JPS60256620A - 剛性可変機構を有する磁気軸受 - Google Patents
剛性可変機構を有する磁気軸受Info
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- JPS60256620A JPS60256620A JP11243684A JP11243684A JPS60256620A JP S60256620 A JPS60256620 A JP S60256620A JP 11243684 A JP11243684 A JP 11243684A JP 11243684 A JP11243684 A JP 11243684A JP S60256620 A JPS60256620 A JP S60256620A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
- F16C32/0461—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
- F16C32/0465—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/0406—Magnetic bearings
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- F16C32/0487—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of four degrees of freedom
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
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、共振を回避するためにこれらの剛
性を可変し得る剛性可変機構を有する磁気軸受に関する
ものである。
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、共振を回避するためにこれらの剛
性を可変し得る剛性可変機構を有する磁気軸受に関する
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ｅ高温・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、真空ポンプ、ジャイロスコープ、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。
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ｅ高温・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、真空ポンプ、ジャイロスコープ、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。
［従来の技術］
しかしながら・、この磁気軸受は軸方向の共振の他に回
転体を有する関係上、回転体特有の所謂振れ廻りと称す
る共振現象が成る角周波数領域において存在する。この
共振現象には２種類あって、ロータ部の重心はステータ
軸心から離れて回転し、ロータ軸はステータ軸と平行の
まま円筒状の軌跡を画くシリンドリカルな振れ廻りと、
ロータ部の重心はステータ軸上にあるがロータ軸が傾い
たままで回転する俗に云うみそすり回転と称するコニカ
ルな振れ廻りと、がある。これらの振れ廻りの対策とし
て、従来はダンパを使用し発生した振れ廻りを減衰する
方法とか、電磁的な力を発生させて振れ廻りを能動的に
制御する方法が採用されている。しかし、ダンパでは完
全な減衰が困難な場合が多く、能動制御方式では制御機
構か極めて複雑になる欠点を有していた。
転体を有する関係上、回転体特有の所謂振れ廻りと称す
る共振現象が成る角周波数領域において存在する。この
共振現象には２種類あって、ロータ部の重心はステータ
軸心から離れて回転し、ロータ軸はステータ軸と平行の
まま円筒状の軌跡を画くシリンドリカルな振れ廻りと、
ロータ部の重心はステータ軸上にあるがロータ軸が傾い
たままで回転する俗に云うみそすり回転と称するコニカ
ルな振れ廻りと、がある。これらの振れ廻りの対策とし
て、従来はダンパを使用し発生した振れ廻りを減衰する
方法とか、電磁的な力を発生させて振れ廻りを能動的に
制御する方法が採用されている。しかし、ダンパでは完
全な減衰が困難な場合が多く、能動制御方式では制御機
構か極めて複雑になる欠点を有していた。
例えば、衛星姿勢制御用の磁気軸受リアクションホイー
ルでは、玉軸受に比べて剛性が比較的弱いので回転速度
に対する共振領域が低い傾向にあや リ、リアクション
