JPS6211219B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、高速回転体装置に係り、特に回転体
本体が磁気軸受によつて完全非接触に支承される
高速回転体装置の改良に関する。

発明の背景技術およびその問題点 高速回転体装置のなかには、回転体本体を磁気
軸受によつて完全非接触に支承するようにしたも
のがある。磁気軸受は、磁気力の使い方から分類
して、吸引型と反発型とに大別されるが、磁気力
の有効利用ならびに高い磁気剛性を得るために、
専ら、吸引型が用いられている。

ところで、吸引型の磁気軸受は、一般に、回転
側に継鉄を配置し、また、静止側に上記継鉄との
間に磁気的吸引力を作用させるための磁気力供給
源、制御用電磁石、磁束の通路となる継鉄および
回転側の位置を非接触で検出する位置検出器を配
置し、上記位置検出器の出力に基いて上記制御用
電磁石を制御することによつて安定支承を実現す
るようにしている。このように、静止側には多数
の構成要素が設けられる。このため、磁気軸受で
回転体本体を完全非接触に支承させるようにした
従来の高速回転体装置にあつては、静止側の設計
の容易化を図る意味で、一般に、回転体本体を中
実軸に形成し、この中実軸の外周に磁気軸受要素
のうちの回転側要素および回転体本体に回転動力
を付与するモータの回転側を固定し、これらの回
りに磁気軸受要素のうちの静止側要素および上記
モータの静止側を配置した、いわゆる内側回転型
構造に構成されている。

しかしながら、上記のように構成された従来の
高速回転体装置にあつては、回転体本体の回りに
上述した静止側構成要素が配置されているため、
回転体本体を、たとえば工作機器などに利用しよ
うとしても、利用可能な部分は、回転体本体の端
部や静止側構成要素の存在していない極く狭い部
分に限られ、利用時の自由度に欠ける問題があつ
た。

発明の目的 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、磁気軸受で支承
されるものにあつて、回転体本体の外周面全域を
自由に利用できるばかりか、回転体本体の軸方向
可動範囲を大きくでき、これによつてより使用自
由度を拡大でき、そのうえ保守の容易な高速回転
体装置を提供することにある。

発明の概要 本発明に係る高速回転体装置は、回転体本体お
よびこれに固定されたモータの回転子ならびに磁
気軸受要素の回転側要素からなる回転体本体側が
内面に凹凸部の存在していない中空円筒状に形成
されている。そして、上記回転体本体側の内部空
間内に磁気軸受要素の静止側要素、モータの静止
側要素および回転体本体の位置を非接触で検出す
るための位置検出器が配置されている。

発明の効果 上記のように、回転体本体側を非接触に支承さ
せるための磁気軸受要素、この要素を制御して安
定支承を実現するための位置検出器および回転体
本体に回転動力を付与するための要素が回転体本
体側の内部空間内に配置されているので、回転体
本体の回りには、磁気支承や制御等に必要な要素
が全く存在していないことになる。したがつて、
回転体本体の端部は勿論のこと外周面全域を任意
に利用できるので、利用時の自由度を大幅に向上
させることができる。また、回転体本体側を、内
面に凹凸部の存在しない中空円筒状に形成してい
るので、回転体本体側を軸方向へ自由に移動させ
ることが可能となり、回転体本体側の軸方向可動
範囲を広くすることができる。したがつて、回転
体本体に工具を取付けて工作機械として利用する
ような場合には静止部側を軸方向に移動させるこ
となく、軸方向磁気支承力を制御するだけで回転
体本体側を軸方向に広い範囲に亙つて移動させる
ことができるので、使用自由度を一層拡大させる
ことができる。さらに、回転体本体側を内面に凹
凸部のない中空円筒状に形成しているので、たと
えば静止部側に断線等の故障が発生しても回転体
本体側を簡単に取り外すことができ、静止部側を
露出させることができるので、保守の容易化も図
ることができる。

発明の実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。

第１図において、図中１は回転体本体であり、
この回転体本体１は、たとえば導電性を有し、か
つ非磁性または常磁性の材料で中空円筒状に形成
されている。そして上記回転体本体１の内面と上
記本体１内に挿入された静止部材２との間には上
記本体１を非接触で、かつ回転自在に支承する磁
気軸受要素３が設けられている。

