JPS60220220A - アクティブラジアル磁気軸受 - 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】 〈産業」二の利用分野〉 この発明は一体ロータ付ラジアル磁気軸受に関する。上
記磁気軸受は、アーマチュアと電磁フィルから成るステ
ータと、上記ステータに対向して配置されかつ回転軸に
固着されるロータと、上記ステータに対して上記ロータ
の半径方向の位置を検知する位置検知器と、上記位置検
知器によって供給される信号の値に基づいて上記電磁コ
イルを通る電流を調節するサーボ制御回路を備えている
。

〈従来の技術〉 周知のごとく、回転部分に関しては、上記回転部分か曲
げによって変形する臨界速度がある。上４− 記曲げられた部分は節と腹とを提示している。それ故、
適切な制動によって上記速度を通過できることが望まれ
る。

フランス１２，３３６，６０３号は、ラジアル磁気軸受
を塔載したロータの臨界周波数を制動する手段を開示し
ている。上記装置は、」二組磁気軸受のサーボ制御回路
のゲインを選択的に増幅する手段を備え、上記ロータの
回転速度に等しい周波数が集中する狭い周波数帯内で、
同位相または位相の進みをもって満足いくように作動す
る。しかしなから、選択的な増幅を要求する高いレベル
、すなわち、臨界周波数を通過するときに効果的な制動
を得るのに必要な磁場の増加されたレベルを考慮すると
、上記磁気軸受は、積層された鉄製磁性体から成る環状
のロータアーマチュアを用いなければならない。これは
、非常に大きな直径の軸を備えたすべての回転機械に用
いるには可能なことではない。また、現存する機械にこ
の機械を全く分解することなく上記磁気軸受を適用する
ことは実質的にできない。積層物はしばしば回転速度が
非常に高くなると危険を伴う。

−に記ロータに積層物を用いる必要性を除くために、第
１図に示されるタイプであって、軸方向の磁束を有する
半径方向の磁気軸受を用いることが可能である。第１図
中のＵ字形状の電磁石は、上記ロータ紬に直交する左右
対称平面の夫々の側に設けられた極を有する。この場合
、積層されていないロータであって、一体物かあるいは
管状のロータが、臨界周波数を通過するとき制動を得る
ために用いられる。磁力をあまり強くできず、また上記
ロータへの磁束の浸透をあまり深くできない限り、この
特別の計画はある限界を提示せざるを得ない。さらに、
上記ロータは渦巻き電流によって過熱される。これは、
理論上、上記ロータと同位相で変わる正弦波でないから
である。

〈発明の目的、構成、効果〉 この発明の目的は、」二連の欠点を解消することと、た
とえ高誘導磁場を有する磁気軸受に必要な大直径のロー
タであっても、臨界周波数を通過するときの乱れ現像を
迅速かつ効果的に制動することにある。

これらの目的は、上述されたタイプのラジアル磁気軸受
を用いることで達成される。この場合、この発明によれ
ば、上記ロータは積層物でなくて一体物であり、上記電
磁コイルは、半径方向の磁束を有する回転正弦波磁場を
発生するようになっており、上記電磁コイルは、上記ス
テータの周囲にわたって配置されると共に上記サーボ制
御回路から１個づつ連続して給電される複数の巻線を備
えている。

これらの特徴のために、上記ロータは１回転にわたって
磁場の変化を実質的に見ない。その結果、臨界周波数を
通過するときに、効率的な制動が達成されて、渦巻き電
流による特別の過熱も生じることはない。

さらに特徴あることには、連続して給電される上記巻線
の各々は、第１方向に給電される第１フイルと上記第１
方向と反対方向に給電される第２コイルとを備え、上記
第２フイルは上記第１コイルに対しである角度をもって
偏位した位置に設は７− ちれていると共に、上記第１．第２コイルは直列に接続
されている。

