JPH0126404B2 - - Google Patents

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JPH0126404B2
JPH0126404B2 JP58118699A JP11869983A JPH0126404B2 JP H0126404 B2 JPH0126404 B2 JP H0126404B2 JP 58118699 A JP58118699 A JP 58118699A JP 11869983 A JP11869983 A JP 11869983A JP H0126404 B2 JPH0126404 B2 JP H0126404B2
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JP
Japan
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stator
rotor
yoke
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yokes
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JP58118699A
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JPS6011716A (ja
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Tsutomu Murakami
Atsushi Nakajima
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KAGAKU GIJUTSUCHO KOKU UCHU GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Original Assignee
KAGAKU GIJUTSUCHO KOKU UCHU GIJUTSU KENKYUSHOCHO
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Publication date
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Publication of JPS6011716A publication Critical patent/JPS6011716A/ja
Publication of JPH0126404B2 publication Critical patent/JPH0126404B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0459Details of the magnetic circuit
    • F16C32/0461Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
    • F16C32/0465Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/048Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 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、半径方向の
位置制御を可能とするラジアル制御型磁気軸受に
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・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、真空分子ポンプ、ジヤイロ、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。
一般に低消費型の磁気軸受には永久磁石が用い
られることが多く、アキシヤル制御型においては
その着磁の方向は半径方向になされているものが
多いが、実際には半径方向に着磁した永久磁石の
製造と、ヨークとの磁気的接続には困難を伴う。
本出願人は先に、このような観点から特願昭57
−160376号によつて軸方向に着磁した磁気軸受を
出願したが、永久磁石と電磁石を共に2段に積み
重ねているので厚さが大きいものであつた。しか
し、半径軸廻りの制御が不要の場合には、より単
純な形状で構成することが可能である。
本発明の目的は、永久磁石に軸方向に着磁した
ものを用いると共に、部品が少なくかつ厚さが薄
く性能の良好なラジアル制御型磁気軸受を提供す
ることにあり、この要旨は、軸を中心に一方の周
囲を他方が非接触で相対的に回転するロータ部と
ステータ部とから成り、前記ロータ部と前記ステ
ータ部は、それぞれ2枚の平行に配列した平板円
環状ヨークを有すると共に、これらの2枚のロー
タ部ヨークと2枚のステータ部ヨークとはそれぞ
れ半径方向に空隙磁路を隔てて対向し、前記ステ
ータ部又は前記ロータ部と前記ステータ部の両者
の前記ヨーク間に軸方向に着磁した永久磁石を挟
着し、前記ステータ部ヨークと磁気的に接合する
電磁ヨークに電磁コイルを設け、前記2つの空隙
磁路のうちの一方は前記永久磁石のみの磁束が存
在し、他方は前記永久磁石と前記電磁コイルの両
者の磁束が共存するようにして、前記永久磁石に
よつて前記ロータ部と前記ステータ部の前記ヨー