ホイールの回転速度の上限かこれによって制限を受けて
いた。例えば軸方向の共振は、剛性をＫ、ロータ部の重
量をＭとすれば、その共振周波数ｆは、 ｆ＝（１／（２π））・（Ｋ／Ｍ） ′２・・・（１）
で与えられので、共振周波数を２倍にするには、剛性Ｋ
を４倍に上げる必要があるが、その実現には構造を大幅
に変更しなければならないなどの困難を伴うので余り有
効ではない。
ルでは、玉軸受に比べて剛性が比較的弱いので回転速度
に対する共振領域が低い傾向にあや リ、リアクション
ホイールの回転速度の上限かこれによって制限を受けて
いた。例えば軸方向の共振は、剛性をＫ、ロータ部の重
量をＭとすれば、その共振周波数ｆは、 ｆ＝（１／（２π））・（Ｋ／Ｍ） ′２・・・（１）
で与えられので、共振周波数を２倍にするには、剛性Ｋ
を４倍に上げる必要があるが、その実現には構造を大幅
に変更しなければならないなどの困難を伴うので余り有
効ではない。
［発明の目的］
本発明の目的は、剛性を僅かに変えることにより共振周
波数を変化させ回転数が共振点に近づくと、僅かな電流
損失により共振周波数を変化させ共振現象を回避するた
めの剛性可変機構を有する磁気軸受を提供することにあ
る。
波数を変化させ回転数が共振点に近づくと、僅かな電流
損失により共振周波数を変化させ共振現象を回避するた
めの剛性可変機構を有する磁気軸受を提供することにあ
る。
［発明の概要］
上述の目的を達成するための本発明の要旨は１回転中心
軸を中心にステータ部の周囲をロータ部が非接触で相対
的に回転する磁気軸受において、′ｉＩＪ Ｅ６°−７
ｍｃＭａｔ４．：＃ＭｔｌａＥ〜−１０１１，、（゛磁
極に、前記回転中心軸を中心に剛性可変用電磁 パコイ
ルを巻回したことを特徴とする剛性可変機構を有する磁
気軸受である。
軸を中心にステータ部の周囲をロータ部が非接触で相対
的に回転する磁気軸受において、′ｉＩＪ Ｅ６°−７
ｍｃＭａｔ４．：＃ＭｔｌａＥ〜−１０１１，、（゛磁
極に、前記回転中心軸を中心に剛性可変用電磁 パコイ
ルを巻回したことを特徴とする剛性可変機構を有する磁
気軸受である。
［発明の実施例］
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
第１図は全体の縦断面図、第２図はステータ部ｌ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３に一体的に固定されており、その周囲を
一定間隔をおいてロータ部２が回転するような構成とさ
れ、ロータ部２には非磁性体から成るフライホイール４
が取り付けられている。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４個の磁極、即ち上下両側に
配置された第１、第２のステータ磁極１１．１２と、こ
れらの中間に配置された第３、第４のステータ磁極１３
．１４とを有し、第１、第３のステータ磁極１１．１３
の間及び第４、第２のステータ磁極１４．１２の間には
、それぞれ円環状の永久磁石１５．１６が挟設されてい
る。そして、第３、第４のステータ磁極１３．１４間は
、例えばアルミニウムから成る非磁性体の連結部材１７
により接続されている。永久磁石１５．１’６は軸方向
に着磁されており、永久磁石１５．１６同志の極性は上
下に対称的となるようにされている。
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３に一体的に固定されており、その周囲を
一定間隔をおいてロータ部２が回転するような構成とさ
れ、ロータ部２には非磁性体から成るフライホイール４
が取り付けられている。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４個の磁極、即ち上下両側に
配置された第１、第２のステータ磁極１１．１２と、こ
れらの中間に配置された第３、第４のステータ磁極１３
．１４とを有し、第１、第３のステータ磁極１１．１３
の間及び第４、第２のステータ磁極１４．１２の間には
、それぞれ円環状の永久磁石１５．１６が挟設されてい
る。そして、第３、第４のステータ磁極１３．１４間は
、例えばアルミニウムから成る非磁性体の連結部材１７
により接続されている。永久磁石１５．１’６は軸方向
に着磁されており、永久磁石１５．１６同志の極性は上
下に対称的となるようにされている。
第１、第２のステータ磁極１１．１２は例えば第２図に
示すように、放射状に磁気的に８分割されており、それ
ぞれ十文字形の第１．第２の電磁ヨーク１８．１９が取
り付けられている。これらの電磁ヨーク１８．１９は第
２図にわけるＸ軸及びＹ軸りにある第１、第２のステー
ク磁極１１．１２の分割部に磁気的に接続し、Ｘ軸及び
