JPH0155806B2 - - Google Patents

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JPH0155806B2
JPH0155806B2 JP60063188A JP6318885A JPH0155806B2 JP H0155806 B2 JPH0155806 B2 JP H0155806B2 JP 60063188 A JP60063188 A JP 60063188A JP 6318885 A JP6318885 A JP 6318885A JP H0155806 B2 JPH0155806 B2 JP H0155806B2
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magnetic bearing
coils
coil
windings
radial magnetic
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JP60063188A
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JPS60220220A (ja
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Aberuman Erumuu
Buruune Moorisu
Jerubieeru Aran
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YUUROPEENU DO PUROPUYURUSHION SOC
Original Assignee
YUUROPEENU DO PUROPUYURUSHION SOC
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Publication date
Application filed by YUUROPEENU DO PUROPUYURUSHION SOC filed Critical YUUROPEENU DO PUROPUYURUSHION SOC
Publication of JPS60220220A publication Critical patent/JPS60220220A/ja
Publication of JPH0155806B2 publication Critical patent/JPH0155806B2/ja
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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
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation 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
    • 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
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/048—Active 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は一体ロータ付ラジアル磁気軸受に関
する。上記磁気軸受は、アーマチユアと電磁コイ
ルから成るステータと、上記ステータに対向して
配置されかつ回転軸に固着されるロータと、上記
ステータに対して上記ロータの半径方向の位置を
検知する位置検知器と、上記位置検知器によつて
供給される信号の値に基づいて上記電磁コイルを
通る電流を調節するサーボ制御回路を備えてい
る。
〈従来の技術〉 周知のごとく、回転部分に関しては、上記回転
部分が曲げによつて変形する臨界速度がある。上
記曲げられた部分は節と腹とを提示している。そ
れ故、適切な制動によつて上記速度を通過できる
ことが望まれる。
フランス特許2336603号は、ラジアル磁気軸受
を塔載したロータの臨界周波数を制動する手段を
開示している。上記装置は、上記磁気軸受のサー
ボ制御回路のゲインを選択的に増幅する手段を備
え、上記ロータの回転速度に等しい周波数が集中
する狭い周波数帯内で、同位相または位相の進み
をもつて満足いくように作動する。しかしなが
ら、選択的な増幅を要求する高いレベル、すなわ
ち、臨界周波数を通過するときに効果的な制動を
得るのに必要な磁場の増加されたレベルを考慮す
ると、上記磁気軸受は、積層された鉄製磁性体か
ら成る環状のロータアーマチユアを用いなければ
ならない。これは、非常に大きな直径の軸を備え
たすべての回転機械に用いるには可能なことでは
ない。また、現存する機械にこの機械を全く分解