ク間に作用する吸引力を前記電磁コイルによる制
御吸引力によつて調整し、前記ロータ部の前記ス
テータ部に対する半径方向位置の制御を行うよう
にしたことを特徴とするものである。
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は第1の実施例の縦断面図、第2図はス
テータ部1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は軸に一体的に
固定されており、その周囲をロータ部2が回転す
るような構成とされ、ロータ部2にはフライホイ
ールが取付けられているが、これらの軸、フライ
ホイールは図示を省略されている。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2個
のヨーク、即ち第1、第2のステータヨーク1
1,12とを有し、これらの間には円環状で軸方
向に着磁された永久磁石13が挟設されている。
第2のステータヨーク12は例えば第2図に示す
ように、等角度の4個所に磁気抵抗の大きなくび
れ部14を有しており、更に十字状の電磁ヨーク
15が取付けられている。この電磁ヨーク15は
第2のステータヨーク12のくびれ部14により
分離された分離部に磁気的に接続されている。ま
た、電磁ヨーク15の各脚部15a,15b,1
5c,15dには、それぞれ1個ずつ計4個の電
磁コイル16a,16b,16c,16dが巻回
されている。
一方、ロータ部2には第1、第2のステータヨ
ーク11,12の周囲を非接触で回転するため
に、これらのヨーク11,12よりも大径の2個
の平板円環状の第1、第2のロータヨーク21,
22が設けられており、これらの内周面の極磁が
ステータヨーク11,12の外周面の磁極とそれ
ぞれ対向するように配置されている。また、ロー
タヨーク21,22同士の間にもステータ部1と
同様に軸方向に着磁された永久磁石23が挟設さ
れている。なお、このロータ部2の永久磁石23
の極性は、ステータ部1の永久磁石13の極性の
向きとは逆方向となつている。
第1図、第2図において30,31はそれぞれ
ロータ部2のX軸方向、Y軸方向の変位を検出す
るための位置センサであり、X軸用位置センサ3
0の出力は補償回路32、電力増幅器33を経
て、電磁ヨーク15のX軸方向の脚部15a,1
5cに巻回された電磁コイル16a,16cに電
流を流すようにされている。同様にして、Y軸用
位置センサ31からはY軸方向の脚部15b,1
5dに巻回された電磁コイル16b,16dに電
流が供与される。
本実施例は上述の構成を有するので、第1のス
テータヨーク11及び第1のロータヨーク21
は、永久磁石13,23のみによる磁束φ1しか
存在せず、この第1のステータヨーク11と第1
のロータヨーク21間の空隙磁路G1は非変調ギ
ヤツプとなつている。これに対し、第2のステー
タヨーク12及び第2のロータヨーク22には、
永久磁石13,23からの磁束φ1と電磁コイル
16a,…から発生する磁束φ2が共存し、これ
らの間の空隙磁路G2は所謂変調ギヤツプであ
る。
作動時においては、永久磁石13,23のN極
からS極へ磁束φ1が通過し、即ち第1のロータ
ヨーク21から第1のステータヨーク11へ磁束
φ1が流れ込むと同時に、第2のステータヨーク
12から第2のロータヨーク22へ磁束φ1が流
れ込むことになる。従つて、この磁束φ1の通過
によりステータヨーク11,12とロータヨーク
21,22との空隙磁路G1,G2には磁気吸引
力が作用することになる。
理想的な状態を考えてみれば、この吸引力は全
ゆる方向において相殺され、ロータ部2は半径方
向の特定な方向に偏位することなく不安定に平衡
した状態にある。しかし、実際には製作上の精度
等からロータ部2が一方向に偏位することは避け
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が狭
く、右側の空隙磁路G1,G2が大きくなる。従
つて、左側の空隙磁路G1,G2の磁気抵抗が小
くなるために、この部分における永久磁石13,
23からの磁束φ1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。
この偏位はX軸用位置センサ30により検出さ
れ、電磁ヨーク15のX軸方向の脚部15a,1
5cに設けられた電磁コイル16a,16cに補
償回路32の制御信号に基づく電流を流すことに
なる。その結果、永久磁石13,23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G2を第2のステータヨーク1
2から第2のロータヨーク22に通過し、ロータ
ヨーク22を半周し、左側の空隙磁路G2をロー
タヨーク22からステータヨーク12に戻るよう
な磁束φ2を流す。この磁束φ2によつて、ロータ
ヨーク21,22の偏位による永久磁石13,2
3からの磁束φ1の変化を相殺し、左側の空隙磁
束G1,G2においては吸引力を減少させ、右側
の空隙磁路G1,G2では吸引力を増加させるこ
とによつて、ロータ部2を元の中立状態に復元さ
せ全体の吸引力を平衡させることができる。この
場合、ロータ部2がたとえ軸方向に偏位しても、
磁束φ1,φ2の流れにより、ステータヨーク11,
12とロータヨーク21,22との磁極周面同士
が正対するように復元することになる。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、第2のステータヨーク12にはくび
