JPH09303395A - Magnetic bearing device - Google Patents

Magnetic bearing device

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Publication number
JPH09303395A
JPH09303395A JP11276296A JP11276296A JPH09303395A JP H09303395 A JPH09303395 A JP H09303395A JP 11276296 A JP11276296 A JP 11276296A JP 11276296 A JP11276296 A JP 11276296A JP H09303395 A JPH09303395 A JP H09303395A
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JP
Japan
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magnetic
magnetic bearing
magnetic flux
pair
fixed
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Pending
Application number
JP11276296A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Fukuyama
寛正 福山
Takeshi Takizawa
岳史 滝澤
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP11276296A priority Critical patent/JPH09303395A/en
Publication of JPH09303395A publication Critical patent/JPH09303395A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0436Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the stabilized non-contact floating condition even in the case of single unit without using a displacement sensor and a control unit by forming a magnetic closing circuit of a magnetic bearing unit main body and a projecting part inside of a rotary cylinder, and generating the eddycurrent in a magnetic flux diaphragm. SOLUTION: In this magnetic bearing device, in the case where a rotary cylinder 2 is displaced in the radial direction in relation to a fixed shaft 1, bearing spaces 8, 8 between the peripheral edge of a pair of projecting parts 5a, 5a in the vertical direction in both ends of a magnetic bearing unit main body 3 fixed to the fixed shaft 1 and the inner peripheral edge of a pair of projecting parts 7, 7 in the vertical direction fixed to the inner peripheral surface of the rotary cylinder 2 are changed. Density of magnetic flux in the magnetic closing circuit is changed. In response to a change of the magnetic flux density, eddycurrent proportioned to the time differential of change is flowed in a thin film made of the excellent electrical conductor, which forms the magnetic flux diaphragm 6. Sufficient strong eddycurrent is obtained by laminating multiple pieces of thin film so as to work in the direction for hindering the displacement of the rotary shaft 2 in the radial direction. Consequently, the fixed shaft 1 and the rotary shaft 2 are maintained in the non-contact floating condition.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明に係る磁気軸受装置は、
各種実験装置等、超高速で回転する回転軸若しくはロー
タを非接触状態で回転支持する為に利用する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The magnetic bearing device according to the present invention comprises:
It is used to rotatably support a rotating shaft or rotor that rotates at ultra-high speed in various experimental devices in a non-contact state.

【0002】[0002]

【従来の技術】超高速で回転する回転軸若しくはロータ
等を支持する為には、一般的な転がり軸受では能力的に
不足する場合がある。この様な場合に使用する軸受とし
て、例えば特公平2−32868号公報に記載された様
な制御型磁気軸受装置、或は特開昭55−57716号
公報に記載された様な受動型磁気軸受装置がある。この
うちの制御型磁気軸受装置は、複数の電磁石と変位セン
サとを使用し、回転体の変位に応じて各電磁石への通電
状態を制御する事により、この回転体を非接触状態で支
持する。又、受動型磁気軸受装置は、複数の永久磁石を
使用し、この永久磁石の吸引力若しくは反発力を利用す
る事により、回転体を非接触状態で支持する。
2. Description of the Related Art In order to support a rotating shaft or a rotor that rotates at an extremely high speed, a general rolling bearing may be insufficient in capacity. As a bearing used in such a case, for example, a control type magnetic bearing device as described in Japanese Patent Publication No. 32868/1990 or a passive magnetic bearing device as described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-57716. There is a device. Among them, the control type magnetic bearing device uses a plurality of electromagnets and a displacement sensor, and controls the energization state to each electromagnet according to the displacement of the rotating body, thereby supporting the rotating body in a non-contact state. . Further, the passive magnetic bearing device uses a plurality of permanent magnets, and supports the rotating body in a non-contact state by utilizing the attractive force or repulsive force of the permanent magnets.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】制御型磁気軸受装置
は、性能的には十分に満足できるものであるが、応答性
に優れた変位センサ及び制御器を必要とし、しかも電磁
石への通電に基づいて回転体の姿勢を制御する為、製造
コスト及びランニングコストが嵩む事が避けられない。
又、受動型磁気軸受装置は、Earnshowの定理によって、
単体では安定した非接触浮上状態を維持できない。従っ
て、他の軸受と併用する必要があり、結局軸受装置全体
として複雑で高価になる。本発明の磁気軸受装置は、こ
の様な事情に鑑みて発明したもので、コスト高の原因と
なる変位センサや制御器を必要とせず、しかも単体でも
安定した非接触浮上状態を維持できる構造を実現すべく
発明したものである。
The controlled magnetic bearing device is sufficiently satisfactory in performance, but it requires a displacement sensor and a controller with excellent responsiveness, and is based on energization of an electromagnet. Since the posture of the rotating body is controlled by this, it is inevitable that the manufacturing cost and running cost increase.
In addition, the passive magnetic bearing device, according to Earnshow's theorem,
A single unit cannot maintain a stable non-contact floating state. Therefore, it is necessary to use the bearing together with other bearings, and the bearing device as a whole is complicated and expensive. The magnetic bearing device of the present invention has been invented in view of such circumstances, and has a structure capable of maintaining a stable non-contact floating state without using a displacement sensor or controller that causes high cost. It was invented to realize it.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置
は、互いに同心に配置され所定の回転中心の周囲で相対
回転する第一部材及び第二部材と、第一部材の一部で上
記回転中心をその中心とする円環状空間部分に固定され
た磁気軸受ユニット本体と、上記第二部材の一部でこの
磁気軸受ユニット本体の両端部に対向し、且つ、上記回
転中心をその中心とする円上部分に、上記第一部材に向
け突出する状態で固設された1対の突出部とを備える。
そして、上記磁気軸受ユニット本体は、少なくとも1個
の永久磁石と、この永久磁石の着磁方向に亙って互いに
直列に配置された、それぞれが強磁性材により造られ
た、少なくとも1個ずつのヨーク及び磁束絞り体とから
構成される。又、この磁気軸受ユニット本体の両端部
は、上記1対の突出部に向け突出する事により、これら
両突出部との間に軸受隙間を形成している。又、上記第
二部材のうち、少なくとも上記1対の突出部とこれら両
突出部同士の間部分は強磁性材により造られて、上記磁
気軸受ユニット本体と上記1対の突出部とを含んで磁気
閉回路が構成されるものとしている。更に、上記磁束絞
り体は、電気良導体製の薄膜を積層する事により構成さ
れている。
A magnetic bearing device of the present invention comprises a first member and a second member which are arranged concentrically with each other and rotate relative to each other around a predetermined center of rotation; A magnetic bearing unit main body fixed to an annular space portion having its center as its center, a part of the second member faces both ends of the magnetic bearing unit main body, and the center of rotation is its center. A pair of protrusions fixed to the first member in a state of protruding toward the first member is provided on the circular portion.
The magnetic bearing unit body includes at least one permanent magnet and at least one permanent magnet, which are arranged in series along the magnetization direction of the permanent magnet and are each made of a ferromagnetic material. It is composed of a yoke and a magnetic flux diaphragm. Further, both ends of the magnetic bearing unit main body project toward the pair of projecting portions to form a bearing gap between the projecting portions. Further, in the second member, at least the pair of protrusions and a portion between the two protrusions are made of a ferromagnetic material, and include the magnetic bearing unit main body and the pair of protrusions. It is assumed that a magnetic closed circuit is constructed. Further, the magnetic flux restrictor is constructed by laminating thin films made of a good electric conductor.

