Ａと微小寸法異なっており、この実施例で
は、ロータ７側の方が長く設定されている。従って、ロ
ータ７を浮上させた際の可動部材１５ａ，１５ｂの永久
磁石１６ａ，１６ｂは、ロータ７側より軸方向中央（す
なわちモータ部）に向かう力を受けるので、可動部材１
５ａ，１５ｂが中央側に、第１の対向面２２ａ，２３
ａ，２２ｂ，２３ｂ間の距離が小さくなる方向に付勢さ
れている。このため、第１の対向面の円周溝２２Ａ〜２
３Ｂとボール２６ａ，２６ｂは密着させられて、これに
よってセンタリングがなされ、隙間は第３の対向面２４
ａ〜２５ｂ間の円周溝２４Ａ〜２５Ｂとボール２７ａ，
２７ｂの間に来る。
【００１８】それぞれの可動部材１５ａ，１５ｂには、
ロータ７が浮上していない時、または、ロータ７が過大
に振動した時にロータ７の変位量を制約し、ロータとス
テータが直接接触しないようにするための保護軸受（非
常用軸受）３１ａ，３１ｂが上下に配置されている。図
６に示すように、可動部材１５ａ，１５ｂとステータ３
の径方向の隙間Ｃ、ロータ７と可動部材１５ａ，１５ｂ
の隙間Ｄ、及びロータ７とステータ３の間の隙間Ｅの間
には、Ｅ＞Ｃ＋Ｄの関係が有り、ロータ７が大きく変位
してもロータ７がステータ３に接触することがないよう
になっている。
ロータ７が浮上していない時、または、ロータ７が過大
に振動した時にロータ７の変位量を制約し、ロータとス
テータが直接接触しないようにするための保護軸受（非
常用軸受）３１ａ，３１ｂが上下に配置されている。図
６に示すように、可動部材１５ａ，１５ｂとステータ３
の径方向の隙間Ｃ、ロータ７と可動部材１５ａ，１５ｂ
の隙間Ｄ、及びロータ７とステータ３の間の隙間Ｅの間
には、Ｅ＞Ｃ＋Ｄの関係が有り、ロータ７が大きく変位
してもロータ７がステータ３に接触することがないよう
になっている。
【００１９】次に、上記のように構成した軸受ユニット
の作用を説明する。例えば、図１に示すような主軸４を
立てた状態で運転する場合、運転停止状態ではロータ３
は自重で降下しているので、能動型のアキシャル軸受１
４を作動して所定位置に浮上させる。これにより、上述
した永久磁石間のずれにより、可動部材１５ａ，１５ｂ
が中央側に付勢されて第１の対向面の円周溝２２Ａ〜２
３Ｂとボール２６ａ，２６ｂは密着させられ、可動部材
１５ａ，１５ｂのセンタリングがなされるので、受動型
のラジアル軸受１７ａ，１７ｂによってロータ７のセン
タリングも正確になされる。
の作用を説明する。例えば、図１に示すような主軸４を
立てた状態で運転する場合、運転停止状態ではロータ３
は自重で降下しているので、能動型のアキシャル軸受１
４を作動して所定位置に浮上させる。これにより、上述
した永久磁石間のずれにより、可動部材１５ａ，１５ｂ
が中央側に付勢されて第１の対向面の円周溝２２Ａ〜２
３Ｂとボール２６ａ，２６ｂは密着させられ、可動部材
１５ａ，１５ｂのセンタリングがなされるので、受動型
のラジアル軸受１７ａ，１７ｂによってロータ７のセン
タリングも正確になされる。
【００２０】このセンタリング作用には、減衰部材３０
ａ，３０ｂが軸方向に微小寸法圧縮されていることによ
る減衰部材の付勢力も寄与しており、また、減衰部材３
０ａ，３０ｂが可動部材１５ａ，１５ｂ及びステータ３
に対して取付溝２８Ａ〜２９Ｂに嵌合されて取り付けら
れて高い精度で位置決め固定されていることも寄与して
いる。
ａ，３０ｂが軸方向に微小寸法圧縮されていることによ
る減衰部材の付勢力も寄与しており、また、減衰部材３
０ａ，３０ｂが可動部材１５ａ，１５ｂ及びステータ３
に対して取付溝２８Ａ〜２９Ｂに嵌合されて取り付けら
れて高い精度で位置決め固定されていることも寄与して
いる。
【００２１】この状態でモータ部１３を作動させてロー
タ７を回転させると、特定の回転数において主軸４の径
方向の共振が発生するが、この振動エネルギーは減衰部
材３０ａ，３０ｂによって吸収されるので安定な回転が
維持される。減衰部材３０ａ，３０ｂは、径、長さ、厚
さ、あるいは材質等を適当に選択することにより、必要
なエネルギー吸収特性を持たせることができる。
タ７を回転させると、特定の回転数において主軸４の径
方向の共振が発生するが、この振動エネルギーは減衰部
材３０ａ，３０ｂによって吸収されるので安定な回転が
維持される。減衰部材３０ａ，３０ｂは、径、長さ、厚
さ、あるいは材質等を適当に選択することにより、必要
なエネルギー吸収特性を持たせることができる。
【００２２】このように、この軸受ユニットにおいて
は、第１の対向面２２ａ〜２３ｂにおけるボール２６
ａ，２６ｂを収容する円周溝２２Ａ〜２３Ｂの断面が、
ボールの半径ｒより微小寸法大きい半径Ｒの円となって
いることで、ボールと円周溝の相互作用により、可動部
材１５ａ，１５ｂのステータ３に対するセンタリングが
できると共に、可動部材の径方向への可動寸法も制約す
