JPS59219523A - 磁気軸受 - Google Patents

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】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、回転体或いは静止体を磁気力に依って、非接
触支承が可能な磁気軸受に関するものである。

［従来技術とその問題点］ 回転体或いは静止体を支承する方法として機械的な玉軸
受に代えて、磁気力に依って、この回転体或いは静止体
（以下併せて、浮揚体と呼ぶ）を支承する方法が知られ
ている。しかるに、上記浮揚体を磁気支承する公知の磁
気軸受の多くのものにおいては、浮揚体は、磁気力が付
与される高透磁率材製継鉄、回転力が付与される部位、
これらの構成品の保持器及びアプリケーション部で形成
されている。複数の部品を精度良く、組み立てるには困
難な加工が要求され、小型、軽曖化には限界があゆ、更
には、高速回転時に前記保持器には多大な力が印加され
るため、高信頼性のもとての超高速回転の実現は必ずし
も容易ではなかった１、［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みて成されたもので磁気力に依
って、非接触支承され得る浮揚体のうち磁気を付与され
る部分、或いは浮揚体全体を高透磁率材料で一体的に加
工形成し、従来より浮揚体を構成する要素が格段に少な
く従って、信頼性が大巾に向上し、更に、多種の讐素で
構成された従来の浮揚体よりも強度の大巾な向上が図れ
従って超高速回転が実現出来る磁気軸受を提供すること
にある。

［発明の概要］ 本発明は回転体或いは静止体（以下併せて浮揚体と呼ぶ
）を磁気力に依って、非接触に支承し得る軸受において
、この浮揚体のうち磁気力を付与される部分或いは浮揚
体全体を高透磁率材料で一体的に中空円筒状に形成し、
この中空部には、磁気力を浮揚体に付与する磁極、磁気
力源となる永久磁石或いは電磁石、磁気力を変調するコ
イルで構成された磁気力制御装置が設置され、更に上記
の浮揚体の動きを検知する位置検出器及び浮揚体に回転
力を与えるモータ、例えば誘導モータが上記浮揚体の中
空部、或いは、外側に設置されている。上記位置検出器
で得られた浮揚体の変位信号は、公知の制御回路で処理
された後、前記磁気力制御装置に電流信号として、付勢
され、浮揚体を支承する磁束を変峨し、もって前記浮揚
体の安定磁気支承を実現する。磁気支承実現の為には、
浮揚体内に磁路を形成する必要があるが、浮揚体のうち
磁気力を付与される部分或いは浮揚体全体は前述の様に
高透磁率材料で一体的に加工形成されているので、従来
機の如く、磁路用の特別な継鉄を浮揚体を構成する保持
器に装着する必要はない。

従って、浮揚体の回転強度は、多種の構成要素で形成さ
れたものに比して著しく向上し、依って高い信頼性のも
とての超高速回転の実現が可能となる。１ 又、或いはこの浮揚体のうち磁気力を伺与される部分或
いは浮揚体全体中空円筒状ではなくシャフト状に形成す
る際においても、従来機にあっては非磁性材シャフトを
芯のまわりに、磁路用の継鉄を装着し、磁気支承の実現
を図っており、磁気支承を浮揚体の複数の部位で行なう
場合には複数個の継鉄の装着は避けられ得なかった装着
部位の回転強度の不足を回避出来、もって高い信頼性の
もとての超高速回転が実現出来る。浮揚体への支承磁気
力制御装置、位置検出器、回転力付与部は全て浮揚体の
外側に設置されることになる０回転する浮揚体を磁気力
で支承する際、磁気力を付与する磁極に対向する浮揚体
部位の磁束は時間的変化を余儀なくされ、浮揚体の前記
部位に生ずる渦電流は、浮揚体の回転を抑制する様に働
く。