Ｙ軛１］二に存在しない分割部は電磁ヨーク１８．１９
及び他の分割部とは磁気的にほぼ絶縁されている。また
、電磁ヨーク１８及び１９の各脚部１８ａ、１８ｂ、１
８ｃ、Ｌ８ｄ及Ｕ１９ ａ、１９ｂ。
示すように、放射状に磁気的に８分割されており、それ
ぞれ十文字形の第１．第２の電磁ヨーク１８．１９が取
り付けられている。これらの電磁ヨーク１８．１９は第
２図にわけるＸ軸及びＹ軸りにある第１、第２のステー
ク磁極１１．１２の分割部に磁気的に接続し、Ｘ軸及び
Ｙ軛１］二に存在しない分割部は電磁ヨーク１８．１９
及び他の分割部とは磁気的にほぼ絶縁されている。また
、電磁ヨーク１８及び１９の各脚部１８ａ、１８ｂ、１
８ｃ、Ｌ８ｄ及Ｕ１９ ａ、１９ｂ。
１９ｃ、ｌ’ｌｄ （１９ｂ、１９ｄは図示せず）には
、それぞれ１個ずつ計８個の電磁コイル２０ａ、２０ｂ
、２０ｃ、２０ｄ及び２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ
（２１ｂ、２１ｄは図示せず）が巻回されている。
、それぞれ１個ずつ計８個の電磁コイル２０ａ、２０ｂ
、２０ｃ、２０ｄ及び２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ
（２１ｂ、２１ｄは図示せず）が巻回されている。
一方、ロータ部２にはステータ磁極１１〜１４の周囲を
非接触で回転するためのステータ磁極１１〜１４よりも
大径の断面コ字形で円環状の第１、第２のロータ磁極２
２．２３がフライホイール４に取り付けられており、第
１のロータ磁極２２の２個の内周面が第１、第３のステ
ータ磁極１１．１３の外周面とそれぞれ対向し、第２の
ロータ磁極２３の２個の内周面が第２、第４のステータ
磁極１２．１４の外周面とそれぞれ対向するように配置
されている。
非接触で回転するためのステータ磁極１１〜１４よりも
大径の断面コ字形で円環状の第１、第２のロータ磁極２
２．２３がフライホイール４に取り付けられており、第
１のロータ磁極２２の２個の内周面が第１、第３のステ
ータ磁極１１．１３の外周面とそれぞれ対向し、第２の
ロータ磁極２３の２個の内周面が第２、第４のステータ
磁極１２．１４の外周面とそれぞれ対向するように配置
されている。
２４はロータ部２のＸ軸方向の変位を検出するための位
置センサであり、Ｙ軸方向用の位置センサは図面におい
ては省略されている。Ｘ軸胴位置センサ２４の出力は図
示しない制御回路、パワーアンプを経て、電磁ヨーク１
８及び１９のＸ軸方向の脚部１８ａ、１８ｃ及び１９ａ
、１９ｃに巻回された電磁コイル２０ａ、２０ｃ及び２
１ａ、’ ２１ｃに電流を流すようにされている。同様
にして、図示しないＹ軸胴位置センサからはＹ軸方向の
脚部１８ｂ、１８ｄ及び１９ｂ、１９ｄに巻回された電
磁コイル２０ｂ、２０ｄ及び２１ｂ、２１ｄに電流が供
与される。なお、２５はロータ部２の浮上制御が不能に
なったときや浮上不要時等に、ロータ部２を支持するだ
めの玉軸受である。
置センサであり、Ｙ軸方向用の位置センサは図面におい
ては省略されている。Ｘ軸胴位置センサ２４の出力は図
示しない制御回路、パワーアンプを経て、電磁ヨーク１
８及び１９のＸ軸方向の脚部１８ａ、１８ｃ及び１９ａ
、１９ｃに巻回された電磁コイル２０ａ、２０ｃ及び２
１ａ、’ ２１ｃに電流を流すようにされている。同様
にして、図示しないＹ軸胴位置センサからはＹ軸方向の
脚部１８ｂ、１８ｄ及び１９ｂ、１９ｄに巻回された電
磁コイル２０ｂ、２０ｄ及び２１ｂ、２１ｄに電流が供
与される。なお、２５はロータ部２の浮上制御が不能に
なったときや浮上不要時等に、ロータ部２を支持するだ
めの玉軸受である。
本実施例においては更に、ステータ部１の連結部材１７
には断面コ字形で円筒状の剛性可変ステータ磁極２６が
取り付けられ、ロータ部２の第１、第２のロータ磁極２
２．２３間のフラざホール４には、断面コ字形でステー
タ磁極２６の周囲を回転する剛性可変ロータ磁極２７が
取り付けられ、これらの磁極２６．２７のそれぞれ２個
の対向面は互いに対向されている。そして、ステータ磁
極２６には軸３を中心に剛性可変電磁コイル２８が巻回
され、必要に応じて専用の制御回路を介して電流が供与
されるようになっている。
には断面コ字形で円筒状の剛性可変ステータ磁極２６が
取り付けられ、ロータ部２の第１、第２のロータ磁極２
２．２３間のフラざホール４には、断面コ字形でステー
タ磁極２６の周囲を回転する剛性可変ロータ磁極２７が
取り付けられ、これらの磁極２６．２７のそれぞれ２個
の対向面は互いに対向されている。そして、ステータ磁
極２６には軸３を中心に剛性可変電磁コイル２８が巻回
され、必要に応じて専用の制御回路を介して電流が供与
されるようになっている。
本実施例は上述の構成を有するので、第１、第２のステ
