JPS6011716A - ラジアル制御型磁気軸受 - Google Patents

ラジアル制御型磁気軸受

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JPS6011716A
JPS6011716A JP58118699A JP11869983A JPS6011716A JP S6011716 A JPS6011716 A JP S6011716A JP 58118699 A JP58118699 A JP 58118699A JP 11869983 A JP11869983 A JP 11869983A JP S6011716 A JPS6011716 A JP S6011716A
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JP
Japan
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stator
rotor
yoke
magnetic
yokes
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JP58118699A
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JPH0126404B2 (ja
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Tsutomu Murakami
力 村上
Atsushi Nakajima
厚 中島
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National Aerospace Laboratory of Japan
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National Aerospace Laboratory of Japan
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Publication of JPS6011716A publication Critical patent/JPS6011716A/ja
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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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    • F16C32/048Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

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
触で支持すると共に、半径方向の位置制御を可能とする
ラジアル制御型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・高温拳低温等の特殊な環境に対する適合
性が優れていること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、真空分子ポンプ、ジャイロ、精密測定
器、人工衛星用制御機器等への使用が有望視されている
一般に低消費型の磁気軸受には永久磁石が用いられるこ
とか多く、アキシャル制御型においてはその着磁の方向
は半径方向になされているものが多いが、実際には半径
方向に着磁した永久磁石の製造と、ヨークとの磁気的接
続には困難を伴う。
本出願人は先に、このような観点から特願昭57−16
0376号によって軸方向に着磁した磁気軸受を出願し
たが、永久磁石と電磁石を共に2段に積み重ねているの
で厚さが大きいものであった。しかし、半径軸廻りの制
御が不要の場合には、より単純な形状で構成することが
可能である。
本発明の目的は、永久磁石に軸方向に着磁したものを用
いると共に、部品が少なくかつ厚さが薄く性能の良好な
ラジアル制御型磁気軸受を提供することにあり、その要
旨は、軸を中心に一方の周囲を他方が非接触で相対的に
回転するロータ部とステータ部とから成り、ロータ部と
ステータ部は、それぞれ2枚の平行に配列された平板円
環状ヨークを有し、ステータ部又はロータ部とステータ
部の両者の前記ヨーク間に軸方向に着磁した永久磁石を
挟着し、ステータ部ヨークと磁気的に接合する電磁ヨー
クに電磁コイルを設け、ロータ部ヨークとステータ部ヨ
ークとが対向する2つの空隙磁路のうち、一方は永久磁
石のみの磁束が存在し、他方は永久磁石と電磁コイルの
両者の磁束が共存するようにして、永久磁石によってロ
ータ部とステータ部のヨーク間に作用する吸引力を電磁
コイルによる制御吸引力によって調整し、ロータ部のス
テータ部に対する半径方向位置の制御を行うようにした
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。
第1図は第1の実施例の縦断面図、第2図はステータ部
1及びロータ部2の平面図である。この実施例において
は、ステータ部1は軸に一体的に固定されており、その
周囲をロータ部2が回転するような構成とされ、ロータ
部2にはフライホイールか取付けられているが、これら
の軸、フライホイールは図示を省略されている。ステー
タ部1は内径、外径を共に同じくする平板円環状の2個
のヨーク、即ち第1、第2のステータヨーク11.12
とを有し、これらの間には円環状で軸方向に着磁された
永久磁石13が挟設されている。第2のステータヨーク
12は例えば第2図に示すように1等角度の4個所に磁
気抵抗の大きなくびれ部14を有しており、更に十字状
の電磁ヨーク15が取付けられている。この電磁ヨーク
15は第2のステータヨーク12のくびれ部14により
分離された分離部に磁気的に接続されている。また、電
磁ヨーク15の各脚部15a、15b、15c、15d
には、それぞれ1個ずつ計4個の電磁コイル16a、1
6b、16c、16dが巻回されている。
一方、ロータ部2には第1、第2のステータヨーク11
.12の周囲を非接触で回転するために、これらのヨー
ク11.12よりも大径の2個の平板円環状の第1、第
2のロータヨーク21.22が設けられており、これら
の内周面の磁極がステータヨーク11.12の外周面の
磁極とそれぞれ対向するように配置されている。また、
ロータヨーク21.22同士の間にもステータ部1と同
様に軸方向に着磁された永久磁石23が挟設されている
