JPS5854284B2 - 磁気軸受 - Google Patents

磁気軸受

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JPS5854284B2
JPS5854284B2 JP56181625A JP18162581A JPS5854284B2 JP S5854284 B2 JPS5854284 B2 JP S5854284B2 JP 56181625 A JP56181625 A JP 56181625A JP 18162581 A JP18162581 A JP 18162581A JP S5854284 B2 JPS5854284 B2 JP S5854284B2
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gap magnetic
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力 村上
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KOKU UCHU GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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KOKU UCHU GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、永久磁石の吸引力と電磁コイルの制御吸引力
との相互作用により、ステータ部に対しロータ部を非接
触で支持する磁気軸受であり、特に三軸方向の制御を可
能とする磁気軸受に関するものである。
磁気軸受とは、回転している物体を支持する力として磁
気力を利用する軸受である。
この磁気軸受は摩擦・疲労による寿命の制限がないこと
、摩擦トルクが極めて小さいこと、真空・高温・低温等
の特殊な環境に対する適合性が優れている等の著しい特
色があるために近年盛んに研究がなされている。
そしてこの用途としては、例えば遠心分離器、真空ポン
プ、ジャイロ、精密測定器、人工衛星用制御機器等の使
用が有望視されている。
従来知られている磁気軸受は、−軸又は二軸制御型が多
く、残りの自由度は受動安定型なので振れ廻りや振動が
生じ易い欠点がある。
又、使用する永久磁石には半径方向に着磁されたものが
使用される場合が多く、この半径方向着磁の永久磁石は
製造が難しいという問題点がある。
本発明の目的は、上述の欠点を解消し、ロータ部をステ
ータ部に対し回転させながら、三輪方向の制御が可能で
、振れ廻りや振動を小さくできる磁気、軸受を提供する
ことにあり、その内容は、非接触で相対的に回転し得る
ロータ部とステータ部とから成り、ロータ部又はステー
タ部又は両者に軸方向に着磁した円筒形と等価の永久磁
石を設け、ロータ部とステータ部の軸方向の片端部のヨ
ーク間に、前記永久磁石の磁束が分岐して軸方向に相互
に逆方向に通過する第1、第2の空隙磁路を形成し、ス
テータ部に設けた第1の電磁コイルにより発生する磁束
が、前記第1、第2の空隙磁路を軸方向に直列に通過す
るようにし、ロータ部とステータ部の軸方向の他端部で
は、ステータヨークをロータヨークが円周状に囲み、こ
れらの間に前記永久磁石の磁束が半径方向に通過する第
3の空隙磁路を形成し、該ステータヨークは放射状に少
なくとも3個にほぼ分割し、はぼ分割された該ステータ
ヨークのうち少なくとも2個にはそれぞれ第2、第3の
電磁コイルを巻回し、これらの電磁コイルにより発生す
る磁束が第3の空隙磁路を半径方向に通過するようにす
ると共に、軸方向位置及び第3の空隙磁路周囲のロータ
部の軸方向と直交し相互に直交する2方向位置の計3方
向の位置を検出するためにロータ部周囲に少なくとも3
個の位置検出器を配置し、各位置検出器の出力を基に対
応する電磁コイルに供給する電流を制御するようにした
ことを特徴とするものである。
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
尚、説明の便宜上、軸方向を2軸、軸方向に直交する直
交2方向をX軸、Y軸として説明する。
第1図は本発明に係る磁気軸受の縦断面図であり、第2
図は第1図の■−■線に沿った断面図である。
この磁気軸受はロータ部1とステータ部2とから戒り、
ロータ部1はステータ部2の周囲を非接触で回転するよ
うになっている。
ステータ部2の下端部には、周囲が断面C字状で開口端
部3゜4を有する円環状の第1のステータヨーク5が設
けられ、この開口端部3,4間にロータ部1の第1のロ
ータヨーク6が挿入されている。
この第1のロータヨーク6の挿入部分は、軸方向に中心
軸を有する短円筒状の形状を有しており、その両端部7
