JPS63210414A - 磁気軸受装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は回転機の磁気軸受装置に関する。

（従来の技術） 磁気軸受装置は、磁石間の反発力あるいは吸引力により
回転軸を非接触に支持する装置であり、超高速運転や潤
滑剤の混入を嫌う真空中での運転など接触形の軸受では
使用できない分野に適している。従来技術による磁気軸
受では、永久磁石同志の反発力を用いる反発形永久磁石
式と、電磁石に流れる電流を回転軸の振動に合わせて調
節して電磁石と回転軸の間の吸引力を制御する吸引彫型
磁石式とが代表的な形式である。

第７図は、反発形永久磁石式ラジアル軸受装置の構造を
説明する縦断面図であり、回転軸■に半径方向に磁束を
有する円筒永久磁石■を同心に取り付け、その外側に永
久磁石■と極性が逆方向の円筒永久磁石■を静止部■に
固定しである。このとき、２つの永久磁石は互いに反発
し合うため回転軸ωのポテンシャルは静止側円筒永久磁
石■の中心（Ｃ）において安定となり、回転軸ωが中心
（Ｃ）から偏心すると回転軸■を中心（Ｃ）へ押しもど
す方向に磁力が作用するので、回転軸■は静止部と接触
することなく支持される。

反発形の永久磁石式磁気軸受装置に対して、第８図に概
略構造を示す吸引彫型磁石式ラジアル磁気軸受装置では
１回転軸■の外周に配設された電磁石０）に励磁電流工
を通電すると、回転軸ωには電磁石に）の生ずる磁束に
よって磁気吸引力が作用するが、励磁電流Ｉが一定であ
ると、回転軸■は不安定な状態にあって変位が生じた場
合はその方向へ吸引されてしまうので、制御回路０は位
置センサ■によって計測された回転軸ωの変位をもとに
変位を修復するために必要な励磁電流を計算して電磁石
■が発生する磁束密度を調節して回転軸α）の安定性を
保持する。

以上はラジアル軸受装置に関するものであるがスラスト
軸受装置についても同様で、永久磁石式では反発形が電
磁石式では吸引形がそれぞれ主流である。

上述のように、磁気軸受装置は回転軸を非接触で支持す
るので、ころがり軸受やジャーナル軸受などでは焼き付
きのため使用できない超高速運転が可能であり、駆動装
置の軸受損失も皆無に等しくなる。また、潤滑剤が不要
のため、真空中の運転も極めて容易である。このように
すぐれた特徴を有している反面、従来技術では以下に説
明するような解決すべき問題が存在し、とりわけ大形機
械への適用がはばまれている。

まず、反発形永久磁石式磁気軸受においては、永久磁石
の磁力が調節できないために回転軸の振動を制御するこ
とができない。このため、危険速度通過時に不つり合い
により回転軸の振動が大きくなるので１回転軸のつり合
せを厳密に行う必要がある。したがって、その適用は小
形でかつ回転速度が比校的低いものに限られ、不つり合
い力が大きい大形機械や超高速運転への適用は国道であ
る。

次に、吸引彫型磁石式磁気軸受装置では、回転軸の荷重
を支持するため非常に大きな励磁電流を電磁石に供給し
なければならず、そのために大形の電源装置が必要であ
り、運転には大電力の消費を伴う。さらに、この励磁電
流を制御して回転軸の安定性を保持することから、制御
装置も大電流を制御できる大容量なものが必要である上
に、停電あるいは電源装置や制御装置が故障した場合に
は１回転軸の位置制御が不可能となるので１回転軸が静
止部と衝突して機械の破損へつながりかねないため、補
助電源や補助回路および回転軸を機械的に支持する補助
軸受等種々の保障装置を設ける必要があり、装置および
信頼性の上で吸引彫型磁石式磁気軸受には問題が多く、
かつ大形化には限界がある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来技術による磁気軸受では、反発形永久磁
石式にあっては回転軸の制振性の欠除、吸引彫型磁石式
にあっては大電流の消費、これに伴う大容量の電源およ
び制御装置の付帯、故障に対する保障装置の必要性など
、それぞれに問題がある上に、これらの問題を原因にし
て両方式とも適用機種の大形化をはかるのは非常に困難
である。