することなく上記磁気軸受を適用することは実質
的にできない。積層物はしばしば回転速度が非常
に高くなると危険を伴う。
上記ロータに積層物を用いる必要性を除くため
に、第１図に示されるタイプであつて、軸方向の
磁束を有する半径方向の磁気軸受を用いることが
可能である。第１図中のＵ字形状の電磁石は、上
記ロータ軸に直交する左右対称平面の夫々の側に
設けられた極を有する。この場合、積層されてい
ないロータであつて、一体物かあるいは管状のロ
ータが、臨界周波数を通過するとき制動を得るた
めに用いられる。磁力をあまり強くできず、また
上記ロータへの磁束の浸透をあまり深くできない
限り、この特別の計画はある限界を提示せざるを
得ない。さらに、上記ロータは渦巻き電流によつ
て過熱される。これは、理論上、上記ロータと同
位相で変わる正弦波でないからである。
〈発明の目的、構成、効果〉 この発明の目的は、上述の欠点を解消すること
と、たとえ高誘導磁場を有する磁気軸受に必要な
大直径のロータであつても、臨界周波数を通過す
るときの乱れ現像を迅速かつ効果的に制動するこ
とにある。
これらの目的は、上述されたタイプのラジアル
磁気軸受を用いることで達成される。この場合、
この発明によれば、上記ロータは積層物でなくて
一体物であり、上記電磁コイルは、半径方向の磁
束を有する回転正弦波磁場を発生するようになつ
ており、上記電磁コイルは、上記ステータの周囲
にわたつて配置されると共に上記サーボ制御回路
から１個づつ連続して給電される複数の巻線を備
えている。
これらの特徴のために、上記ロータは１回転に
わたつて磁場の変化を実質的に見ない。その結
果、臨界周波数を通過するときに、効率的な制動
が達成されて、渦巻き電流による特別の過熱も生
じることはない。
さらに特徴あることには、連続して給電される
上記巻線の各々は、第１方向に給電される第１コ
イルと上記第１方向と反対方向に給電される第２
コイルとを備え、上記第２コイルは上記第１コイ
ルに対してある角度をもつて偏位した位置に設け
られていると共に、上記第１、第２コイルは直列
に接続されている。
一つの巻線を構成する各対のコイルは、上記巻
線特有の直流増幅器から一定の電流の流れ方向を
もつて給電される。異なる巻線のコイルが重ねら
れている。
さらに、特徴のあることには、個々の巻線の第
１コイルは、その巻線の前に給電されている巻線
のうちの最後から２番目の巻線の第２のコイルに
重ねられている。
全ての各巻線における上記第１コイルは、直前
に給電される上記巻線の第１コイルと第２コイル
の間に挿入されている。
上記巻線のコイルは上記ステータの外周に規則
正しく配分されている。
有利なことには、上記コイルの全ては相互に同
一であり、また、上記増幅器の全ても相互に同一
である。
この発明の磁気軸受は、少なくとも３個の巻線
を備え、各巻線は、一対のコイルからなり、か
つ、その巻線特有の増幅器から給電される。
この発明で非常に有利な１個の実施例によれ
ば、上記磁気軸受は、８個の巻線を備え、各巻線
は上記巻線特有の増幅器から給電される一対のコ
イルから構成されている。
この場合、上記全ての各巻線の上記第１コイル
と第２コイルは、相互に90度偏位されている。
この発明のもう１つの望ましい実施例によれ
ば、上記磁気軸受は、10個の巻線を備え、各巻線
は、一対のコイルを備えると共に、上記巻線特有
の増幅器から給電される。
この発明の磁気軸受は、大直径の軸の端部に装
着されている。
この発明は以下の記述を読めば一層容易に理解
できる。
〈実施例〉 第１図に示すように、軸方向の磁束を有する半
径方向に磁気軸受は２個のＵ字形の電磁石１から
成り、各電磁石１は極片３，４を有し、極片はロ
ータ２の軸方向に直角の半径方向の平面に関して
左右対称になつている。電流I1，I2を印加するこ
とによつて給電されるコイル５，６は、極片３，
４に巻かれている。このタイプの軸受は符号７で
示される破線に沿つて磁束を生む。その磁束はロ
ータ２の外周の軸方向に沿つて通る。このロータ
２は中実か管状かのどちらかであり、上記ロータ
の積層物である必要はない。このようなタイプの
磁気軸受は、上記ロータが臨界速度を通過するた
び毎に制動を発生するが、上述したようなある欠
点を有していて、すべてのタイプの回転機械に適
用できない。
第２図乃至第４図は半径方向の磁束を有するラ
ジアル磁気軸受を示し、上記磁気軸受は、第１図
の軸受とは反対に、大直径で高速回転をするロー
タに適用される。
第２図と第３図はラジアル磁気軸受のステータ
１００を示し、上記磁気軸受は、固定されたアー
マチユア（amature）１２０のノツチ１２１内に
設けられ、複数のコイル１０１〜１０８と１１１
〜１１８を備えている。明確にするため、第２図
中、第４図中の変形例もまた同様、電磁コイルだ
けを略記号で示す。
第２図および第３図に示すように、８個の対の
コイル１０１，１１１；１０２，１１２；…１０