一つの巻線を構成する各対のコイルは、上記巻線特有の
直流増幅器から一定の電流の流れ方向をもって給電され
る。異なる巻線のフィルが重ねられている。

さらに、特徴のあることには、個々の巻線の第１フイル
は、その巻線の前に給電されている巻線のうちの最後か
ら２番目の巻線の第２のフィルに重ねられている。

全ての各巻線における上記第１フイルは、直前に給電さ
れる上記巻線の第１フイルと第２フイルの開に挿入され
ている。

上記巻線のコイルは上記ステータの外周に規則正しく配
分されている。

有利なことには、上記コイルの全ては相互に同一であり
、また、上記増幅器の全ても相互に同一である。

この発明の磁気軸受は、少なくとも３個の巻線を備え、
各巻線は、一対のフィルからなり、がっ、８− その巻線特有の増幅器から給電される。

この発明で非常に有利な１個の実施例によれば、上記磁
気軸受は、８個の巻線を備え、各巻線は」二組巻線特有
の増幅器がら給電される一対のフィルから構成されてい
る。

この場合、上記全ての各巻線の上記第１コイルと第２コ
イルは、相互に９０度偏位されている。

この発明のもう１つの望ましい実施例によれば、上記磁
気軸受は、１０個の巻線を備え、各巻線は、一対のフィ
ルを備えると共に、上記巻線特有の増幅器から給電され
る。

この発明の磁気軸受は、大直径の紬の端部に装着されて
いる。

この発明は以下の記述を読めば一層容易に理解できる。

〈実施例〉 第１図に示すように、軸方向の磁束を有する半径方向に
磁気軸受は２個のＵ字形の電磁石１から成り、各電磁石
１は極片３，４を有し、極片はロータ２の軸方向に直角
の半径方向の平面に関して左右対称になっている。電流
１．、Ｉ２を印加することによって給電されるコイル５
．６は、極片３．４に巻かれている。このタイプの軸受
は符号７で示される破線に沿って磁束を生む。その磁束
はロータ２の外周の軸方向に沿って通る。このロータ２
は中実か管状かのどちらかであり、上記ロータの積層物
である必要はない。このようなタイプの磁気軸受は、上
記ロータが臨界速度を通過するたび毎に制動を発生する
が、上述したようなある欠点を有していて、すべてのタ
イプの回転機械に適用できない。

第２図乃至第４図は半径方向の磁束を有するラジアル磁
気軸受を示し、上記磁気軸受は、第１図の軸受とは反対
に、大直径で高速回転をするロータに適用される。

第２図と第３図はラジアル磁気軸受のステータ１　（’
）　Ｏを示し、上記磁気軸受は、固定されたアーマチュ
ア（ａｍａｔｕｒｅ）　１２０の７・フチ１２１内に設
けられ、複数のフィル１０１〜１０８と１１１〜１１８
を備えている。明確にするため、＠２図中、第４図中の
変形例もまた同様、電磁フィルだけを略記号で示す。

第２図および第３図に示すように、８個の対のコイル１
０１，１１１；　１０２，１１２；・・・１０８．１１
８が固定されたアーマチュア１２０の外周に規則的に配
置されている。各村のフィル１０ｉ、１１１；・・・１
０８，１１８は巻いた状態で構成され、直流を供給する
増幅器１１．−１８から反対の極性でもって同じ電流が
供給されている。

その直流の流れ方向は一定である。一対のコイルによっ
て構成される各巻線に関しては、第１コイル１０１．・
・・１０８は第１方向に流れる電流によって給電され、
第２フィル１１１．・・・１１８は上記第１方向と反対
方向に流れる同じ電流によって給電される。各巻線１０
１，１１１；・・・１０８，１１８に関しては、第２コ
イル１１１．・・・１１８は第１フィル１０１．・・・
１０８に対して角度において９０度偏位している。

電磁巻線に給電するサーボ制御回路２０の内側で開閉操
作を行なう回路３３によって、上記サ−１１− 水制御回路２０は次から次へ連続して異なる対のコイル
１０１．１１１；　１０２，１１２；・・・１０８．１
１８に給電する。上記電磁フィルは、ステータ１００の
外周に連続して配置され、ロータ２か回転するとき、ロ
ータの同じ領域と向い合った所にきている。第２図中ロ
ータ２か゛矢印の示す方向に回転すると鰺、上記サーボ
制御回路２０は順序よく連続して増幅器１１．１２．・
・・１８に１個づつ給電する。

に記す−ボ制御回路２０は、従来の構造を有し、かつ、
ロータ２の半径方向位置を検知する位置検知器３１．３
２によって出力された信号の値を関数としてステータ電
磁巻線に印加される電流の値を調整する。上記位置検知
器は、半径平面内で２個の直交する方向の上記ロータの
変位を検知する。

