JPH11325074A - Bearing structure - Google Patents

Bearing structure

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JPH11325074A
JPH11325074A JP3188099A JP3188099A JPH11325074A JP H11325074 A JPH11325074 A JP H11325074A JP 3188099 A JP3188099 A JP 3188099A JP 3188099 A JP3188099 A JP 3188099A JP H11325074 A JPH11325074 A JP H11325074A
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bearing
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bearing structure
magnetic
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Yoshitada Ishizuka
嘉忠 石束
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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide bearing structure to provide a bearing, reducing the generation of noise even during high speed rotation, having an increased life, and high reliability, at a low cost. SOLUTION: This structure is that one set or two sets of magnetic bearings 3 and 4 to radially support the rotor 1 side of a rotation device at two support points by a magnetic force are provided, the magnetic bearings 3 and 4 are arranged such that the thrust forces thereof are exerted in both forward and opposite axial directions, and a pivot 5a to support the shaft ends of the rotor 1 is arranged on the axis of the rotor 1 with the pivot deviated in an axial direction from a neutral position where a whole thrust force exerted on the rotor 1 is balanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はモータ等の回転装置
において、低速から超高速回転にわたって低騒音,長寿
命を低コストで提供できる軸受構造に関し、特に高速フ
ァンモータ,スキャナモータのような小型で低騒音,長
寿命,高信頼性が要求される装置の軸受構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing structure which can provide low noise and long life at low cost from low speed to ultra-high speed rotation in a rotating device such as a motor. The present invention relates to a bearing structure of a device requiring low noise, long life, and high reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速回転軸を支持するための非接触方式
の軸受としては空気動圧軸受と磁気軸受が実用化されて
いる。前者は軸とスリーブの間隙に介在する空気の圧力
でラジアル方向を支持するものであるが、回転速度の低
い領域では接触方式と同じであるため起動と停止の度毎
に摩耗が発生するという問題が残る。一方磁気軸受は磁
石の吸引力あるいは反発力を利用してラジアル方向また
はアキシャル方向を支えるように構成される。
2. Description of the Related Art As a non-contact type bearing for supporting a high-speed rotating shaft, an air dynamic pressure bearing and a magnetic bearing have been put to practical use. The former supports the radial direction by the pressure of air interposed in the gap between the shaft and the sleeve.However, in the region where the rotational speed is low, the contact method is the same as that of the contact method. Remains. On the other hand, the magnetic bearing is configured to support the radial direction or the axial direction by utilizing the attraction force or repulsion force of the magnet.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁石の
反発力を利用してラジアル方向の求心力を得るように構
成されるラジアル磁気軸受は、同時にアキシャル方向の
離心力を発生し、また、磁石の反発力あるいは吸引力を
利用してアキシャル荷重を支えるように構成されるアキ
シャル磁気軸受は、同時にラジアル方向の離心力を発生
することから、永久磁石のみの組み合わせでラジアルと
アキシャルの両方向を同時に支持することは難しく、ど
ちらか一方を電磁石を用いて励磁制御する等の必要があ
るため、構造が複雑化しコストが高くなるという問題が
ある。
However, a radial magnetic bearing configured to obtain a radial centripetal force by utilizing a repulsive force of a magnet generates an eccentric force in an axial direction at the same time. Alternatively, an axial magnetic bearing configured to support an axial load by using an attractive force generates an eccentric force in the radial direction at the same time, so it is difficult to support both the radial and axial directions simultaneously with a combination of only permanent magnets. However, since it is necessary to perform excitation control of one of them using an electromagnet, there is a problem that the structure becomes complicated and the cost increases.

【0004】本発明の目的は、高速回転においても低騒
音,長寿命,高信頼度の軸受を安価に実現する軸受構造
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a bearing structure for realizing a low-noise, long-life, high-reliability bearing at low cost even at high speed rotation.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、一組または二組のラジアル磁気軸受を介してロータ
のラジアル荷重を支持すると共に、同軸受が発生するア
キシャル方向の力を互いに相殺し、あるいは外部から加
わるアキシャル方向の力をも含めて相殺するべく以下の
とおりに構成する。
In order to solve the above-mentioned problems, a radial load of a rotor is supported through one or two sets of radial magnetic bearings, and axial forces generated by the bearings are mutually offset. Or to cancel out the force in the axial direction applied from the outside.

【0006】発明に係る軸受構造は、回転装置のロータ
側を2ヵ所の支持点で磁気力により非接触でラジアル支
持する一組または二組の磁気軸受を設け、この磁気軸受
をそのスラスト力が正反の両アキシャル方向に作用する
べく配置し、同ロータに作用する全スラスト力が釣合う
中立位置からアキシャル方向に偏位させてロータの軸端
を一点で受けるピボットをロータの軸線上に配置して構
成する。
The bearing structure according to the present invention is provided with one or two sets of magnetic bearings that radially support the rotor side of the rotating device at two support points in a non-contact manner by magnetic force in a non-contact manner. A pivot is placed on the rotor axis that acts in both axial directions, positive and negative, and is deflected in the axial direction from the neutral position where all thrust forces acting on the rotor are balanced, and receives the rotor shaft end at one point. And configure.

