JPH11325073A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH11325073A
JPH11325073A JP10132827A JP13282798A JPH11325073A JP H11325073 A JPH11325073 A JP H11325073A JP 10132827 A JP10132827 A JP 10132827A JP 13282798 A JP13282798 A JP 13282798A JP H11325073 A JPH11325073 A JP H11325073A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来よりも回転軸の軸方向長さが短く、また装
置内部の汚染を低減することができる磁気軸受装置の提
供を目的とする。 【解決手段】ロータ4 は筐体2 内部に配置され、スラス
ト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 により回転軸3
の軸方向およびこれと直交する方向に磁気的に非接触の
状態で支持されている。またロータ4 は、電動機7 によ
り回転軸3 回りに回転駆動される。ロータ4 には円盤4a
が設けられ、この円盤4aには回転軸3 の軸方向に貫通し
半径方向に沿って等間隔に形成された36本のスリット8
が設けられている。スラスト磁気軸受5 およびラジアル
磁気軸受6 は円盤4aのスリット8 が形成された面に対向
するように配置されている。スラスト磁気軸受5 および
ラジアル磁気軸受6 に起因して円盤4aに発生する渦電流
はスリット8 で遮られるので、渦電流による悪影響が回
避される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体基板（ウエハ）に所定成分
の薄膜を成長させる化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）等
のような装置では、ロータを回転支持する軸受装置には
主に玉軸受が用いられている。
【０００３】このような化学気相成長装置は、減圧され
た清浄な雰囲気での運転を必要とする。したがって、構
成要素に玉軸受を用いて構成された従来の装置では、玉
軸受の潤滑油が拡散してウエハに成膜される薄膜を汚損
し、製品の歩留りを低下させてしまう問題があった。ま
た、玉軸受に錆が発生すると清浄な雰囲気を汚染してし
まうと共に、発生した錆で軸受にかじりが生じて安定し
たロータの回転が不可能になる場合があった。このよう
な場合には玉軸受の交換を要するが、交換には多大な時
間を費やすものであった。
【０００４】そこで、構成要素として玉軸受を用いる代
わりに、磁気軸受装置を用いることが検討されている。
磁気軸受装置は非接触，無潤滑，長寿命等の特徴を有す
ることから多方面で様々な研究や用途開発が進められて
いる。
【０００５】従来の磁気軸受装置は、例えば図１５に示
すように構成されている。この磁気軸受装置90は、筐体
91内に収納され回転軸92の下方端側にスラスト円盤93a
を設けた縦型のロータ93と、このスラスト円盤93a の上
下面に隙間を設けて磁極を対向させロータ93のスラスト
方向を非接触に支持するためのスラスト磁気軸受94を構
成する電磁石94a,94b を具備している。また、ロータ93
は、その回転軸92の上部および下部に設けられたラジア
ル磁気軸受95,96 によってラジアル方向に対して非接触
に支持され、電動機（モータ）97によって回転軸92回り
に回転駆動される。
【０００６】ラジアル磁気軸受95,96 は、回転軸92の軸
方向に積層した状態でロータ93に固定された円筒状をな
す積層継鉄部93b,93c と、これらに対向する位置で筐体
91に固定され周方向に４等配された上部電磁石95a,95b,
95c,95d （95b,95d は図示せず）および下部電磁石96a,
96b,96c,96d （96b,96d は図示せず）から構成されてい
る。
【０００７】さらに、筐体91内には図示しない変位セン
サが設けられており、この変位センサによってロータ93
の軸方向および半径方向の変位が検出され、これに基づ
いて制御部（図示せず）からの制御信号によりスラスト
磁気軸受94とラジアル磁気軸受95,96 が制御される。
【０００８】このように構成された従来の磁気軸受装置
では、スラスト磁気軸受94とラジアル軸受95,96 、図示
しない変位センサ、電動機97が回転軸92の方向に沿って
並設されている。そのため、磁気軸受装置が回転軸92の
方向に長尺となってしまう。さらに、ロータ93に設けら
れた積層継鉄部93b,93c は減圧された筐体91の内部にそ
の積層端面が露出するものであるため、この積層端面が
錆びるような状況にあるとロータ93の回転により錆が飛
