JPH1047348A - ラジアル磁気軸受の固定子 - Google Patents

ラジアル磁気軸受の固定子

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JPH1047348A
JPH1047348A JP22029396A JP22029396A JPH1047348A JP H1047348 A JPH1047348 A JP H1047348A JP 22029396 A JP22029396 A JP 22029396A JP 22029396 A JP22029396 A JP 22029396A JP H1047348 A JPH1047348 A JP H1047348A
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JP
Japan
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magnetic
rotor
stator
slot
magnetic poles
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Pending
Application number
JP22029396A
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English (en)
Inventor
Ryuichiro Tominaga
竜一郎 富永
Kiyoshi Ishida
精 石田
Kensho Iwabuchi
憲昭 岩渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
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Publication of JPH1047348A publication Critical patent/JPH1047348A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0459Details of the magnetic circuit

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ラジアル形磁気軸受において、高速回転中のロ
ータの鉄損を抑えて、温度上昇と熱変形を抑制する。 【解決手段】磁性体でできた円柱状のロータと、該ロー
タの周りにエアギャップを介して固定側に固定された固
定子からなり、該固定子の内側では周方向に磁極と開口
スロットが交互に設けられて複数の電磁石をなし、前記
磁極と前記ロータ間の磁気吸引力で前記ロータを非接触
支持するラジアル磁気軸受において、前記開口スロット
がオープンスロットと半閉スロットを周方向に交互に設
けたものであるとともに、前記オープンスロットの両側
の前記磁極が1つの電磁石をなし、相隣り合う前記電磁
石の間にある半閉スロットの両側の前記磁極を同じ極性
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,回転軸を磁気吸引
力によって非接触支持する制御形ラジアル磁気軸受の固
定子に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気吸引力を用いて回転軸を非接触支持
する磁気軸受は、機械的接触がないため回転摩擦がほと
んどなく、回転軸をなめらかに且つ高速で回転させるこ
とができるので、これらの特徴を生かして広く実用化さ
れつつある。この軸受のうち、径方向の支持をするラジ
アル磁気軸受は、磁性体のロータの周りに固定子が設け
られ、その固定子にはロータの水平方向と上下方向の位
置に対向して電磁石が設けられ、固定子近傍にはロータ
の水平位置と上下位置を検出する変位センサが設けられ
るのが一般的な構成であり、この軸受を制御する制御装
置が別途設けられる。制御装置は変位センサの信号を受
けると信号処理し、前記固定子の各電磁石に電流を供給
してロータを非接触支持する。ここで、上記ラジアル磁
気軸受の第1の従来例を図4を用いて説明する。図4は
ラジアル磁気軸受の軸方向断面図であり、1は磁性体か
らなる円柱状のロータ、2は固定側に固定された概略円
筒状の固定子、3は固定子2の外周部のヨーク、41
1、412、421、422、431、432、44
1、442は、ヨーク3からロータ1に向かって伸びて
いる磁極、511、512、521、522、531、
532、541、542はそれぞれ前記磁極411、4
12、421、422、431、432、441、44
2に巻かれたコイルである。コイル511と512は直
列接続されており、磁極511と512で上側の電磁石
を構成している。同様に、コイル521と522、53