ータ磁極１１．１２及びこれらと対向す 、１りる第１
、第２のロータ磁極２２．２３との間の空隙磁路Ｇ１、
Ｇ２は、永久磁石１５．１６からの磁束φｌ と電磁コ
イル１８ａ、壷拳・、１９ａ、・・・から発生する磁束
φ２が共存する所謂変調ギャップであるのに対し、第３
、第４のステータ磁極１３．１４及びこれらと対向する
第１、第２のロータ磁極２２．２３との間の空隙磁路Ｇ
３、Ｇ４は、永久磁石１５．１６のみによる磁束φ１し
か存在しない非変調ギャップとなっている。
ータ磁極１１．１２及びこれらと対向す 、１りる第１
、第２のロータ磁極２２．２３との間の空隙磁路Ｇ１、
Ｇ２は、永久磁石１５．１６からの磁束φｌ と電磁コ
イル１８ａ、壷拳・、１９ａ、・・・から発生する磁束
φ２が共存する所謂変調ギャップであるのに対し、第３
、第４のステータ磁極１３．１４及びこれらと対向する
第１、第２のロータ磁極２２．２３との間の空隙磁路Ｇ
３、Ｇ４は、永久磁石１５．１６のみによる磁束φ１し
か存在しない非変調ギャップとなっている。
作動時においては、永久磁石１５．１６のＮ極からＳ極
へ磁束φ１が通過し、即ち磁路Ｇｌから第１のロータ磁
極２２を通り磁路Ｇ３へ磁束φ１が流れ込むと同時に、
磁路Ｇ２から第２のロータ磁極２３を通り磁路Ｇ４へ磁
束φ１が流れ込むことになる。従って、この磁束φ１の
通過によりステータ磁極１１．１２．１３．１４とロー
タ磁極２３．２３との間の空隙磁路Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、
Ｇ４には磁気吸引力が作用することになる。
へ磁束φ１が通過し、即ち磁路Ｇｌから第１のロータ磁
極２２を通り磁路Ｇ３へ磁束φ１が流れ込むと同時に、
磁路Ｇ２から第２のロータ磁極２３を通り磁路Ｇ４へ磁
束φ１が流れ込むことになる。従って、この磁束φ１の
通過によりステータ磁極１１．１２．１３．１４とロー
タ磁極２３．２３との間の空隙磁路Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、
Ｇ４には磁気吸引力が作用することになる。
この吸引力は理想的な状態を考えてみれば、全ての方向
において相殺され、ロータ部２は半径方向の成る方向に
偏位することなく不安定に平衡した状態にあり得るが、
実際には製作上の精度や重力の向きなどからロータ部２
が一方向に変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
、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が狭く、右側の空隙磁路Ｇ１．Ｇ２
、Ｇ３、Ｇ４が大きくなる。従って、左側の空隙磁路Ｇ
１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４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１５．１６からの磁束φｌ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、Ｇ３、Ｇ４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。
において相殺され、ロータ部２は半径方向の成る方向に
偏位することなく不安定に平衡した状態にあり得るが、
実際には製作上の精度や重力の向きなどからロータ部２
が一方向に変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
、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が狭く、右側の空隙磁路Ｇ１．Ｇ２
、Ｇ３、Ｇ４が大きくなる。従って、左側の空隙磁路Ｇ
１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４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１５．１６からの磁束φｌ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、Ｇ３、Ｇ４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。
この変位はＸ軸胴位置センサ２４により検出され、電磁
ヨーク１８及び１９のＸ軸方向の脚部１８ａ、１８ｃ及
び１９ａ、１９ｃに設けられた電磁コイル２０ａ、２０
ｃ及び２１ａ、２１ｃに、制御回路の制御信号に基づく
電流を疏し、永久磁石１５．１６による磁束φ１の吸引
力の変化を打ち消すような方向、つまり右側の空隙磁路
Ｇ１．Ｇ２をステータ磁極１１．１２からロータ磁極２
２．２３に通過し、それぞれのロータ磁極２２．２３を
