JPH0460214A

JPH0460214A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH0460214A
Application number: JP17335890A
Authority: JP
Inventors: Takami Ozaki; 孝美尾崎; Tasuku Sato; 佐藤　佐
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-26

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】［産業上の利用分野コこの発明は、磁気軸受装置に関し、特に、電磁石を有す
る磁気軸受によって回転軸を軸受し、回転軸をモータで
回転させ、回転軸の位置を位置センサで検出して磁気軸
受を制御する磁気軸受装置に関するものである。

［従来の技術］従来、電磁石の磁気力を利用して回転軸を非接触で軸受
する磁気軸受装置が知られている。この磁気軸受装置は
、たとえば、宇宙機器や原子力。

核融合炉用機器などに使用されるターボ分子ポンプとし
て用いられる。ターボ分子ポンプは、真空中で翼を高速
回転することにより高真空を得る真空ポンプであり、構
成としては、磁気軸受装置にターボ分子ポンプ用のロー
タを取付けて静翼、ケーシングを組込んだものである。

第３図は従来の磁気軸受装置を示した断面図である。な
お、ポンプ用ロータは簡略化している。

第３図を参照して、従来の磁気軸受装置について説明す
る。回転軸１０１の一端にはターボ分子ポンプ用のロー
タ１０２がボルト１０３によって固定されている。ロー
タ１０２の内面には上部ケース１０４が設けられ、その
上部ケース１０４は、下部ケース１０５上に固定されて
いる。上部ケース１０４の上面とほぼ同じ位置に、上部
タッチダウンベアリング１０６が取付けられている。上
部ケース１０４の内面には、その上部にラジアル磁気軸
受１０８が取付けられ、ラジアル磁気軸受１０８の上部
には、回転軸１０１のラジアル方向の、位置を検出する
ためのラジアル位置センサ１０７が設けられている。上
部ケース１０４の内面のラジアル磁気軸受１０８の下部
には、スラスト磁気軸受１１０が設けられている。スラ
スト磁気軸受１１０下には、ラジアル磁気軸受１１１が
設けられ、ラジアル磁気軸受１１１下には回転軸１０１
のラジアル方向の位置を検出するためのラジアル位置セ
ンサ１１２が設けられている。下部ケース１０５の下方
内面部には、回転軸１０１を回転させるためのモータ１
１３が設けられ、さらにその下方には、下部タッチダウ
ンベアリング１１４が設けられている。さらに、回転軸
１０１の底面に対向して、回転軸１０１のスラスト方向
の位置を検出するためのスラスト位置センサ１０９が設
けられている。

次に、従来の磁気軸受装置の磁気軸受制御について説明
する。まず、回転軸１０１は、そのラジアル方向を、ラ
ジアル磁気軸受１０８おヨヒ１１１によって制御される
。すなわち、回転軸１０１のラジアル方向の位置は、ラ
ジアル位置センサ１０７によって検出され、その検出信
号に基づいてラジアル磁気軸受１０８のコイルに流れる
電流が制御される。ラジアル磁気軸受１１１およびラジ
アル位置センサ１１２についても同様の動作を行なう。

回転軸１０１のスラスト方向は、スラスト磁気軸受１１
０によって制御される。すなわち、回転軸１０１のスラ
スト方向位置は、スラスト位置センサ１０９によって検
出され、その検出信号に基づいてスラスト磁気軸受１１
０のコイルへ供給される電流が制御される。このように
制御することによって、回転軸１０１は高精度に磁気軸
受され、この状態でモータ１１３によって回転軸１０１
が回転される。

［発明が解決しようとする課題］前述のように、従来の磁気軸受装置では、回転軸１０１
の位置をスラスト位置センサ１０９およびラジアル位置
センサ１０７，１１２によって検出し、その検出結果に
基づいてスラスト磁気軸受１１０およびラジアル磁気軸
受１０８，１１１によって回転軸１０１を軸受制御し、
モータ１１３によって回転軸１０１を回転するように構
成されていた。ここで、スラスト位置センサ１０９．ラ
ジアル位置センサ１０７．１１２．スラスト磁気軸受１
１０．ラジアル磁気軸受１０８，１１１゜モータ１１３
には、通常コイル巻線およびそのコイル巻線を冷却する
とともに固定するためのモールド材料が使用される。従
来、コイル巻線としては、ポリイミドなどの耐熱性を有
する高分子材料により被覆された銅およびアルミ線が使
用され、モールド材料としては、耐熱性および熱伝導性
に優れた高分子材料が使用されていた。さらに、コイル
巻線を冷却するために、磁気軸受を構成する電磁石の外
側には冷却装置が設けられ、それによって強制冷却を行
なっていた。

しかし、このように高分子材料を用いたコイル巻線およ
びモールド材料では、高分子材料の耐熱性から考えて約
２５０℃の環境温度が限界であった。また、放射線環境
中にこのような高分子材料を用いたコイルおよびモール
ド材料が使用された場合には、高分子材料が劣化すると
いう問題点があった。

