JPS6014927B2 - 磁気軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は磁気軸受、とくに通電によって作動する電磁
石を用い、きわめて低い摩擦しか発生しない軸受に関す
るものである。

このような通電によって作動する電磁石を用いるタイプ
の磁気軸受は、少なくとも変位検知機構と、電子的な制
御回路と電磁石とを具備している。

上述の磁気軸受を備えた軸部材は、その変位が変位検知
機構によって検知され、電磁石によって生ずる反対極性
の磁力を発生するサーボ機構によって反対方向に変位さ
せる作用をうけることになる。この種の磁気軸受はたと
えば米国特許第３３７８７１び号等に開示されている。
このような軸受は少なくとも一対のＮＳ両極をそなえた
電磁気回路を形成するステータを有している。この磁気
軸受機構にはさらにロータが配されており、前記磁気回
路内の磁力線によってステータのロータに対向する部分
に反対極性が議導されて回路が形成される。この種の磁
気軸受は、とくに高速回転の場合に使用して幾多の利点
を有する。

すなわちこの種の軸受はロータとステータとの間に機械
的に接触する部分がないので機械的な摩擦がないために
種々な利点を有するがト上述のような機械的な原因によ
るものではないが、種々な物理現象の発生により擬似摩
擦が生じてロータの回転に悪影響を生ずることがある。
磁気軸受の完全な作動をさまたげるこの種の擬似摩擦は
「 ロータ内に発生する渦電流によるものおよび。

ータならびにステータにおける磁場の変換によるヒステ
リシスにもとづくものとの２種に分けることができる。
渦電流による損失は公知のごとく高抵抗の金属薄板を多
数童畳して用いることにより減少せしめることが可能で
ある。

一方ヒステリシス損失を減少させる構成も種々提供され
ているが「 これらの構成で満足のゆくものは得られな
かった。

これら従来の構成の欠点を添付図面第６図及び第７図を
用いて説明する。

第６図はローター・シャフト亀０１の回転軸ＺＺに直角
な平面内に互いに直角な轍Ｘ′Ｘ及びＹ′Ｙに添って配
置されている４つの電磁石を有する公知の磁気軸受を示
している。

シャフト１０１には、藤Ｚ′Ｚに添って薄い強磁性体板
を童畳したアーマチュア１８６が配置されている。すな
わち、軸ＺＺに垂直な平面と平行に配置されている。更
に電磁軸受のステータを形成する４つの電磁石亀０５ｘ
′９ １０５ｕ，亀０５ｙ′？ ＩＱ５ｙがロ〜夕一の
アーマチュアＩＱＳと十字形に対向する位置に配置され
ている。前記電磁石竃Ｑ５ｘ′，亀０５×，１０５ｙ９
１０５ｙは軸×′Ｘ′；ＺＺ及びＹＹ′，２′で形成
する平面に対して対称形に配置されており、各々が鞠Ｚ
Ｚに垂直でかつ平行な位置に設けられている薄い強磁性
体板の積層からなるヨークから構成されている。第６図
に於いては説明の便宜上それぞれの巻線を省略してある
。第？図は第６図に示した公知の電磁軸受の回転軸ＺＺ
と垂直な面の断面図である。第７図は第６図に示した様
に電磁石のヨークが別個に構成されているものではなく
「環状外周部分及びロ−夕一。

アーマチュアＩＱ６に向かって放射状に伸びる突出部分
を有する積層薄板亀０５から形成されている。そしてこ
の突出部分にはコイルが巻回されている。突出部分は巻
回されている巻線Ｅｘ′，Ｅｘ，Ｅｙ′亨Ｅｙによりそ
れぞれＳ極及びＮ極を形成し、第Ｓ図の１０６ｘ′，亀
０５×，１０５ｙ′，１０５ｙと同機に作用する。第６
図及び第７図より容易に理解できるように、Ｎ極を隣接
する磁力のＳ極から分離する面はローター１０８の回転
軸と垂直ではない。

一方、対称面Ｘ′Ｘ，Ｚ′Ｚ及びＹＹ′？ ２は各々回
転軸ＺＺに対して対称である。次に第６図及び第？図に
示した公知例の構成を用いてローター・アーマチュア６
の点Ａを考案する。ローターが鞠ＺＺの回りを回転して
いる時、点ＡはＮ極、Ｓ極トＮ極、Ｓ極・・………・の
前面を順次通過する。従って、Ａ点を通過する磁束の極
性は前記点に面する極（Ｎ極かＳ極か）によって変化す
る。従って、ローターの同じ点に於て磁束が−Ｂから十
Ｂの間で変化するので、第６図及び第７図の構成に方向
性を有する粒子積層板を使用することができない。本発
明は上記欠点に鑑みなされたものであり、ＮＳ両極から
なる少なくとも一対の極対をそなえたステータを具備す
る磁気軸受において、そのヒステリシス損失を極端に低
下せしめ得る磁気軸受を提供することにある。

