JPH03107615A

JPH03107615A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH03107615A
Application number: JP1244398A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Nishimura; 薫西村; Kazumasa Ono; 大野　和正; Koji Inoue; 光二井上; Shigeo Nishimura; 成生西村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1991-05-08

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】（Ａ）　　産業上の利用分野本発明は、ターボ分子ポンプや回転陽ＷｉＸ線管、工作
機械用スピンドμ等、磁気軸受を利用する回転機器に適
用可卯な位置センサー、磁気軸受、駆動モータを一体化
した磁気軸受に関するものである。

申）　従来の技術従来におけるこの種技術の構成Ｉ／′ｉｗＩＪ７図〜第
９図に示すとお）である。すなわち第７図は。

磁気軸受を利用する回転機器のうち、５軸制御によるも
のの一般的な構造を示しておシ、第８図は、ラジアル磁
気軸受１０３の断面図、第９図は、ラジアルセンサー１
０５の断面を示している。

第８図に示すように軸１０１のほぼ中央にモータ１０２
（誘導電導機等）が構成さｎ、その両側にラジアル磁気
軸受１０３が配設さｎている第８図に示す如く各々のラ
ジアル磁気軸受１０３は、それぞれ対をなす電磁石１３
１ｔ−有し、その外側に軸と軸受間の微小すき間を検出
するためのラジアルセンサー１０５が配設さｎている。

そして、このセンサーから数カ出さ几る信号に基づｈて
電磁石１３】の各コイ／Ｌ’　１３２に通電すべき直流
電流の大きさを可変し、軸１０１に固着した磁気軸受ロ
ータ１３３に対する磁気吸引力全４軸についてフィード
バック制御し得る様になっている。

また、ラジアルセンサー１０５は、−例として第９図に
示す如くそれぞｆＬ３極をなす磁極１５１とそｎにセン
サーコイ／Ｉ／１５２が巻設され・セルそれ数１００　
ＫＨｚにて励磁されている。したがって、センサーロー
タ１５３とセンサー磁極１５１間のすき間の大小により
、センサーコイ／Ｌ／１５２のインダクタンスおよび励
磁電流が変化し、相対するすき間の差を検出するように
なっている。

第８図のモータ１０２は、そｎぞれ積層珪素鋼板製のモ
ータロータ１２３とステータ１２１ニジなシ、ステータ
１２１の磁極１２４にステータコイル１２２に巻装した
もので、該ステータコ（／Ｌ／１２２１こ三相交流を流
し、そ、の゛ば流と・周波数ケ可変する事に工９１回鴨
力の付勢？調節し得る様になりている。

さらＶＣ，軸１０１の一端には、スラスト盤１４１を固
ｊ＆し、その−〇ｌｌｌにスラスト電磁石１４２ケ自己
置し、スラスト軸＝Ｊ１１Ｊ４ｔ−４４成している。こ
の軸受も・図示しない位置上ンサーから取）出さルる信
号に基づいて、スラスト盤１４１に対する磁気吸引力を
制御し得るものである。

（Ｃ）　　発明が解決しようとする課題き・同時に無給
油を遠吠し得る点にある。しかし、採用に際して次のよ
うな問題点が付随するため、必ずしも有益な結果ｔもた
らすとは限らないのが実情である。すなわち・磁気＠党
の数だけ構成擬木が多くなシ構造が複雑になること。

それに滲って大型化やＸ量増加が避けられないこと、コ
スト高になること１両うジアル磁気軸生振動を抑止する
場合の調整が難しいこと等である。大発明は、このよう
な問題点に着目してなさ几たものであって、これらヲ育
効く解消すべく、新たな構造ケ有した磁気軸受全提供す
ることを目的とする。

■）課題を解決するための手段大発明は、かかる目的ｔ−達成するために、軸のラジア
ル方向のセンサーと・軸ｔラジアル方向に磁気浮上させ
るための吸引コイルと、前記軸ｔ−［ｍ転方向に付勢す
るためのモータコイルと全共通のステータ磁極に巻装し
たことを特徴としている。

（ト）作用このような構成により、吸引コイルに直流を流し、モー
タコイルに三相交流を流すと、ステータ磁極は各々のコ
イルによって励磁されるため、瞬間的に見た場合に０発
生する磁界は、吸引コイルによって生じる磁界と、モー
タコイ〜によって生じる磁界とのｉ畳したものとなり・
複雑な形態ｔとる。

しかし、経時的には、前者は、常に定位置に生じる移動
しない磁界であるため軸に安定した吸引力を作用させる
のに対し、後者は周方向に移動する回転磁界であるため
実効的に軸に作用させ得るのは専ら迫１帖方回の付勢力
である。このため、軸受機卵は吸引コイルが果たし、モ
ータ機＃！はモータコイルが果たすという基本的な点に
おいて谷にの作用が損なわれることなく。