【0007】この軸受構造は、スラスト力が正反の両ア
キシャル方向に作用するべく配置した磁気軸受と、その
中立位置から偏位させてロータの軸端を受けるピボット
とを設けたことから、中立位置からの偏位に応じてピボ
ットにスラスト力が作用するので、同中立位置の近傍に
おいては準非接触の支持が可能となり、全速度域にわた
って低摩擦、低騒音支持の回転が可能となる。したがっ
てピボット軸受の摩耗はほとんどなく、かつ、超高速回
転にも十分耐えられ騒音の発生もない。さらにラジアル
方向は非接触状態で回転するため自動調心作用が働き、
ダイナミックバランスのずれを自ら補正して振動を発生
しないという大きな利点がある。また構造が非常にシン
プルになり、従って低コストで高性能の軸受が実現でき
る。
This bearing structure is provided with a magnetic bearing arranged so that a thrust force acts in both positive and negative axial directions, and a pivot which is deviated from its neutral position and receives the shaft end of the rotor. Since a thrust force acts on the pivot in accordance with the deviation from the position, quasi-non-contact support is possible in the vicinity of the neutral position, and rotation with low friction and low noise can be performed over the entire speed range. Therefore, there is almost no wear of the pivot bearing, and it can sufficiently withstand ultra-high-speed rotation and no noise is generated. Furthermore, since the radial direction rotates in a non-contact state, the self-centering function works,
There is a great advantage that vibration is not generated by correcting the deviation of the dynamic balance by itself. Further, the structure becomes very simple, so that a low-cost and high-performance bearing can be realized.

【0008】前記ロータが受けるスラスト力の方向が同
一となる偏位範囲内にアキシャル方向のロータの偏位を
規制するストッパを設けることにより、ロータのアキシ
ャル方向動作によっても安定したスラスト支持ができ
る。
By providing a stopper for restricting the axial deviation of the rotor within the deviation range in which the direction of the thrust force received by the rotor is the same, the thrust can be stably supported even by the axial operation of the rotor.

【0009】前記ロータの支持点の少なくとも一箇所が
吸引型の磁気軸受をなすことにより大なるラジアル支持
剛性を得ることができるので、軸受構成の小型化が可能
となり、また、前記吸引型の磁気軸受は、アキシャル方
向に磁化した2つのリング状磁石の磁化方向を互いに逆
にして同心円状に離間配置することにより固定側と可動
側とをそれぞれ構成し、両者をアキシャル方向に吸引す
るべく互いに対向することにより、磁束漏洩のない閉じ
た磁路が形成されるので、高密度の磁束による大なるラ
ジアル剛性を得ることができる。
Since at least one of the support points of the rotor constitutes a suction type magnetic bearing, a large radial support rigidity can be obtained, so that the bearing structure can be downsized. The bearings comprise a fixed side and a movable side by arranging the two magnets, which are magnetized in the axial direction, in opposite directions and concentrically spaced apart from each other, and oppose each other to attract both in the axial direction. By doing so, a closed magnetic path without magnetic flux leakage is formed, so that a large radial rigidity due to a high-density magnetic flux can be obtained.

【0010】前記ロータの支持点の少なくとも一箇所が
反発型の磁気軸受をなすことにより、同軸受側からアキ
シャル方向にロータを挿入して簡易に組付けするべく、
構成の自由度を確保することができる。また、前記反発
型の磁気軸受は、アキシャル方向に磁化した複数のリン
グ状磁石の磁化方向を同一にして直線状に離間配置する
ことにより固定側と可動側とをそれぞれ構成し、両者を
ラジアル方向に反発するべく互いに対向することによ
り、一工程の一括着磁処理によって簡易に強力な支持力
を確保することができる。
At least one of the support points of the rotor forms a repulsion type magnetic bearing, so that the rotor can be inserted in the axial direction from the bearing side and easily assembled.
The degree of freedom of the configuration can be ensured. Further, the repulsion type magnetic bearing has a fixed side and a movable side which are arranged linearly and separated from each other in the same direction with the magnetization directions of a plurality of ring-shaped magnets magnetized in the axial direction. By opposing each other to repel, a strong supporting force can be easily secured by one-step collective magnetizing process.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1〜図3はラジアル磁気軸受に
アキシャル方向吸引型を用いた本発明の第1の実施形態
を示す。図4−図6はラジアル磁気軸受にラジアル方向
反発型を用いた本発明の第2の実施形態を示す。尚以下
の図面では、ステータやロータに当然装着されるであろ
う固定子や電機子またはその負荷(ファン,ポリゴンミ
ラー等)等は省略した。以下本発明の具体的な構成例に
ついて説明する。
1 to 3 show a first embodiment of the present invention in which an axial suction type is used for a radial magnetic bearing. FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of the present invention in which a radial magnetic bearing is used as a radial magnetic bearing. In the following drawings, a stator, an armature, a load (a fan, a polygon mirror, and the like) and the like which are naturally mounted on a stator and a rotor are omitted. Hereinafter, a specific configuration example of the present invention will be described.