この発明はＮＳ両極からなる少なくとも１対の極をそな
え「通電によって励磁作動するタイプの磁気軸受に関す
るものであって、磁気軸受ステータとロータからなり「
前記ステータが前記ロータの回転軸方向に面しており、
かつＮＳ両極を形成するアーム亀ａ，亀ｂとして作用す
るコアを有する少なくとも１つの電磁石からなる磁気回
路を備えており、前記電磁石は前記両極を結ぶ線に対し
て直交する平面が前記ロータの回転軸に対して垂直とな
るように配置されており、かつ前記ロータが前記ステー
タに対面する環状外周部を備えており〜前記環状外周部
の断面形状が前記電磁石のア−ムｌａ，ｌｂの延長上に
それぞれ対面する２つの平行なアーム２ａ，２ｂを形成
している磁気軸受であって「前記ロータの環状外周部が
その２つの平行なアーム２ａ，２ｂを接続するＵ字型の
曲部断面形状であり「電磁石により発生された磁界の磁
力線を受け入れる前記環状外周部分は方向性を有する粒
状組織からなる互いに密着された積層薄板から構成され
ることを特徴とするものである。

以下添付図面第１図〜第５図に示した本発明の一実施例
を用いて説明する。

第１図からわかるように、本発明による磁気軸受は少な
くともひとつの電磁石１からなるステ−夕を具えている
。

該電磁石１‘ま第２図から明らかなように断面Ｕ字状と
なっていて、その両アーム部ｌａ，ｌｂがそれぞれ磁石
の両極となっている。ロータ２は固定軸線２ｃのまわり
に回転するように配置されている。

本発明の第１の特徴は、前記Ｕ字状の電磁石１が、前記
両アーム部ｌａ，ｌｂを互に結ぶ線に対してして直交す
るｌｃが前述のロー夕２の回転軸線２ｃに対して垂直に
なるように構成されているところにある。

したがって鰭磁石１のＮ極とＳ極とを分けているギャッ
プもロータ２の回転軸線２ｃに平行となる。電磁石１の
近傍には、断面形状が該蟹磁石１と同様にＵ字状となっ
ている部分２ｄの形を前記軸線２ｃの周囲に形成された
回転可能なロータ２が配置されており、その一部分が電
磁石１に当面している。

Ｕ字状断面は第２図に示されており、聡磁石１と同様の
２個のア−ム２ａ，２ｂをそなえていて、これら各アー
ムはそれぞれ電磁石１のアームｌａ，ｌｂに対向してい
る。ロータ２の、電磁石１と対向する部分は複数枚の薄
板を密に童畳して形成されている。

第３図及び第４図にロータ２の拡大斜視図を示す。

第４図に示すように、複数枚の薄板が密に積層されてＵ
字形ユニット２０を形成している。

このＵ字形ユニット２０が、第３図に示す如く固定軸線
２ｃのまわりに回転するように複数個配直されている。
第５図は複数の電磁石１からなるステータの拡大斜視図
を示す。

このステータは前述の如く、そのアーム部ｌａ，ｌｂが
第３図のロータ２の両アーム部２ａ，２ｂに対面するに
配覆されている。このように構成することによって「電
磁石１に巻回されたコイル４（第２図参照）によって周
知のごとく励磁された電磁石による磁気回路中の磁力線
は、ロータ２における両アーム２ａ，２ｂを接続する中
央の部分を通過する。ロータ２においてはアーム２ａの
部分は電磁石１のアームｌａに、アーム２ｂはアームｌ
ｂに対応して互に反対樋性に付勢される。

ロータ２のすべての点において磁力線の方向はすべて同
一であるので「前述したようにロータ２の磁性部分を方
向性をもつた粒状組織の薄板材料を積属して用いて形成
することが可能となる。

このようなことは、従来はロータの各点における磁場の
方向が、該点がＮまたはＳ極の前を通過するごとに変化
したため不可能であったのである。ここで本発明の構成
に於けるロー夕の第１アーム２ａ及びロータの第２アー
ム２ｂ上の点Ａの近傍の点Ｂを第１図及び第２図を用い
て考察すると、ロータ２の位置にかかわらず点Ａは常に
Ｓ極を、点Ａは常にＮ極と面している。従って、点Ｂ及
びＡ間のＵ字型ロータを流れる磁束密度は、点Ｂと点Ａ
が任意の磁石１と対向しているか又は２つの異なる電磁
石１間に位置しているかにより変化するが、その方向は
第１図及び第２図から容易に理解できるように点Ｂから
点Ａへと常に同じ方向である。従って本発明に於ては方
向性を有する積層薄板を用いることができる。以上述べ
た本発明の特徴を列記すれば、 本発明 ｛ａ｝ 電磁石１の各々がロータ２の回転軸方向に方向
性を有する２つの平行なアームｌａ，ｌｂとして働くコ
アを備えており、それぞれＮ極及びＳ極を形成している
。