この抑制力は、上記渦電流の経路を細分化するととで回
避されるが、本発明にあっては、浮揚体の磁気力付与面
に例えば同心円的な条溝を設けるか或いは、例えばエツ
チングなどの化学的な処理をするととて、浮揚体の磁気
力伺与面に無数の侵襲部位を形成し、従って渦電流の経
路は細分化される為、結果的に一上記抑制力の減少が図
れ、もって極めて効率的に回転力を浮揚体にイ］与する
ことが出来る　この時にも、前記条溝、或いは侵襲部位
は、一体重に形成された前記浮揚体（・て直接形成され
るため、高速回転時にも浮揚体の回転強度は低下せす、
副信頼性のもとての超高速回転が非ｎ゛に効率良く実埃
出来る。

前記浮揚体の中空部或いは外表面に対向する部分には、
回転磁界を発する誘導機が設置され、この誹塀機の回転
磁界発生部に対向するｉ↑■記浮燭体の表面には、高電
気伝導材料が化学的或いは熱的に装着或いは塗布した領
域が形成され、―４的に回転力が伺与される。上記高電
気伝導材料領域け１−述の様な処理が施されているため
、浮揚体と一体的であると見做して良く、又、浮揚体本
体に比して質砧が非常に小く、浮揚体の回転強度の低下
はない１、史に、前に述べた如く、浮揚体は、磁気力で
非接触的に支承されるため、摩擦に拠る回転抑制力は皆
無であり、かつ浮揚体表面の細頒域化によって、電磁重
々回転抑制力も微小なことから上記高電気伝導材刺部は
薄いもので充分な回転力が付与される。

［発明の効果］ 以−ヒ述べた如く、本発明に係る磁気軸受においては、
回転力を付与される浮揚体のうち磁気力を付与される部
分或いは浮揚体全体及び、この浮１易休に装着され、伺
らかの機能を果す塘素は、全て一体的に形成される為、
回転強ＩＷの低下は見られず、従って、機械的構成を主
体とした従来機に比して、高い信頼性のもとての超高速
回転が実現用能となる。

［発明の実施例］ り下水発明に係る代表的実施例を図面を用いて説明する
。

第１図は本発明に係る磁気軸受の実施例の一つを示す、 図に示した磁気軸受（Ωは磁気力で非接触的に支承され
る浮揚体として、高透磁率材料で一体的に形成された中
空円筒（＆）が設けられている。前記浮揚体の動きは、
Ｌ記浮揚体の中空部に設置された浮揚体支承用磁極（３
ａ）、ＣＱ、（Ｊに依って規制され、例えば本例におい
ては、回転１ｉＩＩＩ＋以外の５つの自由度を規制する
様に配置されている。上記浮揚体支承磁極のうち（：ｉ
ａ　）、　（３ｂ）は浮揚体の半径方向の動きを規制す
る為に用いられ、他の浮揚体支承用磁極（４）は浮揚体
の回転軸方向の動きを規制する為に用いられる。

上記浮揚体支承磁極は浮揚体中空部に設けられた固定子
継鉄（５）に取着されている。浮揚体の半径方向規制に
供される磁極（陣）、（３す）は、例えは、上面から見
ると十字形を呈する如く形成され、この十字形の各校に
は、磁気力を変調する安定化コイル（悼）、（６９）が
装着され、又、前記固定子には回転軸方向規制に供され
る磁極（４）を通る磁気力を変調する如く、安定化コイ
ル（２）が、周方向に巻かれている。前記浮揚体の外側
には、浮揚体の半径方向の動きを検知する半径方向位置
検出器（８ａ、〜８ａ４　、８ｂ＋〜８ｂ４）が前述し
た半径方向規正磁極の伎に対応する如く設置され、回転
軸方向位置検出器（９ａ、９ｂ）が前記浮揚体の端部に
設置されでいる。

浮揚体の端部には、磁気力を付与しない場合に浮揚体を
機械的に支持する緊急用土４ＱＩｔ受（１（ｌａ　、Ｉ
Ｏｂ　）がケース（１１１に設置されている。前記ｆ立
装置検出器からの信号は公知の制御装置で処理した後、
前述の安定化コイルに磁気力変調用電６ｔｊとして・１
７］勢される。

