JPH0341214A

JPH0341214A - 非接触支持方法および装置

Info

Publication number: JPH0341214A
Application number: JP17829889A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ishida; 石田　精; Masanori Suematsu; 末松　正典
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1991-02-21

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】［産業上の利用分野］本発明は高速回転体を非接触で支持する方法および装置
に関するものである。

［従来の技術］従来、回転機械の高速回転を可能とする軸受として、空
気軸受と磁気軸受が用いられている。

空気軸受は軸受隙間に空気を送り、その静圧により回転
体を浮上させ、非接触支持している。したがって、支持
部としての振動を減衰させる、いわゆる支持ダンピング
の作用は殆どない。これは、動圧タイプの空気軸受につ
いても同様である。

また、磁気軸受は磁気吸引力により回転体を非接触に浮
上支持している。この場合、回転体の変位を検出し、そ
れが一定となるようにフィードバック制御するので、制
御器の構成により支持ダンピングを向上させることがで
きる。

［発明が解決しようとする課題］ところが、空気軸受の場合は、支持ダンピングが作用し
ないので、回転体の高速回転時に振れ回りが生じても、
それを抑制することができないので、それ以上の回転数
に上げると振動が大きくなり、危険速度を越えることも
できないという問題があった。

また、磁気軸受の場合は、浮上のための制御と支持ダン
ピング付加のための制御を合せて持たなければならず、
全体の構成が複雑になるとともに、支持剛性を高めるた
めに、各励磁コイルにバイアス電流を供給してバイアス
磁束を付加すると、高速回転時には渦電流による発熱が
生じるなどの欠点があった。

本発明は、空気軸受に磁気ダンパを合せ持つ構成として
、高速回転時の支持ダンピング作用を持たせた精密軸受
を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、強磁性体よりなるロータと、前記ロータの外
周に空隙を介して対向する強磁性体よりなるリング状の
ステータと、前記ステータに前記ロータに向けて放射状
に設けられた流体供給孔とを備え、前記流体供給孔を通
して供給された流体により前記ロータを支持する非接触
支持方法において、前記ステータの内周に励磁コイルを
備えた電磁極と、前記ロータに空隙を介して対向させた
前記ロータの変位を検出する変位検出器とを備え、前記
変位検出器の出力を位相制御して、その信号に応じて前
記電磁極の吸引力を制御するものである。

［作用］ロータが高速回転し、振れ回りが生じると、変位検出器
によってロータの振動変位が検出される。

この変位信号を受けて位相制御器は調相信号を発生し、
この信号を分配器に与え、電流増幅器を介して励磁コイ
ルに調相信号に応じた電流を加え、電磁極とロータとの
間に磁気吸引力を作用させる。

そして、このロータの変位の位相に対して、９００進ん
だ磁気吸引力が磁気ダンパとしての制振力として作用し
、ロータの振動振幅を小さく抑えるのである。

［実施例］本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例を示す正断面図、第２図は側断
面図で、強磁性体よりなるロータｌと、ロータｌの外周
に空隙を介して対向する強磁性体よりなるリング状のス
テータ２とを備え、ステータ２の外周には図示しない流
体供給装置と連通ずる流体供給管２２を備えたフレーム
２１が設けられている。ステータ２の内周側にはロータ
ｌの外周表面に向けて等間隔をおいて開口し、放射状に
配置された４対の流体供給管２２に連通ずる流体供給孔
３（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８
）を設けである。また、ステータ２の流体供給孔３を囲
んで突設させた４対の電磁極４（４１，４２，４３，４
４，４５，４６，４７，４８）が設けられ、それぞれの
電磁極４に励磁コイル５（５Ｌ５２．５３．５４．５５
．５６．５７．５８）が巻回されている。なお、上下方
向の吸引力を発生する電磁極４１．４２および４５．４
６の励磁コイル５１，５２および５５．５６はそれぞれ
１対で直列接続され、電磁極４１と４５が同一方向で、
４２と４６はこれと逆方向となるように磁気回路が構成
されている。左右方向についても同様に、励磁コイル５
３．５４および５７．５８はそれぞれ１対で直列接続さ
れ、電磁極４３と４７が同一方向で、４４と４８はこれ
と逆方向となるよう磁気回路が構成されている。流体供
給孔３には図示しない空気源により空気が供給され、ロ
ータｌの表面に向かって吐き出されてロータｌの外周と
電磁極４の磁極面との間で空気軸受を形成する。電磁極
４の磁極近傍にはロータｌの上下方向と左右方向の変位
を検出する２個の変位検出器６　（６Ｌ　６２）を検出
方向を直交させてステータ２に固定されている。変位検
出器６１は上下方向の検出値に、を出力し、変位検出器
６２は左右方向の検出値に、を出力して、検出値に□　
ｋ８をそれぞれ制御装置７ｙ、７ｘに入力して電磁極４
の吸引力を制御するようにしである。上下方向の制御装
置７ｙは＊３図に示すように、センサアンプ７１で検出
値ＫＹを増幅してロータ１の変位信号り、としている。

