JPS6311389Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は磁気軸受、特に高速で回転する軸体
用の制御式磁気軸受に関するものである。

近年、３ないし４万rpmというような高速で回
転する工作機主軸やターボ分子ポンプのポンプ軸
等の回転軸体には、磁力によつて回転軸体を非接
触で支持する磁気軸受、特に回転軸体の偏心をほ
ぼゼロに保つことのできる制御式磁気軸受が用い
られるようになつてきた。これらの磁気軸受に
は、機械的な摩擦部分がないため、エネルギー損
失が少なく、潤滑油やシールが不要である等、独
特の長所がある。

磁気軸受の原理は、回転軸体の外周に珪素鋼板
等の高透磁率材料製のリングを軸線方向に積層し
て回転軸体と一体に回転可能な磁気軸受ロータと
し、この軸受ロータにその周囲に等角度間隔で配
置された磁気軸受ステータが発生する磁場を作用
させることにより回転軸体を軸受支持するという
ものであり、制御式磁気軸受においては、回転軸
体の偏心位置を検出する位置センサの出力によつ
て磁気ステータにより作り出される磁場を制御
し、これによつて回転軸体の偏心をゼロに保つよ
うになつている。また、ステータが発生する磁場
の強さＦはステータコイルの励磁電流ｉの２乗に
比例する、すなわちＦ∝i²の関係があり、制御式
磁気軸受においては、ステータの制御系を線形化
するためにステータ磁気ループにバイアス磁束を
与えるという方法がとられている。

このバイアス磁束を与えるやり方としては、ス
テータコイルを制御コイルとバイアスコイルとで
構成し、後者に一定のバイアス電流を流す、ステ
ータコイルの励磁電流に一定のバイアス電流を重
ね合わせて流す、あるいは永久磁石による等の方
法がある。

しかしながら、これら従来のいずれの方法にお
いても、バイアス磁束を含めて磁気軸受ステータ
より発生する磁場または磁気ループの磁束は大部
分が軸受ロータの積層珪素鋼板をその周方向に沿
つて通過するものの、その内側にこれと密着され
た焼入鋼等の磁性材料製の回転軸体内に回わり込
む磁束もかなりある。すなわち、高透磁率材料製
の軸受ロータは、回転軸体と磁気的にほぼ一体を
なすため、これに磁気遮蔽効果を及ぼし得ないも
のと考えられ、その結果、回転時に回転軸体が磁
気ヒステリシスや渦電流による鉄損によつて発熱
し、軸受トルクが増大するという問題がある。

これに対して、回転軸体を非磁性材料で形成す
るならば、回転軸体への磁束の回わり込みを防ぐ
ことができ、この部分での鉄損をなくすことは可
能である。しかしながら、磁気軸受を用いた高速
回転軸体においては、停電、強力な電気的外乱、、
電子制御部の故障等、何らかの異常による磁気軸
受の制御不能時のために、非常用軸受として転が
り軸受を備え、この転がり軸受の内輪内周と回転
軸体外周との間に0.1ないし1.0mm程度の隙間を設
けることにより、磁気軸受の正常動作時は転がり
軸受を機能させず、異常時にのみ機能させるよう
になつている。その結果、異常時には、転がり軸
受との接触によつて回転軸体に大きな衝撃が作用
し、塑性変形を生じる恐れがあるため、回転軸体
の材料としてはどうしても機械的強度の優れた焼
入れ鋼、すなわち磁性材料を使用する必要があ
り、上記のような鉄損の発生を逸れ得ない。ま
た、軸受荷重が大きい場合に、これに応じて軸受
ステータによる磁場の強さを増大させようとして
も、上記の理由から制約を受ける。

この考案は上記のような事情に鑑みなされたも
ので、その目的は回転軸体の鉄損による発熱を押
え、軸受トルクの増大を防ぐとともに、ラジアル
荷重が大きい場合にも適用可能な磁気軸受を提供
することにある。