【0012】図1は本発明の第1の実施形態を示す軸受
構造の縦断面図である。この軸受構造は、アキシャル方
向吸引型のラジアル磁気軸受を用いた例であり、ロータ
1を2ヵ所の磁気軸受3,4によってステータ2に対し
て回転可能に支承する。アキシャル方向に磁化された円
筒状の可動側磁石3aがロータ1の一端部に固定され、
同じくアキシャル方向に磁化された円筒状の固定側磁石
3bが可動側磁石3aと互いに吸引しあうようにギャッ
プG1をもって対向し、ステータ2側に固定され、ラジ
アル磁気軸受3を構成する。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a bearing structure showing a first embodiment of the present invention. This bearing structure is an example in which an axial direction attracting type radial magnetic bearing is used, and a rotor 1 is rotatably supported on a stator 2 by two magnetic bearings 3 and 4. A cylindrical movable magnet 3a magnetized in the axial direction is fixed to one end of the rotor 1,
Similarly, a cylindrical fixed magnet 3b magnetized in the axial direction is opposed to the movable magnet 3a with a gap G1 so as to attract each other, and is fixed to the stator 2 to constitute the radial magnetic bearing 3.

【0013】同様にロータ1の他端部に固定した可動側
磁石4aと、互いに吸引しあうようにギャップG2(G
2>G1)をもってステータ2側に固定した固定側磁石
4bとでラジアル磁気軸受4を構成する。またロータ1
の端面に回転軸7と同心に設けた窪み5bとステータ2
側に設けたピボット受け部5cとの間に置いた球体5a
でピボット軸受5を構成する。さらにラジアル磁気軸受
4のギャップG2には、非磁性体でなる厚さG3(G3
<G2)のリング状のスペーサ6が固定側磁石4bの端
面に装着する。
Similarly, a movable side magnet 4a fixed to the other end of the rotor 1 and a gap G2 (G
2> G1), the radial magnetic bearing 4 is constituted by the fixed magnet 4b fixed to the stator 2 side. Also rotor 1
5b and stator 2 provided concentrically with rotating shaft 7 on the end face of
Sphere 5a placed between it and pivot receiver 5c
Constitute the pivot bearing 5. Further, the gap G2 of the radial magnetic bearing 4 has a thickness G3 (G3
The ring-shaped spacer 6 of <G2) is mounted on the end surface of the fixed-side magnet 4b.

【0014】このような構成において、ラジアル磁気軸
受3はロータ1にラジアル方向の求心力を与えると共に
図の左方向に吸引力F1を及ぼす。同様にラジアル磁気
軸受4はロータ1にラジアル方向の求心力を与えると共
に図の右方向に吸引力F2を及ぼす。F1およびF2は
両ラジアル磁気軸受3および4の寸法と磁気特性に当然
依存するが、それらが同じならばそれぞれのギャップG
1,G2に依存する。本構成例においてはG2がG1よ
り大きいためF1がF2に勝り、F1とF2の差がピボ
ット軸受5に懸かる。ここでG2をG1に近づければ、
すなわち、スラスト力が釣合う中立位置の近傍では、ピ
ボット軸受5に懸かる力はゼロに近づき準非接触状態を
実現できる。
In such a configuration, the radial magnetic bearing 3 applies a radial centripetal force to the rotor 1 and an attractive force F1 to the left in the drawing. Similarly, the radial magnetic bearing 4 applies a radial centripetal force to the rotor 1 and also applies an attractive force F2 to the right in the drawing. F1 and F2 naturally depend on the dimensions and magnetic properties of the two radial magnetic bearings 3 and 4, but if they are the same, the respective gap G
1, G2. In this configuration example, G1 is greater than F2 because G2 is larger than G1, and the difference between F1 and F2 depends on the pivot bearing 5. Here, if G2 approaches G1,
That is, near the neutral position where the thrust force is balanced, the force applied to the pivot bearing 5 approaches zero, and a quasi-non-contact state can be realized.

【0015】またロータ1のアキシャル方向にロータ自
身の自重あるいはファンの送風による反力のような定常
的な外力F3が作用している場合は、ラジアル磁気軸受
3,4の寸法,磁気特性,ギャップをそれぞれ適当に設
定することによって、F1,F2およびF3のベクトル
和(F1+F2+F3)を任意に小さくすることができ
る。
In the case where a stationary external force F3 such as the own weight of the rotor itself or a reaction force due to the blowing of a fan is acting in the axial direction of the rotor 1, the dimensions, magnetic characteristics, gap of the radial magnetic bearings 3, 4 Are appropriately set, the vector sum (F1 + F2 + F3) of F1, F2 and F3 can be arbitrarily reduced.