半周し、左側の空隙磁路Ｇ１．６２をロータ磁極２２．
２３からステータ磁極１１．１２に戻るような点線で示
す方向の磁束φ２を流すことになる。この磁束φ２によ
って、永久磁石１５．１６からの磁束φ１の変位による
変化を相殺し、左側の空隙磁路Ｇ１、Ｇ２においぞは吸
引力を減少させ、右側の空隙磁路Ｇ１． Ｇ２では吸引
力を増加することによって全体の吸引力を平衡させ、ロ
ータ部２を元の中立状態に復元させることかできる。そ
して、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、ロータ部２がたとえ軸方向に変位しても
、磁束φ１、φ２の流れにより、ステータ磁極１１，１
２．１３．１４とロータ磁極２２．２３の周面同志が正
対するように復元することになる。
ヨーク１８及び１９のＸ軸方向の脚部１８ａ、１８ｃ及
び１９ａ、１９ｃに設けられた電磁コイル２０ａ、２０
ｃ及び２１ａ、２１ｃに、制御回路の制御信号に基づく
電流を疏し、永久磁石１５．１６による磁束φ１の吸引
力の変化を打ち消すような方向、つまり右側の空隙磁路
Ｇ１．Ｇ２をステータ磁極１１．１２からロータ磁極２
２．２３に通過し、それぞれのロータ磁極２２．２３を
半周し、左側の空隙磁路Ｇ１．６２をロータ磁極２２．
２３からステータ磁極１１．１２に戻るような点線で示
す方向の磁束φ２を流すことになる。この磁束φ２によ
って、永久磁石１５．１６からの磁束φ１の変位による
変化を相殺し、左側の空隙磁路Ｇ１、Ｇ２においぞは吸
引力を減少させ、右側の空隙磁路Ｇ１． Ｇ２では吸引
力を増加することによって全体の吸引力を平衡させ、ロ
ータ部２を元の中立状態に復元させることかできる。そ
して、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、ロータ部２がたとえ軸方向に変位しても
、磁束φ１、φ２の流れにより、ステータ磁極１１，１
２．１３．１４とロータ磁極２２．２３の周面同志が正
対するように復元することになる。
この場合、第１、第２のステータ磁極１１．１２は磁気
的に分割しておくことにより、磁気コ、１ イル２０，２１からの磁束φ２はＸ軸、Ｙｉｔｈとに存
在する分割部のみを通過することになり、その他の分割
部には流入することが少ないので、磁束φ２を効率良く
吸引のために作用させることが可能となる。
的に分割しておくことにより、磁気コ、１ イル２０，２１からの磁束φ２はＸ軸、Ｙｉｔｈとに存
在する分割部のみを通過することになり、その他の分割
部には流入することが少ないので、磁束φ２を効率良く
吸引のために作用させることが可能となる。
次に、剛性可変ステータ磁極２６と剛性可変ロータ磁極
２７との作用について説明すると、ステータ磁極２６に
巻回した電磁コイル２８に通電すると、両磁極２６．２
７間の空隙磁路Ｇ５、Ｇ６間に磁束φ３が通過し、両磁
極２６．２７間に磁気吸引力が生じ、ステータ部ｌとロ
ータ部２間の軸方向の剛性が増加する。なお、゛この剛
性は磁束密度の二乗に比例して大きくなる。
２７との作用について説明すると、ステータ磁極２６に
巻回した電磁コイル２８に通電すると、両磁極２６．２
７間の空隙磁路Ｇ５、Ｇ６間に磁束φ３が通過し、両磁
極２６．２７間に磁気吸引力が生じ、ステータ部ｌとロ
ータ部２間の軸方向の剛性が増加する。なお、゛この剛
性は磁束密度の二乗に比例して大きくなる。
第３図に示すように、ロータ部２の回転数ωはタコメー
タ３０により検出され、論理回路３１、制御回路３２を
介して電磁コイル２８の通電量が制御されるようになっ
ている。なお、回転数ωと周波数ｆとの関係はω−２π
ｆで表される。
タ３０により検出され、論理回路３１、制御回路３２を
介して電磁コイル２８の通電量が制御されるようになっ
ている。なお、回転数ωと周波数ｆとの関係はω−２π
ｆで表される。
例えば、フライホイール４の回転数を徐々に上昇してゆ
く場合に、剛性がＫ。で共振周波ａｆｏ ＝１１となる
回転数ω０を通過しなければならないときに、単に回転
数ωを増加してゆくのでは共振領域に達すると、共振現
象による振れ廻りによって磁気軸受は極めて不安定な状
態となる。
く場合に、剛性がＫ。で共振周波ａｆｏ ＝１１となる
回転数ω０を通過しなければならないときに、単に回転
数ωを増加してゆくのでは共振領域に達すると、共振現
象による振れ廻りによって磁気軸受は極めて不安定な状
態となる。
そこで、第４図に示すように共振周波数ｆ６に近ずくと
、剛性可変電磁コイル２８の通電量をＯからＩ、に上昇
する。すると、剛性可変磁極２６．２７間の磁気吸引力
が増加して剛性には大きくなり、（１）式に従っ−て共
振周波数ｆは、元の共振回転数ω。がＡω増加してω１
になった場合のｆ、・に増加する。従って、回転数ωが