。なお、このロータ部2の永久磁石23の極性は−、ス
テータ部1の永久磁石13の極性の向きとは逆方向とな
っている。
第1図、第2図において30.31はそれぞれロータ部
2のX軸方向、Y軸方向の変位を検出するための位置セ
ン−サであり、X動用位置センサ30の出力は補償回路
32、電力増幅器33を経て、電磁ヨーク15のX軸方
向の脚部15a、15cに巻回された電磁コイル16a
、16cに′;シ流を流すようにされている。同様にし
て、Y軸用位趙センサ31からはY軸方向の脚部15b
、15dに巻回された電磁コイル16b、16dに電が
tが供与される。
本実施例は上述の構成を有するので、第1のステークヨ
ーク11及び第1のロータヨーク21は、永久磁石13
.23のみによる磁束φ1 しが存在せず、この第1の
ステータヨーク11と第1のロータヨーク21間の空隙
磁路G1は非変調キャップとなっている。これに対し、
第2のステータヨーク12及び第?のロータヨーク22
には、永久磁石13.23かもの磁束φ1と電磁コイル
16a、・・・がら発生する磁束φ2が共存し、これら
の間の空隙磁路G2は所謂変調ギャップである。
作動時においては、永久磁石13.23のN極からS極
へ磁束φ】が通過し、即ち第1のロータヨーク21から
第1のステータヨーク11へ磁束φ1が流れ込むと同時
に、第2のステータヨーク12から第2のロータヨーク
22へ磁束φ1が流れ込むことになる。従って、この磁
束φlの通過によりステータヨーク11.12とロータ
ヨーク21.22との空隙磁路01. G2には磁気吸
引力が作用することになる。
理想的な状態を考えてみれば、この吸引力は全ゆる方向
において相殺され、ロータ部2は半径方向の4.′l定
な方向に偏位することなく不安定に平衡した状態にある
。しかし、実際には製作上の精度等からロータ部2が一
方向に偏位することは避けられない。例えば、ロータ部
2がX軸の正方向に微少量移動すると、第1図における
ステータ部1とロータ部2との左側の空隙磁路G1、G
2が狭く、右側の空隙磁路G1、G2が大きくなる。従
って、左側の空隙磁路G1、G2の磁気抵抗が小さくな
るために、この部分における永久磁石13.23からの
磁束φ工は更に増加し、この間の吸引力が増加し、右側
の空隙磁路G1、G2の磁束φ1は減少するので、ロー
タ部2は益々右側に引寄せられることになる。
この偏位はX軸用位力センサ30により検出され、電磁
ヨーク15のX軸方向の脚部15a、15cに設けられ
た電磁コイル16a、16cに補償回路32の制御信号
に基づく電流を流すことになる。その結果、永久磁石1
3.23による磁束φ1の吸引力の変化を打ち消すよう
な方向、っまり右側の空隙磁路G2を第2のステータヨ
ーク12から第2のロータヨーク22に通過し、ロータ
ヨーク22を半周し、左側の空隙磁路G2をロータヨー
ク22からステータヨーク12に戻るような磁束φ2を
流す。この磁束φ2によって、ロータヨーク21.22
の偏位による永久磁石13.23からの磁束φ1の変化
を相殺し、左側の空隙磁路G1、G2においては吸引力
を減少させ、右側の空隙磁路G1、G2では吸引力を増
加させることによって、ロータ部2を元の中立状態に復
元させ全体の吸引力を平衡させることができる。この場
合、ロータ部2がたとえ軸方向に偏位しても、磁束φ1
、φ2の流れにより、ステータヨーク11.12とロー
タヨーク21.22との磁極周面同士が正対するように
復元することになる。これらの動作はY軸方向について
も全く同様である。
この場合、第2のステータヨーク12にはくびれ部14
を設け、相互に磁気的に分離した複数個の分離部を設け
ておくことにより、電磁コイル16からの磁束φ2はX
軸、Y軸上に存在する分Nr部のみを主に通過すること
になり、ステータヨーク12を環流することが少ないの
で、磁束φ2を効率良くステータ部1.ロータ部2のヨ
ーク同士の吸引のために作用させることか可能となる。
第3図は第2の実施例の縦断面図であり、先の実施例と
異、なるところは、ロータ部2の永久磁石23を使用し
ていないことである。この場合にロータ部2の第1、第
2のロータヨーク21.22同士は、外側部で連結され
た一体構造とされている。
作用的には、先の実施例と同様に空隙磁路G1は非変調
ギャップ、G2は変調ギャップであって、永久磁石13
のN極から出た磁束φlは、第2のステータヨーク12
から第2のロータヨーク22、Alのロータヨーク21
及び第1のステークヨーク11を経由してS極に戻るこ
とになる。
なお、永久磁石は一体のリング状ではなく、第4図に示
すように複数個の例えば円筒形などの単純な形状の永久
磁石40をリング状に並べ、これを収容する筒部を有す
る部材を非磁性体である銅、アルミニウムなどで製作し
てもよい。また、空隙磁路に面するヨーク11.12.
21.22の磁極は第1図、第3図に示すように1枚の
歯としているが、これを第5図に示すような複数枚の歯
にして、軸方向の剛性を向上させるようにすることも可
能である。なお、24はロータ部2の補強用非磁性リン
グである。
なお、ステータヨーク12のくびれ部14は、電磁ヨー
ク15を十字状としたために4個設けたが、電磁ヨーク
i−5は等間隔に3本脚のものとしてベクトル比によっ
て制御することもでき、この場合のくびれ部14の数は
3個とすればよい。また、このくびれ部14の代りに磁
気的に完全に切断するようにしてもよい。
以」二説明したように、本発明に係るラジアル制御型磁
気軸受は次のような効果を有する。
(1)永久磁石は軸方向に着磁して使用しているので、
永久磁石の製造が容易になり、かつヨークとの磁外的接
続が容易になる。
(2)永久磁石と電磁石との数が少なく、容積も縮小さ
れ偏平な形状とすることができる。
(3)第1のステータヨーク及び第1のロータヨーク間
の空隙磁路は、永久磁石のみによる非変調ギャップなの
で磁束密度を増加することができ、そのために軸方向の
剛性、及び半径方向軸周りの剛性を大きくすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係るラジアル制御型磁気軸受の実施例を
示し、第1図はその縦断面図、第2図はステータ部、ロ
ータ部の平面図、第3図は他の実施例の縦断面図、第4
図は永久磁石の配置の変形例の一部平面図、第5図はヨ
ークの断面図である。 符号1はステータ部、2はロータ部、11.12はステ
ータヨーク、13.23は永久磁石、14はくびれ部、
15は電磁ヨーク、16は電磁コイル、21.22はロ
ータヨーク、30.31は位置センサ、φ1、φ2は磁
束、G1、G2は空隙磁路である。 特許出願人 航空宇宙技術研究所長