【0016】次にスペーサ6の役割を説明する。前記し
た準非接触状態の場合、もしスペーサ6がなければ外部
からの僅かなスラスト力でロータ1が右方向に動いてG
2<G1となり、その結果、可動側磁石4aと固定側磁
石4bとが吸着してしまい、外力が無くなってもロータ
1が元の位置に復帰しなくなる。そこでストッパとして
のスペーサ6を設け、G1+G2<2G3となるように
しておけば、ロータ1に一時的な外力が働いてもそれが
無くなればロータ1は元の位置に復帰する。なお、薄型
構成のファンモータ等においては、上記構成における両
可動側磁石3a,4aを同体に形成してその両端でそれ
ぞれ支持力を発生するべく3個の磁石を1組に構成する
ことによって2ヵ所の支持を確保することができ、同様
の作用をなすことが明らかなのでその説明を省略する。
Next, the role of the spacer 6 will be described. In the case of the above-mentioned quasi-non-contact state, if there is no spacer 6, the rotor 1 moves to the right by a small thrust force from the outside and G
2 <G1. As a result, the movable-side magnet 4a and the fixed-side magnet 4b are attracted, and the rotor 1 does not return to the original position even when there is no external force. Therefore, if a spacer 6 is provided as a stopper so that G1 + G2 <2G3, even if a temporary external force acts on the rotor 1, the rotor 1 returns to its original position if the external force disappears. In the case of a fan motor or the like having a thin configuration, the two movable magnets 3a and 4a in the above configuration are formed in the same body, and three magnets are formed as one set to generate a supporting force at both ends thereof. Since it is clear that the same operation can be achieved since the support at the places can be secured, the description thereof is omitted.

【0017】図2は図1の軸受構造の他の構成を示す要
部断面図である。以下において前記同様の部材はその符
号を付して説明を省略する。これまでの説明では、1個
のラジアル磁気軸受は1個の可動側磁石と1個の固定側
磁石の対向配置でなっていたが、この軸受構造は、それ
ぞれを複数個の円筒状磁石で構成することによりラジア
ル剛性を高めることができる。
FIG. 2 is a sectional view of a main part showing another structure of the bearing structure of FIG. In the following, the same members as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the description so far, one radial magnetic bearing has one movable-side magnet and one fixed-side magnet facing each other, but this bearing structure is composed of a plurality of cylindrical magnets. By doing so, the radial rigidity can be increased.

【0018】2個の可動側磁石3a,3aaの磁化方向
を互いに反対方向にして同心円状にバックヨーク31に
配列し、同様に、2個の固定側磁石3b,3bbの磁化
方向を互いに反対方向にして同心円状にバックヨーク3
2に配列する。その磁束は矢印で図示したように漏洩の
ないループを作りギャップにおける磁束密度が高くなる
ため、複数化効果による以上にラジアル剛性が上がる。
The magnetization directions of the two movable magnets 3a, 3aa are arranged in the back yoke 31 concentrically with the magnetization directions opposite to each other. Similarly, the magnetization directions of the two fixed magnets 3b, 3bb are set in the opposite directions. Back yoke 3 concentrically
Arrange in 2. The magnetic flux forms a loop without leakage as shown by the arrow, and the magnetic flux density in the gap increases, so that the radial rigidity increases more than the effect of the pluralization.

【0019】図3は図2の更に別の軸受構造を示す要部
断面図である。この軸受構造は、ラジアル方向に磁化さ
れた可動側磁石3aと固定側磁石3bとからなり、アキ
シャル方向吸引型のラジアル磁気軸受をなす。この構成
により、上述の如くのラジアル磁気軸受がアキシャル方
向に磁化された磁石による構成と同様に、その目的を達
成することができる。
FIG. 3 is a sectional view of a principal part showing still another bearing structure of FIG. This bearing structure comprises a movable-side magnet 3a and a fixed-side magnet 3b magnetized in the radial direction, and constitutes an axial-direction attraction-type radial magnetic bearing. With this configuration, the object can be achieved in the same manner as the above-described configuration in which the radial magnetic bearing is formed by the magnet magnetized in the axial direction.

【0020】図4は本発明の第2の実施形態を示す軸受
構造の縦断面図である。この軸受構造は、アキシャル方
向に磁化された円筒状の可動側磁石3aがロータ1の一
端部に固定され、同じくアキシャル方向に磁化された円
筒状の固定側磁石3bが可動側磁石3aとラジアル方向
に反発しあうようにギャップをもって同心状にステータ
2に固定されてラジアル磁気軸受3を構成する。同様に
ロータ1の他端部に固定した可動側磁石4aとステータ
2側に固定した固定側磁石4bとでラジアル磁気軸受4
を構成する。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a bearing structure according to a second embodiment of the present invention. In this bearing structure, a cylindrical movable magnet 3a magnetized in the axial direction is fixed to one end of the rotor 1, and a cylindrical fixed magnet 3b similarly magnetized in the axial direction is radially connected to the movable magnet 3a. The radial magnetic bearing 3 is concentrically fixed to the stator 2 with a gap so as to repel each other. Similarly, a radial magnet bearing 4 includes a movable magnet 4a fixed to the other end of the rotor 1 and a fixed magnet 4b fixed to the stator 2 side.
Is configured.