ω０を通過しω１に近づいたときに、先の通電ｉＩを１
１から０に戻すと、剛性は元のに◇になり、共振周波数
は急激に１０に戻り、結果として共振点を一瞬にして通
過したことになる。また、回転数ωを徐々に降下してゆ
く場合においても、第４図に示すように共振周波数ｆ０
に近つくと電流■を一旦上昇して共振点を移動し、回転
数ωが本来の共振点である回転数ω０を通過して成る程
度離れてから、電流Ｉを０にして元の共振点を戻すよう
にすればよい。
、剛性可変電磁コイル２８の通電量をＯからＩ、に上昇
する。すると、剛性可変磁極２６．２７間の磁気吸引力
が増加して剛性には大きくなり、（１）式に従っ−て共
振周波数ｆは、元の共振回転数ω。がＡω増加してω１
になった場合のｆ、・に増加する。従って、回転数ωが
ω０を通過しω１に近づいたときに、先の通電ｉＩを１
１から０に戻すと、剛性は元のに◇になり、共振周波数
は急激に１０に戻り、結果として共振点を一瞬にして通
過したことになる。また、回転数ωを徐々に降下してゆ
く場合においても、第４図に示すように共振周波数ｆ０
に近つくと電流■を一旦上昇して共振点を移動し、回転
数ωが本来の共振点である回転数ω０を通過して成る程
度離れてから、電流Ｉを０にして元の共振点を戻すよう
にすればよい。
この場合に論理回路３１は、
１ω１くω０−Δω／２
又は１ω１〉ω０＋Δω／２
のとき、■＝０とし。
ω。−Δω／２く１ω１くω０＋Δω／２、のとき、■
＝±Ｉ、の演箕な実施できるようにしておけばよい。
＝±Ｉ、の演箕な実施できるようにしておけばよい。
第１図の実施例においては、剛性可変電磁コイル２８に
流れる電流を増加すれば剛性か増加することになり、剛
性を弱めるためには通常状態においても通電しておき、
電流を少なくすることにより剛性を低下させることがで
きる。
流れる電流を増加すれば剛性か増加することになり、剛
性を弱めるためには通常状態においても通電しておき、
電流を少なくすることにより剛性を低下させることがで
きる。
第５図の実施例は永久磁石を含む磁路中に剛性可変コイ
ル２８を設け、永久磁石による吸引力を調整、即ち剛性
を加派するよう亀こしたものである。この第５図は要部
のみを表したものであって、第１図における円筒状の永
久磁石１５．１６（１６は図示を省略）に軸３を中心に
電磁コイル２８か巻回されている。
ル２８を設け、永久磁石による吸引力を調整、即ち剛性
を加派するよう亀こしたものである。この第５図は要部
のみを表したものであって、第１図における円筒状の永
久磁石１５．１６（１６は図示を省略）に軸３を中心に
電磁コイル２８か巻回されている。
この場合には、本来の位置制御のための空隙磁路Ｇ１．
Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の吸引力を、電流の大きさ及び方向
によって加減することになるので、ラジアル方向、軸方
向の両割性を同時に高めたり弱めたりして調整すること
になる。
Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の吸引力を、電流の大きさ及び方向
によって加減することになるので、ラジアル方向、軸方
向の両割性を同時に高めたり弱めたりして調整すること
になる。
第６図はステータ磁極４１．４２とロータ磁極４３．４
４を軸方向に対向させ、永久磁石４５．４６をステータ
部ｌとロータ部２の双方に設けた場合の磁気軸受の一部
を示している。この場合は主としてステータ部ｌとロー
タ部２との軸方向の位置制御を行うのであるが、ステー
タ磁極４１．４２間に剛性可変電磁コイル２８を巻回し
て、このコイル２８に流す電流の方向によりラジアル方
向、軸方向の剛性を調整できる。この場合はラジアル方
向の剛性を高くすると軸方向の剛性が弱くなり、またラ
ジアル方向の剛性を弱めると軸方向の剛性が高くなる。
４を軸方向に対向させ、永久磁石４５．４６をステータ
部ｌとロータ部２の双方に設けた場合の磁気軸受の一部
を示している。この場合は主としてステータ部ｌとロー
タ部２との軸方向の位置制御を行うのであるが、ステー
タ磁極４１．４２間に剛性可変電磁コイル２８を巻回し
て、このコイル２８に流す電流の方向によりラジアル方
向、軸方向の剛性を調整できる。この場合はラジアル方
向の剛性を高くすると軸方向の剛性が弱くなり、またラ
ジアル方向の剛性を弱めると軸方向の剛性が高くなる。
剛性を調整して共振状態を回避する論理回路３１として
は、第４図の場合以外にも種々前えら１ れるが、例え
ば電磁コイル２８に流す電流の立上り、立下り点付近の
回転数では、電流のオン・オフが激しくなる虞れがある
。これを避けるために、ヒステリシス回路を設けて、往
きと戻りとでは多少異なる回転数において電流をオン・
オフするようにすればよい、また、電流をオン・オフ的