【0005】尚、好ましくは、次の〜に示す様な構
成の1個又は複数個を採用する。 上記第一部材の少なくとも一部で、上記磁気軸受ユ
ニット本体を装着した部分は、非磁性材製とする。 磁束絞り体を構成する電気良導体製の薄膜を、円周
方向に亙って複数に分割する。 上記第一部材と第二部材との間に、これら両部材同
士の相対回転が停止した状態で、これら第一、第二両部
材同士の中心軸同士を一致させる為の、初期芯出し補助
軸受を設ける。
It is preferable to employ one or more of the following constitutions. At least a part of the first member on which the magnetic bearing unit body is mounted is made of a non-magnetic material. A thin film made of a good electric conductor that constitutes the magnetic flux restrictor is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction. An initial centering auxiliary bearing for aligning the central axes of the first and second members between the first member and the second member in a state where the relative rotation of the two members is stopped. To provide.

【0006】[0006]

【作用】上述の様に構成される本発明の磁気軸受装置
は、磁気軸受ユニット本体を構成する磁束絞り体に流れ
る渦電流によって、第一部材と第二部材との相対変位を
阻止する。即ち、これら第一部材と第二部材とが相対変
位しようとした場合には、第一部材に固定した磁気軸受
ユニット本体の両端部と第二部材に固設した1対の突出
部との間の軸受隙間の厚さ寸法が変化する。そして、こ
の変化により、上記磁気軸受ユニット本体と上記1対の
突出部とを含んで構成される磁気閉回路中の磁束密度が
変化する。この磁束密度の変化に対応して、磁束絞り体
を構成する電気良導体製の薄膜には、上記変化の時間微
分に比例する渦電流が流れる。上記磁束絞り体は電気良
導体製の薄膜を積層する事により造られている為、上記
渦電流は十分に強いものとなる。又、この渦電流は、上
記第一部材と第二部材との相対変位を阻止しようとする
方向に働く。従って、上記第一部材と第二部材とが、非
接触浮上状態に保持される。
In the magnetic bearing device of the present invention constructed as described above, the relative displacement between the first member and the second member is prevented by the eddy current flowing in the magnetic flux restrictor body constituting the magnetic bearing unit body. That is, when the first member and the second member are about to be displaced relative to each other, the gap between the both ends of the magnetic bearing unit main body fixed to the first member and the pair of protrusions fixed to the second member. The thickness dimension of the bearing clearance changes. Then, due to this change, the magnetic flux density in the magnetic closed circuit including the magnetic bearing unit main body and the pair of protrusions changes. Corresponding to this change in the magnetic flux density, an eddy current proportional to the time derivative of the change flows in the thin film made of a good electric conductor that constitutes the magnetic flux restrictor. Since the magnetic flux restrictor is made by laminating thin films made of a good electric conductor, the eddy current is sufficiently strong. Also, this eddy current acts in a direction to prevent relative displacement between the first member and the second member. Therefore, the first member and the second member are held in the non-contact floating state.

【0007】尚、上記第一部材の少なくとも一部で、上
記磁気軸受ユニット本体を装着した部分を非磁性材製と
すれば、永久磁石の着磁方向両端面同士の間を流れる磁
束が第一部材の内部を流れる事を防止して、上記磁気閉
回路を流れる磁束の密度を高くし、上記渦電流の強化に
役立つ。又、磁束絞り体を構成する電気良導体製の薄膜
を、円周方向に亙って複数に分割すれば、上記軸受隙間
の厚さ寸法が、円周方向に亙って不均一になる傾向とな
った場合に、上記渦電流がこの傾向を阻止する方向に作
用する。更に、上記第一部材と第二部材との間に、これ
ら両部材同士の相対回転が停止した状態で、これら第
一、第二両部材同士の中心軸同士を一致させる為の、初
期芯出し補助軸受を設ければ、停止時或は低速回転時に
これら両部材の中心軸同士を一致させる事ができる。
If at least a part of the first member on which the magnetic bearing unit main body is mounted is made of a non-magnetic material, the magnetic flux flowing between both end faces of the permanent magnet in the magnetizing direction is It prevents flow inside the member, increases the density of the magnetic flux flowing in the magnetic closed circuit, and helps strengthen the eddy current. Further, if the thin film made of a good electric conductor that constitutes the magnetic flux restrictor is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, the thickness of the bearing gap tends to be uneven in the circumferential direction. If it becomes, the eddy current acts in a direction to prevent this tendency. Further, between the first member and the second member, in the state where the relative rotation of these both members is stopped, initial centering for matching the central axes of these first and second members If an auxiliary bearing is provided, the central axes of these two members can be made to coincide with each other when stopped or at low speed rotation.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1〜2は、本発明の実施の形態
の第1例を示している。本例は、本発明をラジアル軸受
に適用したものである。第一部材である固定軸1は、
銅、アルミニウム合金等の非磁性材により造り、鉛直方
向に支持固定している。又、第二部材である回転筒2
は、鋼等の強磁性材により造り、上記固定軸1の中間部
周囲に、この固定軸1と同心に配置している。従って、
この固定軸1の中心軸が、上記回転筒2の回転中心とな
る。
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. In this example, the present invention is applied to a radial bearing. The fixed shaft 1, which is the first member,
It is made of non-magnetic material such as copper and aluminum alloy, and is supported and fixed vertically. In addition, the rotary cylinder 2 which is the second member
Are made of a ferromagnetic material such as steel, and are arranged concentrically with the fixed shaft 1 around the intermediate portion of the fixed shaft 1. Therefore,
The central axis of the fixed shaft 1 becomes the center of rotation of the rotary cylinder 2.

【0009】上記固定軸1の中間部外周面には、磁気軸
受ユニット本体3を外嵌固定している。従ってこの磁気
軸受ユニット本体3は、上記回転中心を中心とする円環
状空間(仮想空間)部分に固定されている。この様な磁
気軸受ユニット本体3は、上記固定軸1の軸方向(図1
の上下方向)に亙って着磁された1個の永久磁石4と、
この永久磁石4の着磁方向(図1の上下方向)に亙って
互いに直列に配置された、それぞれが軟鋼等の強磁性材
により造られた、1対のヨーク5、5及び磁束絞り体6
とから構成される。本例の場合に上記各ヨーク5、5
は、断面L字形で全体を円環状に形成している。これら
両ヨーク5、5は、それぞれの一部を直径方向外方に突
出させた状態で、上記永久磁石4の上下両側に配置して
いる。そして、一方(図1の上方)のヨーク5の下端面
を、上記永久磁石4の上端面に直接当接させている。
又、他方(図1の下方)のヨーク5の上端面と上記永久
磁石4の下端面との間に、上記磁束絞り体6を挟持して
いる。
A magnetic bearing unit body 3 is externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the fixed shaft 1. Therefore, the magnetic bearing unit main body 3 is fixed to the annular space (virtual space) centering around the rotation center. Such a magnetic bearing unit main body 3 is arranged in the axial direction of the fixed shaft 1 (see FIG.
(A top-bottom direction of) and one permanent magnet 4 magnetized,
A pair of yokes 5 and 5 and a magnetic flux diaphragm body, which are arranged in series along the magnetizing direction of the permanent magnet 4 (the vertical direction in FIG. 1) and are each made of a ferromagnetic material such as mild steel. 6
It is composed of In the case of this example, each of the yokes 5 and 5 is
Has an L-shaped cross section and is entirely formed in an annular shape. The two yokes 5 and 5 are arranged on both upper and lower sides of the permanent magnet 4 in a state in which a part of each of them is projected outward in the diametrical direction. The lower end surface of the one yoke 5 (upper part in FIG. 1) is directly brought into contact with the upper end surface of the permanent magnet 4.
Further, the magnetic flux throttle body 6 is sandwiched between the upper end surface of the other yoke 5 (downward in FIG. 1) and the lower end surface of the permanent magnet 4.