そこで、本発明においては、これら従来技術における問
題点に鑑み、消費電力が小さく、シたがって大容量の電
源および保障装置を不要にして簡単で、かつ回転軸の振
動制御が可能な磁気軸受装置の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明においては。

回転軸とこれに対向する静止部とにそれぞれギャップを
介して対向装着した磁石と、静止側磁石と静止部との間
に設けた電歪素子と、回転軸の変位を検出する位置セン
サと、位置センサからの変位信号を入力して前記電歪素
子を変形させる電力を供給して静止側磁石の位置を変化
させ、回転軸の振動を小さくさせる制御装置とを備えた
ことを特徴とする磁気軸受装置を提供する。

（作　用） このように構成されたものにおいては、磁石間の反発力
あるいは吸引力によって回転軸を所定の位置に保つもの
であるが１回転軸が変位すると振動が生ずるので、位置
センサで変位を検出し、位置センサからの変位信号を制
御装置に入力し、制御装置は電歪素子を変形させて静止
側磁石の位置を変化させ、磁力を調整し、回転軸の振動
を小さくし、安定した運転を継続させるものである。

（実施例） 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図は、実施例１の反発形永久磁石式ラジアル磁気軸
受装置の概略構造を示す縦断面図であり。

また、第２図はその上面図である。磁束の方向が半径方
向で極性は互いに反対の２つの円筒永久磁石■、（３）
を用意し、永久磁石■は回転軸■に、永久磁石■は円周
に等配された電歪素子（イ）を介してケーシングである
静止部■に装着する。そして、回転軸■の変位を検出す
る２個の位置センサ■を直角方向から回転軸（ト）に向
けて配置し、図示しない取付装置に固定する。位置セン
サ■からの変位信号を入力して電歪素子に）変形させる
電力を供給して静止側永久磁石（３）の位置を変化させ
、回転軸の振動を小さくさせる制御装置０を設ける。

次にこの実施例１の作用を説明する。上記のようにする
と、極性が反対であるために２つの永久磁石■、（３）
の間には反発磁力が生じて回転軸■は空中に支持される
が、回転軸■を支持する磁力Ｆは、回転側永久磁石■お
よび静止側永久磁石０の磁荷をそれぞれｆｕｅｌｌｓ両
者の相対位置をｒ、比例定数をＫとすれば で与えられる。ところで、静止側永久磁石■は、位置決
め装置として設けられた電歪素子（イ）によりその位置
を移動させることができるので、電歪素子０）を制御す
ることによって両永久磁石■および■の相対的位置ｒを
変更して回転軸■の支持力を調節し、回転軸（υの振動
を制御することが可能である。すなわち、位置センサ０
によって測定された回転軸■の変位に対して、回転軸■
の振動を極小とする回転軸の最適な支持力Ｆ。が存在す
るが、制御装置（０は式（１０１）からＦ。を得るため
の永久磁石■、■の相対位置ｒ０を求め、その位置まで
電歪素子（イ）を制御して静止側永久磁石■を移動させ
る。

このように、静止側永久磁石■の位置制御を行うことに
より、永久磁石式ながら回転軸（υの振動を制御可能な
磁気軸受が形成される。

実施例２ 第３図は同じく反発形永久磁石式ラジアル磁気軸受装置
の横断面図であるが、第２図の実施例１では静止側永久
磁石■は一体であるのに対して、この実施例２では静止
側永久磁石■は４個に等分割され、それぞれが電歪素子
（イ）に装着されている。

静止側永久磁石（３）は個々に位置センサ■によって計
測された回転軸（υの変位をもとに回転軸■との相対的
位置を制御する。他は実施例１と同様である。

このようにすると、静止側永久磁石■は各分割部ごとに
移動できるので、位置制御が精密にできる。

また、第１．第２の実施例の変形例として、上述の２つ
の反発形永久磁石式ラジアル磁気軸受と同一の構成で、
回転側永久磁石■および静止側永久磁石■の極性を同方
向にした場合、回転軸■に作用する支持力が吸引力とな
ることを考慮して、同様の制御を行うことにより吸引形
永久磁石式ラジアル磁気軸受装置が形成される。