散してしまい、筐体91内を汚染してしまう。特にＣＶＤ
装置ではウエハに成膜される薄膜が汚損され、製品の歩
留りを低下させてしまう可能性があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の磁
気軸受装置では、ラジアル磁気軸受が回転軸の軸方向に
複数箇所にわたって配列されているので、装置が軸方向
に長尺なものとなっていた。また、筐体内に露出する積
層継鉄の端面の発錆によって筐体内を汚染してしまう恐
れがあった。そこで本発明は、従来よりも回転軸の軸方
向長さが短く、また装置内部の汚染を低減することがで
きる磁気軸受装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、回転可能なロータと、前記ロータを所定
の軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、前記ロータの
周囲に配置され、前記ロータを磁気吸引力により前記所
定の軸方向およびそれと直交する方向に対して非接触に
支持する複数の電磁石と、前記ロータの前記複数の電磁
石と対向する部位に設けられ、前記ロータの回転方向に
対して導電性を非連続的な状態にする導電性調節手段と
を有する磁気軸受装置とした。
【００１１】ここで、前記導電性調節手段は、前記所定
の軸に沿って形成されたスリットであってもよく、また
異方導電性材料であってもよい。また、本発明では、回
転可能なロータと、前記ロータを所定の軸回りに回転駆
動する回転駆動手段と、前記ロータの外周面に取り付け
られる磁性部材と、前記ロータの周囲に前記磁性部材に
対応する関係に配置され、前記ロータを磁気吸引力によ
り前記所定の軸方向およびそれと直交する方向に対して
非接触に支持する複数の電磁石と、前記磁性部材に設け
られ、前記ロータの回転方向に対して所定の角度に形成
されるスリットとを有する磁気軸受装置とした。
【００１２】ここで、前記スリットは、前記ロータの回
転軸方向およびこの回転軸と直交する方向を含む面を形
成しているものであってもよく、また前記ロータの回転
軸方向に対して所定角度をなす第１の方向およびこの回
転軸と直交する方向に対して所定角度をなす第２の方向
を含む面を形成しているものであってもよい。
【００１３】また、前記複数の電磁石は、前記ロータを
前記回転軸方向に位置決めするための第１の軸受と、前
記ロータを前記回転軸方向と直交する方向に位置決めす
るための第２の軸受とから構成することができる。
【００１４】上記のように構成された本発明の磁気軸受
装置によれば、ロータの回転方向に対して導電性を非連
続的な状態にする導電性調節手段が設けられるととも
に、ロータを磁気吸引力により所定の軸方向およびそれ
と直交する方向（スラスト方向およびラジアル方向）に
対して非接触に支持する複数の電磁石が設けられてい
る。そのため、ロータの回転に伴い発生する渦電流によ
る渦電流損が、スラスト方向とラジアル方向の両方向に
わたって弱められる。したがって、従来のように積層継
鉄を用いて装置を構成する必要がなくなり、回転軸方向
に短く、装置内部の汚染を低減することが可能な磁気軸
受装置が実現する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。図１は、本発明の磁気軸受装置
の第１の実施形態に係る側断面図、図２は図１における
Ａ−Ａ線断面図である。
【００１６】磁気軸受装置1 におけるロータ4 は、略円
筒形状の筐体2 内に収納され、回転軸3 の下方端付近に
円盤4aを取り付けている。またこの円盤4aの上下面に
は、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ4
のスラスト方向（回転軸3 の軸方向）および傾き方向
（回転軸3 の傾き方向）に対してロータ4 を非接触に支
持するための上部電磁石5a,5b,5c,5d および下部電磁石
5e,5f,5g,5h （但し、5fと5hは図示せず）が設けられて
いる。これら上部電磁石5a,5b,5c,5d および下部電磁石
5e,5f,5g,5h はスラスト磁気軸受5 を構成している。ま
たロータ4 の円盤4aの外周面には、隙間を介して磁極を
対向させることによりロータ4 のラジアル方向（回転軸
3 と直交する方向）に対して非接触に支持するための電
磁石6a,6b,6c,6d が設けられている。これら電磁石6a,6
b,6c,6d はラジアル磁気軸受６を構成している。
【００１７】また筐体2 内の上部電磁石5a,5b,5c,5d の
上方には、ロータ4 を回転駆動するための電動機7 が設
けられている。ロータ4 の円盤4a外周側には、回転軸3
の軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成された
スリット（導電性調節手段）8 が、ここでは計36本設け