‘ｂー 電磁石１の磁心のＮ極とＳ極とを分離する対称
平面がロータの回転軸舷′Ｚと垂直に位置している。

｛ｃ１′ ロー夕が、互いに対向し電磁石のアームｌａ
，ｌｂの伸長部分として伸びる２つの平行なアーム２ａ
，２ｂを有する断面形状の環状外周部分として形成され
ている。

‘ｄ｝ ロータの外側部分が２つの平行なアーム２ａ，
２ｂを結ぶＵ字型の断面形状である。

本発明は上記横成に限定されることなく軸受にはロータ
が配袋されており、ステータに誘起された少なくともひ
とつの磁気回路が、互に密接された積層薄板からなるロ
ータの一部によって閉成されるように構成してもよく、
さらにロータ周囲の、ステ−外こ当面する部分は該ステ
ータのＵ字状断面にひとしい断面形状をそなえておりか
つ円弧状に構成してもよい。

以上説明した一実施例は本発明を例示的に示したにすぎ
ないものであって、本発明がその発明の精神の範囲内で
種々変改可能なことはもちろんである。

特に、この変形例としては、前述の電磁石１と同様のも
のを２、４ト６、…………とか（ｎは自然数）個から構
成することができる。

上述したことから容易に理解できるように、方向性を有
する粒状組織の積層板を用いることは、そのような組織
を有しない通常の熱間圧延板による積層板を用いた場合
に比較して、両極を接続する部分が軸受の回転藤線、即
〜 ロー夕の回転軸線に平行になり、ＮＳ両極の前を引
きつづいて通過するロー夕のあるひとつの個所が、同一
の樋性を有した個所をとおることがなくなる。

ロータ上の各点におけるヒステリシスサィクルは該点が
極の一方の前を通過するごとに「一方の極による磁束密
度の最大値を十Ｂとする場合に、０と十Ｂとの間の値を
とり（反対極の場合には○と−Ｂの間の値）、従来の如
くＮＳ両極がロータの回転にともなってロータ上の同一
部分に連続的にひとつの極対として作用する場合におけ
るごとく−Ｂと十Ｂとの間の値をとることがなく、すな
わち、電磁石のＮ極とＳ極とを分離する平面が回転軸Ｚ
′Ｚに対して垂直であり、磁気回路が磁束の線に添って
妨害されることなく形成できるので、ヒステリシス損を
大幅に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による磁気軸受の主要部ならびにこれ
に配装されているロータを示す斜視図、第２図は、第１
図ロ−ロ線に沿って示した軸受およびロータの回転軸線
に平行な切教断面図、第３図、第４図及び第５図は本発
明の主要部を拡大斜視図である。 第６図は公知の磁気軸受のロータ、ステータ部の概略斜
視図「第７図は第６図のＸ′Ｘ，Ｙ′Ｙ平面の断面図で
ある。図中符号：１…・・・電磁石、２・・…・ロータ
、３・・・…磁力線、４……コイル、２０…・・・Ｕ字
形ユニット。 鰭１函 匁２函 亀３母 簾４図 滋５図 繁６図 磯７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステータとロータからなり、前記ステータが前記ロ
   ータの回転軸方向に面しており、かつＮＳ両極を形成す
   るアーム１ａ，１ｂとして作用するコアを有する少なく
   とも１つの電磁石からなる磁気回路を備えており、前記
   電磁石は前記両極を結ぶ線に対して直交する平面が前記
   ロータの回転軸に対して垂直となるように配置されてお
   り、かつ前記ロータが前記ステータに対面する環状外周
   部を備えており、前記環状外周部の断面形状が前記電磁
   石のアーム１ａ，１ｂの延長上にそれぞれ対面する２つ
   の平行なアーム２ａ，２ｂを形成している磁気軸受であ
   って、 前記ロータの環状外周部がその２つの平行なア
   ーム２ａ，２ｂを接続するＵ字型の曲部断面形状であり
   、電磁石により発生された磁界の磁力線を受け入れる前
   記環状外周部分は方向性を有する粒状組織からなる互い
   に密着された積層薄板から構成されることを特徴とする
   磁気軸受。