1と532、541と542がそれぞれ直列に接続され
ており、磁極421と422で右側電磁石、磁極431
と432で下側電磁石、磁極441と442で左側電磁
石を構成している。8個の磁極の間には8個の開口スロ
ットが形成されており、開口部からスロット底に至る全
域で幅が一定となり、8個の磁極の幅は先端から根元に
向かうに従い太くなっている。各磁極の先端とロータ1
はエアギャップを介して対面しており、4つの電磁石に
電流を供給すると磁極412、422、432、442
がN極、磁極411、421、431、441がS極と
なってエアギャップを介して固定子とロータ間に磁束が
図のように循環する。この磁極の極性の配置は、全ての
隣り合う磁極の極性を異なるよう配置するものであって
もよいが、本願との比較のため、特公昭62−3724
7号公報に開示されたものを用いている。図5は、図4
のラジアル磁気軸受のエアギャップの周方向磁束密度分
布を直線上に展開したものである。磁極の極性がN極の
時の磁束密度を正にとると、N極では正の最大、S極で
は負の最大となり、各磁極の中間位置ではゼロとなる。
エアギャップの磁束密度分布が図5のようになっている
と、ロータが回転するときの磁束密度の変動周波数は高
調波含有率が高く、ロータの鉄損が大きいため、特に、
ロータが高速で回転すると、ロータの温度上昇が顕著に
なって様々なトラブルの元になっていた。次に、ステー
タの形状の工夫によって、前記高調波含有率を抑えるこ
とができる第2の従来例を述べる。それは特開平8−8
4491に示されているものであり、モータのステータ
によく使われる形状を採用していて、磁極先端の幅が広
げられているというものであった。すなわち磁極先端の
両側面にポールシューを設けるというものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記第1の
従来例では、エアギャップの磁束密度分布が図5のよう
になっているので、ロータが回転するときの磁束密度の
変動周波数は高調波含有率が高く、ロータの鉄損が大き
かった。特に、ロータが高速で回転すると、ロータの温
度上昇が顕著になって様々なトラブルを引き起こすた
め、非接触支持することでロータが高速回転できるとい
う磁気軸受の特徴が生かせなくなるという問題があっ
た。また、前記第2の従来例では、隣り合う磁石間の磁
束密度の変動を抑えることができるものの、同一磁石の
N極とS極の間の磁束の漏れが大きく、設計通りの支持
力が得られなくなったり、コイルの励磁電流とエアギャ
ップの磁束密度が非線形となってしまい、浮上制御系の
安定性が低下してしまうという大きな問題があった。本
発明は、前記従来例のそれぞれの欠点を解消し、高速回
転するロータの鉄損と温度上昇を抑えてラジアル磁気軸
受の歪みを抑え、軸受の安定性を向上してラジアル磁気
軸受の特徴を生かせるようにすることを目的とするもの
である。
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め,本発明は、磁性体でできた円柱状のロータと、該ロ
ータの周りにエアギャップを介してフレームなどに取付
られた固定子からなり、該固定子の内側では周方向に磁
極と開口スロットが交互に設けられて複数の電磁石を形
成し、前記磁極と前記ロータ間の磁気吸引力で前記ロー
タを非接触支持するラジアル磁気軸受において、前記開
口スロットがオープンスロットと半閉スロットを周方向
に交互に設けたものであるとともに、前記オープンスロ
ットの両側の前記磁極が1つの電磁石をなし、相隣り合
う前記電磁石の間にある半閉スロットの両側の前記磁極
を同じ極性としたのである。さらに、半閉スロットに代
えて、全閉スロットともしたのである。
【0004】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
に基づいて説明する。図1は本発明を適用したラジアル
磁気軸受の断面図である。図において、1は磁性体でな
る円柱状のロータ、2は固定子であり、固定子2の外周
部分は図示しないフレームなどに固定されたヨーク3を
形成しており、固定子2の内径側には上下左右に4つの
電磁石の磁極が形成されている。図1の上側の電磁石に
ついては、側面が平行なオープンスロットを挟んでヨー
ク3と一体となった2つの磁極411、412が形成さ
れており、該磁極411、412の先端には外側にのみ
ポールシューが形成されている。そして、磁極411、
412にはそれぞれコイル511、512が巻かれてい
る。上側電磁石に正の電流を供給すると、磁極412、
ロータ1、磁極411、ヨーク3、磁極412の順で磁
束が循環し、そのように循環するようコイル511、5
12が直列接続されている。右側電磁石と、下側電磁
石、左側電磁石についても、磁極の形状やコイルの接続
の仕方は上側電磁石と同じようになっているが、それぞ
れ正の電流を供給すると磁束が図のように循環するよう