【0021】さらに可動側磁石3aは固定側磁石3bに
対してL1だけ左へ、可動側磁石4aは固定側磁石4b
に対してL2(L2<L1)だけ右へずらして配置す
る。またロータ1の端面に回転軸7と同心に設けたピボ
ット5aとステータ2側に設けたピボット受け部5cと
でピボット軸受5を構成する。さらにロータ1の他端部
に設けたストッパ面8とステータ2に設けたストッパ面
9とはギャップL3を隔てている。ただし、上記ずれ寸
法L1,L2の範囲は、有効にラジアル支持力が得られ
る所定の限度内に限られる。
Further, the movable magnet 3a is moved to the left by L1 with respect to the fixed magnet 3b, and the movable magnet 4a is fixed to the fixed magnet 4b.
Is shifted to the right by L2 (L2 <L1). Further, a pivot bearing 5 is constituted by a pivot 5a provided concentrically with the rotating shaft 7 on the end surface of the rotor 1 and a pivot receiving portion 5c provided on the stator 2 side. Further, a stopper surface 8 provided on the other end of the rotor 1 and a stopper surface 9 provided on the stator 2 are separated by a gap L3. However, the range of the deviation dimensions L1 and L2 is limited to a predetermined limit at which a radial support force can be effectively obtained.

【0022】このようなラジアル方向反発型のラジアル
磁気軸受を用いた構成において、ラジアル磁気軸受3は
ロータ1にラジアル方向の求心力を与えると共に図の左
方向に反発力F1を及ぼす。同様にラジアル磁気軸受4
はロータ1にラジアル方向の求心力を与えると共に図の
右方向に反発力F2を及ぼす。F1およびF2はそれぞ
れ両ラジアル磁気軸受の寸法と磁気特性に当然依存する
が、それらが同じならば可動側磁石と固定側磁石のアキ
シャル方向の位置ずれL1,L2に依存し、L2<L1
であるからF1がF2に勝り、F1とF2の差がピボッ
ト軸受5に懸かる。ここでL2をL1に近づければ、す
なわち、スラスト力が釣合う中立位置の近傍では、ピボ
ット軸受5に懸かる力はゼロに近づき準非接触状態を実
現できる。
In such a configuration using a radial magnetic repulsion type radial magnetic bearing, the radial magnetic bearing 3 applies a radial centripetal force to the rotor 1 and also applies a repulsive force F1 to the left in the figure. Similarly, the radial magnetic bearing 4
Applies a radial centripetal force to the rotor 1 and a repulsive force F2 to the right in the figure. F1 and F2 naturally depend on the dimensions and magnetic characteristics of both radial magnetic bearings, but if they are the same, they depend on the axial displacements L1 and L2 of the movable magnet and the fixed magnet, and L2 <L1
Therefore, F1 exceeds F2, and the difference between F1 and F2 depends on the pivot bearing 5. Here, if L2 is brought closer to L1, that is, in the vicinity of the neutral position where the thrust force is balanced, the force applied to the pivot bearing 5 approaches zero and a quasi-non-contact state can be realized.

【0023】またロータ1のアキシャル方向にロータ自
身の自重あるいはファンの送風による反力のような定常
的な外力F3が作用している場合は、両ラジアル磁気軸
受の寸法,磁気特性,可動側磁石と固定側磁石との位置
関係を適当に設定することによって、F1,F2および
F3のベクトル和(F1+F2+F3)を任意に小さく
することができる。
When a stationary external force F3 such as the own weight of the rotor itself or a reaction force due to the blowing of a fan is acting in the axial direction of the rotor 1, the dimensions and magnetic characteristics of the two radial magnetic bearings and the movable magnet By appropriately setting the positional relationship between the motor and the fixed magnet, the vector sum (F1 + F2 + F3) of F1, F2, and F3 can be arbitrarily reduced.

【0024】次にストッパ面8と9の間のギャップL3
について説明する。ストッパ面8と9はロータ1がステ
ータ2から離脱しないように設けてあるが、前記した準
非接触状態の場合、外部からの僅かなスラスト力でロー
タ1が右方向に動いてL2<L1となり、その結果スト
ッパ面8がストッパ面9に接触してしまい、外力が無く
なってもロータ1が元の位置に復帰しなくなる。そこ
で、L1−L2>2L3となるようにL3を設定してお
けば、ロータ1に一時的な外力が働いても、それが無く
なれば再びロータ1は元の位置に復帰する。
Next, the gap L3 between the stopper surfaces 8 and 9
Will be described. The stopper surfaces 8 and 9 are provided so that the rotor 1 does not separate from the stator 2, but in the quasi-non-contact state described above, the rotor 1 moves rightward with a slight thrust force from the outside, and L2 <L1. As a result, the stopper surface 8 comes into contact with the stopper surface 9, and the rotor 1 does not return to the original position even when the external force is lost. Therefore, if L3 is set so that L1−L2> 2L3, even if a temporary external force acts on the rotor 1, the rotor 1 returns to the original position again when the external force disappears.