磁気軸受要素３は大きく分けて回転側要素４と
静止側要素５とで構成されている。回転側要素４
は、回転体本体１の内周面に軸方向へ２段構成に
形成された環状溝６ａ，６ｂ内に回転体本体１の
内面との間に段差が形成されないように、つまり
回転体本体側の内面に凹凸部が生じないように、
たとえば冷やしばめ等によつて装着された高透磁
率材製のリング７ａ，７ｂによつて構成されてい
る。一方、静止側要素５は、回転体本体１内に挿
設され、その一端側が前記静止部材２に固定され
た円筒状の継鉄８と、この継鉄８の両端部外周に
第２図に示すように90度の開き角で４個ずつ突設
された半径方向支承用の磁極１０９ａ〜１０９ｄ
および１１９ａ〜１１９ｄと、これら磁極１０９
ａ〜１０９ｄおよび１１９ａ〜１１９ｄの外周に
巻装された半径方向支承力制御用のコイル１００
ａ〜１００ｄおよび１１０ａ〜１１０ｄと、継鉄
８の中央部外周に環状に突設された環状磁極１１
と、継鉄８の外周で環状磁極１１の両側にそれぞ
れ装着された軸方向支承力制御用のコイル１２
ａ，１２ｂと、継鉄８の外周で環状磁極１１を境
にしてそれぞれ両側に装着され図に示す如く半径
方向に着磁された環状の永久磁石１３ａ，１３ｂ
とで構成されている。なお、前記コイル１００ａ
〜１００ｄ、１１０ａ〜１１０ｄ、１２ａ，１２
ｂの線端は、それぞれ継鉄８の中央部および静止
部材２の中央部に存在する空洞１４，１５内を通
して外部に導かれている。

しかして、前記継鉄８の両端部外側で各磁極１
０９ａ〜１０９ｄの間および各磁極１１９ａ〜１
１９ｄの間には第２図に示すように各磁極との間
に45度の開き角をもち、かつ感応面をリング７
ａ，７ｂの内面に対向させて半径方向の位置を検
出するための、たとえば渦電流式の位置検出器１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが配置されてお
り、これら位置検出器はそれぞれ支持部材を介し
て継鉄８に固定されている。そして、これら２組
の位置検出器の出力線も前記空洞１４，１５内を
通して外部へ導かれている。また、回転体本体１
の第１図中下端部で、かつ内側位置には、感応面
の一部分が回転体本体１の内面に対面する関係に
回転体本体１の軸方向位置を検出するための位置
検出器１７ａ，１７ｂが対称的に配置されてお
り、これら位置検出器１７ａ，１７ｂも支持部材
を介して静止部材２に固定されている。なお、上
記位置検出器１７ａ，１７ｂの出力線も空洞１５
内を通して外部へ導かれている。また、回転体本
体１内に位置する静止部材２の外周には、非磁性
で非導電性の支持材１８を介して誘導モータの固
定子１９が固定されており、これに対向する回転
体本体１の内面には、低電気抵抗体２０および高
透磁率材２１からなる二層構造の上記モータの回
転子が回転体本体１の内面との間に段差が形成さ
れないように固定されている。なお、固定子１９
の入力線も空洞１５内を通して外部へ導かれてい
る。

しかして、出力線を介して外部へ導かれた２組
の半径方向位置検出用の位置検出器１６ａ〜１６
ｄの出力は、たとえば第３図に示す如き信号処理
回路２２を介して公知の半径方向安定化制御装置
（図示せず）に導入されている。第３図に示した
信号処理回路２２は、たとえば、コイル１００ａ
とコイル１００ｃを制御するための信号を得る部
分だけを示したもので、次のように構成されてい
る。すなわち、位置検出器１６ａ，１６ｂの出力
信号を加算器２３ａで、また、位置検出器１６
ｃ，１６ｄの出力信号を加算器２３ｂでそれぞれ
加算するとともにこれら信号のオフセツト分をオ
フセツト調整器２４ａ，２４ｂで除去し、これら
オフセツト分の除去された信号をそれぞれ演算処
理器２５ａ，２５ｂに通した後、一方の信号を位
相反転器２６に通した状態で加算器２７で加算す
るように構成されている。そして、前述した半径
方向安定化制御装置の出力で上述したコイル１０
０ａ，１００ｃが逆関係に付勢されるようになつ
ている。他のコイルについても同様な系統を介し
て制御され、これによつて半径方向の支承安定化
が図られるようになつている。一方、出力線を介
して外部へ導かれた軸方向位置検出用の位置検出
器１７ａ，１７ｂの出力も半径方向の位置変動に
起因する信号成分を除去する信号処理回路（図示
せず）を介して公知の軸方向安定化制御装置（図
示せず）に導入されている。そして、上記の軸方
向安定化制御装置によつてコイル１２ａ，１２ｂ
が適宜付勢され、これによつて軸方向の支承安定
化が図られるようになつている。