られている。
【００１８】図３は、スラスト磁気軸受5 およびラジア
ル磁気軸受6 の磁束の流れを説明するための図であり、
スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5cと下部電磁石5gおよ
びラジアル磁気軸受6 の電磁石6cのみを拡大して示して
いる。
【００１９】これらスラスト磁気軸受5 の上部電磁石5c
と下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸受6 の電磁石6c
は、ロータ4 の円盤4aに設けたそれぞれのスリット8 が
形成する面に対してほぼ平行な面内で磁路を形成するこ
とになる。つまり、スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5c
の磁束M1は、円盤4aの半径方向に対して外側から内側に
流れ、上部電磁石5cと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨ
ークに入り、閉ループを構成している。また、スラスト
磁気軸受5 の下部電磁石5gの磁束M2は、円盤4aの半径方
向に対して内側から外側に流れ、下部電磁石5gと円盤4a
との隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成
している。さらに、ラジアル磁気軸受6 の電磁石6cの磁
束M3は、円盤4aの軸方向に対して上側から下側に流れ、
電磁石6cと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨークに入
り、閉ループを構成している。これらM1,M2,M3が形成す
る面は、スリット8 が形成する面とほぼ平行である。
【００２０】スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5a,5b,5d
と下部電磁石5e,5f,5hおよびラジアル磁気軸受6 の電磁
石6a,6b,6dについてはここでは図示していないが、図３
と同様に磁束の流れが形成される。
【００２１】次に、本発明における導電性調節手段、す
なわち円盤4aにスリット8 を設けることによる作用を説
明する。本発明において円盤4aにスリット8 を設けた理
由は、ロータ4 の円盤4aが電動機7 で回転駆動された時
に発生する鉄損、特に渦電流損を低減させるためであ
る。
【００２２】つまり、仮にスリット8 が形成されていな
い状態を考えた場合、円盤4aは電動機7 で回転駆動され
ると、スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5a,5b,5c,5d と
下部電磁石5e,5f,5g,5h 、およびラジアル磁気軸受6 の
電磁石6a,6b,6c,6d の磁極部に対向する上下面および外
周面には、渦電流損が発生する。この渦電流損は、周方
向に分割して配置されたスラスト磁気軸受5 およびラジ
アル磁気軸受6 の磁束が、周方向に対して一様ではなく
分布してしまうために発生する。
【００２３】従来の磁気軸受装置では、この渦電流損を
低減するために積層継鉄が広く用いられている。しか
し、積層継鉄を用いた渦電流損低減の方法はラジアル磁
気軸受に対しては有効に働くが、スラスト磁気軸受に対
してはその効果は期待できない。そこで本発明では、渦
電流損がロータ4 の回転に伴って発生することに着目
し、スリット8 を設けた円盤4aを回転させるとともに、
その周囲にラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を配置
した。
【００２４】ロータ4 の回転に伴い、スラスト磁気軸受
5 およびラジアル磁気軸受6 に起因して円盤4aには渦電
流が誘起されるが、この渦電流は円盤4aに設けたスリッ
ト8で遮られる。これは、スリット8 が形成されている
ために円盤4aの周方向に磁束が移動しないことに起因し
ている。したがって、渦電流の発生を抑制することが可
能となる。
【００２５】このように構成された本実施形態の磁気軸
受装置1 では、導電性調節手段であるスリット8 を設け
たことにより、渦電流損の低減のための積層継鉄を使用
することなくロータ4 の円盤4aの上下部と外周部にスラ
スト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 を配置するこ
とができる。したがって、ラジアル磁気軸受をその軸方
向に複数配置した従来の磁気軸受装置に比べて軸方向長
さが短くコンパクトな構成となる。
【００２６】また、積層継鉄を用いる必要がなくなるた
め、筐体2 内に露出する積層継鉄の端面が錆びることに
よる筐体内の汚染を防止することができる。また、積層
継鉄を用いた場合に問題となる遠心力および熱膨張差変