変位信号り、は位相制御器７２に入力され調相信号Ｖｙ
として出力し、分配器７３に指令を与える。分配器７３
は二つの電流増幅器７４．７５を介して、上下方向の吸
引力を発生する電磁極４１゜４２．４５．４６の励磁コ
イル５１，５２．５５．５６の電流を制御するようにし
である。左右方向の制御装置７ｘも、上下方向の制御装
置７ｙと同様に構成されて、励磁コイル５３．５４、お
よび５７．５８の電流を制御するようにしである。

以上のような構成において、ロータ１が高速回転し、振
れ回りが生じると、変位検出器６によってロータｌの振
動変位としてに、、　　Ｋ、が検出される。

この信号を受けて位相制御器７２は分配器７３に指令を
与え、電流増幅器７４．７５を介して励磁コイル５１，
５２．５５．５６に電流が供給され、電磁極４１．４２
．４５．４６とロータＩＭに磁気吸引力が作用する。こ
の４個の電磁極によって生じた磁気吸引力の合力Ｆがロ
ータｌに対し、上下方向の力として作用し、ロータ１の
振動振幅を小さく抑える磁気ダンパの制振力となる。

なお、位相制御器７２は１回微分器または２回微分器を
主体として構成され、制振させたい振動周波数に関して
変位に対する前記磁気吸引力の合力Ｆの位相が変位の９
０″進みとなるよう変位速度信号Ｖを出力するようにし
であるが、この合力Ｆがロータの振動に対してダンパと
して作用することは力学的に広く知られている。

また、位相制御器７２にはバンドパスフィルタを直列接
続し、特定周波数、例えば危険速度の周波数に対しての
み位相制御するものでもよい。

ここで、回転数に対する振動振幅の関係を空気軸受だけ
の場合と本発明の磁気ダンパを用いた空気軸受の場合の
比較を第４図に示す。すなわち、磁気ダンパを使用せず
、空気軸受のみの場合は点線で示すように、振幅は（ａ
）、　　（ｂ）、　　（ｃ）の回転数で大きくなってい
るが、（ｂ）の回転数が危険速度である。従来、空気軸
受だけでは危険速度の回転数を通過して上昇させること
ができなかったが、本発明によれば、第４図の実線で示
すように磁気ダンパの作用により、振動振幅を小さく抑
えられるので、危険速度以上の回転数に上げることがで
きる。

以上、１個のラジアル軸受に４対の電磁極を設け、磁気
ダンパを形成していたが、回転体の振動が水平方向の振
動だけ限定されることは殆ど無いため、必ずしも４対備
える必要はない。例えば第５図に示すように上下方向の
制振力が働く電磁極が少なくとも１対あればロータｌの
振動が抑えられる。すなわち、リング状のステータ２の
扇状の一部に一対の電磁極４１．４２を円周方向に並べ
て設け、変位検出器６を電磁極４Ｉと４２の間に配置し
たものでもよい。

また、リング状のステータ２の扇状の一部に一対の電磁
極４１，４２をロータ１の軸方向に並べて設けたもので
もよい。この場合、第６図に示すように、一対の電磁極
４１，４２にそれぞれ対向する部分を含むロータｌのリ
ング状表面に、対向する電磁極の極性と同じ極性の永久
磁石８を設け、例えば電磁極４１がＮ極であれば外周が
Ｎ極に着磁された永久磁石８を電磁極４１に対向させて
、電磁極と永久磁石との間に反発力を作用させて磁気ダ
ンパの効果を持たせてもよい。