このような構成であると、永久磁石１３ａのＮ
極から出た磁束は、リング７ａに至り、その後、
リング７ａ内を軸方向に通過して、一方において
はリング７ａの内面から磁極１０９ａ〜１０９
ｄ、継鉄８を通つてＳ極に至る経路で通過し、他
方においてはリング７ａの端面から環状磁極１
１、継鉄８を通つてＳ極に至る経路で通過する。
永久磁石１３ｂのＮ極から出た磁束も同様に２つ
の経路で通過する。したがつてリング７ａ，７ｂ
の内面と磁極１０９，１１９との間には半径方向
の磁気的支承力が作用し、またリング７ａ，７ｂ
の端面と環状磁極１１との間には軸方向の磁気的
支承力が作用することになる。このとき、回転体
本体１が半径方向に移動しようとすると、この動
きを位置検出器１６ａ〜１６ｄが検出し、これに
よつて半径方向安定化制御装置が作動して、コイ
ル１００ａ〜１００ｄおよび１１０ａ〜１１０ｄ
を適宜付勢し、各部の半径方向磁気支承力を制御
して回転体本体１を安定位置まで推移させる。一
方、回転体本体１が軸方向に移動しようとしたと
きにはこれを位置検出器１７ａ，１７ｂが検出
し、これに基いて軸方向安定化制御装置が作動し
てコイル１２ａ，１２ｂを適宜付勢し、軸方向磁
気支承力を制御して回転体本体１を軸方向の安定
位置まで推移させる。したがつて、回転体本体１
は完全非接触状態に支承されることになる。この
とき、誘導モータを付勢すると、回転体本体１を
完全非接触状態のまま高速回転させることができ
る。

そして、この場合には、回転体本体１、モータ
の回転子および磁気軸受要素３の回転側要素から
なる回転体本体側を中空円筒状に形成するととも
に回転体本体１を磁気支承する磁気軸受要素３の
静止部分、上記磁気軸受要素３の安定支承を実現
するために必要な位置検出器および回転体本体１
に回転動力を付与するモータの静止部分を回転体
本体１の内部空間内に設置するようにしているの
で、回転体本体１の回りには何も存在していない
ことになる。したがつて、回転体本体１の両端部
は勿論のこと外周面全域を応用機器に適用でき
る。また、回転体本体側を、内面に凹凸部の存在
しない中空円筒状に形成しているので、回転体本
体側を軸方向へ自由に移動させることが可能とな
り、回転体本体側の軸方向可動範囲を広くするこ
とができる。したがつて、回転体本体に工具を取
付けて工作機械として利用するような場合には静
止部側を軸方向に移動させることなく、軸方向磁
気支承力を制御することによつて回転体本体側を
軸方向に広い範囲に亙つて移動させることができ
るので、使用自由度を一層拡大させることができ
る。さらに、回転体本体側を内面に凹凸部のない
中空円筒状に形成しているので、たとえば静止部
側に断線等の故障が発生しても回転体本体側を簡
単に取り外すことができ、静止部側を露出させる
ことができるので、保守の容易化も図ることが
で、結局、前述した効果を発揮する。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。たとえば、磁気軸受要素は、５軸制
御の行なえる構成であれば、格別限定されない。
また、位置検出器の出力信号の処理の仕方も限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る高速回転体装
置の要部縦断面図、第２図は同装置を第１図にお
けるＡ−Ａ線に沿つて切断し矢印方向に見た図、
第３図は位置検出器の出力信号を処理する回路の
一例を示す図である。 １……回転体本体、３……磁気軸受要素、１６
ａ〜１６ｄ……半径方向用の位置検出器、１７
ａ，１７ｂ……軸方向用の位置検出器、１９……
誘導モータの固定子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転体本体と、この回転体本体に固定された
   回転子と静止部に固定された固定子とで構成され
   たモータと、前記回転体本体に固定された回転側
   要素と静止部に固定された固定側要素とで構成さ
   れ上記回転側要素および前記モータの回転子を含
   む回転体本体側を磁気力によつて非接触に支承す
   る磁気軸受要素と、静止部に設けられ前記回転体
   本体の半径方向位置および軸方向位置をそれぞれ
   非接触に検出する複数の位置検出器と、これら位
   置検出器の出力に基いて前記磁気軸受要素の半径
   方向磁気支承力および軸方向磁気支承力を制御す
   る制御装置とを備えた高速回転体装置において、
   前記回転体本体、前記モータの回転子および前記
   磁気軸受要素の回転側要素からなる回転体本体側
   が内面に凹凸部の存在しない中空円筒状に形成さ
   れ、前記モータの固定子、前記磁気軸受要素の固
   定側要素および前記複数の位置検出器が上記回転
   体本体側の中空部内に配置されてなることを特徴
   とする高速回転体装置。