８，１１８が固定されたアーマチユア１２０の外
周に規則的に配置されている。各対のコイル１０
１，１１１；…１０８，１１８は巻いた状態で構
成され、直流を供給する増幅器１１，−18から反
対の極性でもつて同じ電流が供給されている。そ
の直流の流れ方向は一定である。一対のコイルに
よつて構成される各巻線に関しては、第１コイル
１０１，…１０８は第１方向に流れる電流によつ
て給電され、第２コイル１１１，…１１８は上記
第１方向と反対方向に流れる同じ電流によつて給
電される。各巻線１０１，１１１；…１０８，１
１８に関しては、第２コイル１１１，…１１８は
第１コイル１０１，…１０８に対して角度におい
て90度偏位している。
電磁巻線に給電するサーボ制御回路２０の内側
で開閉操作を行なう回路３３によつて、上記サー
ボ制御回路２０は次から次へ連続して異なる対の
コイル１０１，１１１；１０２，１１２；…１０
８，１１８に給電する。上記電磁コイルは、ステ
ータ１００の外周に連続して配置され、ロータ２
が回転するとき、ロータの同じ領域と向い合つた
所にきている。第２図中ロータ２が矢印の示す方
向に回転するとき、上記サーボ制御回路２０は順
序よく連続して増幅器１１，１２，…１８に１個
づつ給電する。
上記サーボ制御回路２０は、従来の構造を有
し、かつ、ロータ２の半径方向位置を検知する位
置検知器３１，３２によつて出力された信号の値
を関数としてステータ電磁巻線に印加される電流
の値を調整する。上記位置検知器は、半径平面内
で２個の直交する方向の上記ロータの変位を検知
する。
上記回路３３は種々の増幅器１１，１２，…１
８の給電の開閉を行ない、かつ、ロータ２の回転
速度を検知する検知手段を備えて、上記ロータの
回転によつて種々の増幅器１１，…１８の給電操
作を同時に行なうことができる。各対のコイル１
０１，１１１；１０２，１１２；…１０８，１１
８は上記ロータに作用し、その結果生じた作用
は、ステータに関して考えた場合、上述のように
励磁された対のコイルの作用に対して2π／ｎだけ偏 位されている。ｎはステータの周りに配置された
対のコイルの総数である。開閉パルスは、ロータ
２の回転の関数として、上記ロータが2π／ｎの角度 を通る毎に、速度検知部材によつて出力される信
号から生じる。上記ロータの半径方向の位置検知
器３１，３２に関して、対のコイルのステータの
位置がよく定められている。開閉パルスを生み出
す作用としてサーボ制御回路２０によつて連続し
て給電される各増幅器１１，…１８は、位置検知
器３１，３２によつて出力される信号の作用とし
て適切な引出し機能をロータに作用して、予め調
節された平行位置に上記ロータを保持する。
迅速な取付の目的で、一定の巻線の第１コイル
１０１，…１０８は最後に印加される巻線の直前
に設けられた巻線の第２コイル１１７，…１１６
の上に重ねて置かれている。さらに、第２図に示
されるように、連続して巻かれている種々の第１
コイル１０１，…１０８は規則正しく相互に45度
づつ隔てて配置されている。同様に、種々の連続
した巻線の第２コイル１１１，…１１８は、規則
正しい型で相互から45度離れた位置に設けられて
いる。それぞれの巻線の第１コイル１０１，…１
０８は、直前に給電される巻線の第１コイルと第
２コイル１０８，１１８；…１０７，１１７の間
に挿入され、その間の途中に角度をもつて設けら
れている。
種々のコイルは、すべて同一の特性を有し、上
記増幅器１１〜１８もまた同一の特性を有する。
これは、半径方向の磁束を有すと共に回転する正
弦波磁場を生み、正弦波磁場はロータ２の動きに
追従する。それゆえ、正弦波磁場は１回転にわた
つていかなる磁場の変化をも見ない。そのため、
一体物のロータを用いることができ、臨界周波数
を通過するときに効果的な制動を確保できる。
理解を容易にするため、第１巻線のコイル１０
１，１１１が増幅器１１から給電される一方、他
のコイルが何ら電流を受流を受信しない時間t0に
上記軸受のステータ１００のアーマチユア１２０
とロータ２内に循環する半径方向の磁束φ0は第
３図中破線で示されている。この第３図に明らか
に示すように、ロータは時計方向に回転してお
り、初期時間t0における原点（0゜）は巻線１０１
と45゜の角度をなしている。第３図は、上記ロー
タの回転角度45度に対応する時間t1における上記
軸受のステータ１００のアーマチユア１２０を示
し、また、ロータ２内を循環する半径方向の磁束
φ1とを破線で示している。上記時間t1の間は、第
２巻線コイル１０２，１１２は増幅器１２より給
電される一方、他のすべてのコイルは効力がなく
電流を受信していない。時間t0でコイル１０１，
１１１によつて生み出される磁束φ0のために上
記ロータに作用される磁力F0と、時間t1でコイル
１０２，１１２によつて生み出される磁束φ1の
ために上記ロータに作用される磁力F1とは第３
図中矢印で示されている。上記ロータに作用され