【0025】図5は図4の軸受構造の他の構成を示す要
部断面図である。この軸受構造は、アキシャル方向に磁
化され、間隔をあけてロータ1に設けた2個の円筒状可
動側磁石3a,3aaと、同様にステータに設けた2個
の円筒状固定側磁石3b,3bbとでなる。このよう
に、それぞれを複数個の円筒状磁石で構成することによ
り、上述の1個の可動側磁石と1個の固定側磁石との同
心配置でなるラジアル磁気軸受と対比して、一工程の簡
易な磁化処理による大なる磁気力により、ラジアル剛性
を高めることができる。
FIG. 5 is a sectional view of a main part showing another structure of the bearing structure of FIG. This bearing structure is composed of two cylindrical movable magnets 3a, 3aa which are magnetized in the axial direction and are provided on the rotor 1 at an interval, and two cylindrical fixed magnets 3b, 3bb which are also provided on the stator. And In this way, by constituting each with a plurality of cylindrical magnets, in comparison with the above-described radial magnetic bearing in which one movable-side magnet and one fixed-side magnet are arranged concentrically, one step is achieved. Radial rigidity can be increased by a large magnetic force due to simple magnetization processing.

【0026】図6は図5の更に別の軸受構造を示す要部
断面図である。この軸受構造は、ラジアル方向に磁化さ
れた可動側磁石3aと固定側磁石3bとからなるラジア
ル方向反発型のラジアル磁気軸受をなす。このラジアル
方向に磁化された磁石を用いた構成により、上述のラジ
アル磁気軸受がアキシャル方向に磁化された磁石による
構成と同様に、その目的を達成することができる。な
お、上記反発型の磁気軸受はステータ側の内径がロータ
の最大径を超える寸法に構成することにより、その軸受
側からロータの挿入が可能となるので、ロータを簡易に
組み付けるべく構成の自由度を確保することができる。
FIG. 6 is a sectional view of a principal part showing still another bearing structure of FIG. This bearing structure constitutes a radial repulsion type radial magnetic bearing including a movable magnet 3a and a fixed magnet 3b magnetized in the radial direction. With the configuration using the magnet magnetized in the radial direction, the radial magnetic bearing can achieve the object similarly to the configuration using the magnet magnetized in the axial direction. The repulsion type magnetic bearing is configured such that the inner diameter on the stator side is larger than the maximum diameter of the rotor, so that the rotor can be inserted from the bearing side. Can be secured.

【0027】図7は本発明の第3の実施形態を示す軸受
構造の縦断面図、図8は同軸受構造による偏位状態を示
す図である。この軸受構造は、図1の軸受構造のスペー
サに代え、回転ミラー11等を支持するロータ1の両軸
端にピボット軸受5、5を構成し、同ロータ1の軸線7
方向に長さLの隙間を形成する。この長さLの隙間は、
各構成部材の組立て寸法差および熱膨張による寸法差を
吸収しうる範囲で小さくとり、その略中間位置に、2ヵ
所の磁気軸受3,4のスラスト力が釣合う中立位置を配
置する。上記構成により、ピボット軸受5、5に作用す
る力は、何れについても限りなく小さくすることができ
るので、準非接触状態を実現できるとともに、ロータ1
の軸線7方向の構成精度を確保することができる。以上
の説明においては、二組のラジアル磁気軸受に同種のも
のを用いたが、その必要は全くなく、任意な種類の組み
合わせが可能であることはいうまでもない。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a bearing structure according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing a state of deflection by the bearing structure. In this bearing structure, instead of the spacer of the bearing structure of FIG. 1, pivot bearings 5 and 5 are formed at both shaft ends of a rotor 1 that supports a rotating mirror 11 and the like.
A gap having a length L is formed in the direction. This gap of length L is
A neutral position where the thrust forces of the two magnetic bearings 3 and 4 are balanced at a substantially intermediate position is set as small as possible within a range that can absorb the dimensional difference due to assembling and thermal expansion of each component member. With the above configuration, the forces acting on the pivot bearings 5, 5 can be minimized in any case, so that a quasi-non-contact state can be realized and the rotor 1
, The configuration accuracy in the direction of the axis 7 can be ensured. In the above description, the same kind is used for the two sets of radial magnetic bearings. However, it is needless to say that any kind of combination is possible.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明による軸受構造は以下の効果を奏
する。この軸受構造は、スラスト力が正反の両アキシャ
ル方向に作用するべく配置した磁気軸受と、その中立位
置から偏位させてロータの軸端を受けるピボットとを設
けたことから、中立位置からの偏位に応じてピボットに
スラスト力が作用することから、同中立位置の近傍にお
いては準非接触の支持が可能となり、全速度域にわたっ
て低摩耗、低騒音支持の回転が可能となる。したがって
ピボット軸受の摩耗はほとんどなく、かつ、超高速回転
にも十分耐えられ騒音の発生もない。さらにラジアル方
向は非接触状態で回転するため自動調心作用が働き、ダ
イナミックバランスのずれを自ら補正して振動を発生し
ないという大きな利点がある。また構造が非常にシンプ
ルになり、従って低コストで高性能の軸受が実現でき
る。
The bearing structure according to the present invention has the following effects. This bearing structure is provided with a magnetic bearing arranged so that the thrust force acts in both the positive and negative axial directions, and a pivot that is deviated from the neutral position and receives the shaft end of the rotor. Since a thrust force acts on the pivot in accordance with the deviation, quasi-non-contact support is possible in the vicinity of the neutral position, and rotation with low wear and low noise can be performed over the entire speed range. Therefore, there is almost no wear of the pivot bearing, and it can sufficiently withstand ultra-high-speed rotation and no noise is generated. Furthermore, since the radial direction rotates in a non-contact state, the self-aligning action works, and there is a great advantage that the deviation of the dynamic balance is corrected by itself and no vibration occurs. Further, the structure becomes very simple, so that a low-cost and high-performance bearing can be realized.