形に起因するアンバランスを除去または低減できるの
で、ロータ4 の回転運動特性を向上でき、さらに大口径
ロータを用いることが容易となる。
【００２７】なお、図２では電動機7 をスラスト磁気軸
受5 の上部電磁石5a,5b,5c,5d の上側に設けた構成とな
っているが、例えばスラスト磁気軸受5 の下部電磁石5
e,5f,5g,5h の下側に設けた構成であってもよい。さら
に、図３ではスラスト磁気軸受5 の上部電磁石5cと下部
電磁石5gおよびラジアル磁気軸受6 の電磁石6cの磁束M
1,M2,M3が記載されているが、磁束の流れが逆向きとな
るように電磁石を制御しても、本発明の効果を期待する
ことができる。
【００２８】続いて、図４を参照して本発明の第２の実
施形態を説明する。なお、以下に説明する各実施形態に
おいて第１の実施形態と同一構成要素には同一符号を付
し、重複する説明を省略する。
【００２９】図４は本発明の第２の実施形態に係る磁気
軸受装置10の側断面図である。本実施形態における磁気
軸受装置10の特徴は、筐体2 がロータ4 の内部空間に挿
入されるべく挿入部2aを設け、この挿入部2aに電動機7
を取り付けることにより、電動機7 をロータ4 の内周部
に配置した点にある。そのため、図示のようにラジアル
磁気軸受6 と電動機7 を回転軸3 の軸方向に対して同じ
高さの位置に配置することが可能となる。
【００３０】このような構成の第２の実施形態によれ
ば、第１の実施形態に比べて軸方向長さが短くなり、コ
ンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。続い
て、図５を参照して本発明の第３の実施形態を説明す
る。図５は本発明の第３の実施形態に係る磁気軸受装置
20の側断面図である。本実施形態における磁気軸受装置
20の特徴は、筐体2 の挿入部2aの形状を図４に示したも
のから変形し、この挿入部2aにラジアル磁気軸受6 を取
り付けることにより、ラジアル磁気軸受6 をロータ4 の
円盤4aの内周部に配置した点にある。なお、電動機7 は
ロータ4 の外周部に配置されている。そのため、図示の
ようにラジアル磁気軸受6 と電動機7 を回転軸3 の軸方
向に対して同じ高さの位置に配置することが可能とな
る。
【００３１】このような構成の第３の実施形態によれ
ば、先の実施形態と同様に軸方向長さが短くなり、コン
パクトな磁気軸受装置を提供することができる。図６
は、本発明の磁気軸受装置1 におけるスラスト磁気軸受
5 およびラジアル磁気軸受6 の変位センサ配置を説明す
る側断面図、図７は図６におけるＢ−Ｂ線断面図であ
る。ここで、図６に示した側断面図は図７中のＣ−Ｃ線
断面図に相当するものである。
【００３２】スラスト磁気軸受5 に用いるスラスト変位
センサ11a,11b,11c,11d は、ロータ4 の円盤4aの上面に
対して空隙を介した状態で筐体2 に等間隔に固定されて
いる。これらスラスト変位センサ11a,11b,11c,11d は、
円盤4aの内周付近上面（スリット8 が形成されていない
部分）を検出し、図示しないスラスト変位センサ変換器
および信号処理回路によってロータ4 の軸方向変位およ
び傾き方向変位を求める。これらスラスト変位センサ11
a,11b,11c,11d の変位信号に基づき、図示しない制御部
からの制御信号によってスラスト磁気軸受5 が位置決め
制御される。
【００３３】また、ラジアル磁気軸受6 に用いるラジア
ル変位センサ12a,12b は、円盤4aの上部でロータ4 の外
周面に対して空隙を介した状態で、９０°の位相差をも
って筐体2 に固定されている。これらラジアル変位セン
サ12a,12b は、ロータ4 の外周面を検出し、図示しない
ラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によって
ロータ4 の半径方向変位を求める。これらラジアル変位
センサ12a,12b の変位信号に基づき、図示しない制御部
からの制御信号によってラジアル磁気軸受6 が位置決め
制御される。
【００３４】なお、図６においてスラスト変位センサ11
a,11b,11c,11d は、ロータ4 の円盤4aの上面に対して空
隙を介した状態で筐体2 に固定されているが、円盤4aの
下面に空隙を介した状態で筐体2 に固定しても良い。ま
た、ラジアル変位センサ12a,12b は、円盤4aの上部でロ
ータ4 の外周面に対して空隙を介した状態で筐体2 に固
定されているが、円盤4aの下部でロータ4 の外周面、ま
たはロータ4 の内周面に対して空隙を介した状態で筐体
2 に固定しても良い。
【００３５】また、ここではスラスト変位センサの数は
４個、ラジアル変位センサの数は２個の例を示したが、
スラスト変位センサの数は３個以上、ラジアル変位セン
サの数は２個以上設けることにより、装置に必要となる