【0010】この磁束絞り体6は、図2に示す様に、そ
れぞれがアルミニウム、銅等の電気良導体により造られ
た多数枚の薄膜9、9を積層する事により構成してい
る。これら各薄膜9、9は、それぞれ円弧形に形成して
おり、円周方向に隣り合う薄膜9、9同士の間に隙間を
あけた状態で、円環状に配置している。又、積層方向に
隣り合う薄膜9、9は、その間に絶縁層を介在させて積
層されており、その位相は互いに同じとしている。従っ
て、円周方向に亙って隣り合う薄膜9、9同士は、互い
に絶縁されている。
As shown in FIG. 2, the magnetic flux restrictor body 6 is formed by laminating a large number of thin films 9, 9 each made of a good electric conductor such as aluminum or copper. Each of the thin films 9 and 9 is formed in an arc shape, and is arranged in an annular shape with a gap between the thin films 9 and 9 adjacent to each other in the circumferential direction. Further, the thin films 9 and 9 adjacent to each other in the stacking direction are stacked with an insulating layer interposed therebetween, and the phases thereof are the same. Therefore, the thin films 9 and 9 that are adjacent to each other in the circumferential direction are insulated from each other.

【0011】一方、上記回転筒2の内周面で、上記磁気
軸受ユニット本体3の両端部である、上記各ヨーク5、
5の突出部5a、5aに対向する部分には、1対の突出
部7、7を、全周に亙って形成している。これら各突出
部7、7の上記内周面からの突出量は、全周に亙って変
化しない。従って上記各突出部7、7の内周縁は、上記
回転中心をその中心とする円上部分に、上記固定軸1に
向け突出する状態で固設されている。そして、上記磁気
軸受ユニット本体3の両端部である上記各ヨーク5、5
の突出部5a、5aの外周縁と、上記1対の突出部7、
7の内周縁との間には、それぞれ軸受隙間8、8を、全
周に亙って形成している。上記1対の突出部7、7を形
成した回転筒2は強磁性材により造られている為、上記
磁気軸受ユニット本体3と上記1対の突出部7、7とを
含んで磁気閉回路が構成される。
On the other hand, on the inner peripheral surface of the rotary cylinder 2, the respective yokes 5, which are both end portions of the magnetic bearing unit body 3,
A pair of projecting portions 7, 7 is formed on the portion of 5 facing the projecting portions 5a, 5a over the entire circumference. The amount of protrusion of each of these protrusions 7, 7 from the inner peripheral surface does not change over the entire circumference. Therefore, the inner peripheral edge of each of the projecting portions 7, 7 is fixed to a circular portion having the center of rotation as its center so as to project toward the fixed shaft 1. Then, the yokes 5 and 5 which are both ends of the magnetic bearing unit main body 3.
The outer peripheral edges of the projecting portions 5a, 5a and the pair of projecting portions 7,
Bearing gaps 8 and 8 are respectively formed between the inner peripheral edge and the inner peripheral edge of 7. Since the rotary cylinder 2 having the pair of protrusions 7, 7 is made of a ferromagnetic material, a magnetic closed circuit including the magnetic bearing unit main body 3 and the pair of protrusions 7, 7 is formed. Composed.

【0012】上述の様に構成される本例の磁気軸受装置
は、磁気軸受ユニット本体3を構成する磁束絞り体6に
流れる渦電流によって、固定軸1と回転筒2との相対変
位を阻止する。即ち、上記固定軸1に対して上記回転筒
2が、ラジアル方向に変位しようとした場合には、固定
軸1に固定した磁気軸受ユニット本体3の両端部に存在
する上下1対の突出部5a、5aの外周縁と、回転筒2
の内周面に固設した上下1対の突出部7、7の内周縁と
の間の軸受隙間8、8の厚さ寸法が変化する。そして、
この変化により、上記磁気軸受ユニット本体3と上記1
対の突出部7、7とを含んで構成される磁気閉回路中の
磁束密度が変化する。
In the magnetic bearing device of the present embodiment constructed as described above, the relative displacement between the fixed shaft 1 and the rotary cylinder 2 is prevented by the eddy current flowing in the magnetic flux throttle body 6 which constitutes the magnetic bearing unit body 3. . That is, when the rotary cylinder 2 is to be displaced in the radial direction with respect to the fixed shaft 1, a pair of upper and lower protrusions 5a existing at both ends of the magnetic bearing unit body 3 fixed to the fixed shaft 1. Outer peripheral edge of 5a and rotating cylinder 2
The thickness dimension of the bearing gaps 8, 8 between the inner peripheral edges of the pair of upper and lower protrusions 7, 7 fixed to the inner peripheral surface of the bearing changes. And
Due to this change, the magnetic bearing unit body 3 and the
The magnetic flux density in the magnetic closed circuit including the pair of protrusions 7, 7 changes.

【0013】この磁束密度の変化に対応して、磁束絞り
体6を構成する電気良導体製の薄膜9、9には、上記変
化の時間微分に比例する渦電流が流れる。上記磁束絞り
体6は電気良導体製の薄膜9、9を多数枚積層する事に
より造られている為、上記渦電流は十分に強いものとな
る。又、この渦電流は、上記回転筒2がラジアル方向に
変位するのを阻止しようとする方向に働く。従って、上
記固定軸1と回転筒2とが、非接触浮上状態に保持され
る。特に、図示の例では、上記磁束絞り体6を構成する
各薄膜9、9を、円周方向に亙って複数に分割している
ので、上記阻止しようとする力を十分に大きくできる。
即ち、上記回転筒2がラジアル方向に変位しようとする
場合には、上記各軸受隙間8、8の厚さ寸法が、円周方
向片側で大きくなってこの片側部分に対向する薄膜9、
9を流れる磁束の密度が低くなり、円周方向他側で小さ
くなってこの他側部分に対向する薄膜9、9を流れる磁
束の密度が高くなる。従って上記渦電流が、上記円周方
向片側では上記軸受隙間8、8を大きくする事に対する
抵抗力を発生させ、上記円周方向他側では同じく小さく
する事に対する抵抗を発生させる。この結果、上記阻止
しようとする力が十分に大きくなる。
Corresponding to this change in the magnetic flux density, an eddy current proportional to the time derivative of the above change flows through the thin films 9 and 9 made of a good electrical conductor which constitute the magnetic flux diaphragm 6. Since the magnetic flux restrictor 6 is made by laminating a large number of thin films 9 made of a good electrical conductor, the eddy current is sufficiently strong. Further, the eddy current acts in a direction to prevent the rotary cylinder 2 from being displaced in the radial direction. Therefore, the fixed shaft 1 and the rotary cylinder 2 are held in a non-contact floating state. Particularly, in the illustrated example, the thin films 9 and 9 forming the magnetic flux restrictor body 6 are divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, so that the force to be blocked can be sufficiently increased.
That is, when the rotary cylinder 2 is about to be displaced in the radial direction, the thickness dimension of each of the bearing gaps 8, 8 becomes large on one side in the circumferential direction, and the thin film 9 facing this one side portion,
The density of the magnetic flux flowing through the thin film 9 becomes low and becomes small on the other side in the circumferential direction, and the density of the magnetic flux flowing through the thin films 9, 9 facing the other side part becomes high. Therefore, the eddy current generates a resistance force for increasing the bearing gaps 8 on one side in the circumferential direction and a resistance force for decreasing the bearing gaps 8 on the other side in the circumferential direction. As a result, the force for blocking is sufficiently increased.

【0014】尚、本例の構造の場合には、上記回転筒2
がスラスト方向に変位する事は、前記各ヨーク5、5の
突出部5a、5aと回転筒2内周面の突出部7、7との
間に作用する磁気吸引力によって防止される。
In the case of the structure of this example, the rotary cylinder 2
Is prevented from being displaced in the thrust direction by a magnetic attraction force acting between the protrusions 5a of the yokes 5 and 5 and the protrusions 7 of the inner peripheral surface of the rotary cylinder 2.