−に記回路３３は種々の増幅器１１，１２．・・・１８
の給電の開閉を行ない、かつ、ロータ２の回転速度を検
知する検知手段を備えて、上記ロータの回転によって種
々の増幅器１１．・・・１８の給電操作を同時に行なう
ことができる。各村のコイル１１２− ０１．１１１；　１０２，１１２；・・・１０８．１１
８は上記ロータに作用し、その結果上じた作用は、ステ
ータに関して考えた場合、上述のように励磁２π された対のコイルの作用に対して−だけ偏位されている
−はステータの周りに配置された対のフィルの総数であ
る。開閉パルスは、ロータ２の２π 回転の関数として、上記ロータが−の角度を通る毎に、
速度検知部材によって出力される信号から生じる。上記
ロータの半径方向の位置検知器３１．３２に関して、対
のコイルのステータの位置がよく定められている。開閉
パルスを生み出す作用としてサーボ制御回路２０によっ
て連続して給電される各増幅器１１．・・・１８は、位
置検知器３１．３２によって出力される信号の作用とし
て適切な引出し機能をロータに作用して、予め調節され
た平行位置に上記ロータを保持する。

迅速な取付の目的で、一定の巻線の第１フイル１０１、
・・・１０８は最後に印加される巻線の直前に設けられ
た巻線の第２コイル１１７１・・・１１６の上に重ねて
置かれている。さらに、第２図に示されるように、連続
して巻かれている種々の第１フイル１　ｆ）　１　、・
・・１０８は規則正しく相互に４５度づつ隔てて配置さ
れている。同様に、種々の連続した巻線の第２コイル１
１１．・・・１１８は、規則正しい型で相互から４５度
離れた位置に設けられている。それぞれの巻線の第１コ
イル１０１１・・・１０８は、直前に給電される巻線の
第１コイルと第２コイル１０８．１１８；・・・１０７
．１１７の開に挿入され、その間の途中に角度をもって
設けられている。

種々のコイルは、すべて同一の特性を有し、上記増幅器
１１〜１８もまた同一の特性を有する。

これは、半径方向の磁束を有すと共に回転する正弦波磁
場を生み、正弦波磁場はロータ２の動きに追従する。そ
れゆえ、正弦波磁場は１回転にわたってＣ）かなる磁場
の変化をも見ない。そのため、一体物のロータを用いる
ことができ、臨界周波数を通過するときに効果的な制動
を確保できる。

理解を容易にするため、第１巻線のフィル１１０．１１
１が増幅器１１から給電される一方、池のコイルが何ら
電流を受信しない時間ｔ。に上記軸受のステータ１２０
とロータ２内に循環する半径方向の磁束φ。は第３図中
破線で示されている。

第３図は、上記ロータの回転角度４５度に対応する時間
ｔ１における上記軸受のステータであるアーマチュア＋
２０を示し、また、ロータ２内を循環する半径方向の磁
束φ１とを破線で示している。

上記時間［１の間は、第２巻線のコイル１０２．１１２
は増幅器１２より給電される一方、他のすべてのコイル
は効力がなく電流を受信していない。

時間ｔ。でコイル＋０１．ＩＩＩによって生み出される
磁束φ。のために上記ロータに作用される磁力Ｆ。と、
時間ｔ１でコイル１０２，１１２によって生み出される
磁束φ、のために上記ロータに作用される磁力Ｆｌとは
第３図中矢印で示されている。上記ロータに作用された
磁力はロータの回転に追従し、このことが制動効果を生
み出す。

第５Ａ図および第５Ｂ図は、第１コイル１０１のレベル
に位置された原点に関して、位相角度を関数として、時
間ｔ０とｔ、における磁気誘導Ｂ１５− （実線８参照）の形状と１−記ロータに作用すると共に
１−記磁場に３１、−・て生じる磁力Ｆの形状（破線９
紗照）とを大々示している。磁気誘導Ｂの形状は正弦波
である一方、士、記磁気誘導Ｉ３の２乗に比例４゛る磁
力Ｆは常に同じ模様を示ず。時間ｔ、と［１の間の差異
は、時間［１におけろ〔ュータ２の位置に関して９０度
ロータが回転した位置に対応する。第５Ｂ図はＬ記コイ
ル１０３と１１３が増幅器１３より給電される時間に対
応する一方、第５Ａ図はコイル＋０１とＩｌｌが増幅器
１１から給電される時間に対応する。