実施例３ 第４図は、第３の実施例の吸引彫型磁石式ラジアル磁気
軸受装置の構造を説明する縦断面図で。

静止側電磁石（３ａ）をケーシングである静止部■に電
歪素子（イ）を介して位置制御が可能に取り付けである
。静止側電磁石（３ａ）は、一定電流を供給されて一定
磁束を発生し、渦電流による発熱を避けるため回転軸■
に装着された積層珪素鋼板からなる回転側磁石鉄心（２
ａ）に磁気吸引力を作用させる。

このようにすると制御装置０は、位置センサ０によって
測定された回転軸■の変位から、静止側電磁石（３ａ）
の位置決、め装置である電歪素子に）を制御して、回転
軸■に作用する電磁吸引力を調節して回転軸■を安定に
支持する。そして吸引形であるから回転側磁石は鉄心（
２ａ）だけで良い。

実施例４ 第５図は第４の実施例の吸引彫型磁石式磁気軸受装置を
示す。これは荷重の大きな回転軸ωを支持するために静
止側の磁石を超電導電磁石（３ｂ）にて構成したもので
あって、他は実施例３（第４図参照）を横形にして軸受
台（８）で支えたものと同じである。

このようにすれば超電導電磁石（３ｂ）を使用したこと
から強力な磁束を得ることができ、しかも電歪素子（イ
）で超電導電磁石（３ｂ）の位置決めをするから、超電
導電磁石（３ｂ）は一定礎束を発生しておれば良く、磁
束変化による超電導性喪失の恐れがなく、大形の機械に
も適用が可能である。

実施例５ 第６図は第５の実施例を示し５反発形永久磁石式スラス
ト磁気軸受装置の構造を説明する縦断面図である。軸方
向に磁束を有する円盤状の永久磁石■を回転軸■に同心
に取り付け、永久磁石■に対向してその両側に永久磁石
■と逆の極性を有する円環状の永久磁石■を位置決め装
置である電歪素子に）を介して永久磁石■と相対的に移
動可能にケーシングからなる静止部■に装着する。回転
軸■の軸端に設けた位置センサ０は、回転軸０）の位置
を測定し制御装置０へ伝える。制御装置０は回転軸■の
振動を極小とする磁力が得られる永久磁石■の位置を計
算して、電歪素子に）を制御して永久磁石（３）をその
位置まで移動させ、回転軸（ト）を安定に支持する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、静止側磁石の回転
軸との相対位置を電歪素子で決めるので、消費電力が小
さく、したがって大容量の電源および保障装置を不要に
して、簡単でかつ回転軸の振動制御が可能な磁気軸受装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気軸受装置の第１の実施例を示す縦
断面、第２図は第１図の各部品の配置を示す上面図、第
３図は第２の実施例の各部品の配置を示す上面図、第４
図ないし第６図は第３ないし第５の実施例を示す縦断面
図、第７図および第８図はそれぞれ異なる従来例を示す
縦断面図である。 １・・・回転軸、　　　　　　２・・・回転側磁石であ
る永久磁石、２ａ・・・回転側磁石である鉄心、 ３・・・静止側磁石である永久磁石、 ３ａ・・・静止側磁石である電磁石、 ３ｂ・・・静止側磁石である超電導電磁石、４・・・電
歪素子、　　　　５・・・位置センサ、６・・・制御装
置、　　　　　７・・・静止部であるケーシング、８・
・・軸受台。 代理人　弁理士　　井　上　−男 ′＠　　１　　図 第　２　図 第　　３　　図 第　　４　　図 第６図 第　　７　　図 イー１ や ノ（コ 鉄 心 第　　８　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸とこれに対向する静止部とにそれぞれギャップを
   介して対向装着した磁石と、静止側磁石と静止部との間
   に設けた電歪素子と、回転軸の変位を検出する位置セン
   サと、位置センサからの変位信号を入力して前記電歪素
   子を変形させる電力を供給して静止側磁石の位置を変化
   させ、回転軸の振動を小さくさせる制御装置とを備えた
   ことを特徴とする磁気軸受装置。