【0015】次に、図3は、本発明の実施の形態の第2
例を示している。本例の場合には、磁気軸受ユニット本
体3aを構成する上下1対のヨーク5、5同士の間に、
上下1対の永久磁石4、4を設けている。磁束絞り体6
は、これら両永久磁石4、4同士の間に挟持している。
その他の構成及び作用は、上述した第1例の場合と同様
である。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
An example is shown. In the case of this example, between the pair of upper and lower yokes 5 and 5 forming the magnetic bearing unit body 3a,
A pair of upper and lower permanent magnets 4 and 4 are provided. Magnetic flux diaphragm 6
Is sandwiched between these two permanent magnets 4, 4.
Other configurations and operations are similar to those of the above-described first example.

【0016】次に、図4〜5は、本発明の実施の形態の
第3例を示している。本例は、本発明をスラスト軸受に
適用したものである。第一部材である固定軸1の中間部
外周面には、非磁性材製のフランジ10を固設してい
る。このフランジ10の片面(図4の下面)で、後述す
る回転板11の回転中心となる上記固定軸1の中心軸を
その中心とする円環状空間(仮想空間)内には、磁気軸
受ユニット本体3bを固定している。本例の場合にこの
磁気軸受ユニット本体3bは、それぞれ1対ずつの永久
磁石12a、12b及びヨーク13a、13bと、1個
の磁束絞り体14とから構成される。このうち、1対の
永久磁石12a、12bは、それぞれが円環状に形成さ
れて上記固定軸1の軸方向(図4の上下方向)に着磁さ
れ、上記中心軸をその中心とする同心円上部分に配置さ
れている。又、上記1対のヨーク13a、13bは、そ
れぞれが円輪状に形成されて、上記中心軸をその中心と
する同心円上に配置されている。又、内径側のヨーク1
3aの片面(図1の下面)内径寄り部分は内径側の永久
磁石12aの着磁方向一端面(図1の上端面)に、外径
側のヨーク13bの片面外径寄り部分は外径側の永久磁
石12bの着磁方向一端面に、それぞれ当接させてい
る。更に、上記磁束絞り体14は、図5に示す様に、そ
れぞれが短冊形に造られた多数枚の薄膜9a、9aを積
層する事により構成されている。これら各薄膜9a、9
aは、円周方向に隣り合う薄膜9a、9a同士の間に隙
間をあけた状態で、円筒状に配置している。又、直径方
向に隣り合う薄膜9a、9aは、その間に絶縁層を介在
させて積層されており、その位相は互いに同じとしてい
る。従って、円周方向に亙って隣り合う薄膜9a、9a
同士は互いに絶縁されている。
Next, FIGS. 4 to 5 show a third example of the embodiment of the present invention. In this example, the present invention is applied to a thrust bearing. A flange 10 made of a non-magnetic material is fixed to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the fixed shaft 1 which is the first member. The magnetic bearing unit main body is provided on one surface (lower surface in FIG. 4) of the flange 10 in an annular space (virtual space) whose center is the central axis of the fixed shaft 1 which is the rotation center of the rotating plate 11 described later. 3b is fixed. In the case of the present example, the magnetic bearing unit main body 3b is composed of a pair of permanent magnets 12a and 12b, yokes 13a and 13b, and one magnetic flux diaphragm 14. Of these, the pair of permanent magnets 12a and 12b are each formed in an annular shape and are magnetized in the axial direction of the fixed shaft 1 (vertical direction in FIG. 4), and on a concentric circle centered on the central axis. It is located in the part. The pair of yokes 13a and 13b are each formed in a circular ring shape and are arranged on a concentric circle having the central axis as its center. Also, the yoke 1 on the inner diameter side
One surface of 3a (the lower surface in FIG. 1) near the inner diameter is on one end surface (the upper end surface in FIG. 1) of the permanent magnet 12a on the inner diameter side in the magnetization direction, and the outer surface of the yoke 13b on the outer diameter side is on the outer diameter side. Are abutted on one end surface of the permanent magnet 12b in the magnetizing direction. Further, as shown in FIG. 5, the magnetic flux restrictor body 14 is constituted by laminating a large number of thin films 9a, 9a each formed in a strip shape. Each of these thin films 9a, 9
“A” is arranged in a cylindrical shape with a gap between the thin films 9a, 9a adjacent to each other in the circumferential direction. Further, the thin films 9a, 9a adjacent to each other in the diametrical direction are laminated with an insulating layer interposed therebetween, and the phases thereof are the same. Therefore, the thin films 9a, 9a adjacent to each other in the circumferential direction are
They are insulated from each other.

【0017】一方、第二部材であり、軟鋼板等の強磁性
材により全体を円輪状に造られた回転板11の片面(図
4の上面)で、上記磁気軸受ユニット本体3bの両端部
である上記各永久磁石12a、12bの着磁方向他端面
(図4の下端面)に対向する部分には、1対の突出部7
a、7aを、上記中心軸をその中心とする同心円上に、
全周に亙って形成している。これら各突出部7a、7a
の上記片面からの突出量は、全周に亙って変化しない。
そして、上記各永久磁石12a、12bの着磁方向他端
面と上記1対の突出部7a、7aの上端面との間に、そ
れぞれ軸受隙間8a、8aを、全周に亙って形成してい
る。上記1対の突出部7a、7aを形成した回転板11
は強磁性材により造られている為、上記磁気軸受ユニッ
ト本体3bと上記1対の突出部7a、7aとを含んで磁
気閉回路が構成される。
On the other hand, it is a second member, and is one surface (upper surface in FIG. 4) of the rotating plate 11 which is made of a ferromagnetic material such as a mild steel plate and has a ring shape as a whole, and at both ends of the magnetic bearing unit body 3b. A pair of protrusions 7 is provided in a portion facing the other end surface (lower end surface in FIG. 4) of the permanent magnets 12a and 12b in the magnetization direction.
a and 7a on a concentric circle whose center is the above-mentioned central axis,
It is formed all around. These protrusions 7a, 7a
The amount of protrusion from the above-mentioned one surface does not change over the entire circumference.
Then, bearing gaps 8a and 8a are formed over the entire circumference between the other end faces of the permanent magnets 12a and 12b in the magnetization direction and the upper end faces of the pair of protrusions 7a and 7a, respectively. There is. Rotating plate 11 formed with the pair of protrusions 7a, 7a
Since is made of a ferromagnetic material, a magnetic closed circuit is formed including the magnetic bearing unit body 3b and the pair of protrusions 7a, 7a.

【0018】上述の様に構成される本例の磁気軸受装置
も、前述した第1例の場合と同様に、磁気軸受ユニット
本体3bを構成する磁束絞り体14に流れる渦電流によ
って、固定軸1と回転板11との相対変位を阻止する。
即ち、上記固定軸1に対して上記回転板11が、スラス
ト方向に変位しようとした場合には、フランジ10に固
定した磁気軸受ユニット本体3bの両端部に存在する1
対の永久磁石12a、12bの着磁方向他端面と、回転
板11の片面に固設した1対の突出部7a、7aの内周
縁との間の軸受隙間8a、8aの厚さ寸法が変化する。
そして、前述した第1例の場合と同様の作用により、上
記固定軸1と回転板11とが、非接触浮上状態に保持さ
れる。
Also in the magnetic bearing device of the present example configured as described above, as in the case of the above-described first example, the fixed shaft 1 is caused by the eddy current flowing in the magnetic flux restrictor body 14 constituting the magnetic bearing unit body 3b. And relative displacement between the rotary plate 11 and the rotary plate 11 is prevented.
That is, when the rotary plate 11 is about to be displaced in the thrust direction with respect to the fixed shaft 1, the rotary plate 11 is present at both ends of the magnetic bearing unit body 3b fixed to the flange 10.
The thickness dimensions of the bearing gaps 8a and 8a between the other end faces of the pair of permanent magnets 12a and 12b in the magnetizing direction and the inner peripheral edges of the pair of protrusions 7a and 7a fixed to one surface of the rotating plate 11 are changed. To do.
Then, the fixed shaft 1 and the rotary plate 11 are held in the non-contact floating state by the same action as in the case of the first example described above.