空間５自由度を確実に検出することができる。
【００３６】図８は、本発明の磁気軸受装置30における
スラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 の変位セ
ンサ配置を説明する側断面図、図９は図８におけるＤ−
Ｄ線断面図である。ここで、図８に示した側断面図は図
９中のＥ−Ｅ線断面図に相当するものである。
【００３７】スラスト磁気軸受5 に用いるスラスト変位
センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h （但し13e,13
f,13h は図示せず）は、ロータ4 の円盤4aの上面および
下面に対して空隙を介した状態で筐体2 に等間隔に固定
されている。これらスラスト変位センサ13a,13b,13c,13
d,13e,13f,13g,13h は、円盤4aの上面（スリット8 が形
成されている部分）を検出し、図示しないスラスト変位
センサ変換器および信号処理回路によってロータ4 の軸
方向変位および傾き方向変位を求める。これらスラスト
変位センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h の変位信
号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によって
スラスト磁気軸受5 が制御される。
【００３８】また、ラジアル磁気軸受6 に用いるラジア
ル変位センサ14a,14b,14c,14d は、円盤4aの外周側面に
対して空隙を介した状態で、９０°の位相差をもって筐
体2に固定されている。これら変位センサ14a,14b,14c,1
4d は、円盤4aの外周側面を検出し、図示しないラジア
ル変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ
4 の半径方向変位を求める。こららラジアル変位センサ
14a,14b,14c,14d の変位信号に基づき、図示しない制御
部からの制御信号によってラジアル磁気軸受6が位置決
め制御される。
【００３９】なお、図８および図９ではスラスト変位セ
ンサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h は、ロータ4 の
円盤4aの上下面に空隙を介した状態で筐体2 に固定され
ているが、円盤4aの上下面にそれぞれ同一平面を形成す
るように少なくとも３組以上のスラスト変位センサを配
置すれば良い。
【００４０】図１０は、図８および図９に示す磁気軸受
装置30のラジアル変位センサ14a,14c の差動出力信号を
説明するための図である。ロータ4 が回転駆動すると、
ラジアル変位センサ14a,14c の出力信号は回転同期成分
の振動波形31a,32a と、ロータ4 の円盤4aに設けたスリ
ット8 がラジアル変位センサ14a,14c の検出位置を通過
する度に発生するパルス状の振動波形31b,32b が重畳し
た出力波形31,32 となる。このパルス状の振動波形31b,
32b は、ロータ4 の振動変位とは関係なく、スリット8
の影響で発生する誤差信号である。
【００４１】そのため、ラジアル変位センサ14a の出力
信号31またはラジアル変位センサ14c の出力信号32を使
用してラジアル磁気軸受6 を浮上制御すると、ロータ4
の回転駆動に伴ってパルス状の振動波形31b または32b
に起因した振動が発生し、ロータ4 の浮上特性が劣化す
る。そこで、両者の出力信号31,32 の差動信号33を浮上
制御に用いることにより、スリット8 の影響で発生する
パルス状の振動波形31b,32b を除去または低減すること
ができ、良好な浮上特性が維持される。
【００４２】さらに、円盤4aの遠心力および熱膨張変形
に起因する検出誤差を小さくできると共に、ラジアル変
位センサの検出感度が２倍に向上することになるので、
より高精度で安定性の高い磁気軸受装置が提供される。
【００４３】また、図１０はラジアル変位センサ14a,14
c の差動信号を説明するための図であるが、ラジアル変
位センサ14b と14d およびスラスト変位センサ13a と13
e 、13b と13f 、13c と13g 、13d と13h の組で同様に
差動信号を生成し、それら差動信号を用いてラジアル磁
気軸受6 とスラスト磁気軸受5 が制御することも可能で
ある。
【００４４】続いて、図１１および図１２を参照して本
発明の第４の実施形態を説明する。図１１は本発明の第
４実施形態に係る磁気軸受装置40の側断面図であり、図
１２は図１１中のＦ−Ｆ線断面図である。ここで、図１
１に示した側断面図は図１２中のＧ−Ｇ線断面図に相当
するものである。また、図１３および図１４はスラスト
磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを説明す