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、軸を中心に一方の周囲を他方が非接触で相対的に回
    転するロータ部とステータ部とから成り、ロータ部とス
    テータ部は、それぞれ2枚の平行に配列された平板円環
    状ヨークを有し、ステータ部又はロータ部とステータ部
    の両者の前記ヨーク間に軸方向に着磁した永久磁石を挟
    着し、ステータ部ヨークと磁気的に接合する電磁ヨーク
    に電磁コイルを設け、ロータ部ヨークとステータ部ヨー
    クとが対向する2つの空隙磁路のうち、−力は永久磁石
    のみの磁束が存在し、他方は永久磁石と電磁コイルの両
    者の磁束が共存するようにして、永久磁石によってロー
    タ部とステータ部のヨーク間に作用する吸引力を電磁コ
    イルによる制御吸引力によって調整し、ロータ部のステ
    ータ部に対する半径方向位舒の制御を行うようにしたこ
    とを特徴−とするラジアル制御型磁気軸受。 2、 前記電磁ヨークと接合するステータ部ヨークは、
    等角度に少なくとも3個に相互間の磁気抵抗か大きくな
    るように分離した分離部を有する特許請求の範囲第1項
    に記載のラジアル制御型磁気軸受。
JP58118699A 1983-06-30 1983-06-30 ラジアル制御型磁気軸受 Granted JPS6011716A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58118699A JPS6011716A (ja) 1983-06-30 1983-06-30 ラジアル制御型磁気軸受

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JP58118699A JPS6011716A (ja) 1983-06-30 1983-06-30 ラジアル制御型磁気軸受

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6011716A true JPS6011716A (ja) 1985-01-22
JPH0126404B2 JPH0126404B2 (ja) 1989-05-23

Family

ID=14742955

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58118699A Granted JPS6011716A (ja) 1983-06-30 1983-06-30 ラジアル制御型磁気軸受

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JP (1) JPS6011716A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652780A (en) * 1985-01-31 1987-03-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic bearing device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652780A (en) * 1985-01-31 1987-03-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic bearing device

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JPH0126404B2 (ja) 1989-05-23

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