一体止によって特に弊害かも九らさｎるものでもない。

したがって、磁気軸受とモータとを一体化した分だけ軸
方向の短寸化を図９得るものとなシ従来の不都合を低減
したものとして・回転機器に好適に適用することが可卵
になるが、この場合でもモータコイ〜とは別に軸の両端
にラジアルセンサーを必要とする。

しかるに、このラジアルセンサーは、１００に〜２００
　Ｈｚで、他方吸引コイルは、０へ数ＫＨ２で、モータ
コイルは、０へＩＫＨｚ程度で励磁される。

本発明は、この励磁周波数の差と・ロータ内部における
磁束通路の相違を利用したもので。

吸引コイルの励磁電流に更にセンサー用励磁電流七重畳
し、フィルターで信号を分離する方法または、吸引コイ
ルとして利用しない磁極にセンサーコイルを巻設するこ
とによりセンサーとモータ、磁気軸受が独立で更に軸方
向の短寸化全可能にするものである。

（′Ｆ）実施例以下９本発明の一実施例管筒１図から第６図を参照して
説明する。

この実施例の磁気軸受は、第１図に示すように、軸ｌの
両側に、Ｏ−夕２を固着し、このロータ２の外周に微小
空１！ｉ’に隔てて珪素鋼板のステータ磁ＦＭ３に近接
配置している。

ステータ磁極３け、第２図に示すように、内周に開口す
る１２個のスロット８１〜ｓ２が局方向に沿って等角位
置に打ち抜かｎており、各スロ≦ ットＳＮ　＊　ＥＩＮ　＋　１間（１≦）イ２・Ｓま３
＝ＰＪｌ）に磁極３１全形成している。そして、とｎら
の磁＃Ｍ３１の基端部分の先にモータコイ／％／４を巻
装し、先端部分に吸引コイμｓ全巻装している。モータ
コイμ４は、亀甲型のものを第３図及び第４図に示すよ
うにスロット８１〜８１２にいわゆる重ね巻と呼ばｎる
手法で巻装するか、直接巻いである。１相目はＡ１に始
まってＡＯに終わり２相目は、ＢＩに始まってＢＯに終
シ、３相目は・Ｃ１に始まってｃＯに終る。そして、こ
ｎら各組の端子（Ａ＋、Ａｏ）。

ＣＢ＋、Ｂｏ）、（０＋、Ｃｏ　）を図外の３相交流電
源に接続している。こｎによりある瞬間には第５図に示
すような回転磁界Ｈｏが生じ、この磁界Ｈｏが電源周波
数に応じた速度で一定方回に回転移動すの各鉄心部分に
相対的に逆向きに巻回し、端子（ａ＋、ａｏ）ｋ図外の
直流制御電源に接続している。

こｎＶｃより、第５図に示すような磁界ＨＸＩが生じる
ことになる。また＝Ｈｘ２に形成し、さらにその制御軸
と直焚する左右対向位置に磁界ＨｙＩ＊Ｈｙｚｋ形成し
得るように各鉄心部に吸引コイル５を巻回し、それら各
組の端子（ｂｌ、ｂｏ）を図外の直流制御電源に独立制
御可能に接続している。

なお、このコイル５には、第１０図に示す如く前述の制
御電流（最高応答周波数ＫＨ２）に、　１００Ｋ〜２０
０ＫＨ２の励磁電流を結合用トランス１６２全通じて重
畳しである。しかし、この励磁電流は。

周波数が高いため、磁気軸受の性能（吸引力）には影響
なく、シたがって、空隙の大きさにより高周波インピー
ダンスが変化し、この変化分？検出回路１６３　ｋ通じ
て軸１の偏心量として検出し、この信号を磁気軸受制御
回路１６１に入力し、吸引コイ／１１５の吸引力を制御
する。

しかして、このような構造からなる磁気軸受であるとシ
イ７）１の偏心量は、吸引コイＡ１５の高周波インビー
ダンヌの変化より検出され争その信号により吸引コイル
５によって浮上支持さｎ、同時にモータコイ／Ｌ／４に
よって回転方向に付勢さｎて駆動されることになり、共
通のステータ磁極で磁気軸受機能とモータ機能を同時に
発揮し得るものとなる。したがって、センサーおよび磁
気軸受とモータとを別途に配置する必がなくなり回転機
器を構成する場合その軸方向の短寸化全達成することが
できる。