【0019】又、本例の場合も、磁束絞り体14を構成
する各薄膜9a、9aを、円周方向に亙って複数に分割
しているので、上記回転板11が前記中心軸に対して傾
斜する傾向となった場合に、これを阻止する力が作用す
る。即ち、上記回転板11が傾斜する傾向になると、上
記各軸受隙間8a、8aが、円周方向一部で大きくな
り、他部では小さくなる傾向となる。従って上記磁束絞
り体14に流れる渦電流が、上記円周方向一部では上記
軸受隙間8a、8aを大きくする事に対する抵抗力を発
生させ、上記他部では同じく小さくする事に対する抵抗
を発生させる。この結果、上記回転板11が前記中心軸
に対して傾斜する事を防止する。
Also in the case of this example, since the thin films 9a, 9a constituting the magnetic flux restrictor body 14 are divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, the rotary plate 11 is arranged with respect to the central axis. If there is a tendency to tilt, there is a force that prevents this. That is, when the rotating plate 11 tends to incline, the bearing gaps 8a, 8a tend to be large in part in the circumferential direction and small in other parts. Therefore, the eddy current flowing in the magnetic flux restrictor 14 generates a resistance force for increasing the bearing gaps 8a, 8a in a part in the circumferential direction, and a resistance for decreasing the same in the other parts. As a result, the rotary plate 11 is prevented from inclining with respect to the central axis.

【0020】次に、図6は、本発明の実施の形態の第4
例を示している。本例は、前述の図3に示した第2例の
構造を、スラスト軸受に適用したものである。即ち、本
例の場合には、磁気軸受ユニット本体3cを構成する内
径側と外径側との1対のヨーク13a´、13b´同士
の間に、それぞれが直径方向に着磁された、内径側と外
径側との1対の永久磁石12a´、12b´を設けてい
る。磁束絞り体14は、これら両永久磁石12a´、1
2b´同士の間に挟持している。その他の構成及び作用
は、上述した第3例の場合と同様である。
Next, FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
An example is shown. In this example, the structure of the second example shown in FIG. 3 is applied to a thrust bearing. That is, in the case of this example, between the pair of yokes 13a 'and 13b' on the inner diameter side and the outer diameter side that form the magnetic bearing unit body 3c, each of which is magnetized in the diameter direction, A pair of permanent magnets 12a 'and 12b' on the outer side and the outer diameter side are provided. The magnetic flux diaphragm 14 is composed of both permanent magnets 12a ′, 1
It is sandwiched between 2b's. Other configurations and operations are similar to those of the above-described third example.

【0021】次に、図7は、本発明の実施の形態の第5
例を示している。本例は、前述した第1例の構造を改良
してスラスト方向に亙る変位を阻止する力を強化すると
共に、磁気軸受ユニット本体3´を、第一部材である非
磁性材製の固定ハウジング15の内周面に固定し、突出
部7´、7´を、第二部材である強磁性材製の回転軸1
6の外周面に固設したものである。上記磁気軸受ユニッ
ト本体3´を構成する各ヨーク5´、5´の内周面には
複数の凹溝17、17を、上記各突出部7´、7´の外
周面には複数の凹溝18、18を、それぞれ形成する事
により、これら各周面部分の断面形状を凹凸形状として
いる。又、これら両周面同士は、互いの凸部同士で互い
に対向する様にしている。これら両周面の形状をこの様
にする事により、これら両周面同士の間の軸受隙間8、
8に存在する磁束の密度を部分的に高めて、これら両周
面同士の間に作用する磁気吸引力を高め、上記回転軸1
6がスラスト方向に変位する事を阻止する力を大きくし
ている。
Next, FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
An example is shown. In this example, the structure of the above-described first example is improved to strengthen the force for preventing the displacement in the thrust direction, and the magnetic bearing unit body 3'is fixed to the fixed housing 15 made of a non-magnetic material which is the first member. It is fixed to the inner peripheral surface of the and the protrusions 7 ′ and 7 ′ are attached to the rotary shaft 1 made of a ferromagnetic material which is the second member.
6 is fixed to the outer peripheral surface. Each of the yokes 5 ', 5'constituting the magnetic bearing unit body 3'has a plurality of recessed grooves 17, 17 on the inner peripheral surface thereof, and each of the projecting portions 7', 7'has a plurality of recessed grooved surfaces. By forming 18, 18 respectively, the cross-sectional shape of each peripheral surface portion is made uneven. Further, these two peripheral surfaces are arranged so that their respective convex portions face each other. By making the shape of these both peripheral surfaces as described above, the bearing gap 8 between these both peripheral surfaces,
8, the density of the magnetic flux existing in 8 is partially increased, and the magnetic attraction force acting between these peripheral surfaces is increased.
The force that prevents 6 from displacing in the thrust direction is increased.

【0022】次に、図8は、本発明の実施の形態の第6
例を示している。本例は、前述した第3例の構造を改良
して、ラジアル方向に亙る変位を阻止する力を強化する
と共に、磁気軸受ユニット本体3b´を、第一部材であ
る非磁性材製の固定ハウジング15aの片面(図8の上
面)に、突出部7a´、7a´を、第二部材である回転
軸16の外周面に固設した、強磁性材製のフランジ10
aの片面(図8の下面)に、それぞれ固設したものであ
る。上記磁気軸受ユニット本体3b´を構成する各補助
ヨーク19a、19bの先端面には複数の凹溝20、2
0を、上記各突出部7a´、7a´の先端面には複数の
凹溝21、21を、それぞれ形成する事により、これら
各先端面部分の断面形状を凹凸形状としている。又、こ
れら両先端面同士は、互いの凸部同士で互いに対向する
様にしている。これら両先端面の形状をこの様にする事
により、これら両先端面同士の間の軸受隙間8a、8a
に存在する磁束の密度を部分的に高めて、これら両先端
面同士の間に作用する磁気吸引力を高め、上記回転軸1
6がラジアル方向に変位する事を阻止する力を大きくし
ている。又、本例の場合には、上記磁気軸受ユニット本
体3b´を構成するヨーク13a´、13b´の形状を
工夫する事により、磁束絞り体14の面積を増大させ、
この磁束絞り体14に発生する渦電流に基づく、スラス
ト方向の変位を阻止する力も増大させている。
Next, FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
An example is shown. In this example, the structure of the third example described above is improved to enhance the force for preventing the displacement in the radial direction, and the magnetic bearing unit body 3b 'is fixed to the fixed housing made of the non-magnetic material which is the first member. A flange 10 made of a ferromagnetic material, in which protrusions 7a 'and 7a' are fixedly provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 16 which is the second member, on one surface (upper surface in FIG. 8) of 15a.
It is fixed to one surface (a lower surface in FIG. 8) of a. A plurality of recessed grooves 20, 2 are formed on the tip surfaces of the respective auxiliary yokes 19a, 19b constituting the magnetic bearing unit body 3b '.
By forming a plurality of concave grooves 21, 21 on the tip surface of each of the protrusions 7a ', 7a', the cross-sectional shape of each tip surface portion is made uneven. Further, both of these tip surfaces are made to face each other with their respective convex portions. By making the shapes of both of these tip surfaces as described above, the bearing gaps 8a, 8a between these two tip surfaces are formed.
The density of the magnetic flux existing in the part of the rotary shaft 1 is increased to partially increase the magnetic attraction force acting between the two end surfaces.
The force that prevents 6 from being displaced in the radial direction is increased. Further, in the case of this example, the area of the magnetic flux restrictor body 14 is increased by devising the shapes of the yokes 13a 'and 13b' constituting the magnetic bearing unit body 3b ',
The force that prevents the displacement in the thrust direction based on the eddy current generated in the magnetic flux throttle body 14 is also increased.