ることができ、センタリング状態を保持することができ
る。
は、第１の対向面２２ａ〜２３ｂにおけるボール２６
ａ，２６ｂを収容する円周溝２２Ａ〜２３Ｂの断面が、
ボールの半径ｒより微小寸法大きい半径Ｒの円となって
いることで、ボールと円周溝の相互作用により、可動部
材１５ａ，１５ｂのステータ３に対するセンタリングが
できると共に、可動部材の径方向への可動寸法も制約す
ることができ、センタリング状態を保持することができ
る。
【００２３】減衰部材３０ａ，３０ｂは、円筒形の弾性
体とし、一方の円筒端部を可動部材１５ａ，１５ｂに、
もう一方の円筒端部をステータ３に固定することによ
り、減衰部材３０ａ，３０ｂはいわゆる片持ち状態とな
る。この際、可動部材が径方向に変位すれば、減衰部材
は円筒全体で変形しエネルギーを消費することになり、
減衰部材の減衰能力を有効に引き出すことができる。ま
た、可動部材１５ａ，１５ｂの径方向の微小範囲内での
保持剛性を小さく設定することができる。この結果、ロ
ータ７の振動を有効的に軽減することができる。
体とし、一方の円筒端部を可動部材１５ａ，１５ｂに、
もう一方の円筒端部をステータ３に固定することによ
り、減衰部材３０ａ，３０ｂはいわゆる片持ち状態とな
る。この際、可動部材が径方向に変位すれば、減衰部材
は円筒全体で変形しエネルギーを消費することになり、
減衰部材の減衰能力を有効に引き出すことができる。ま
た、可動部材１５ａ，１５ｂの径方向の微小範囲内での
保持剛性を小さく設定することができる。この結果、ロ
ータ７の振動を有効的に軽減することができる。
【００２４】この軸受ユニットを横、又は斜め等の任意
の姿勢で用いる場合も、操作手順は基本的に上記と同様
である。この場合は、第３の対向面２４ａ〜２５ｂの間
の微小な隙間の存在により、円周溝２４Ａ〜２５Ｂとボ
ール２７ａ，２７ｂの半径の差と隙間によって決まる微
小距離だけ径方向にずれるが、このようなずれの距離が
実際上問題とならないような程度に、隙間及び半径差を
設定している。
の姿勢で用いる場合も、操作手順は基本的に上記と同様
である。この場合は、第３の対向面２４ａ〜２５ｂの間
の微小な隙間の存在により、円周溝２４Ａ〜２５Ｂとボ
ール２７ａ，２７ｂの半径の差と隙間によって決まる微
小距離だけ径方向にずれるが、このようなずれの距離が
実際上問題とならないような程度に、隙間及び半径差を
設定している。
【００２５】何らかの理由で主軸４が異常に振れて径方
向に変位した場合、上述したように、ＣとＤの和がロー
タ７とステータ３との径隙間Ｅより小さいので、回転す
るロータ７が固定されたステータ３に直接接触すること
がなく、安全に保護軸受３１ａ，３１ｂで支承される。
このように、保護軸受３１ａ，３１ｂ（非常用軸受）を
可動部材１５ａ，１５ｂと一体構造とすることにより、
ステータ側、つまり可動部材１５ａ，１５ｂの永久磁石
１６ａ，１６ｂと保護軸受３１ａ，３１ｂのセンタリン
グが容易となり、可動部材１５ａ，１５ｂとステータ３
の形状と寸法を管理することで精度の良い保護機構を構
成することができる。
向に変位した場合、上述したように、ＣとＤの和がロー
タ７とステータ３との径隙間Ｅより小さいので、回転す
るロータ７が固定されたステータ３に直接接触すること
がなく、安全に保護軸受３１ａ，３１ｂで支承される。
このように、保護軸受３１ａ，３１ｂ（非常用軸受）を
可動部材１５ａ，１５ｂと一体構造とすることにより、
ステータ側、つまり可動部材１５ａ，１５ｂの永久磁石
１６ａ，１６ｂと保護軸受３１ａ，３１ｂのセンタリン
グが容易となり、可動部材１５ａ，１５ｂとステータ３
の形状と寸法を管理することで精度の良い保護機構を構
成することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ロータの径方向を永久磁石を用いた受動型磁気軸受
で支承し、軸方向を電磁石と変位センサを用いた能動制
御型磁気軸受で支承する軸受ユニットにおいて、以下の
ような優れた効果を奏する。 （１）主軸の径方向振動のエネルギーを吸収して振動を
抑制するとともに、径方向の変位を抑えてセンタリング
を容易にするという相反する課題を解決して、制御が容
易で円滑な回転状態を維持することができる１軸制御型
磁気軸受を提供することができる。 （２）ステータ側永久磁石、保護軸受のステータに対す
るセンタリングを容易に行なうことができ、また組立再
現性があるので、生産効率を上げることができる。 （３）構造的にシンプルであり、可動部材とステータの
磁気的結合等がないため、軸受ユニットを小さくするこ
とができる。 （４）外部振動に大きく影響されない構造となってお
り、運転環境範囲を広く設定できるとともに、運転姿勢
を任意に設定できる。
ば、ロータの径方向を永久磁石を用いた受動型磁気軸受
で支承し、軸方向を電磁石と変位センサを用いた能動制