るための図であり、それぞれ図１１および図１２に対応
して描かれている。
【００４５】本実施形態における磁気軸受装置40は、筐
体2 内に収納され回転軸3 の下方端付近に円盤4aを設け
たロータ4 と、この円盤4aの上下面には、隙間を介して
磁極を対向させることによりロータ4 のスラスト方向お
よび傾き方向に対してロータ4 を非接触に支持するため
の上部電磁石41a,41b,41c,41d および下部電磁石41e,41
f,41g,41h （但し、41f と41h は図示せず）が設けられ
ている。これら上部電磁石41a,41b,41c,41d および下部
電磁石41e,41,41g,41hはスラスト磁気軸受5 を構成して
いる。また、ロータ4 の円盤4aの外周面には、隙間を介
して磁極を対向させることによりロータ4 のラジアル方
向に対して非接触に支持するための電磁石42a,42b,42c,
42d が設けられている。これら電磁石42a,42b,42c,42d
はラジアル磁気軸受6 を構成している。
【００４６】また筐体2 内の上部電磁石41a,41b,41c,41
d の上方には、ロータ4 を回転駆動する電動機7 が設け
られている。ロータ4 の円盤4a外周側には、回転軸3 の
軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成されたス
リット8 が、ここでは計36本設けられている。このスリ
ット8 は、第１の実施形態の場合と同様、ロータ4 の円
盤4aが電動機7 で回転駆動された時に発生する鉄損、特
に渦電流損を低減する働きをする。
【００４７】さらに本実施形態では、ロータ4 の回転軸
3 を中心として筐体2 に同心円状に装着された２個の環
状磁石43a,43b が配置されている。これら環状磁石43a,
43bは回転軸3 の軸方向に対して互いに逆向きに着磁さ
れ、互いに対向する側の一端面がラジアル磁気軸受6 の
磁極42a,42b,42c,42d と磁気的に接続されている。一
方、環状磁石43a,43b の他端面はスラスト磁気軸受5 の
上部磁極41a,41b,41c,41d および下部磁極41e,41f,41g,
41h にそれぞれ磁気的に接続されている。
【００４８】また、スラスト磁気軸受5 の上部磁極41a,
41b,41c,41d と下部磁極41e,41f,41g,41h は、筐体2 に
同心円状に装着された環状継鉄部44によって磁気的に接
続されている。
【００４９】さらに、ラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42
b,42c,42d は、周方向に９０°の位相差をもって筐体2
に固定されており、その位置から回転軸3 の方向に突出
した形状をなしている。ラジアル磁気軸受6 の磁極42a,
42b,42c,42d は、全体として略環状の磁極リング46を構
成すると共に、筐体2 に同心円状に装着され環状継鉄部
44の内側に内挿された非磁性材製（例えばアルミニウム
やステンレス）からなる支持部材45に固定されている。
【００５０】また、スラスト磁気軸受5 の上部磁極41a,
41b,41c,41d および下部磁極41e,41f,41g,41h にはそれ
ぞれ制御コイル47a,47b,47c,47d と47e,47f,47g,47h
（但し、47f と47h は図示せず）が巻装されており、同
様にラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42b,42c,42d には制
御コイル48a,48b,48c,48d が巻装されている。
【００５１】図１３に示されるように、環状磁石43a,43
b から発生した磁束M4a,M4b は、ラジアル磁気軸受6 の
磁極42a,42b,42c,42d を通り、スラスト磁気軸受5 の上
部磁極41a,41b,41c,41d と下部磁極41e,41f,41g,41h を
通る閉ループを構成している。
【００５２】ここで、例えばロータ4 が半径方向に対し
て図１３の左方向に変位して図中左側の半径方向空隙長
が狭くなった場合には、その狭くなった空隙を通過する
磁束（吸引力）を弱め、図中右側の広くなった半径方向
空隙長の磁束を通過する磁束（吸引力）を強くするよう
に制御コイル48a,48c に電流を印加することで、ロータ
4 には図中右方向に磁気力が作用して安定化される。
【００５３】また、図１４に示されるように、制御コイ
ル48a,48c が作る磁束M5は磁極42a→磁極リング46→磁
極42c →円盤4aを通る閉ループを構成している。そして
その結果、磁極42a を通る磁束M4a,M4b と磁束M5とは互
いに逆向きに流れて打消し合い、磁極42c を通る磁束M4
a,M4b と磁束M5は同じ向きに流れて強め合うことによ
り、上述した制御コイルによる半径方向の安定化浮上制