【0023】次に、図9〜10は、本発明の実施の形態
の第7例を示している。本例は、第一部材であるハウジ
ング23と第二部材である回転軸16の一端部(図9〜
10の上端部)との間に、この回転軸16を回転駆動す
る為の電動モータ22を設けると共に、上記ハウジング
23と回転軸16との間に、初期芯出し補助軸受24を
設けたものである。本発明の対象である磁気軸受は、上
記ハウジング23の天板25の下面と回転軸16の上端
部外周面に固設されたフランジ10の上面との間に、前
記図6に示した第4例の構造を上下逆にしたスラスト型
磁気軸受を設けている。又、ハウジング23の中間部内
周面と上記回転軸16の中間部外周面との間には、前記
図3に示した第2例の構造を、直径方向内外を逆にした
ラジアル型磁気軸受を設けている。これら各磁気軸受の
構造及び作用は、前述した第4、2例の構造と同様であ
るから、対応する部分には同一符号を付して重複する説
明を省略する。尚、上記ハウジング23の少なくとも一
部で、上記各磁気軸受を装着する部分は、好ましくは非
磁性材により覆う。
Next, FIGS. 9 to 10 show a seventh example of the embodiment of the present invention. In this example, the housing 23 that is the first member and one end portion of the rotary shaft 16 that is the second member (see FIGS.
10) and an electric motor 22 for rotatably driving the rotating shaft 16 and an initial centering auxiliary bearing 24 between the housing 23 and the rotating shaft 16. is there. The magnetic bearing which is the object of the present invention is the fourth bearing shown in FIG. 6 between the lower surface of the top plate 25 of the housing 23 and the upper surface of the flange 10 fixed to the outer peripheral surface of the upper end portion of the rotary shaft 16. A thrust type magnetic bearing in which the structure of the example is turned upside down is provided. Further, between the inner peripheral surface of the intermediate portion of the housing 23 and the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rotary shaft 16, a radial type magnetic bearing having the structure of the second example shown in FIG. It is provided. Since the structure and operation of each of these magnetic bearings are the same as the structures of the above-mentioned fourth and second examples, the corresponding parts will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted. Incidentally, at least a part of the housing 23 where the magnetic bearings are mounted is preferably covered with a non-magnetic material.

【0024】又、上記電動モータ22は、上記天板25
の下面中央部に垂下された円柱部26に外嵌固定された
ステータ27と、上記回転軸16の上端面に固設された
円筒部28に内嵌固定されたロータ29とから構成され
ている。上記回転軸16を回転駆動するには、上記ステ
ータ27に通電する。
The electric motor 22 has a top plate 25.
A stator 27 externally fitted and fixed to a cylindrical portion 26 hanging down from the central portion of the lower surface of the rotor, and a rotor 29 internally fitted and fixed to a cylindrical portion 28 fixed to the upper end surface of the rotary shaft 16. . To rotate the rotary shaft 16, the stator 27 is energized.

【0025】更に、上記初期芯出し用補助軸受24は、
上記回転軸16の回転が停止した状態で、この回転軸1
6と上記ハウジング23との中心軸同士を一致させる為
のもので、上部ピボット30と下部ピボット31とから
構成される。このうちの上部ピボット30は、上記円柱
部26の下端面中央部に形成された上側球状凹部32
と、上記回転軸16の上端面に形成された上側球状凸部
33とから構成される。上記回転軸16の上昇に伴って
これら上側球状凹部32と上側球状凸部33とが嵌合す
ると、上記回転軸16の上端部と上記ハウジング23と
の芯出しが行なわれる。
Further, the auxiliary bearing 24 for initial centering is
With the rotation of the rotary shaft 16 stopped, the rotary shaft 1
6 and the housing 23 have their central axes aligned with each other, and are composed of an upper pivot 30 and a lower pivot 31. Of these, the upper pivot 30 is an upper spherical concave portion 32 formed in the central portion of the lower end surface of the cylindrical portion 26.
And an upper spherical convex portion 33 formed on the upper end surface of the rotating shaft 16. When the upper spherical concave portion 32 and the upper spherical convex portion 33 are fitted together as the rotary shaft 16 moves up, the upper end of the rotary shaft 16 and the housing 23 are centered.

【0026】又、上記下部ピボット31は、上記回転軸
16の下端面中央部に形成された下側球状凸部34と、
上記ハウジング23の下部に昇降自在に嵌装された芯出
し板35の上面中央部に形成された下側球状凹部36と
から構成される。この芯出し板35には、ばね37、3
7により下方に向いた弾力を付与している。又、この芯
出し板35の上面外周寄り部分には電磁石38を設け、
この電磁石38を、上記ハウジング23の内側に形成し
た段部39の下面に対向させている。この段部39の下
面は、磁性材により覆っている。通電時にこの電磁石3
8が発生する磁気吸引力は、上記芯出し板35の重量と
上記各ばね37、37の弾力と上記回転軸16及びフラ
ンジ10の重量との合計に十分に打ち勝つものとしてい
る。従って、上記電磁石38への通電に伴って上記芯出
し板35を上昇させると、上記下側球状凹部36と下側
球状凸部34とが嵌合して、上記回転軸16の下端部と
上記ハウジング23との芯出しが行なわれる。この状態
から更に上記芯出し板35を上昇させると、上記上部ピ
ボット30により、上記回転軸16の上端部と上記ハウ
ジング23との芯出しが行なわれる。
The lower pivot 31 has a lower spherical projection 34 formed at the center of the lower end surface of the rotary shaft 16,
It is composed of a lower spherical concave portion 36 formed in the central portion of the upper surface of a centering plate 35 which is fitted in the lower portion of the housing 23 so as to be able to move up and down. This centering plate 35 has springs 37, 3
7 gives downward elasticity. Further, an electromagnet 38 is provided on a portion of the centering plate 35 near the outer periphery of the upper surface,
The electromagnet 38 is opposed to the lower surface of the step 39 formed inside the housing 23. The lower surface of the step 39 is covered with a magnetic material. This electromagnet 3 when energized
The magnetic attraction force generated by 8 sufficiently overcomes the total of the weight of the centering plate 35, the elastic forces of the springs 37, 37, and the weights of the rotary shaft 16 and the flange 10. Therefore, when the centering plate 35 is moved up with the energization of the electromagnet 38, the lower spherical concave portion 36 and the lower spherical convex portion 34 are fitted to each other, and the lower end portion of the rotary shaft 16 and the above-described Centering with the housing 23 is performed. When the centering plate 35 is further raised from this state, the upper pivot 30 centers the upper end of the rotary shaft 16 and the housing 23.