御型磁気軸受で支承する軸受ユニットにおいて、以下の
ような優れた効果を奏する。 （１）主軸の径方向振動のエネルギーを吸収して振動を
抑制するとともに、径方向の変位を抑えてセンタリング
を容易にするという相反する課題を解決して、制御が容
易で円滑な回転状態を維持することができる１軸制御型
磁気軸受を提供することができる。 （２）ステータ側永久磁石、保護軸受のステータに対す
るセンタリングを容易に行なうことができ、また組立再
現性があるので、生産効率を上げることができる。 （３）構造的にシンプルであり、可動部材とステータの
磁気的結合等がないため、軸受ユニットを小さくするこ
とができる。 （４）外部振動に大きく影響されない構造となってお
り、運転環境範囲を広く設定できるとともに、運転姿勢
を任意に設定できる。
【図１】この発明の軸受ユニットをターボ分子ポンプに
適用した例を示す断面図である。
適用した例を示す断面図である。
【図２】図１の上側部分を拡大して示す図である。
【図３】図２の要部を更に拡大して示す図である。
【図４】同じく図２の要部を拡大して示す図である。
【図５】上下の可動部材の一関係を示す図である。
【図６】保護軸受とロータ、ステータの位置関係を示す
図である。
図である。
３ ステータ（固定部） ７ ロータ（回転体） ９ａ，９ｂ，１６ａ，１６ｂ 永久磁石 １４ 能動型アキシャル磁気軸受 １５ａ，１５ｂ 可動部材 １７ａ，１７ｂ 受動型ラジアル磁気軸受 ２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ 第１の対向面 ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ 第３の対向面 ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ 円周溝（凹所） ２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ ボール ２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ 第２の対向面 ２８Ａ，２８Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ 取付溝 ３０ａ，３０ｂ 減衰部材 ３１ａ，３１ｂ 保護軸受
Claims (10)
- 【請求項１】 固定部と、これに対して回転する回転体
とを備え、受動型ラジアル磁気軸受の永久磁石の磁力に
より回転体を径方向に支持し、能動型アキシャル磁気軸
受により軸方向に回転体を支持するようにした軸受ユニ
ットにおいて、 固定部と回転体の間に可動部材を配置し、 上記可動部材と回転体の間に上記受動型ラジアル軸受を
設け、 上記可動部材と固定部の間に軸方向に向かい合う少なく
とも２対の対向面を設け、 第１の対向面には径方向断面が曲面である凹所を形成
し、この凹所間に該凹所の曲率半径より小さい半径のボ
ールを配置し、第２の対向面には弾性体からなる減衰部
材を架設し、 さらに上記可動部材を上記第１の対向面の間隔が小さく
なるように付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする
軸受ユニット。 - 【請求項２】 上記受動型ラジアル磁気軸受を構成する
回転体と可動部材の永久磁石が軸方向にずれて配置さ
れ、これにより上記付勢手段が構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。 - 【請求項３】 １つの回転体に対して上記可動部材を上
下に２つ設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載
の軸受ユニット。 - 【請求項４】 上記可動部材と回転体の間に、軸方向に
向かい合う第３の対向面を上記第１の対向面に対して逆
向きに設け、 第３の対向面に径方向断面が曲面である凹所を形成して
この凹所間にボールを配置したことを特徴とする請求項
１ないし３のいずれかに記載の軸受ユニット。 - 【請求項５】 上記減衰部材は上記第２の対向面間にお
いて圧縮状態で架設され、それによって上記付勢手段を
構成していることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかに記載の軸受ユニット。 - 【請求項６】 上記凹所は周方向に延びる円周溝に形成
されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
かに記載の軸受ユニット。 - 【請求項７】 上記減衰部材は円筒形状であることを特
徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の軸受ユニ
ット。 - 【請求項８】 上記減衰部材は、上記第２の対向面に形