この考案の磁気軸受は、焼入れ鋼製回転軸体
と、この回転軸体の回わりにその軸線方向に沿つ
て積層された珪素鋼板製リングよりなる磁気軸受
ロータと、上記回転軸体外周面と磁気軸受ロータ
内周面との間に介在され、回転軸体および磁気軸
受ロータと一体状に回転可能なオーステナイト系
ステンレス鋼製スリーブと、上記磁気軸受ロータ
の回わりに等角度間隙で配置され、上記回転軸体
の偏心をゼロに保つよう制御された磁場を磁気軸
受ロータに作用させる磁気軸受ステータと、を具
備したことを特徴とする。

以下、この考案の磁気軸受の一実施例について
図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図および第２図において、回転軸体１の外
周には肉厚が１ないし５mm程度の非磁性材料製の
スリーブ２が密着状に被せられている。この非磁
性材料としては、鋼と同様の機械的性質を有する
ものが望ましく、特にオーステナイト系ステンレ
ス鋼が好適である。また、その肉厚は必ずしも上
記範囲に限定されるものではなく、設計条件によ
り適宜選択すればよい。非磁性材料製スリーブ２
の外周には、たとえば珪素鋼板等の高透磁率材料
製のリングを積層することにより形成される磁気
軸受ロータ３が密着状に取付けられており、回転
軸体１およびスリーブ２と一体に回転するように
なつている。

上記磁気軸受ロータ３の回わりには互いに一定
角度間隔を置いて磁気軸受ステータ４が配設され
ており、この磁気軸受ステータ４が作り出す磁場
を磁気軸受ロータ３に回転軸体１の偏心をゼロに
保つよう制御しつつ作用させることにより、回転
軸体１は非接触で軸受支持される。回転軸体１が
回転している時磁気軸受ステータ４からの磁束が
回転軸体１の中に回わり込むと、これに鉄損を生
じるが、スリーブ２は非磁性材料製であり、これ
が回転軸体１と磁気軸受ロータ３との間に介在し
て、高透磁率を有する磁気軸受ロータ３に磁気遮
蔽効果を発揮させる。すなわち、スリーブ２は磁
気的には真空もしくは空気とほぼ等価と見なすこ
とができ、磁気軸受ステータ４からの磁束は磁気
軸受ロータ３により遮蔽されるため、回転軸体１
には回わり込まない。なお、第１図において、符
号５は非常用の転がり軸受を示す。

以上に説明したように、この考案の磁気軸受
は、磁気軸受ステータからの磁束を回転軸体内に
回わり込まないよう遮蔽したため、鉄損により回
転軸体が発熱し、軸受トルクが増大するのを防ぐ
ことができる。この点に関しては、真空中で回転
部分を回転させて行なつたこの考案と従来技術に
よる磁気軸受との比較実験により、約30パーセン
トの軸受トルクの減少が確認されている。さら
に、この考案の磁気軸受は、磁気軸受ステータが
発生する磁場を強くしても回転軸体の鉄損を防ぐ
ことができるため、ラジアル荷重が大きい場合に
も適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の磁気軸受の一実施例の軸線
断面図、第２図は第１図の線−で切断した概
略横断面図である。 １……回転軸体、２……非磁性材料製スリー
ブ、３……磁気軸受ロータ、４……磁気軸受ステ
ータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 焼入れ鋼製回転軸体と； この回転軸体の回わりにその軸線方向に沿つて
   積層された珪素鋼板製リングよりなる磁気軸受ロ
   ータと； 上記回転軸体外周面と磁気軸受ロータ内周面と
   の間に介在され、回転軸体および磁気軸受ロータ
   と一体状に回転可能なオーステナイト系ステンレ
   ス鋼製スリーブと； 上記磁気軸受ロータの回わりに等角度間隔で配
   置され、上記回転軸体の偏心をゼロに保つよう制
   御された磁場を磁気軸受ロータに作用させる磁気
   軸受ステータと； を具備したことを特徴とする磁気軸受。