JPS6014988Y2 - 小形回転体の磁気軸受機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する分野の説明〕 本考案は送風機のような電子機器用の小形回転機におい
て、小形永久磁石を用いて回転軸を浮上支持する磁気軸
受機構に関するものである。

〔従来技術の説明〕

従来この種の磁気軸受機構としては、磁気軸受の浮上形
式が磁気力だけによる完全浮上形のものと、一部機械支
持を有する浮上形のものとが用いられているが、前者は
回転軸を回定子内部に安定して浮上・保持させるための
装置が複雑で大形化する欠点がある。

これに対し後者は回転軸の支持を磁気と機械との兼用に
よって行うもので、第１図に示すようなものが用いられ
ている。

すなわち同図ａは二つの円筒状磁石の磁極を互いに逆極
性の磁極が対向するように挿入したもので、１は固定用
円筒状磁石、２は回転軸用円筒状磁石、３は回転軸、４
は機械支持機構である。

この形式は回転軸３の長さ方向に安定であり、半径方向
のずれは回転軸３の両側に設けられた機械支持機構４に
拘束される。

図では回転軸３を垂直としであるが、回転軸３を水平に
しても同様に作用する。

このような構造では機械支持機構４と回転軸３の摩擦が
大きく、この部分で発熱を生ずるなどの欠点を有し、特
に回転軸３を水平にした場合には回転軸３の重量が負荷
されるため大きな欠点となる。

また同図すは他の例で、固定用磁石５は半径方向に磁化
された小磁石を並べ、しかも小磁石の磁化方向が光互に
なるように並べてあり、回転軸用磁石９も半径方向に磁
化した小磁石を並べである。

このような構造のものは水平の回転軸３を磁石５と６と
の反発力を利用して浮上させ、磁石の長さ方向は回転軸
の両端に設けられた機械支持機構７により拘束されるが
、磁化した磁石を位置精度よ（並へるために小形軸受に
は向かず、また同心円輪形の磁性体を半径方向に着磁す
ることが困難なため、複数個の扇形磁性体を半径方向に
着磁したものを組み合わせて構成することから、磁束分
布の著しい不均一を生じ、円滑な回転支持が不可能どな
る欠点を有している。

さらに、回転軸３が重い場合には回転軸３の中心軸がず
れ、磁石５と６とが接触し２摺動するなどの多くの欠点
を有している。

〔考案の目的〕

本願考案は、これらの欠点を解決するために、回転軸を
水平にして用いる小形回転体の磁気軸受機構において、
外側円筒状永久磁石とこれに対向して配置された内側円
筒状永久磁石のほかに外側円筒状永久磁石の外側に回転
軸の重量の補償用磁石を設けたものであり、その目的は
簡単な構造により回転軸が重い回転子等を有する場合で
も回転軸を安定に回転し得る小形回転体の磁気軸受機構
を１是（共することにある。

以下図面を用いて詳細に説明する。

〔考案の構成および作用の説明〕

第２図は本考案による磁気浮上軸受の一構成例である。

図中、第１図と同じ符号は同一の機能部分であり、８は
固定用円筒状永久磁石（以下固定用磁石とよぶ）、９は
回転軸用円筒状永久磁石（以下回転軸用磁石とよぶ。

）、１０は送風機の場合には送風用のファンとなる回転
子、１１は重量補償用磁石である。

本構成による軸受は、軸方向（長さ方向）長さが同じで
この長さ方向に磁化した二つの円筒状磁石８，９を同じ
磁極が対向するように挿入しまたもので、この構成によ
り二つの磁石が長さ方向に完全に重なった状態では同極
相互の反発力により内側の磁石９は半径方向に浮上する
。

しかしこの状態は磁石の長さ方向に対１−で不安定な平
衡状態であるので、実際には二つの磁石８．９が互いに
長さ方向にわずかなずれを有するよう配置し、固定用磁
石８に対し回転軸用磁石９のすれた側の回転軸先端を、
一方の機械支持機構７に上り拘束するようにしである。

さらに、木構成では水平な回転軸３がある重量の回転子
を有している場合に、回転軸の中心を固定用磁石８の中
心に合わせるための重量補償用磁石１１をつけである。

この磁石１１は磁石８及び９と相互に異種磁極（Ｎ−５
、あるいは５−Ｎ）で対向して全体とし７て閉磁路を形
成する構成となっており、回転軸用磁石９に上側から作
用する固定用磁石８の上側磁界を弱めて、回転軸用磁石
９・＼作用する下向きの反発力を弱め、これによって回
転軸の重量による影響を補償するようにしたちのある 第３図はこのような磁気軸受機構を用いた場合の磁石回
転軸のずれを示す構成国益ひに浮上に関する定量実検結
果を示したもので、磁石の長さ方向のずれをほとんど零
（最大０．０５ｗｒｔ以内）とし、固定用磁石８の中心
と回転軸用磁石９の中心のずれをΔｒとＬ７たときの回
転軸用磁石９の復元力（向心力）を測定したものである
。