成した取付溝に嵌合させて取り付けられていることを特
徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の軸受ユニ
ット。 - 【請求項９】 非常用の保護軸受を上記可動部材に設け
たことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載
の軸受ユニット。 - 【請求項１０】 上記回転体と上記保護軸受との間の径
方向の隙間と、上記可動部材と固定部との間の径方向の
隙間の和が、上記回転体と固定部との間の径方向の隙間
より小さくなっていることを特徴とする請求項９に記載
の軸受ユニット。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7289343A JP3046533B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 軸受ユニット |
| US08/729,031 US5679992A (en) | 1995-10-11 | 1996-10-09 | Bearing unit |
| KR1019960045078A KR100408112B1 (ko) | 1995-10-11 | 1996-10-10 | 베어링유닛 |
| DE69625870T DE69625870T2 (de) | 1995-10-11 | 1996-10-11 | Lagereinheit |
| EP96116344A EP0768467B1 (en) | 1995-10-11 | 1996-10-11 | Bearing unit |
| KR1019960046066A KR970021798A (ko) | 1995-10-06 | 1996-10-15 | 스크루 고정수단 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7289343A JP3046533B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 軸受ユニット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105413A true JPH09105413A (ja) | 1997-04-22 |
| JP3046533B2 JP3046533B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=17741982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7289343A Expired - Fee Related JP3046533B2 (ja) | 1995-10-06 | 1995-10-11 | 軸受ユニット |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5679992A (ja) |
| EP (1) | EP0768467B1 (ja) |
| JP (1) | JP3046533B2 (ja) |
| KR (1) | KR100408112B1 (ja) |
| DE (1) | DE69625870T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10299775A (ja) * | 1997-03-26 | 1998-11-10 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | 磁気軸受機構で支持されたロータの振動減衰装置 |
| JP2008039183A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | 真空ポンプの軸の支持装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2001241393A (ja) * | 1999-12-21 | 2001-09-07 | Seiko Seiki Co Ltd | 真空ポンプ |
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| KR101798595B1 (ko) | 2009-10-29 | 2017-11-16 | 오세아나 에너지 컴퍼니 | 에너지 전환 시스템 및 방법 |
| KR101283148B1 (ko) | 2011-05-04 | 2013-07-05 | 고려대학교 산학협력단 | 자기 베어링 모터 시스템 및 이를 이용한 유체 펌프 |
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