【0027】上述の様に構成される本例の構造を運転す
る際には、先ず、上記電磁石38に通電する事により、
上記回転軸16の上下両端部とハウジング23との芯出
しを行なう。そして、この状態で前記電動モータ22の
ステータ27に通電する事により、上記回転軸16を回
転駆動した後、上記電磁石38への通電を停止する。こ
の結果上記芯出し板35が、自らの重量と上記各ばね3
7、37の弾力とにより下降する。この状態で上記回転
軸16は、前記スラスト型磁気軸受とラジアル型磁気軸
受とにより上記ハウジング23の内側に、非接触状態で
支持される。
When operating the structure of the present example configured as described above, first, by energizing the electromagnet 38,
The upper and lower ends of the rotary shaft 16 and the housing 23 are centered. By energizing the stator 27 of the electric motor 22 in this state, the rotating shaft 16 is rotationally driven, and then the energization of the electromagnet 38 is stopped. As a result, the centering plate 35 has its own weight and each spring 3
It moves down due to the elasticity of 7, 37. In this state, the rotating shaft 16 is supported inside the housing 23 in a non-contact state by the thrust type magnetic bearing and the radial type magnetic bearing.

【0028】本例の場合は、上述の様な構成により、上
記回転軸16の変位が速い場合(交流的変位の場合)だ
けでなく、この回転軸16の変位が遅い場合(直流的変
位の場合)にも、この回転軸16の変位に対する復元力
を生じさせる事ができる。即ち、前記図1、3、7に示
した様なラジアル磁気軸受を単独で設けた場合や、図
4、6、8に示した様なスラスト磁気軸受を単独で設け
た場合には、交流的変位に対しては復元力を生じるが、
特定方向の直流的変位に対しては復元力が生じない。即
ち、上記図1、3、7に示した構造の場合には、スラス
ト方向の直流的変位に対しては復元力が発生するが、ラ
ジアル方向の直流的変位に対しては復元力が発生しな
い。又、図4、6、8に示した構造の場合には、ラジア
ル方向の直流的変位に対しては復元力が発生するが、ス
ラスト方向の直流的変位に対しては復元力が発生しな
い。
In the case of the present example, due to the above-described structure, not only when the displacement of the rotary shaft 16 is fast (in the case of AC displacement), but also when the displacement of the rotary shaft 16 is slow (in the case of DC displacement). In the case), a restoring force for the displacement of the rotating shaft 16 can be generated. That is, when the radial magnetic bearing as shown in FIGS. 1, 3 and 7 is provided alone or the thrust magnetic bearing as shown in FIGS. A restoring force is generated for displacement,
Restoration force does not occur for direct current displacement in a specific direction. That is, in the case of the structure shown in FIGS. 1, 3 and 7, the restoring force is generated for the direct current displacement in the thrust direction, but the restoring force is not generated for the direct current displacement in the radial direction. . Further, in the case of the structure shown in FIGS. 4, 6 and 8, a restoring force is generated with respect to the direct current displacement in the radial direction, but no restoring force is generated with respect to the direct current displacement in the thrust direction.

【0029】これに対して、図9〜10に示した第7例
の場合には、ラジアル方向に亙る直流的変位に対して
は、スラスト磁気軸受を構成するヨーク13a′、13
b′と突出部7a、7aとの間に作用する磁気吸引力に
より、スラスト方向に亙る直流的変位に対しては、ラジ
アル磁気軸受を構成するヨーク5、5の突出部5a、5
aと突出部7、7との間に作用する磁気吸引力により、
それぞれ復元力が発生する。従って図9〜10に示した
構造によれば、他の軸受と併用する事なく、回転軸16
を非接触状態で回転自在に支持できる。
On the other hand, in the case of the seventh example shown in FIGS. 9 to 10, with respect to the direct current displacement in the radial direction, the yokes 13a ', 13' constituting the thrust magnetic bearing are formed.
Due to the magnetic attraction force acting between the b'and the protrusions 7a, 7a, the protrusions 5a, 5 of the yokes 5, 5 constituting the radial magnetic bearing are prevented against a direct current displacement in the thrust direction.
By the magnetic attraction force acting between a and the protrusions 7, 7,
Resilience occurs respectively. Therefore, according to the structure shown in FIGS. 9 to 10, the rotary shaft 16 is not used in combination with other bearings.
Can be rotatably supported in a non-contact state.

【0030】次に、図11は、本発明の実施の形態の第
8例を示している。本例は、前記図6に示したスラスト
磁気軸受と、超電導磁気軸受40とを組み合わせる事に
より、第二部材である回転板11aを非接触状態で回転
自在に支持するものである。上記超電導磁気軸受40を
構成する為にハウジング23aの底面中央部に形成し
た、円柱状の凸部41の外周面及び上端面には、超電導
体42を固定している。この凸部41には冷却ジャケッ
ト(図示省略)を設けて、上記超電導体42を冷却自在
としている。又、上記回転板11aの下面には、この回
転板11aの回転中心と同心の円筒部43を形成してい
る。そして、この円筒部43の内側に、それぞれが軸方
向(図11の上下方向)に亙って着磁された円環状の永
久磁石44、44を、同極同士を互いに対向させた状態
で内嵌固定している。
Next, FIG. 11 shows an eighth example of the embodiment of the present invention. In this example, the thrust magnetic bearing shown in FIG. 6 and the superconducting magnetic bearing 40 are combined to rotatably support the rotating plate 11a as the second member in a non-contact state. A superconductor 42 is fixed to the outer peripheral surface and the upper end surface of a cylindrical convex portion 41 formed in the central portion of the bottom surface of the housing 23a to form the superconducting magnetic bearing 40. A cooling jacket (not shown) is provided on the convex portion 41 so that the superconductor 42 can be cooled. A cylindrical portion 43 concentric with the center of rotation of the rotary plate 11a is formed on the lower surface of the rotary plate 11a. Then, inside the cylindrical portion 43, annular permanent magnets 44, 44, each of which is magnetized in the axial direction (vertical direction in FIG. 11), are placed inside with the same poles facing each other. It is fitted and fixed.

【0031】又、上記回転板11aの下面中央部で上記
円筒部43に囲まれた部分には、それぞれが軸方向に亙
って着磁された円板状の永久磁石45と環状の永久磁石
46とを、互いに同心に、且つ着磁方向を互いに逆にし
て支持している。これら各永久磁石44〜46は、それ
ぞれの内周面若しくは下面を、上記超電導体42の外周
面若しくは上面に対向させている。尚、上記回転板11
aの一部及び円筒部43で、上記各永久磁石44〜46
を設置した部分は非磁性材製として、上記各永久磁石4
4〜46から出た磁束が上記超電導体42側に導かれる
様にしている。又、上記円板状の永久磁石45及び環状
の永久磁石46の上面は、強磁性材製のバックヨーク4
7の下面に当接させて、上記超電導体42側に出る磁束
の強度を高める様にしている。
Further, in the central portion of the lower surface of the rotary plate 11a surrounded by the cylindrical portion 43, a disk-shaped permanent magnet 45 and an annular permanent magnet, which are magnetized in the axial direction, respectively. 46 and 46 are supported concentrically with each other and with their magnetization directions reversed. Each of the permanent magnets 44 to 46 has its inner peripheral surface or lower surface opposed to the outer peripheral surface or upper surface of the superconductor 42. Incidentally, the rotating plate 11
The permanent magnets 44 to 46 are formed by a part of a and the cylindrical portion 43.
The part where the is installed is made of non-magnetic material,
The magnetic fluxes from 4 to 46 are guided to the superconductor 42 side. The upper surfaces of the disk-shaped permanent magnet 45 and the ring-shaped permanent magnet 46 have the back yoke 4 made of a ferromagnetic material.
It is made to contact the lower surface of 7 to enhance the strength of the magnetic flux emitted to the superconductor 42 side.