,8と、第1のステータヨーク5の開口端部3.4との
間に軸方向を向く第1及び第2の空隙磁路9,10を形
成するようになっている。
又、第1のステータヨーク5には電磁コイル11が巻回
されており、この電磁コイル11により発生する磁束が
、第1及び第2の空隙磁路9,10を直列的に通過する
ようになっている。
一方、ステータ部2の上部には、円環状の第2のステー
タヨーク15が設けられ、その周囲に第2のロータヨー
ク16が配置され、これらの間には円環状の第3の空隙
磁路17が形成されている。
この第2のステータヨーク15と前記第1のステータヨ
ーク5との間には軸方向に着磁された円筒状の永久磁石
1Bが挟設されており、又、第2のロータヨーク16は
第1のロータヨータロと磁気的に結合されている。
この実施例に於いて、これらの第2のステータヨーク1
5及び第2のロータヨーク16は、例えば高透磁率を有
するけい素鋼板等の積層板で構成され、高速回転時の渦
電流損失が少なくなるようになっている。
又、第2のステータヨーク15は第2図に示すように半
径方向に等間隔に4個の切込み20,21,22,23
が設げられ、これらの切込み間には電磁コイル24,2
5゜26.27が巻回されている。
この電磁コイルは、対向する位置の電磁コイル同士、即
ち24と26及び25と27が直列的又は並列的に接続
された第2、第3の2組の電磁コイル24,26゜25
.27に構成されている。
又、ロータ部1の周囲には3個の位置検出器が設けられ
ており、第1の位置検出器31はロータ部1の軸方向位
置を検出するものであり、その出力は図示しない第1の
制御回路に入力され、その出力により第1の電磁コイル
11に流れる電流の方向及び大きさを制御するようにな
っている。
第2及び第3の位置検出器32,33は、ロータ部1の
上部の軸方向と直交するX軸及びY軸方向にそれぞれ設
けられており、第2の位置検出器32の出力を基に前記
第2の電磁コイル24.26に第2の制御回路を介して
電流を供給し、第3の位置検出器33の出力を基に第3
の電磁コイル25.27に第3の制御回路を介して電流
を供給するようになっている。
本発明の実施例は上述の構成を有しているので、永久磁
石18の北極Nからの実線で示す磁束φ1は、第2のス
テータヨーク15、第3の空隙磁路17、第2のロータ
ヨーク16を経て第1のロータヨーク6に達し、ここで
第1、第2の空隙磁路9.10に二岐して第1のロータ
ヨーク5に流れ、永久磁石18の南極Sに戻ることにな
る。
尚、永久磁石18の極性を逆にすれば、磁束φ1は逆の
順序に流れることは勿論である。
今ここで、第1の電磁コイル11に電流が供給されてい
ない場合を考えてみると、永久磁石18から出る磁束φ
1により第1及び第2の空隙磁路9,10にはそれぞれ
軸方向に互いに吸引する吸引力が作用することになる。
そして第1及び第2の空隙磁路9゜10に作用する吸引
力はほぼ相殺されることになって、全体としてロータ部
1とステータ部2の間に中立の位置が存在することにな
る。
然しなから実際にはロータ部1の自重やその他の条件に
より、このままで中立位置を保持することは困難であり
、例えばロータ部1は下方に変位することになる。
すると第1の空隙磁路9の間隙が広がり、第2の空隙磁
路10の間隙が狭くなるために、第1の空隙磁路9の磁
気抵抗が犬となり、逆に第2の空隙磁路10の磁気抵抗
は小となる。
従って磁束φ1は殆ど第2の空隙磁路10を通過し、第
2の空隙磁路10に於ける吸引力が第1の空隙磁路9の
それに較べて増大し、益々ロータ部1を下方に引き寄せ
ることになる。
この状態を第1の位置検出器31により検出し、制御回
路により第1の電磁コイル11に電流を供給することに
よって、ロータ部1を軸方向の所定位置で安定させるこ
とができる。
即ち、第2の空隙磁路10から第1の空隙磁路9方向に
直列的に点線で示す磁束φ2を発生するように、電磁コ
イル11に電流を供給すると、第2の空隙磁路10の吸
引力が弱まり第1の空隙磁路9の吸引力が強まることに
なり、ロータ部1は押し上げられ元の中立位置を保持す
ることが可能となる。
一方、第3の空隙磁路17に於いては、第2図の点線で
示すように第2のステータヨーク15から第2のロータ
ヨーク16に向けて放射状に磁束φ1が流れ、この間に
均一に作用する吸引力が発生する結果、第2のステータ
ヨーク15と第2のロータヨーク16は非接触を保持す
るようになっている。
然しながらロータ部1がX軸又はY軸方向に変位するな
どしてこの磁束φ1の平衡が崩れれば、一方向に急激に
吸引力が増大することは前述の場合と同様である。
即ち例えばロータ部1がX軸方向の右側に移動すると、
第3の空隙磁路17の右側の間隙が広がり左側の間隙が
狭くなることになり、左側の吸引力が右側に較べて増大