御が達成される。
【００５４】同様に、制御コイル48b,48d 間を移動する
磁束に関しても、上述した制御コイル48a,48c の場合と
同様に、磁束が強め合うことにより安定に浮上制御され
る。また、例えばロータ4 が軸方向に対して図１３の下
方に変位し、図中下側の軸方向空隙長が小さくなった場
合には、その空隙部の磁束（吸引力）を弱め、図中上側
の広くなった軸方向空隙長の磁束（吸引力）を強くする
ように制御コイル47a,47b,47c,47d,47e,47f,47g,47h に
電流を印加することで、ロータ4 には図中上方への磁気
力が作用して安定化される。
【００５５】ここで、制御コイル47a,47e が作る磁束M6
a は磁極41a →環状継鉄部44→磁極41e →円盤4aを通る
閉ループを構成している。そしてその結果、磁極41e を
通る磁束M4b と磁束M6a とは互いに逆向きに流れて打消
し合い、磁極41a を通る磁束M4a と磁束M6a は同じ向き
に流れて強め合うことにより、上述した制御コイルによ
る軸方向の安定化浮上制御が達成される。
【００５６】同様に制御コイル47b,47f が作る磁束M6b
（図示せず）、制御コイル47c,47gが作る磁束M6c 、制
御コイル47d,47h が作る磁束M6d （図示せず）によって
も軸方向の安定化浮上制御が達成されると共に、磁束M6
a,M6b,M6c,M6d が独立に制御されているので、ロータ4
の傾き方向に対しても安定化が実現される。
【００５７】なお、各制御コイルの入力端は図示しない
安定化浮上制御装置の出力端に接続されている。この安
定化浮上制御装置は、例えば公知のゼロパワー制御方式
を採用したものを採用することが可能であり、図示しな
い変位センサの出力信号を導入して各制御コイルの電流
または電圧を制御するように構成されている。
【００５８】なお、本発明の磁気軸受装置は上述した各
実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもな
い。たとえば、上記各実施形態では、導電性調節手段と
して円盤4aにスリット8 を設けたものを説明したが、本
発明はこの形態以外の方法でも実現することができる。
その１つとして、「異方性導電材料」を用いる方法があ
る。「異方性導電材料」としては、例えば日立化成工業
株式会社から販売される日立異方導電フィルム「アニソ
ルム（ＡＣ−２１０１）」や、東芝ケミカル株式会社か
ら販売される異方性導電ペースト「ＸＡＰシリーズ」を
挙げることができる。これらの材料は、円盤4aの表面に
貼付または塗布し、電気を流す必要のある方向に対して
圧力を付与することにより、その方向にのみ導電性を持
たせることができる特性を有している。したがって、本
発明の場合には、先のスリット8 を形成した方向とは異
なる方向に圧力を付与して導電性に異方性を持たせれ
ば、スリットを形成した場合と同様の効果を期待でき、
導電性調節手段として十分に機能させることができる。
【００５９】また、本実施形態の説明ではスリット8 の
数を36本に設定したものを示したが、本発明はこの本数
に限定されるものではない。スリット8 の数が増加した
場合、ロータ4 の回転に伴って生じる鉄損、特に渦電流
損は低下するため、回転特性は向上する。しかし、ロー
タ4 の円盤4aの機械的強度は低下してしまう。したがっ
て、スリット8 の数や間隔は電動機7 の容量やロータ4
の許容発熱量、円盤4aの機械的強度、回転数、スリット
8 の形状等によって最適値が定まり、実際の設計で任意
に決定されるものである。本発明では、単に１本のスリ
ットを設けるだけでも従来以上の効果を得ることができ
る。
【００６０】また、上記各実施形態では、円盤4aに対し
てスリット8 を形成した例のみを示したが、ロータと円
盤とを一体的に成形し、そこにスリットを形成してもよ
い。この場合、導電性調整手段はスリットのみというこ
とになる。
【００６１】また、上記各実施形態では、スリットはラ
ジアル方向およびスラスト方向に沿った状態で形成され
たもののみを示したが、本発明はこれ以外の方向にスリ
ットを形成した場合にも効果を期待することができる。
つまり本発明では円盤4aの表面に発生する渦電流がその
回転方向に移動することを防止する必要があるが、例え
ばスリットをロータ半径方向からやや傾斜させた状態
（渦巻き状）に形成しても、渦電流の低減に寄与するこ
とができる。すなわちスリットの形成角度は設計に応じ
て任意に設定することが可能である。
【００６２】また、上記各実施形態では、円盤4aに対し
てスリットを形成することにより導電性調整手段を構成
した例のみを示したが、板状に形成された複数の部材を
ロータの周囲に所定間隔で接合し、全体として円盤状に
形成しても本発明の効果を期待することができる。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来のものに比べて回転軸方向に短く、装置内部の汚染を