【0029】前記ロータが受けるスラスト力の方向が同
一となる偏位範囲内にアキシャル方向のロータの偏位を
規制するストッパを設けることにより、ロータのアキシ
ャル方向動作によっても安定したスラスト支持ができ
る。
By providing a stopper for restricting the axial deviation of the rotor within the deviation range in which the direction of the thrust force received by the rotor is the same, the thrust can be stably supported even by the axial operation of the rotor.

【0030】前記ロータの支持点の少なくとも一箇所が
吸引型の磁気軸受をなすことにより大なるラジアル支持
剛性を得ることができるので、軸受構成の小型化が可能
となり、また、前記吸引型の磁気軸受は、アキシャル方
向に磁化した2つのリング状磁石の磁化方向を互いに逆
にして同心円状に離間配置することにより固定側と可動
側とをそれぞれ構成し、両者をアキシャル方向に吸引す
るべく互いに対向することにより、磁束漏洩のない閉じ
た磁路が形成されるので、高密度磁束による大なるラジ
アル剛性を得ることができる。
Since at least one of the support points of the rotor forms a magnetic attracting type bearing, a large radial support rigidity can be obtained, so that the size of the bearing can be reduced. The bearings comprise a fixed side and a movable side by arranging the two magnets, which are magnetized in the axial direction, in opposite directions and concentrically spaced apart from each other, and oppose each other to attract both in the axial direction. By doing so, a closed magnetic path free of magnetic flux leakage is formed, so that a large radial rigidity due to high-density magnetic flux can be obtained.

【0031】前記ロータの支持点の少なくとも一箇所が
反発型の磁気軸受をなすことにより、同軸受側からアキ
シャル方向にロータを挿入して簡易に組付けするべく、
構成の自由度を確保することができる。また、前記反発
型の磁気軸受は、アキシャル方向に磁化した複数のリン
グ状磁石の磁化方向を同一にして直線状に離間配置する
ことにより固定側と可動側とをそれぞれ構成し、両者を
ラジアル方向に反発するべく互いに対向することによ
り、一工程の一括着磁処理によって簡易に強力な支持力
を確保することができる。
At least one of the support points of the rotor forms a repulsion type magnetic bearing, so that the rotor can be inserted in the axial direction from the bearing side and easily assembled.
The degree of freedom of the configuration can be ensured. Further, the repulsion type magnetic bearing has a fixed side and a movable side which are arranged linearly and separated from each other in the same direction with the magnetization directions of a plurality of ring-shaped magnets magnetized in the axial direction. By opposing each other to repel, a strong supporting force can be easily secured by one-step collective magnetizing process.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を示す軸受構造の縦断
面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a bearing structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の軸受構造の他の構成を示す要部断面図FIG. 2 is a sectional view of a main part showing another configuration of the bearing structure of FIG. 1;

【図3】図2の更に別の軸受構造を示す要部断面図FIG. 3 is a sectional view of a main part showing still another bearing structure of FIG. 2;

【図4】本発明の第2の実施形態を示す軸受構造の縦断
面図
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a bearing structure according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4の軸受構造の他の構成を示す要部断面図FIG. 5 is a sectional view of a main part showing another configuration of the bearing structure of FIG. 4;

【図6】図5の更に別の軸受構造を示す要部断面図FIG. 6 is a sectional view of a main part showing still another bearing structure of FIG. 5;

【図7】本発明の第3の実施形態を示す軸受構造の縦断
面図
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a bearing structure according to a third embodiment of the present invention.