【0032】上述の様に構成される超電導磁気軸受40
は、上記各永久磁石44〜46から出た磁束が上記超電
導体42にピン止めする事により、これら各永久磁石4
4〜46と超電導体42との距離を一定に保とうとする
力を発生する。回転板11aの上面とハウジング23a
を構成する天板25の下面との間に設けたスラスト磁気
軸受は、上記超電導磁気軸受40との共働により、十分
な軸受剛性を確保する役目を果たす。尚、図11に示し
た例では、上記超電導磁気軸受40として、ラジアル、
スラスト、両方向の軸受構造を有するものを示してい
る。但し、超電導磁気軸受は、超電導体のピン止め力に
より、(構造により剛性の相違はあるが)ラジアル、ス
ラスト両方向の復元力を発揮する為、使用条件によって
は、何れか一方の軸受構造のみを有するものを使用する
事もできる。
Superconducting magnetic bearing 40 constructed as described above
The magnetic flux emitted from each of the permanent magnets 44 to 46 is pinned to the superconductor 42, so that each of the permanent magnets 4 to
A force is generated to keep the distance between 4 to 46 and the superconductor 42 constant. The upper surface of the rotating plate 11a and the housing 23a
The thrust magnetic bearing provided between the lower surface of the top plate 25 and the superconducting magnetic bearing 40 serves to ensure sufficient bearing rigidity. In the example shown in FIG. 11, as the superconducting magnetic bearing 40, a radial,
A thrust bearing having a bidirectional bearing structure is shown. However, because the superconducting magnetic bearing exerts a restoring force in both radial and thrust directions (although the rigidity differs depending on the structure) due to the pinning force of the superconductor, only one bearing structure may be used depending on the operating conditions. It is also possible to use one that has.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明の磁気軸受装置は、以上に述べた
通り構成され作用するので、コスト高の原因となる変位
センサや制御器を必要とせず、しかも単体で安定した非
接触浮上状態を維持できる構造を実現できる。
Since the magnetic bearing device of the present invention is constructed and operates as described above, it does not require a displacement sensor or controller which causes a high cost, and can achieve a stable non-contact floating state by itself. A structure that can be maintained can be realized.

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

【図1】本発明の実施の形態の第1例を示す、部分切断
側面図。
FIG. 1 is a partially cut side view showing a first example of an embodiment of the present invention.

【図2】第1例に組み込む磁束絞り体の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a magnetic flux restrictor incorporated in the first example.

【図3】本発明の実施の形態の第2例を示す、部分切断
側面図。
FIG. 3 is a partially cut side view showing a second example of the embodiment of the present invention.

【図4】同第3例を示す、部分切断側面図。FIG. 4 is a partially cut side view showing the third example.

【図5】第3例に組み込む磁束絞り体の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a magnetic flux throttle body incorporated in the third example.

【図6】本発明の実施の形態の第4例を示す、部分切断
側面図。
FIG. 6 is a partially cut side view showing a fourth example of the embodiment of the present invention.

【図7】同第5例を示す、部分切断側面図。FIG. 7 is a partially cut side view showing the fifth example.

【図8】同第6例を示す、部分切断側面図。FIG. 8 is a partially cut side view showing the sixth example.

【図9】同第7例を、初期芯出し補助軸受の作動状態で
示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the seventh example in an operating state of an initial centering auxiliary bearing.

【図10】同じく初期芯出し補助軸受の非作動状態で示
す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing the initial centering auxiliary bearing in a non-operating state.

【図11】本発明の実施の形態の第8例を示す断面図。FIG. 11 is a sectional view showing an eighth example of an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固定軸 2 回転軸 3、3a、3b、3c、3a′ 磁気軸受ユニット本体 4 永久磁石 5、5′ ヨーク 5a 突出部 6 磁束絞り体 7、7a、7′、7a′ 突出部 8、8a 軸受隙間 9、9a 薄膜 10、10a フランジ 11、11a 回転板 12a、12b、12a′、12b′ 永久磁石 13a、13b、13a′、13b′ ヨーク 14 磁束絞り体 15、15a 固定ハウジング 16 回転軸 17、18 凹溝 19a、19b 補助ヨーク 20、21 凹溝 22 電動モータ 23、23a ハウジング 24 初期芯出し補助軸受 25 天板 26 円柱部 27 ステータ 28 円筒部 29 ロータ 30 上部ピボット 31 下部ピボット 32 上側球状凹部 33 上側球状凸部 34 下側球状凸部 35 芯出し板 36 下側球状凹部 37 ばね 38 電磁石 39 段部 40 超電導磁気軸受 41 凸部 42 超電導体 43 円筒部 44、45、46 永久磁石 47 バックヨーク 1 Fixed shaft 2 Rotating shaft 3, 3a, 3b, 3c, 3a 'Magnetic bearing unit main body 4 Permanent magnet 5, 5'Yoke 5a Projection part 6 Magnetic flux throttle body 7, 7a, 7', 7a 'Projection part 8, 8a Bearing Gap 9,9a Thin film 10, 10a Flange 11, 11a Rotating plate 12a, 12b, 12a ', 12b' Permanent magnet 13a, 13b, 13a ', 13b' Yoke 14 Flux restrictor 15, 15a Fixed housing 16 Rotating shaft 17, 18 Grooves 19a, 19b Auxiliary yokes 20, 21 Grooves 22 Electric motors 23, 23a Housing 24 Initial centering auxiliary bearing 25 Top plate 26 Cylindrical part 27 Stator 28 Cylindrical part 29 Rotor 30 Upper pivot 31 Lower pivot 32 Upper spherical recess 33 Upper side Spherical convex portion 34 Lower spherical convex portion 35 Centering plate 36 Lower spherical concave portion 37 Spring 38 Electrode Magnet 39 Step 40 Superconducting magnetic bearing 41 Convex 42 Superconductor 43 Cylindrical 44, 45, 46 Permanent magnet 47 Back yoke

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに同心に配置され所定の回転中心の
周囲で相対回転する第一部材及び第二部材と、第一部材
の一部で上記回転中心をその中心とする円環状空間部分
に固定された磁気軸受ユニット本体と、上記第二部材の
一部でこの磁気軸受ユニット本体の両端部に対向し、且
つ、上記回転中心をその中心とする円上部分に、上記第
一部材に向け突出する状態で固設された1対の突出部と
を備え、上記磁気軸受ユニット本体は、少なくとも1個
の永久磁石と、この永久磁石の着磁方向に亙って互いに
直列に配置された、それぞれが強磁性材により造られ
た、少なくとも1個ずつのヨーク及び磁束絞り体とから
成り、その両端部は上記1対の突出部に向け突出する事
により、これら両突出部との間に軸受隙間を形成してお
り、上記第二部材のうち、少なくとも上記1対の突出部
とこれら両突出部同士の間部分は強磁性材により造られ
て、上記磁気軸受ユニット本体と上記1対の突出部とを
含んで磁気閉回路が構成されるものとしており、上記磁
束絞り体は、電気良導体製の薄膜を積層する事により構
成されている磁気軸受装置。
1. A first member and a second member which are concentrically arranged and relatively rotate around a predetermined rotation center, and a part of the first member is fixed to an annular space portion having the rotation center as its center. And the magnetic bearing unit main body and a part of the second member that face both end portions of the magnetic bearing unit main body, and project toward the first member at a circular portion centered on the rotation center. And a pair of protrusions fixed in a state of being formed, the magnetic bearing unit main body includes at least one permanent magnet, and the permanent magnets are arranged in series with each other in a magnetization direction of the permanent magnet. Is composed of at least one yoke and a magnetic flux restrictor made of a ferromagnetic material, and both ends thereof project toward the pair of projecting portions, so that a bearing gap is formed between these projecting portions. To form the second member Then, at least the pair of protrusions and a portion between these protrusions are made of a ferromagnetic material, and a magnetic closed circuit is configured to include the magnetic bearing unit main body and the pair of protrusions. The magnetic flux limiting body is a magnetic bearing device configured by laminating thin films made of a good electric conductor.
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