た磁力はロータの回転に追従し、このことが制動
効果を生み出す。
第５Ａ図および第５Ｂ図は、第１コイル１０１
の中心に対して偏位した第３図の点０のレベルに
位置された原点に関して、位相角度を関数とし
て、時間t0とt2における磁気誘導Ｂ（実線８参照）
の形状と上記ロータに作用すると共に上記磁場に
よつて生じる磁力Ｆの形状（破線９参照）とを
夫々示している。磁気誘導Ｂの形状は正弦波であ
る一方、上記磁気誘導Ｂの２乗に比例する磁力Ｆ
（第３図、第５Ａ図および第５Ｂ図の成分F01，
F02，F21，F22は常に同じ模様を示す。時間t2とt1
の間の差異は、時間t0におけるロータ２の位置に
関して90度ロータが回転した位置に対応する。第
５Ｂ図は上記コイル１０３と１１３が増幅器１３
より給電される時間に対応する一方、第５Ａ図は
コイル１０１と１１１が増幅器１１から給電され
る時間t0に対応する。
いくつかの対のコイル１０１，１１１；１０
２，１１２；１０３，１１３；…１０８，１１８
がオーバラツプするため、例えばコイル１０２は
コイル１０１と１０３の間に挿入させる。また、
種々の増幅器１１，１２，…１８から連続して給
電されるため、上記ロータの回転速度に関する情
報が、種々の増幅器１１〜１８の連続切換えを制
御する回路３３によつてサーボ制御回路２０に供
給される場合に、上記ロータ２と同位相で回転す
る磁場を形成することが可能である。上記形成さ
れた磁場は、８個の対のコイル１０１，１１１…
１０８，１１８が第２図に示されるように用いら
れる場合には、真に正弦波の形状をしている。
上記形成された磁場は、第４図に示されるよう
に、10個の増幅器２３１〜２４０と共同して10個
に対のコイル２０１，２１１；２０２，２１３；
…２１０，２３０を用いる場合には、より一層正
弦波の形状となることができる。この特殊の型の
実施例を用いれば、上記ロータ内の磁場の変動は
可成り減少され、１個の中実のロータを用いるこ
とと制動力を生み出すことが可能となり、また、
問題なくロータが臨界速度を通過することができ
る。第４図中、位置検知器２５１，２５２と回路
２５０，２５３は、第２図中の符号３１，３２と
２０，３３で示されているエレメントに夫々対応
する。同様に、増幅器２３１〜２４０は、増幅器
１１〜１８のエレメントに類似する特性を示すこ
とができる。最後に、第２図の場合のように、コ
イル２０１，２２１；２０２，２２２，…２１
０，２３０は規則的に上記ステータの外周に配置
され、２個の連続したコイル２０１，２０３また
は２２１，２２２は約36度毎にシフトされ、コイ
ルはオーバラツピングし、例えば、コイル２０２
はコイル２０１と２２１との間に挿入されてい
る。取付けを容易にするため、第２コイル２２
１，２２２，…２３０の対のコイルは、規則正し
く偏位されて、異なつた対のコイルの第１コイル
２０３，２０４，…２０２と同じステータのノツ
チ内に設けられている。
第６図は、拡大断面図で自由端部３２１，３２
２を有する軸３１１，３１２を備えたいくつかの
連続した部分３０１，３０２を提供する重機械に
この発明を適用した例を示す。この発明によれ
ば、固体の端部分３２１，３２２のまわりに上述
したような例えば８個または10個の連続して給電
される対のコイルに対応する電磁コイル３４１を
備えたステータ３４０を設けることを可能にして
いる。このことは、臨界速度を通過するのに特に
必要な作動制御手段を構成する有効な磁気軸受の
製造に貢献している。この発明のラジアル磁気軸
受は軸３１１，３１２の端部に薄片状のものを有
する必要性を避けているため、上記軸の直径また
は回転速度に関係なく広く適用できる。拡大断面
図に示される端部３２１，３２２の位置は、例え
ば軸受やダンパが取付けられる狭い場所に存在す
る機械の上に設けることを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
第１図は軸方向の磁束を有する周知のラジアル
磁気軸受の線図、第２図はこの発明による軸方向
の磁束を有するラジアル磁気軸受の第１実施例の
線図、第３図は第２図のラジアル磁気軸受のステ
ータの半径方向平面に沿つた線図の断面図、第４
図はこの発明による軸方向の磁束を有するラジア
ル磁気軸受の第２実施例の線図、第５Ａ図および
第５Ｂ図は磁界と磁力の発生時期を示す図、第６
図はこの発明による回転軸の線に対して磁気軸受
の応用を線図的に示す図である。 ２…ロータ、２０，２５０…サーボ制御回路、
３１，３２，２５１，２５２…位置検知器、１０
０…ステータ、１２０…アーマチユア。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ アーマチユア１００と外周に規則正しく配分
    された複数の電磁コイル１０１から１１８から成
    り、回転磁界を有するステータ１と、上記ステー