また、電磁極と永久磁石との間の吸引力を利用するよう
にしてもよいことは、前記実施例と同様である。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば空気軸受により静的
非接触支持を行ない、高速回転時の振れ回りにたいして
は磁気ダンパがロータの振動の減衰を与えて、危険速度
における振れ回りが抑制されるので、ロータが大きな振
動を起こすことなく危険速度を越えることができ、回転
体の回転数の上限を大きく向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す正面図、第２図は側断面
図、第３図は制御装置のブロック図、第４図は振動状態
の説明図、第５図は他の実施例を示す正面図、第６図は
他の実施例を示す側断面図である。Ｉ・・・ロータ、２・・・ステータ、３（３Ｌ３２．３
３．３４．３５．３６．３７．３８）・・・流体供給孔
、４（４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４
８）・・・電磁極、５（５Ｌ５２．５３．５４．５５．
５６．５７．５８）・・・励磁コイル、６（６１，６２
）・・・変位検出器、７・・・制御装置、７１・・・セ
ンサアンプ、７２・・・位相制御器、７３・・・分配器
、７４．７５・・・電流増幅器、８・・・永久磁石第図第図第３図第４図回転数第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１、強磁性体よりなるロータと、前記ロータの外周に空
隙を介して対向する強磁性体よりなるリング状のステー
タと、前記ステータに前記ロータに向けて放射状に設け
られた流体供給孔とを備え、前記流体供給孔を通して供
給された流体により前記ロータを支持する非接触支持方
法において、前記ステータの内周に励磁コイルを備えた
電磁極と、前記ロータに空隙を介して対向させた前記ロ
ータの変位を検出する変位検出器とを備え、前記変位検
出器の出力を受けて位相制御を行ない、その信号に応じ
て前記電磁極の吸引力を制御することを特徴とする非接
触支持方法。２、複数対の前記電磁極をステータ内周に等間隔をおい
て設け、２個の前記変位検出器を検出方向を直交させて
設け、前記変位検出器の出力を受けて位相制御を行ない
、その信号に応じてそれぞれ直交する方向の前記電磁極
の吸引力を制御する請求項１記載の非接触支持方法。３、前記リング状のステータの扇状の一部に一対の電磁
極を設け、前記変位検出器を前記一対の電磁極の間に配
置し、前記変位検出器の出力を受けて位相制御を行ない
、その信号に応じて前記電磁極の吸引力を制御する請求
項１記載の非接触支持方法。４、強磁性体よりなるロータと、前記ロータの外周に空
隙を介して対向する強磁性体よりなるリング状のステー
タと、前記ステータに前記ロータに向けて放射状に設け
られた流体供給孔とを備え、前記流体供給孔を通して供
給された流体により前記ロータを支持する非接触支持装
置において、前記流体供給孔を囲んで突設させ、励磁コ
イルを巻回させた電磁極と、前記電磁極間に設けた前記
ロータの変位を検出する少なくとも１個の変位検出器と
、前記変位検出器の出力を受けて位相制御する位相制御
器と、その信号に応じて前記電磁極の吸引力を制御する
制御装置とを備えたことを特徴とする非接触支持装置。５、前記ロータの変位に対し、電磁極がロータに及ぼす
力が９０°進みとなる請求項１、２または４のいずれか
１項に記載の非接触支持装置。６、前記位相制御器が特定周波数の帯域通過フィルタと
微分器とから構成された請求項４または５に記載の非接
触支持装置。７、前記電磁極を複数対ステータ内周に等間隔をおいて
設け、２個の前記変位検出器を検出方向を直交させて設
けた請求項４から６までのいずれか１項に記載の非接触
支持装置。８、前記リング状のステータの扇状の一部に
一対の電磁極を設け、前記変位検出器を前記一対の電磁
極の間に配置した請求項４または６に記載の非接触支持
装置。９、前記リング状のステータの扇状の一部に一対の電磁
極を円周方向に並べて設けた請求項８に記載の非接触支
持装置。１０、前記リング状のステータの扇状の一部に一対の電
磁極を前記ロータの軸方向に並べて設けた請求項８に記
載の非接触支持装置。１１、前記ロータの軸方向に並べて設けられた前記一対
の電磁極にそれぞれ対向する部分を含むロータのリング
状表面に、前記対向する電磁極の極性と同じ極性の永久
磁石を設けた請求項１０に記載の非接触支持装置。