コイルが巻かれている。各電磁石の境界部分の開口スロ
ットは、側面が平行で、開口部付近が前記ポールシュー
によって半分塞がれた形をした半閉スロットとなってい
る。ロータ1の左右、上下の位置は、図示しない変位セ
ンサによって検出される。この信号を受けた制御装置が
働くと、左右、上下の電磁石に電流が供給され、ロータ
1の浮上位置が制御されて、非接触支持される。上記軸
受が通電されたときのエアギャップの磁束密度分布は、
図2のようになる。図から判るように、半閉スロットの
ところではエアギャップの磁束密度の落ち込みが小さく
なるので、ロータ1が高速で回転しても磁束密度の変動
周波数は高調波含有率が従来軸受に比べて小さく、鉄損
が小さく抑えられるのである。
【0005】次に、本発明の第2の実施例を図3を用い
て説明する。図3において71、72、73、74はブ
リッジであり、それぞれ磁極412と421、422と
431、432と441、442と411の先端部が繋
がっており、磁気的に連結されている。ブリッジを形成
した全閉スロットの底の部分はヨーク3に切欠き81、
82、83、84が形成されており、そこに非磁性のス
ペーサ91、92、93、94が挿設され、固定されて
周方向が磁気的に絶縁されている。そのほかの部分は前
記の実施例と共通している。この軸受に、前記実施例と
同様に電流を供給すると、エアギャップの磁束密度分布
は概ね図2のようになるが、全閉スロットのところの磁
束密度の落ち込みは図2のものよりさらに小さくなる。
従って、高速回転中の前記高調波含有率は小さく、ロー
タの鉄損は第1の実施例よりも小さくなる。以上述べた
2つの実施例では、電磁石が左右、上下に4個設けられ
ているが、本願の目的に添うものであれば4個に限られ
るものではないことは明白である。また、2つの実施例
ではスロットの両側面が平行となったものを示したが、
磁極の幅が平行となったものであってもよく、そのいず
れにも当てはまらない形状をしていても構わないのも同
様である。さらに、2つの実施例は、固定子の内側にロ
ータが設けられたインナーロータのラジアル磁気軸受で
あったが、本願の主旨に添うものであれば、固定子がロ
ータの内側に設けられるアウターロータのラジアル磁気
軸受であっても構わない。
【0006】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、軸
受の安定性を損なうことなく、高速回転するロータの鉄
損と温度上昇を小さく抑えることができるので、非接触
支持するラジアル磁気軸受の特徴を生かして、実用性を
高める効果を持っている。
【0007】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用したラジアル磁気軸受の断面
図。
【図2】 図1の磁束密度分布を示す補足図。
【図3】 本発明の第2の実施例を示すラジアル磁気軸
受の断面図。
【図4】 従来のラジアル磁気軸受の断面図。
【図5】 図4の磁束密度分布を示す補足図。
【符号の説明】
1 ロータ 2 固定子 3 ヨーク 411、412、421、422、431、432、4
41、442 磁極 511、512、521、522、531、532、5
41、542 コイル 611、612、621、622、631、632、6
41、642 ポールシュー 71、72、73、74 ブリッジ 81、82、83、84 切欠き 91、92、93、94 スペーサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体でできた円柱状のロータと、該ロ
    ータの周りにエアギャップを介してフレームなどに取付
    られた固定子からなり、該固定子の内側では周方向に磁
    極と開口スロットが交互に設けられて複数の電磁石を形
    成し、前記磁極と前記ロータ間の磁気吸引力で前記ロー
    タを非接触支持するラジアル磁気軸受において、前記開
    口スロットがオープンスロットと半閉スロットを周方向
    に交互に設けたものであるとともに、前記オープンスロ
    ットの両側の前記磁極が1つの電磁石をなし、相隣り合
    う前記電磁石の間にある半閉スロットの両側の前記磁極
    を同じ極性としたことを特徴とするラジアル磁気軸受の
    固定子。
  2. 【請求項2】 半閉スロットに代えて、全閉スロットと
    することを特徴とする請求項1のラジアル磁気軸受の固
    定子。
JP22029396A 1996-08-02 1996-08-02 ラジアル磁気軸受の固定子 Pending JPH1047348A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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