いくつかの対のコイル＋０１．Ｉｌｌ、１０２゜１１２
．１０３，１１３．　１０８．１１８がオーバラップす
るため、例えばコイル１０２はコイルｌｏｔと１０３の
間に挿入される。また、種々の増幅器ＩＩ、＋２．・・
１８から連続して給電されろため、Ｌ記ロータの回転速
度に関する情報が、種々の増幅器１１〜１８の連続切換
えを制御する回路３３によってサーボ制御回路２０に供
給される場合に、上記ロータ２と同位相で回転する磁場
１６− を形成することが可能である。上記形成された磁場は、
８個の対のコイル１０１．１１１・・・１０８゜１１８
が第２図に示されるように用いられる場合には、真に正
弦波の形状をしている。

上記形成された磁場は、第４図に示されるように、１０
個の増幅器２３１〜２４０と共同して１０個の対のコイ
ル２０１，２１１；　２０２，２］３；・・・２１０．
２３０を用いる場合には、より一層正弦波の形状となる
ことができる。この特殊の型の実施例を用いれば、」１
記ロータ内の磁場の変動は可成り減少され、１個の中実
のロータを用いることと制動力を生み出すことが可能と
なり、また、問題なくロータが臨界速度を通過すること
ができる。第４図中、位置検知器２５１，２５２と回路
２５０，２５３は、第２図中の符号３１．３２と２０．
３３で示されているエレメントに夫々対応する。同様に
、増幅器２３１〜２４０は、増幅器１１〜１８のエレメ
ントに類似する特性を示すことができる。最後に、第２
図の場合のように、コイル２０１，２２１；　２０２，
２２２．・・・２１０．２３０は規則的に上記ステータ
の外周に配置され、２個の連続したフィル２０１，２０
３または２２１，２２２は約３６度毎にシフトされ、コ
イルはオーバラッピングし、例えば、フィル２０２はフ
ィル２０１と２２１との開に挿入されている。取付けを
容易にするため、第２コイル２２１゜２２２、・・・２
３０の対のフィルは、規則正しく偏位されて、異なった
対のコイルの第１コイル２０３．２０４．・、・２０２
と同じステータのノツチ内に設けられている。

第６図は、拡大断面図で自由端部３２１，３２２を有す
る軸３１１，３１２を備えたいくつかの連続した部１ｌ
ｆ３０１．３０２を提供する重機械にこの発明を適用し
た例を示す。この発明によれば、固体の端部分３２１．
３２２のまわりに上述したような例えば８個または１０
個の連続して給電される対のコイルに対応する電磁コイ
ル３４１を備えたステータ３４０を設けることを可能に
している。このことは、臨界速度を通過するのに特に必
要な作動制動手段を構成する有効な磁気軸受の製１９− １００・・・ステータ、１２０・・・アーマチュア。

造に貢献している。この発明のラジアル磁気軸受は軸３
１１，３１２の端部に薄片状のむのを（ｊ”４−る必要
性を避けている八ｄ）、１−記軸の直径また（Ｊ回転速
度に関係なく広く適用できろ。拡大断面図に示される端
部３２１，３２２の位置は、例えば軸受やダンパが取付
けられろ狭い場所に存在する機械のＨに設けることを可
能にしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸方向の磁束を有する周知のラジアル磁気軸受
の線図、第２図はこの発明による軸方向の磁束を有する
ラジアル磁気軸受の第１実施例の線図、第３図は第２図
のラジアル磁気軸受のステータの半径方向平面に沿った
線図の断面図、第４図（」この発明による軸方向の磁束
を有−４′ろラジアル磁気軸受の第２実施例の線図、第
５Ａ図および第５Ｂ図は磁界と磁力の発生時期を示ｌ゛
図、第６図はこの発明による回転軸の線に対して磁気軸
受の応用を線図的に示す図である。 ２　ｃｌ−夕、２０，２５０　ザ　小制御回路、３１．
３２，２５１，２５２　位置検知器、−２、 特許出願人　ソシエテ・ユーロベーヌ・ドウ・プロプル
ジオン 代　理　人　弁理士　青白　葆　ばか２名ＬＪ′″１　
句 ＋１ １．１′−購

