JPS5884220A - 磁気軸受 - Google Patents

磁気軸受

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JPS5884220A
JPS5884220A JP56181625A JP18162581A JPS5884220A JP S5884220 A JPS5884220 A JP S5884220A JP 56181625 A JP56181625 A JP 56181625A JP 18162581 A JP18162581 A JP 18162581A JP S5884220 A JPS5884220 A JP S5884220A
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JP
Japan
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rotor
stator
magnetic path
air gap
magnetic
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JP56181625A
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JPS5854284B2 (ja
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Tsutomu Murakami
村上力
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National Aerospace Laboratory of Japan
Original Assignee
National Aerospace Laboratory of Japan
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Publication date
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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
    • F16C32/0461Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
    • F16C32/0465Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C32/0476Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
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    • F16C2300/40Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
    • F16C2300/62Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions low pressure, e.g. elements operating under vacuum conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2370/00Apparatus relating to physics, e.g. instruments

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特に三輪方向の制御を可
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、三軸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Kし、ロータ部とスf −1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
Kすると共に、軸方向位置及びt43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。陶、
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Y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It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とから成り、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
6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.!:、I
t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9.1
0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のステブタヨーク5との間には軸方向に着磁された円
筒状の永久磁石18が挟設されており、父、第2のロー
タヨーク16は第1のロータヨーク6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15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
設けられ、これらの切込み間に社電磁コイル24.25
.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
1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部は、第i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6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から出る磁束部により第1及び第2
の空隙磁路9.1o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の磁気抵抗が大となり、
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φ、は殆ど第2の空隙磁路10を通過し、第2の空
隙磁路10 K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、益々四−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1o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図に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φ、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(7て
この磁束φ1の平衡が崩れれば、一方向に急漱に吸引力
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9左側の間隙が狭くなるこ
とKなり、左側の吸引力が右側に較べて増大するために
10一タ部1け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@力方向位
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)に磁束ら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朽なうことができる。
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3o′電磁コイル(24,26)、(25,27)
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図に於けるn
−1を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、20〜23
は切込み、31.32.33は位置検出器である。 特許出願人  航空宇宙技術研究所長

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KL、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秒発生する磁宋が第3の空
    隙磁路を半径方向に通過するようK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
    磁気軸受。
JP56181625A 1981-11-12 1981-11-12 磁気軸受 Expired JPS5854284B2 (ja)

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JPS5854284B2 JPS5854284B2 (ja) 1983-12-03

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5514924A (en) * 1992-04-30 1996-05-07 AVCON--Advanced Control Technology, Inc. Magnetic bearing providing radial and axial load support for a shaft
EP0875694A3 (en) * 1997-04-18 2000-06-28 Ebara Corporation Damper device and turbomolecular pump with damper device
JP2005061581A (ja) * 2003-08-19 2005-03-10 Iwaki Co Ltd 磁気軸受
US20190025807A1 (en) * 2017-07-18 2019-01-24 Yokogawa Electric Corporation Device information providing apparatus, device information providing method, and storage medium

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