JPS5983828A - 磁気軸受 - Google Patents

磁気軸受

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JPS5983828A
JPS5983828A JP19322282A JP19322282A JPS5983828A JP S5983828 A JPS5983828 A JP S5983828A JP 19322282 A JP19322282 A JP 19322282A JP 19322282 A JP19322282 A JP 19322282A JP S5983828 A JPS5983828 A JP S5983828A
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JP
Japan
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radial
bearing
axial
freedom
magnetic
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JP19322282A
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JPS6220407B2 (ja
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Masaharu Miki
正晴 三木
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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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
    • 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
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    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0485Active magnetic bearings for rotary movement with active support of three degrees of freedom

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、電磁石、永久磁石を利用して回転体を無接触
支持する磁気軸受に関するものである。
従来から提案さ肚ている磁気Vlnl+受に5軸制御型
磁気軸受と1軸制御型磁気軸受がある。
5軸制御型磁気軸受は、回転体の回転軸回りの回転以外
の5自由度す、べてを能動的に制御拘束する軸受で、1
回転、外乱に対する安定性、共賑点通過時の減衰率など
性能においては非常にすぐ肚ている。しかしながら、5
自由度すべてを制御する事から、センサー、電磁石、制
御回路、電磁石駆動回路などが多数になり、構造におい
ては複雑になり、回路においては素子数が多くなるなど
によって、信頼性の低下、軸受部分の大型化、コスト高
となる欠点を有している。
一方1軸制御型軸受は、回転体の回転軸回りの回転以外
の5自由度の内で、回転軸方間のみを能動的に制御拘束
し、他の4自由度は受動的に拘束する軸受である。この
タイプの軸受は非常に構造も回路も簡単なので、小型、
低コスト、高信頼性などの点においてすぐれている。し
かしながら、径方向を能動的に制御していないために、
系の共振点を通過させて更に高速で回転させようとする
場合、径方向の減衰がほとんどかからないため、共振点
の通過が困難な事と、回転、外乱に対する安定性に欠け
るという欠点がある。
本発明は、上記欠点を考慮して、能動的に制御する自由
度を3自由度に減少させて、高信頼性、軸受の小型化、
低コスト化を実現する一方、系の共振点通過、安定な回
転、外乱に対する十分な減衰も同時に実現する事を目的
としたものである。
第1図は、本発明の構造例の断面図である。部分1が、
径方向軸受部でおり、部分2が、軸方向軸受部である。
径方向軸受1は、まず径方回変位センザー3によp10
−タ7の径方向の平衡点からの変位量を検出し、その信
号を制御回路4、電磁石駆動回路5、を通して径方向電
磁石6を駆動する眉■によって、安定にロータを径方向
平衡点に引き戻し保持するようになっている。径方向は
、2自由度であるので、上記閉ループが2個、即ちある
方向とそnに線型独立なもう1つの方向の2方回に必要
である。軸方向軸受1は、軸方同変位センサー8により
、ロータ7の軸方向の平衡点からの変位量を検出し、そ
の信号を制御回路9、電磁石駆動回路10、を通して軸
方同電磁石11を駆動する事によって、安定にロータを
軸方向平衡点に引き戻し保持するようにガっている。こ
の場合、自由度は軸方向のみなので、閉ル−プは1個で
ある。以上3個の閉ループによf)3自由度を能動的に
制御拘束する。残りの2自由度は、軸方向電磁石11が
平衡状態においても、了−マチュアディスク[2を軸方
向に互いに等しい反対方向の力で吸引するようにし、そ
の力によって、受動的にB点付近の径方向を平衡点に拘
束する。この原理はアーマチュアディスク[2が、径方
向に平衡点より変位した場合、電磁石11とアーマチュ
アディスク12間の磁気抵抗が増加する事を利用したも
のである。
この軸方同軸受部分2は、第3図、第4図、第5図に示
すように、永久磁石13を利用してバイアス吸引力を発
生させ、1個または2個のコイル14により匍制御する
事も可能である。
この様にする事により能動的に制御する制御ループが3
個になるため、5軸制御型磁気軸受に比べて、構造が簡
単になり、回路素子数も3758度になるので、軸受の
小型化、低コスト化、高信頼性をワに現できる。
系の共」D点通過、安定な回転、外乱に対する十分外減
衰等も、能動的に制御する自由度を3にしても実現でき
る沖を第2図を使って以下に説明する。
汀j:21鍾tJ: 、!11+受部をバネとダンパー
を用い°C模式的に示したものである。径方向軸受部1
は、バネ足4′文に1 と減衰定数d1が2絹で表現さ
扛る。
軸方向軸受部2は、能動的な軸方向制御ループが1バネ
定数に、と減衰定数d8で、受動的な径方向が2絹のバ
ネ定数に2と減衰定数d、で表現さオする。ここで従来
の5軸制御型磁気軸受の場合は、5自由度ずぺてを能動
的に制御するため、dlmdRe(LMを十分な値にで
き、1軸制御型磁気軸受の場合は、d8は十分なイ直に
できるが、dl、d2はほとんど零(dB  −dl 
<da )となる。このため1 nll+ll型磁気軸
受の場合、系の径方向の共振点の通過が困難であり、回
転、外乱に対する安定性が欠けるのである。−力木発明
の場合は、6重はt’s、とんど零であるが、d、、d
、、は十分な値にできる。ロータの運動は軸方向と径方
向の運動に分Pillでき、軸方向は完全に伸動的に制
御1しているので、径方向の運動のみを問題にする。
ロータの重心Gから、バネ定数に80作用点Aまでの距
離をtl、バネ定数に、の作用点Bまでの距WEをA、
とし、適邑な直交座標ill Z y zをIIV。
’) ’C* V v zr方回の回転をθd、θb、
θ2とし、ロータ重心Gの平衡点からの変位量をπly
、ロータ軸の傾きをθτ、θy、ロータ回転速度をω、
ロータ質、叶をml ロータの半径方向の慣性モーメン
トを1?’ 、ロータの軸方向の慣性モーメントを工α
とするとロータの径方向の運動方程式は(1)式のよう
になる。
ここで−(k1+ kt )/−と−(dt+dt)7
mが重心の運動に対するバネ定数と減衰定数に対応し、
  (ks  Lt”+に*  Lm”)/工γと−(
dx tl”+dt tm”) /工r−1工a ω/
工Tが回転運動に対するバネ定数と減衰定数に対応する
。 ifc  j ClCs  At   ks Lm
 ) /me jCkstl−1c、tl )/工re
  j Cds tl  data ) 7m 、 j
 ((Lt it  da Ax ) /工rは、重心
の運動と回転運動との相互昨月に関係する項である。
重心の運動と回転運動の減衰定数がd、とd。
あるいはdl t、”とd、を−の和に関係する事がら
、d2がほとんど零であってもd、にょって、そrらを
十分な値にする事ができる。この事がら自由度のみを能
動的に制御する事で、系の共振点通過、外乱に対する十
分な減衰を実現できる事がわかるであろう。また、式が
複雑になるのでここでは省略するが、(1)式の係数マ
) IJソックス固有方程式から系の安定性を調べる真
により、安定な回転(系の安定〕も実現できる事がわか
る。
更にに、t、−4−に、t、 、即ち径方向軸受の径方
回バネ足数kl と軸方向軸受の受動的径方向バネ定数
に、との比を重心からそ扛ぞ几の作用点までの距離t1
*t1の比のほぼ逆比間係になるようにすると、減衰定
数dl 、d、が零の場合を考えるとわかるように、重
心の運動と回転運動が分離さn相互作用による振動がな
くなり、系の共振点の通過が一層容易になる。この8■
はまた、(1)式J:り求まる系の2つの共振点が、k
I  Ll =に*L!の時にもつとも近づく事からも
理解さnるであろう。
以上により、高信頼性、軸受の小型化、低コスト化、系
の共振点通過、安定な回転、外乱に対する十分な減衰等
を同時に実現する事ができる。この方式の磁気軸受は、
將に大きな負荷がかからず、ただ高速で安定な回転を必
要とするもの、たとえば、軸流分子ポンプ等などに適し
ている。
【図面の簡単な説明】
N’E 1図は、本発明の一実施例の構造の断面図で、
第2図は、本発明の磁気軸受システムを模式的に表現し
た図で、第3図、第4図、第5図は、本発明の実施例の
軸方向軸受部の構造の断面図である。 符号の説明 工。、径方向軸受部、2.。軸方同軸受部、30.径方
向変位センサー、40.制御回路、5゜。電磁石駆動回
路、6.。径方向電磁石、7.。 ロータ、80.軸方同変位センサー、96.制御回路、
10゜、電磁石駆動回路、11.、軸方同電磁石、[2
,。了−マチュアディスク、13’、 、永久磁石、1
4 、 、コイル。 以上 出願人 株式会社第二精工合 第11.X1 第511