ここに使用した磁石材料はマサリウム・コバルト系磁石
であり、固定用磁石として外ｉｔ５ｍｍφ、内？ＦＩ＝
１１ ｍｍφ、長さ２−１回転軸用磁石と１７で外径
１０閲φ、内径６ｍｍφ、長さ２０ｒｒａｎを用い、重
量補償用磁石は取りはずしである。

図中の実線は回転軸が７５１の重量を有する場合であり
、回転軸の重量分だけ磁石８の中心より約０．２５ｍｍ
下がるが、その点のまわりの復元力は変位（Δｒ）に対
してほぼ対称の関係にある。

この回転軸の重量分のずれを磁石８の上に設けた磁石８
の磁化と反対の磁化をもつ重量補償用磁石により少なく
することができ、この重量補償用磁石の磁化の強さ、あ
るいは磁石の位置を制御することにより、磁石８の中心
と磁石９の中心とを一致させることができる。

第４図は回転軸を水平いした場合の回転軸の長さ方向の
ずれに対する反発力の実測結果で、使用した磁石材料と
形状は第３図の実験に使用したものと同じである。

磁石９の磁石８に対する長さ方向のずれΔＸに対し機械
支持機構７に及ぼす力（反発力）はΔＸがある長さ以下
になると急激に減少し、Δｘ＝０で零となる。

この状態で内側の磁石９は外側の磁石８から半径方向に
完全に浮上する。

軸受として作用するのはこの近傍で、機械支持機構７も
この反発力に対抗するものであれば十分である。

しかも、この反発力は、ΔＸを第４図の実測例からもわ
かるように±０．０５７ＦＥｌｌ１以内に抑制すること
により±１００ｆ程度の力となる。

この機械支持機構７の具体的な例として回転軸端部の鋼
鉄製の半球と回転軸３とほぼ直角に配置された平面７と
の組み合わせを考えることができる。

この場合、機械支持は回転軸３の両端部のうと一方の端
部の点接触だけであり他はすべて磁気反発力による浮上
作用に依存することになるので、回転に対しては極めて
低摩擦である。

また、前記のようにこの支持点に加わる荷重は軸方向の
不安定平衡を補償するだけの極めて小さい力で十分であ
り、更に、この機械支持機構７の構成材料として、粒子
脱落や疲労による剥離のない単結晶材料等を使用するこ
とによって、長時間にわたって摩耗を事実上無視できる
程度とすることができる。

〔効果の説明〕

以上説明したように、本考案による回転軸を水平にした
磁気軸受は二つの円筒状永久磁石と重量補償用磁石を組
み合わせた簡単な構造により、従来の磁気浮上形支持方
式に比較し、極めて低摩擦で長寿命、かつ経済的な軸受
を実現できるものである。

また、重量補償用磁石を用いているので、回転軸が重量
のある回転子を有する場合でも安定に回転させることが
できるなど多くの利点を有している。

この種の磁気軸受は電子装置冷却用送風機を始め、比較
的小形、軽量の回転体の軸受機構として応用すると有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、 ｂは従来の一部機械支持を有する磁気浮上
軸受機構の断面を含む斜視図、第２図は本考案の一実施
例を示す断面を含む斜視図、第３図ａ、 ｂは本考案に
用いる二つの円筒状永久磁石間の半径方向のずれに対す
る復元力測定の構成国と実測例を示す特性図、第４図ａ
、 ｂは本考案に用いる二つの磁石間の長さ方向のずれ
に対する反発力測定の構成国と実測例を示す特性図であ
る。 １・・・・・・固定用円筒状磁石、２・・・・・・回転
軸用円筒状磁石、３・・・・・・回転軸、４・・・・・
・機械支持機構、５・・・・・・固定用磁石、６・・・
・・・回転軸用磁石、７・・・・・・機械支持機構、８
・・・・・・固定用（外側）円筒状永久磁石、９・・・
・・・回転軸用（内側）円筒状永久磁石、１０・・・・
・・回転子、１１・・・・・・重量補償用磁石。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転軸を水平にして用いる小形回転体の磁気軸受機構に
   おいて、軸方向に磁化された外側円筒状永久磁石と、該
   外側円筒状永久磁石と軸方向にほぼ等長かつ同一磁化方
   向を有し前記外側円筒状永久磁石の内部に該外側円筒状
   永久磁石に対し軸方向の微小すれと半径方向の微小間隙
   とを維持するよう対向して配置された内側円筒状永久磁
   石と、該内側円筒状永久磁石に固着されかつ回転子と両
   端に軸方向外向きの半球状突起とを有する回転軸と、前
   記内側円筒状永久磁石の前記軸方向微小ずれ側にある回
   転軸端を前記回転軸に直角に点接触支持するよう設けた
   平面支持体と、前記外側円筒状永久磁石の外側に配置さ
   れた前記回転軸の重量の補償用磁石とから構成したこと
   を特徴とする小形回転体の磁気軸受機構。