するために、ロータ部1は益々右側に引き寄せられるこ
とになる。
そこでこの場合に於いては、ロータ部1のX軸方向の位
置を検出する第2の位置検出器32により、第2の電磁
コイル24.26に磁束φ3を点線で示すように左側か
ら右側に流すことによって第3の空隙磁路17に於ける
吸引力が平衡し、ロータ部1を元の中立位置に戻すこと
が可能となる。
これはY軸方向の変位に対しても第3の位置検出器33
及び第3の電磁コイル25.27を用いて全く同様に行
なうことができる。
これらの制御は単にロータ部1を中立位置に調整するこ
とだけでなく、意識的に一方の位置に片寄らせることも
可能である。
従って第2のロータヨーク16を第2のステータヨーク
15に対して独立的に片寄らせることにより、ロータ部
1をステータ部2に対して傾斜させることができること
になる。
実施例に於いては磁束φ1 を発生させる永久磁石18
をステータ部2に介在させたが、この位置はステータ部
2ではなくロータ部1に挿入しても同様の作用効果を有
するものであり、更には永久磁石18をロータ部1、ス
テータ部2の双方に配置しても支障はない。
又、実施例に於いては第2のステータヨーク15に4個
の切込み20〜23を設けたが、これらは3個以上設け
、分割部を3個以上にすれば理論的に制御が可能であり
、更には第2、第3の電磁コイル24,26,25゜2
7は全ての分割部に巻回するのではなく2個以上に巻回
すれば足りる。
以上説明したように本発明に係る磁気軸受は、最低1個
の永久磁石を用いて三軸方向の制御を可能とするもので
あり、磁気軸受の振れ廻りや振動を小さくすることがで
きる。
又、永久磁石は軸方向に着磁したものを用いるので、そ
の製造が容易である。
空隙磁路の制御は磁界変調型なので制御がし易く電力消
費が極めて小さい利点がある。
更には微少な方向制御、所謂ジンバリングが可能で人工
衛星用フライホイール等の衛星の姿勢制御に有効に用い
ることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係る磁気軸受の一実施例を示すものであ
り、第1図はその縦断面図、第2図は第1図に於げる■
−■線に沿った断面図である。 符号1はロータ部、2はステータ部、5,15はステー
タヨーク、6,16はロータヨーク、9゜10.17は
空隙磁路、11 、24〜27は電磁コイル、20〜2
3は切込み、31,32,33は位置検出器である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 非接触で相対的に回転し得るロータ部とステータ部
    とから成り、ロータ部又はステータ部又は両者に軸方向
    に着磁した円筒形と等価の永久磁石を設け、ロータ部と
    ステータ部の軸方向の片端部のヨーク間に、前記永久磁
    石の磁束が分岐して軸方向に相互に逆方向に通過する第
    1、第2の空隙磁路を形成し、ステータ部に設けた第1
    の電磁コイルにより発生する磁束が、前記第1、第2の
    空隙磁路を軸方向に直列に通過するようにし、ロータ部
    とステータ部の軸方向の他端部では、ステータヨークを
    ロータヨークが円周状に囲み、これらの間に前記永久磁
    石の磁束が半径方向に通過する第3の空隙磁路を形成し
    、該ステータヨークは放射状に少なくとも3個にほぼ分
    割し、はぼ分割された該ステータヨークのうち少なくと
    も2個にはそれぞれ第2、第3の電磁コイルを巻回し、
    これらの電磁コイルにより発生する磁束が第3の空隙磁
    路を半径方向に通過するようにすると共に、軸方向位置
    及び第3の空隙磁路周囲のロータ部の軸方向と直交し相
    互に直交する2方向位置の計3方向の位置を検出するた
    めにロータ部周囲に少な(とも3個の位置検出器を配置
    し、各位置検出器の出力を基に対応する電磁コイルに供
    給する電流を制御するようにしたことを特徴とする磁気
    軸受。
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JPS5884220A JPS5884220A (ja) 1983-05-20
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5514924A (en) * 1992-04-30 1996-05-07 AVCON--Advanced Control Technology, Inc. Magnetic bearing providing radial and axial load support for a shaft
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