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)1組の磁気的な径方向軸受と、1組の磁気的な軸
    方同軸受と、3絹の制御回路と電磁石駆動回路によって
    、回転体の回転軸回りの回転以外の5自由度の内で、3
    自由度を能動的に制御拘束し、残りの2自由度を受動的
    に拘束する事を特徴とする磁気軸受。
  2. (2)径方向軸受の径方向バネ定数と軸方同軸受の受動
    的径方向バネ定数との比を磁気軸受に支持さnる物体の
    重心から、そnぞgの軸受の作用点までの距離の比のほ
    ぼ逆比関係になるように、距離と径方向バネ定数を設定
    する事を特徴とする特許請求範囲第1項記載の磁気軸受
JP19322282A 1982-11-02 1982-11-02 磁気軸受 Granted JPS5983828A (ja)

Priority Applications (1)

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JP19322282A JPS5983828A (ja) 1982-11-02 1982-11-02 磁気軸受

Applications Claiming Priority (1)

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JP19322282A JPS5983828A (ja) 1982-11-02 1982-11-02 磁気軸受

Publications (2)

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JPS5983828A true JPS5983828A (ja) 1984-05-15
JPS6220407B2 JPS6220407B2 (ja) 1987-05-07

Family

ID=16304340

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JP19322282A Granted JPS5983828A (ja) 1982-11-02 1982-11-02 磁気軸受

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KR20190141134A (ko) 2017-04-20 2019-12-23 에드워즈 가부시키가이샤 진공 펌프, 자기 베어링 장치 및 로터

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JPS6220407B2 (ja) 1987-05-07

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