前記ケースには、回転磁界を発生さぜ誘導機固定子（１
２ａ）が設置され、この１透導機固定子に対向する前記
浮揚体の表面には、例えば、銅などの＾１ａ気伝導率４
Ａ’　（１２ｂ）がメッキなどの化学的な処理にて取着
され、銹導的な回転力が浮揚体にイー・ｊ与される。

浮揚体を支承するだめの磁気力は、前記継鉄（５）に取
着された永久磁石（１３ａ　）　、　０３ｂ　）から供
給される。

永久磁石（１３ａ　）のＮ極から出た磁束は対向する浮
揚体に入り、一部は回転軸方向に走行し、半径方向規制
用磁極（３ａ）に人ね、前記固定子継鉄を走行１〜だ後
、前記永久磁石のＳ極に致る。磁路（１４ａｌ）を形成
１〜、前記浮揚体に入った磁束の他の一部は浮揚体内部
を回転軸方向に走行した後、浮揚体の内面に設けられた
切削部端面を通過し固定子継鉄を走行し前記永久磁石の
Ｓ極に致る磁路（１４ａ２１を形成する。前記固定子継
鉄には、他の永久磁石（１３ｂ　）が取着され、上述し
たものと同様な磁路（１４ｂｌ）、（１４ｂ２）を形成
する。これらの磁路のうち（１４ａ　１　）　、Ｑ４ｂ
　１　）は浮揚体の半径方向を支承するのに供され、（
１４ａ２）。

（１４ｂ　２　）は、浮揚体の回転軸方向を支承するた
めに供される。又、上記浮揚体の内面は、エツチングな
どの化学的処理に依って、細かな侵襲領域に分けられて
おり、回転体が安定化磁束を横切ることによって生じる
渦電流損を軽減出来、従って、回転に対する抑制力の防
止が可能となシ、低消費電力での高速回転の実現が可能
と彦る。この時、特別な構成智素を取着する必敬がない
ため回転強度も充分に保持出来、従って、高速回転を高
い信頼性のもとて実現出来る。

第２図に第１図におけるＡ　−Ａ’断面を示す。

先に述べた如く浮揚体を支承する磁極のうち前記浮揚体
の半径方向の位置規制に供されるものは上面から見ると
十字形をしており、各校（３ａ１〜３ａ４）には、磁気
変調用コイル（６ａＩ〜６ａ４）が装置される。前述の
浮揚体支承磁極の各校からは浮揚体に磁気力が付与され
、前述した公知の制御装置によって、前述の位置検出器
（８ａ１〜８ａ４）に応じた制御電流が上記の磁気変調
用コイル（６ａ１〜６ａ４）に付勢され、浮揚体に付与
される磁気力を変調し結果的に浮揚体の磁気支承が実現
する。

第１図のＢ　−Ｂ’断面に係る浮揚本支承用磁極（３ｂ
１〜３ｂ４）、磁気変調用コイル（６ｂ１〜６ｂ４）、
位置検出器（８ｂｌ〜８ｂ４）に関してもと述と全く同
様の過程で、磁気支承が実現する。

［発明の他の実施例］ 第３図に本発明に係る他の実施例を示す。本実施例にお
いては、磁気軸受（１）で磁気力に依って支承される浮
揚体（２）は高透磁率材料で一体的にシャフト状に形成
されている。前記浮揚体の外側には浮揚体安定化磁極（
３ａ）（３ｂ）　（４）を有する固定子継鉄（５）が設
置され、ケースα１）に固定されている。上記浮揚体安
定化磁極は制御を要求される自由度に対応する組が用意
される。