【図8】図7の軸受構造による偏位状態を示す縦断面図FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a state of deflection by the bearing structure of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロータ 2 ステータ 3 一端側のラジアル磁気軸受 3a,3aa 一端側の可動側磁石 3b,3bb 一端側の固定側磁石 4 他端側のラジアル磁気軸受 4a 他端側の可動側磁石 4b 他端側の固定側磁石 5 ピボット軸受 5a ピボット 7 回転軸(軸線) REFERENCE SIGNS LIST 1 rotor 2 stator 3 radial magnetic bearing at one end 3a, 3aa movable magnet at one end 3b, 3bb fixed magnet at one end 4 radial magnetic bearing at the other end 4a movable magnet at the other end 4b at the other end Fixed magnet 5 Pivot bearing 5a Pivot 7 Rotation axis (axis)

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年6月17日[Submission date] June 17, 1999

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Correction target item name] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0024】次にストッパ面8と9の間のギャップL3
について説明する。ストッパ面8と9はロータ1がステ
ータ2から離脱しないように設けてあるが、前記した準
非接触状態の場合、外部からの僅かなスラスト力でロー
タ1が右方向に動いてL1<L2となり、その結果スト
ッパ面8がストッパ面9に接触してしまい、外力が無く
なってもロータ1が元の位置に復帰しなくなる。そこ
で、L1−L2>2L3となるようにL3を設定してお
けば、ロータ1に一時的な外力が働いても、それが無く
なれば再びロータ1は元の位置に復帰する。
Next, the gap L3 between the stopper surfaces 8 and 9
Will be described. The stopper surfaces 8 and 9 are provided so that the rotor 1 does not separate from the stator 2, but in the quasi-non-contact state described above, the rotor 1 moves rightward by a small thrust force from the outside and L1 <L2 . As a result, the stopper surface 8 comes into contact with the stopper surface 9, and the rotor 1 does not return to the original position even when the external force is lost. Therefore, if L3 is set so that L1−L2> 2L3, even if a temporary external force acts on the rotor 1, the rotor 1 returns to the original position again when the external force disappears.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転装置のロータ側を2ヵ所の支持点で
磁気力により非接触でラジアル支持する1組又は2組の
磁気軸受を設け、この磁気軸受をそのスラスト力が正反
の両アキシャル方向に作用するべく配置し、同ロータに
作用する全スラスト力が釣合う中立位置からアキシャル
方向に偏位させてロータの軸端を1点で受けるピボット
をロータの軸線上に配置してなる軸受構造。
1. One or two sets of magnetic bearings for radially supporting the rotor side of a rotating device in two contact points in a non-contact manner by magnetic force in a non-contact manner are provided. Bearing which is arranged so as to act in the axial direction, and is deflected in the axial direction from a neutral position where all thrust forces acting on the rotor are balanced, and a pivot which receives the shaft end of the rotor at one point is arranged on the axis of the rotor. Construction.
【請求項2】 前記ロータが受けるスラスト力の方向が
同一となる偏位範囲内にアキシャル方向のロータの偏位
を規制するストッパを設けることを特徴とする請求項1
記載の軸受構造。
2. A stopper for restricting axial displacement of the rotor in a displacement range in which the direction of the thrust force received by the rotor is the same.
The bearing structure described.
【請求項3】 前記ロータの支持点の少なくとも一箇所
が吸引型の磁気軸受をなすことを特徴とする請求項1記
載の軸受構造。
3. The bearing structure according to claim 1, wherein at least one of the support points of the rotor forms a magnetic bearing of an attraction type.
【請求項4】 前記吸引型の磁気軸受は、アキシャル方
向に磁化した2つのリング状磁石の磁化方向を互いに逆
にして同心円状に離間配置することにより固定側と可動
側とをそれぞれ構成し、両者をアキシャル方向に吸引す
るべく互いに対向してなることを特徴とする請求項3記
載の軸受構造。
4. The attraction-type magnetic bearing comprises a fixed side and a movable side by concentrically spaced apart from each other by inverting the magnetization directions of two ring-shaped magnets magnetized in the axial direction, 4. The bearing structure according to claim 3, wherein both are opposed to each other so as to be sucked in the axial direction.
【請求項5】 前記ロータの支持点の少なくとも一箇所
が反発型の磁気軸受をなすことを特徴とする請求項1記
載の軸受構造。
5. The bearing structure according to claim 1, wherein at least one of the support points of the rotor forms a repulsion type magnetic bearing.
【請求項6】 前記反発型の磁気軸受は、アキシャル方
向に磁化した複数のリング状磁石の磁化方向を同一にし
て直線状に離間配置することにより固定側と可動側とを
それぞれ構成し、両者をラジアル方向に反発するべく互
いに対向してなることを特徴とする請求項5記載の軸受
構造。
6. The repulsion type magnetic bearing comprises a plurality of ring-shaped magnets magnetized in the axial direction having the same magnetization direction and being linearly separated from each other to constitute a fixed side and a movable side, respectively. 6. The bearing structure according to claim 5, wherein the bearing structures oppose each other so as to repel in a radial direction.
【請求項7】 前記ロータの両端にそれぞれピボットを
設け、その軸線方向の隙間の略中間位置に全スラスト力
が釣合う中立位置を配置してなることを特徴とする請求
項1記載の軸受構造。
7. The bearing structure according to claim 1, wherein pivots are provided at both ends of the rotor, and a neutral position where the total thrust force is balanced is disposed at a substantially intermediate position of a gap in the axial direction. .
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