れ部14を設け、相互に磁気的に分離した複数個
の分離部を設けておくことにより、電磁コイル1
6からの磁束φ2はX軸、Y軸上に存在する分離
部のみを主に通過することになり、ステータヨー
ク12を環流することが少ないので、磁束φ2
効率良くステータ部1、ロータ部2のヨーク同士
の吸引のために作用させることが可能となる。
第3図は第2の実施例の縦断面図であり、先の
実施例と異なるところは、ロータ部2の永久磁石
23を使用していないことである。この場合にロ
ータ部2の第1、第2のロータヨーク21,22
同士は、外側部で連結された一体構造とされてい
る。
作用的には、先の実施例と同様に空隙磁路G1
は非変調ギヤツプ、G2は変調ギヤツプであつ
て、永久磁石13のN極から出た磁束φ1は、第
2のステータヨーク12から第2のロータヨーク
22、第1のロータヨーク21及び第1のステー
タヨーク11を経由してS極に戻ることになる。
なお、永久磁石は一体のリング状ではなく、第
4図に示すように複数個の例えば円筒形などの単
純な形状の永久磁石40をリング状に並べ、これ
を収容する筒部を有する部材を非磁性体である
銅、アルミニウムなどで製作してもよい。また、
空隙磁路に面するヨーク11,12,21,22
の磁極は第1図、第3図に示すように1枚の歯と
しているが、これを第5図に示すような複数枚の
歯にして、軸方向の剛性を向上させるようにする
ことも可能である。なお、24はロータ部2の補
強用非磁性リングである。
なお、ステータヨーク12のくびれ部14は、
電磁ヨーク15を十字状としたために4個設けた
が、電磁ヨーク15は等間隔に3本脚のものとし
てベクトル比によつて制御することもでき、この
場合のくびれ部14の数は3個とすればよい。ま
た、このくびれ部14の代りに磁気的に完全に切
断するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明に係るラジアル制
御型磁気軸受は次のような効果を有する。
(1) 永久磁石は軸方向に着磁して使用しているの
で、永久磁石の製造が容易になり、かつヨーク
との磁気的接続が容易になる。
(2) 永久磁石と電磁石との数が少なく、容積も縮
小され偏平な形状とすることができる。
(3) 第1ステータヨーク及び第1のロータヨーク
間の空隙磁路は、永久磁石のみによる非変調ギ
ヤツプなので磁束密度を増加することができ、
そのために軸方向の剛性、及び半径方向軸周り
の剛性を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係るラジアル制御型磁気軸受の
実施例を示し、第1図はその縦断面図、第2図は
ステータ部、ロータ部の平面図、第3図は他の実
施例の縦断面図、第4図は永久磁石の配置の変形
例の一部平面図、第5図はヨークの断面図であ
る。 符号1はステータ部、2はロータ部、11,1
2はステータヨーク、13,23は永久磁石、1
4はくびれ部、15は電磁ヨーク、16は電磁コ
イル、21,22はロータヨーク、30,31は
位置センサ、φ1,φ2は磁束、G1,G2は空隙
磁路である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 軸を中心に一方の周囲を他方が非接触で相対
    的に回転するロータ部とステータ部とから成り、
    前記ロータ部と前記ステータ部は、それぞれ2枚
    の平行に配列した平板円環状ヨークを有すると共
    に、これらの2枚のロータ部ヨークと2枚のステ
    ータ部ヨークとはそれぞれ半径方向に空隙磁路を
    隔てて対向し、前記ステータ部又は前記ロータ部
    と前記ステータ部の両者の前記ヨーク間に軸方向
    に着磁した永久磁石を挟着し、前記ステータ部ヨ
    ークと磁気的に接合する電磁ヨークに電磁コイル
    を設け、前記2つの空隙磁路のうちの一方は前記
    永久磁石のみの磁束が存在し、他方は前記永久磁
    石と前記電磁コイルの両者の磁束が共存するよう
    にして、前記永久磁石によつて前記ロータ部と前
    記ステータ部の前記ヨーク間に作用する吸引力を
    前記電磁コイルによる制御吸引力によつて調整
    し、前記ロータ部の前記ステータ部に対する半径
    方向位置の制御を行うようにしたことを特徴とす
    るラジアル制御型磁気軸受。 2 前記電磁ヨークと接合する前記ステータ部ヨ
    ークは、等角度に少なくとも3個に相互間の磁気
    抵抗が大きくなるように分離した分離部を有する
    特許請求の範囲第1項に記載のラジアル制御型磁
    気軸受。
JP58118699A 1983-06-30 1983-06-30 ラジアル制御型磁気軸受 Granted JPS6011716A (ja)

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JPS6011716A JPS6011716A (ja) 1985-01-22
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61175314A (ja) * 1985-01-31 1986-08-07 Natl Aerospace Lab 磁気軸受

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