本実施例にあっては、第１図或いは第２図に示した如く
、２相の上面からの形状が十字形を成した半径方向支承
用磁極（３ａ、３ａ１〜３ａ４）　、（ａｂ、３ｂ、〜
３ｂ４）及び中央部に回転軸方向支承用磁極（４）が設
置されている。前記継鉄（５）には先に述べた如く磁路
（１４ａ１）、’（１４ａ２）　、　（１４ｂ１　）　
、　（１４ｂ２）を通過する磁束を付与する永久磁石（
１３ａ　）　、　（１３ｉ＋　）が装着され、この磁束
に起因する前記浮揚体に付与される磁気力を変調するべ
く用意された安定化用コイル（６ａ１〜６ａ４）＋（６
ｂ１〜６ｂ４）　、　（７ａ、７ｂ）で変調し、前記浮
揚体を非接触的に支承する。前記コイルを付勢される電
流は前記ケース（Ｉｌｌに、前記浮揚体の動きを検知す
る町〈取着された位置検出器（８８１〜８ａ４　）、　
（８ｂ１〜８ｂ４）　ｓ　（９）で検知された位置信号
が公知の制御装置で処理された後、電流信号として前記
コイルに付与される。

前記浮揚体には、銅などの高電気伝導率材料（１２ｂ）
を化学的に例えばメッキで取着し、その外側の前記ケー
ス（１１）に設置された誘導機固定子（１２ａ　）で発
生する回転磁界によって回転力を誘導的に得、もって前
記浮揚体に回転力を付与する。又、前記浮揚体の前記浮
揚体支承磁極に対向する表面は、例えば化学的に侵襲部
位を設け、線領域化されている為、電磁的な回転抑制力
を回避出来、従って、誘導機の出力も小さなもので良い
。前記浮揚体の両端には緊急用の玉軸受が設置され、非
常時或いは磁気力を付与しない時に前記浮揚体を機械的
に支持する。

第４図に本発明に係る他の実施例を示す。本実施例忙お
いては、磁気軸受（１）は、回転陽極Ｘ線管として形成
され、一体重に構成された中空円筒状の浮揚体（２）の
片端には、タングステンとモリブデンで作られた陽極（
１５１が陽極支持棒（１６１を介して、前記浮揚体に機
械的に取着されている。−上記浮揚体の中空部の上記陽
極支持棒を延長する方向には、タッチ・ダウン軸（１７
）が突出しており、磁気軸受固定子（５）の軸心部に設
けた中空部に取着された非常用玉軸受（ｌｏａ　）　、
　（１０ｂ　）に緊急時のみ保持される。又上記タッチ
ダウン軸は、陽極電流導入路の機能も併せて果し、Ｘ線
照射時には、陽極電流導入用接触子ａ秒に接触する。磁
気軸受装置（υを包含するケ−ス（ＩＩ！には上記陽極
に対向して陰極（Ｉ■が設けられ陽極と陰極の間の電位
差に相当するエネルギをゼする熱電子を放出しＸ線射出
窓（２０）から外部に取出すＸ線を得る為には、陰極及
び陽極に接する部分を高真空に保持する必要があるが、
本実施例においては、上記浮揚体の外形に沿ってケース
（Ｉｌｌを非磁性材料で形成し、高真空を実現している
。Ｘ線照射時には、多量の熱が発生するが、前記固定子
継鉄（５）中には、（２１）→０２）及びＣ■→（２４
）に致る油流路が設けてあり、又、上記浮揚体の外側に
位置するケース旧）の内部にも（ハ）→■６）の油流路
が設けられ、熱の交換に寄与する。浮揚体の位置検出部
、制御装置部、及び回転力付与部は、第１図に示しだ構
造と全く同一である。

従来機においては、陽極部分は、一体重に構成されてい
るので、高速回転の際にも充分な強度を持たせ得るが、
浮揚体部分は、絹み合わせ構造にて形成されている為に
、高速回転時に、外径が大きい部分においての強度の低
下は回避出来なかっだが、本実施例如ある様な一体構造
を有する浮揚体を用いることで、高速回転時にも光分な
強度を保持すること力伽丁能となる。陽極部と浮揚体の
取付部分も径の小さな部分で接合すれば、高速回転時に
、充分な信頼性を持たせ得る。

浮揚体に取着される要素は前記陽極に限定されるもので
はなく、超高速回転にて使用される種々のアプリケーシ
ョンの取着が可能である。この場合も取着部を径の小さ
な部位にて行なえば、浮揚体の回転強度を充分に保持し
た上で、アプリケーション部の高速回転を実現する。