に切換えるのではなく、電流に勾配を持たせて立上げ、
立下げるげろこともできるが、回路的には稍々複雑とな
る。
は、第４図の場合以外にも種々前えら１ れるが、例え
ば電磁コイル２８に流す電流の立上り、立下り点付近の
回転数では、電流のオン・オフが激しくなる虞れがある
。これを避けるために、ヒステリシス回路を設けて、往
きと戻りとでは多少異なる回転数において電流をオン・
オフするようにすればよい、また、電流をオン・オフ的
に切換えるのではなく、電流に勾配を持たせて立上げ、
立下げるげろこともできるが、回路的には稍々複雑とな
る。
［発明の効果］
以上説明したように本発明に係る剛性可変機構を有する
磁気軸受は、剛性可変コイルを回転中心軸を中心に巻回
し、このコイルへの通電量を変えることによりステータ
部とロータ部間の剛性を可変することはできる。従って
、剛性の変化による共振周波数の制御が可能となり、共
振点を回避しなから回転数を上昇又は下降させることが
できる。
磁気軸受は、剛性可変コイルを回転中心軸を中心に巻回
し、このコイルへの通電量を変えることによりステータ
部とロータ部間の剛性を可変することはできる。従って
、剛性の変化による共振周波数の制御が可能となり、共
振点を回避しなから回転数を上昇又は下降させることが
できる。
図面は本発明に係る剛性可変機構を有する磁気アラ。ア
１．。１、あ１□１よ工０．い、ヵ ：・□２図はステ
ータ部、ロータ部の平面図、第３図は回路構成図、第４
図は共振回避方法の説明図。 第５図、第６図は他の実施例の一部断面図である。 符号ｌはステータ部、２はロータ部、３は軸、１１．１
２，１３．１４．４１．４２はステータ磁極、１５．１
６．４５．４６は永久磁石、１８．１９は電磁ヨーク、
２０．２１は電磁コイル、２２．２３．４３．４４はロ
ータ磁極、２６は剛性可変ステータ磁極、２７は剛性可
変ロータ磁極、２８は剛性可変電磁コイル、φ１、φ２
、φ３は磁束、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６は
空隙磁路である。 ２゜
１．。１、あ１□１よ工０．い、ヵ ：・□２図はステ
ータ部、ロータ部の平面図、第３図は回路構成図、第４
図は共振回避方法の説明図。 第５図、第６図は他の実施例の一部断面図である。 符号ｌはステータ部、２はロータ部、３は軸、１１．１
２，１３．１４．４１．４２はステータ磁極、１５．１
６．４５．４６は永久磁石、１８．１９は電磁ヨーク、
２０．２１は電磁コイル、２２．２３．４３．４４はロ
ータ磁極、２６は剛性可変ステータ磁極、２７は剛性可
変ロータ磁極、２８は剛性可変電磁コイル、φ１、φ２
、φ３は磁束、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６は
空隙磁路である。 ２゜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、回転中心軸を中心にステータ部の周囲をロータ部が
非接触で相対的に回転する磁気軸受において、前記ロー
タ部の磁極と対向する前記ステータ部の磁極に、前記回
転中心軸を中心に剛性可変用電磁コイルを巻回したこと
を特徴とする剛性可変機構を有する磁気軸受。 ２、前記ステータ部とロータ部のそれぞれに、剛性可変
専用の断面コ字形の円環状磁極を設けると共に、こ、れ
らの開口部を対向させるようにした特許請求の範囲第１
項に記載の剛性可変機構を有する磁気軸受。 ３、前記剛性可変コイルに供与する電流量を変えること
により、前記ステータ部とロータ部との間の剛性を変え
るようにした特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
剛性可変機構を有する磁気軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11243684A JPS60256620A (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 剛性可変機構を有する磁気軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11243684A JPS60256620A (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 剛性可変機構を有する磁気軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60256620A true JPS60256620A (ja) | 1985-12-18 |
Family