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）アーマチュアと電磁コイルから成るステータと、
   上記ステータに対向して配置すれかつ回転軸に固着され
   るロータと、上記ステータに対して上記ロータの半径方
   向の位置を検知する位置検知器と、上記位置検知器によ
   って供給される信号の値に基づいて上記電磁フィルを通
   る電流を調節するサーボ制御回路を備えた軸受において
   、上記ロータは、積層物でなくて一体物であり、上記電
   磁フィルは、半径方向の磁束を有する回転正弦波磁場を
   発生するようになっており、上記電磁コイルは、上記ス
   テータの周囲にわたって配置されると共に上記サーボ制
   御回路から１個づつ連続して給電される複数の巻線を備
   えていることを特徴とする一体ロータ付ラジアル磁気軸
   受。 （２）上記特許請求の範囲第１項に記載の一体ロータ付
   ラジアル磁気軸受において、 連続して給電される上記巻線の各々は、第１方向に給電
   される第１フイルと上記第１方向と反対方向に給電され
   る第２コイルとを備え、上記第２コイルは上記第１フイ
   ルに対しである角度をもって偏位した位置に設けられて
   いると共に、上記第１、第２コイルは直列に接続されて
   いることを特徴とする一体ロータ付うジアル磁気軸受。 （３）上記特許請求の範囲第２項に記載の一体ロータ付
   ラジアル磁気軸受において、 一つの巻線を構成する各対のコイルは、」−記巻線特有
   の直流増幅器から一定の電流の流れ方向をもって給電さ
   れることを特徴とする一体ロータ付ラジアル磁気軸受。 （４）上記特許請求の範囲第２項に記載の一体ロータ付
   ラジアル磁気軸受において、 異なる巻線のフィルが重ねられていることを特徴とする
   一体ロータ付ランアル磁気軸受。 （５）上記特許請求の範囲第４項に記載の一体ロータ付
   うジアル磁気軸受において、 個々の巻線の＄１コイルは、その巻線の前に給電されて
   いる巻線のうちの最後から２番目の巻線の第２のフィル
   に重ねられていることを特徴とする一体ロータ付ラジア
   ル磁気軸受。 （６）上記特許請求の範囲第４項に記載の一体ロータ付
   ラジアル磁気軸受において、 全ての各巻線における上記第１コイルは、直前に給電さ
   れる上記巻線の第１コイルと第２コイルの開に挿入され
   ていることを特徴とする一体ロータ付うジアル磁気軸受
   。 （７）上記特許請求の範囲第２項に記載の一体ロータ付
   ランアル磁気軸受において、 上記巻線のコイルは上記ステータの外周に規則正しく配
   分されていることを特徴とする一体ロータ付うノアル磁
   気軸受。 （８１Ｊ二記特許請求の範囲第３項に記載の一体ロータ
   付うジアル磁気軸受において、 」二組コイルの全ては相互に同一であり、また、−に記
   増幅器の全ても相互に同一であることを特徴とする一体
   ロータ付うノアル磁気軸受。 （９）Ｊｚ記特許請求の範囲第１項に記載の一体ロータ
   付ラジアル磁気軸受において、 上記磁気軸受は、少なくとも３個の巻線を備え、各巻線
   は、一対のフィルからなり、かつ、その巻線特有の増幅
   器から給電されることを特徴とする一４０−タ付ラジア
   ル磁気軸受。 （１０）上記特許請求の範囲第１項に記載の一体ロータ
   付ラジアル磁気軸受において、 上記磁気軸受は、８個の巻線を備え、各巻線は上記巻線
   特有の増幅器から給電される一対のフィルから構成され
   ていることを特徴とする一体ロータ付ラジアル磁気軸受
   。 （１１）上記特許請求の範囲第１項に記載の一体ロータ
   付うノアル磁気軸受において、 上記磁気軸受は、１０個の巻線を備え、各巻線は、一対
   のコイルを備えると共に、上記巻線特有の増幅器から給
   電されることを特徴とする一体ロータ付ラジアル磁気軸
   受。 （１２）上記特許請求の範囲第１０項に記載の一体ロー
   タ付うシ′アル磁気軸受において、上記全ての各巻線の
   上記第１フイルと第２フイ３− ルは、相互に９０度偏位されていることを特＠ｉｉする
   一体ロータ付ラジアル磁気軸受。 （１３）　Ｊ１記特許請求の範囲第１項に記載の一体ロ
   ータ付うジアル磁気軸受において、 」二組磁気軸受は、大直径の軸の端部に装着されている
   ことを特徴とする一体ロータ付ラジアル磁気軸受。