以上の様に本発明にある如く、磁気軸受を構成すれば、
浮揚体は一体的に形成出来るため、前記浮揚体の回転強
度の低減の防止が可能となり、浮揚体自身、或いは前記
浮揚体にアプリケーションを取着して回転させる際、前
記浮揚体における回転強度の制限を受けることなく、前
記浮揚体、或いは前記浮揚体に取着されるアプリケーシ
ョン部分を高信頼性のもとで、高速回転させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁気軸受の縦断面図、第２図は第
１図におけるＡ　−Ａ’断面を示す横断面図、第３図、
第４図は本発明に係る磁気軸受の他の変形例を示す従断
面図である。 （１）・・・磁気軸受、　（２）・・・浮揚体、にうａ
）（３ｂ）　（４）・・・浮揚体支承用磁椿、（５）・
・固定子継鉄、（６ａ）　（６ｂ）　（力・・・磁気力
変調コイル、（８ａ）（８ｂ）　（９）・・・位置検出
部、（１０ａ）（ｌｏｔ））−１急用玉軸受、　ｔｌ］
！　・−＋　−Ｘ、（１２ａ　）・・・誘導機固定子、
　　（１２ｂ）・・・同回転子、（１３ａ）（１３１）
）　−・・永久磁石、（１４ａｌ　）（１４ａ２）　、
　（１４ｂ１）（１４ｂ２）　・＝磁路、０５１・・・
陽極、　（ＩＧｉ・・・陽極支持棒、α力・・・タッチ
ダウン軸、 （１８）・・・陽極電流導入接触子、　ｏｌ・・・陰極
、（２＋１１・・Ｘ線射出窓、 （２１）　、　Ｃ２２）　、　（２鵠、　（２４）　、
　＋２５）　、　１２６）・・冷却用油流路。 第　　１　　図 第　　２　　図 ぬＺ 第　　８　　図 １ｎ　／ｌ）Ｉｓ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）回転体或いは静止体ｃ以下併せて浮揚体と呼ぶ）
   を、磁気力に依って非接触に支承し得る軸受において、
   前記浮揚体のうち少々くとも磁気力を付与される部分は
   、高透磁率材料で一体的に中空円筒状に形成し、磁気力
   を供給する制御部は、上記円筒状浮揚体の中空部に設置
   されることを特徴とする磁気軸受。 （２）浮揚体は、高透磁率材料で一体的に中空円筒状に
   形成し、磁気力を供給する制御部は、上記円筒状浮揚体
   の中空部に設置されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の磁気軸受。 （３）浮揚体の磁気力を付与される部位を機械的な溝で
   小さな領域に分割することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の磁気軸受。 （４）浮揚体の磁気力を付与される部位を化学的な処理
   で、小恣な領域に分割することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の磁気軸受。 （５）浮揚体の表面に、高電気伝導材料を薄く、化学的
   、或いは熱的に装着するか、或いは塗布した領域を形成
   し、別に設けられた誘導機に依り、前記浮揚体に回転力
   を付与することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の磁気軸受。 （６）浮揚体を磁気力に依って非接触に支承し得る軸受
   において、前記浮揚体のうち少なくとも磁気力を付与さ
   れる部分は、高透磁率材料で一体的にシャフト状に形成
   し、磁気力を供給する制御部は、上記シャフト状浮揚体
   の外側に設置されることを特徴とする磁気軸受。 （力浮揚体は、高透磁率材料で一体的にシャフト状に形
   成し、磁気力を供給する制御部は、上記ンヤフト状浮揚
   体の外側に設置されることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載の磁気軸受。 （８）浮揚体の磁気力を伺与される部位を機械的な溝で
   小さ々領域に分割することを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載の磁気軸受。 （９）浮揚体の磁気力を付与される部位を、化学的な処
   理で、小さな領域に分割することを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載の磁気！ｌｌ受。 ００）浮揚体の表面に、高電気伝導材料を薄く、化学的
   、或いは熱的に装着するか、或いは塗布した領域を形成
   し、別に設けられた誘導機に依り、前記浮揚体に回転力
   を付与することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の磁気軸受。