ID=14586582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11243684A Pending JPS60256620A (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 剛性可変機構を有する磁気軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60256620A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62270824A (ja) * | 1986-05-16 | 1987-11-25 | Natl Aerospace Lab | 軸方向剛性の高いラジアル制御型磁気軸受 |
| EP0364993A2 (en) * | 1988-10-21 | 1990-04-25 | Ebara Corporation | Magnetic bearing system |
| EP0844410A1 (fr) * | 1996-11-25 | 1998-05-27 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle | Palier magnétique actif longitudinalement et transversalement |
| US6023115A (en) * | 1996-01-31 | 2000-02-08 | Seiko Seiki Kabushiki Kaisha | Magnetic bearing apparatus with radial position correcting electromagnet |
| JP2006136062A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Tokyo Univ Of Science | ベアリングレス電磁回転装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50101750A (ja) * | 1974-01-14 | 1975-08-12 |
-
1984
- 1984-06-01 JP JP11243684A patent/JPS60256620A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50101750A (ja) * | 1974-01-14 | 1975-08-12 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62270824A (ja) * | 1986-05-16 | 1987-11-25 | Natl Aerospace Lab | 軸方向剛性の高いラジアル制御型磁気軸受 |
| JPH0242127B2 (ja) * | 1986-05-16 | 1990-09-20 | ||
| EP0364993A2 (en) * | 1988-10-21 | 1990-04-25 | Ebara Corporation | Magnetic bearing system |
| US5142175A (en) * | 1988-10-21 | 1992-08-25 | Ebara Corporation | Magnetic bearing system |
| US6023115A (en) * | 1996-01-31 | 2000-02-08 | Seiko Seiki Kabushiki Kaisha | Magnetic bearing apparatus with radial position correcting electromagnet |
| EP0844410A1 (fr) * | 1996-11-25 | 1998-05-27 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle | Palier magnétique actif longitudinalement et transversalement |
| FR2756335A1 (fr) * | 1996-11-25 | 1998-05-29 | Aerospatiale | Palier magnetique actif longitudinalement et transversalement |
| JP2006136062A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Tokyo Univ Of Science | ベアリングレス電磁回転装置 |
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