    タ１に対向して配置されかつ回転軸に固着される
    ロータ２と、上記ステータ１に対して上記ロータ
    ２の半径方向の位置を検知する位置検知器３１，
    ３２と、上記位置検知器３１，３２によつて供給
    される信号の関数として上記電磁コイル１０１か
    ら１１８を通る電流を調節するサーボ制御回路を
    備え、各電磁コイルは、第１方向に給電される第
    １巻線１０１から１０８と、上記第１方向と反対
    方向に給電されると共に上記第１コイルに対して
    ある角度をもつて偏位した位置に設けらた第２巻
    線１１１から１１８とを備え、上記第１、第２巻
    線は直列に接続されているアクテイブラジアル磁
    気軸受において、 上記ロータ２は、積層物でなくて一体物であ
    り、少なくとも３個のコイルが設けられ、各コイ
    ルは、正反対でなく向かい合つた一対の巻線を備
    え、一つのコイルを構成する各一対の巻線１０
    １，１１１，…，１１８は、そのコイル特有の直
    流増幅器１１，…，１８から一定の流れ方向をも
    つた直流が供給され、一つの装置３３がロータの
    回転を検出するために設けられ、上記電磁コイル
    １０１，…，１１８は、サーボ制御回路から、各
    コイル固有の増幅器によつて、ロータの回転と同
    期して、交互に連続して給電されて、ロータの動
    きに追随するところの半径方向の磁束を有する回
    転磁界を発生し、回転する半径方向の力をロータ
    に働かせるようにしたことを特徴とするアクテイ
    ブラジアル磁気軸受。 ２ 上記特許請求の範囲第１項に記載のアクテイ
    ブラジアル磁気軸受において、 異なる巻線のコイルが重ねられていることを特
    徴とするアクテイブラジアル磁気軸受。 ３ 上記特許請求の範囲第２項に記載のアクテイ
    ブラジアル磁気軸受において、 個々の巻線の第１コイル１０１，…，１０８
    は、その巻線の前に給電されている巻線のうちの
    最後から２番目の巻線の第２のコイル１１７，
    …，１１６に重ねられていることを特徴とするア
    クテイブラジアル磁気軸受。 ４ 上記特許請求の範囲第１項、第２項または第
    ３項に記載のアクテイブラジアル磁気軸受におい
    て、 全ての各コイルにおける第１巻線１０１，…，
    １０８は、直前に給電されるコイルの第１巻線と
    第２巻線１０８，１１８，１０７，１１７の間に
    挿入されていることを特徴とするアクテイブラジ
    アル磁気軸受。 ５ 上記特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
    または第４項に記載のアクテイブラジアル磁気軸
    受において、 ８個のコイルを備え、各コイルは一対の巻線１
    ０１，１１１，…，１０８，１１８を備えると共
    にそのコイル特有の増幅器１１，…，１８から給
    電されることを特徴とするアクテイブラジアル磁
    気軸受。 ６ 上記特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
    または第４項に記載のアクテイブラジアル磁気軸
    受において、 10個のコイルを備え、各コイルは、一対の巻線
    ２０１，２２１，…，２１０，２３０を備えると
    共に、そのコイル特有の増幅器２３１，…，２４
    ０から給電されることを特徴とするアクテイブラ
    ジアル磁気軸受。 ７ 上記特許請求の範囲第５項に記載のアクテイ
    ブラジアル磁気軸受において、 上記全ての各コイルの上記第１巻線と第２巻線
    は、相互に90度偏位されていることを特徴とする
    アクテイブラジアル磁気軸受。 ８ 上記特許請求の範囲第１項、第２項、第３
    項、第４項、第５項、第６項または第７項に記載
    のアクテイブラジアル磁気軸受において、 上記磁気軸受は、大直径の軸３２１，３２２の
    端部に装着されていることを特徴とするアクテイ
    ブラジアル磁気軸受。
JP60063188A 1984-03-26 1985-03-26 アクティブラジアル磁気軸受 Granted JPS60220220A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8404650 1984-03-26
FR8404650A FR2561729B1 (fr) 1984-03-26 1984-03-26 Palier magnetique radial actif a rotor massif pour l'amortissement des frequences critiques

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