低減することが可能な磁気軸受装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気軸受装置の第１の実施形態に係る
側断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁
束の流れを説明するための図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る磁気軸受装置の
側断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る磁気軸受装置の
側断面図。
【図６】磁気軸受装置におけるスラスト磁気軸受および
ラジアル磁気軸受の変位センサ配置を説明する側断面
図。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図８】磁気軸受装置におけるスラスト磁気軸受および
ラジアル磁気軸受の変位センサ配置の他の例を説明する
側断面図。
【図９】図８におけるＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】図８および図９に示す磁気軸受装置30のラジ
アル変位センサ14a,14c の差動出力信号を説明するため
の図。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る磁気軸受装置の
側断面図。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線断面図。
【図１３】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の
磁束の流れを図１１で示した断面から説明するための
図。
【図１４】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の
磁束の流れを図１２で示した断面から説明するための
図。
【図１５】従来の磁気軸受装置を示す側断面図。
【符号の説明】
1,10,120,30,40 磁気軸受装置 2 筐体 3 回転軸 4 ロータ 4a 円盤 5 スラスト磁気軸受 6 ラジアル磁気軸受 7 電動機 8 スリット（導電性調節手段）

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転可能なロータと、 前記ロータを所定の軸回りに回転駆動する回転駆動手段
    と、 前記ロータの周囲に配置され、前記ロータを磁気吸引力
    により前記所定の軸方向およびそれと直交する方向に対
    して非接触に支持する複数の電磁石と、 前記ロータの前記複数の電磁石と対向する部位に設けら
    れ、前記ロータの回転方向に対して導電性を非連続的な
    状態にする導電性調節手段と、を有することを特徴とす
    る磁気軸受装置。
  2. 【請求項２】前記導電性調節手段は、前記所定の軸に沿
    って形成されたスリットであることを特徴とする請求項
    １記載の磁気軸受装置。
  3. 【請求項３】前記導電性調整手段は、異方導電性材料で
    あることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
  4. 【請求項４】回転可能なロータと、 前記ロータを所定の軸回りに回転駆動する回転駆動手段
    と、 前記ロータの外周面に取り付けられる磁性部材と、 前記ロータの周囲に前記磁性部材に対応する関係に配置
    され、前記ロータを磁気吸引力により前記所定の軸方向
    およびそれと直交する方向に対して非接触に支持する複
    数の電磁石と、 前記磁性部材に設けられ、前記ロータの回転方向に対し
    て所定の角度に形成されるスリットと、を有することを
    特徴とする磁気軸受装置。
  5. 【請求項５】前記スリットは、前記ロータの回転軸方向
    およびこの回転軸と直交する方向を含む面を形成してな
    ることを特徴とする請求項４記載の磁気軸受装置。
  6. 【請求項６】前記スリットは、前記ロータの回転軸方向
    に対して所定角度をなす第１の方向およびこの回転軸と
    直交する方向に対して所定角度をなす第２の方向を含む
    面を形成してなることを特徴とする請求項４記載の磁気
    軸受装置。
  7. 【請求項７】前記複数の電磁石は、前記ロータを前記回
    転軸方向に位置決めするための第１の軸受と、前記ロー
    タを前記回転軸方向と直交する方向に位置決めするため
    の第２の軸受と、からなることを特徴とする請求項１記
    載の磁気軸受装置。
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