また・センサーとラジアル磁気軸受が一体となることで
位置観測点と力の作用点が一致すること・つまシコロケ
ーシツンとな＃）、振動制御などが容易になる。

さらに、こｎにより低コスト化も来たさｎ。

しかも、モータとラジアル磁気軸受とが一体であるため
モータの発生撮動上抑止できる効果が増大して制御も容
易となるメリットが得ら九る。

なお、第６図はこのモータ一体型磁気軸受全回転機器に
適用する場合の一例ケ示している。

図示のものに、該磁気軸受（ＭＯ）を軸１１の両端に一
対に設け、中央にスラスト磁気軸受１２全配置して、第
７図に対応したと同様の５軸制御形回転機器ｈａ成した
ものである。周回転機器全比較すると・本実施例のもの
は・軸方向に短寸化されておシ１回転機器全体としての
軽量コンパクト化が果たされることが明瞭となる。

センサーコイ／ｖ６全巻設したもので、若干の位相調整
が必要であるが・前述の場合と同様の効果がある。第１
２図はこの場合の電子回路ブロックを示す。また、セン
サーコイｌｖ６を吸引コイ／Ｌ１５ａと同一の磁極に巻
設しても同様である。

なお、駆動力全あ″１シ必要としない場合は。

一方のみを従来の磁気軸受で構成してもよい。

また、モータは非接触式のものであｎば上記インダクシ
四ンモータである必要はな（、ＤＣブラシレスモータ、
同期モータ、深ミゾ型、２重かご型誘導電導機などで構
成することも可能である。かご型ロータ？利用する場合
は、かごの構成要素のうち、短絡環を橋絡する所蛸２次
導体と呼ばれるもののスキー−（ａｎ）？ｒ、ロータが
単一である場合は、〈字形に中央？屈曲させることで駆
動力による軸方向の力の平滑化を図ることができる。ま
た、ロータ奮対をなして配置する場合は、各々の２次導
体のスキ島一方向を逆向きにしたものをシャフトに取シ
付けることで１両モータに生じる軸方向の力を互いに相
殺させることができ、有効である。

ステータ磁極の材ｆ−＋は、珪素鋼板に限定するもので
なく０種々の材料が使用可能である。その他１本発明の
主旨？逸脱しない範囲で種々変形が可能であシ２本発明
はそれら全てを包含する。

（Ｇ）　　発明の効果本発明の磁気軸受は９以上のように共通のステータ磁極
にセンサーコイ／Ｉ／および吸引コイ〃とモータコイ／
Ｉ／全巻装することで・磁気軸受とモータを一体化した
構造にょシ１回転機器ケ構また。モータの発生振動に対
する抑止力を増大させる効果が得られ、軸受制御も容易
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第２図は９本発明の構成を示す図。第３図から第４図はコイル巻装図、第５図は機能説明図
、！６図は応用例を示す図。第７図から第９図は従来の
構成を示す図、第１０図、第１２図は電気回路図、第１
１図は本発明の構成を示す図である。１・・・軸　　２・・・ロータ３・・・ステータ磁極　　４・・・モータコイル５・−
・吸引コイ／Ｌ’　　　３１・・・磁極１１・・・軸　
　】２・・・スラスト磁気軸受１０１・・・軸　　１０
２・・・モータ１０３・・・ラジアル磁気軸受１０４・・・スラスト磁気軸受１０５・・・ラジアルセンサー１２１・・・ステータ　　１２２・・・モータコイル１
２３・・・モータロータ　　１２４・・・ステータ磁極
１３１・・・電磁石　　１３２・・・コイル１３３・・
・磁気軸受ロータ　　１４１−・・スラスト盤１４２・
・・スラスト電磁石　　１５１・・・磁極１５２・・・
センサーコイル１５３・・・センサーロータ１６１・・・磁気軸受制御回路１６２・・・トラン７１６３・・・検出回路６・・・センサーコイル１６４−・・発振回路１６５・・・検出回路１６６・・・位相調整回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸のラジアル方向の位置を検出するための検出コ
イルと、その軸をラジアル方向に浮上させるための吸引
コイルと、前記の軸を回転方向に付勢するためのモータ
のコイルとを共通の固定子磁極に巻装していることを特
徴とする磁気軸受装置。
（２）軸をラジアル方向に浮上させるための吸引コイル
と、前記の軸を回転方向に付勢するためのモータのコイ
ルとを共通の固定子磁極に巻装するとともに、前記吸引
コイルの電流に高周波を重畳し、そのインダクタンスの
変化より軸のラジアル方向の位置を検出するための信号
を取り出すことを特徴とする磁気軸受装置。
（３）２個のモータのスキュー方向を逆にすることによ
り、モータによる軸方向の発出力を打ち消して小さくし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
記載の磁気軸受装置。