つまり、従来の磁気軸受装置では、磁気軸受や位置セン
サなどに、使用される巻線コイルおよびモールド材料に
、高分子材料を用いていたため、耐熱性に限界があり高
温環境下では使用できないという問題点があり、さらに
、放射線環境中においても高分子材料の劣化という問題
があるため使用することができないという欠点があった
。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、高温環境下や放射線環境下においても使用す
ることが可能な磁気軸受装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］この発明における磁気軸受装置は、電磁石を有する磁気
軸受によって回転軸を軸受し、回転軸をモータで回転さ
せ、回転軸の位置を位置センサで検出して磁気軸受を制
御する磁気軸受装置において、磁気軸受およびモータな
らびに位置センサのコイルのうち少なくとも１つにセラ
ミック被覆電線を使用し、かつ、セラミック被覆電線を
用いたコイルのモールド材料としてセラミックモールド
材料を使用したことを特徴とする。

［作用］この発明に係る磁気軸受装置では、磁気軸受およびモー
タならびに位置センサのコイルのうち少なくとも１つに
セラミック被覆電線が使用され、かつ、セラミック被覆
電線を用いたコイルのモールド材料としてセラミックモ
ールド材料が使用されるので、コイル導体の絶縁皮膜お
よびモールド材料に耐熱性に優れたセラミック材料を使
用すれば磁気軸受装置の耐熱性が向上され、コイル導体
の絶縁皮膜およびモールド材料に耐放射線性に優れたセ
ラミック材料を使用すれば磁気軸受装置の耐放射線性が
向上される。

［発明の実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例による磁気軸受装置に使用される
磁気軸受を構成する電磁石を示した断面図である。第１
図を参照して、電磁石ヨーク３内には、Ａｔ２０３被覆
導線１が挿入され、そのＡｔ２０３被覆導線１と電磁石
ヨーク３との間には、ＳｉＣセラミック２が装填されて
いる。

ＳｉＣセラミック２は、ポリボロシロキサンを９００℃
で焼成することによりＳｉＣセラミックに転換されたも
のを用いる。すなわち、ポリボロシロキサンは、常温で
は固体状の高分子材料であり、約６０℃にて軟化した液
体となる。したがって、電磁石をモールドする際の作業
が非常に容易であるという利点がある。

製造プロセスとしては、まず、電磁石ヨーク３内にＡｔ
２０３被覆導線１からなるコイルを挿入し、約６０℃で
軟化させたポリボロシロキサンをコイル収納部に注入す
る。その後、約９００℃で加熱焼成することにより、高
分子材料であるポリボロシロキサンはＳｉＣセラミック
２に転換される。この結果、電磁石は、耐熱セラミック
材料によってモールドされることになる。なお、電磁石
のポリボロシロキサンの注入時に、ＢＮなどの熱伝導性
のよいセラミック材料を分散させることにより、モール
ド材料としての機能を向上させることができる。また、
従来の高分子材料を巻線コイルおよびモールド材料とし
て使用したものと比較して、耐放射線性も向上させるこ
とができる。

第２図は本願発明の他の実施例による磁気軸受装置に使
用される磁気軸受を構成する電磁石を示した断面図であ
る。第２図を参照して、他の実施例では、Ａｔ２０３被
覆導線１と、電磁石ヨーク３との間に装填されるモール
ド材料として、５ｉＯ９−Ｔｉ０２ガラス４が使用され
ている。この５ｉＯ９−Ｔ　ｉ　０２ガラス４は、金属
アルコキシドを原料としたガラスの低温合成法のうち、
アルコキシド法を利用して形成される。アルコキシド法
は、従来の約１４００℃の加熱が必要であった溶融法を
改善したものであり、１０００℃以下の加熱でガラスが
生成されるとともに、モールド材料の注入ヲ常温でのゲ
ル体で行なうことができるために、モールド時の作業が
容易であるという利点がある。

具体的な製造方法としては、Ｓｉのアルコキシド５ｉ（
ＯＣ２Ｈｓ）４とＴｉのアルコキシドＴｉ　（ＯＣ３Ｈ
７）４を常温で混合してアルコキシド混合溶液を作る。

このアルコキシド混合溶液内に、アルコール、水、酸を
常温で添加し加水分解することによりゲル体が生成され
る。このゲル体を電磁石ヨーク３とＡｔ、２０３被覆導
線１との間に注入した後、５００〜１０００℃で加熱す
ることにより、酸化物ガラス体５ｉ０２−ＴｉＯ□ガラ
スによって電磁石コイルを構成するＡＬ２ｏ３被覆導線
１がモールドされることとなる。なお、上記ゲル体注入
時に熱伝導性のよいセラミック材料を分散させることに
より、モールド材料としてめ機能を向上させることがで
きる。

上記のように、第１図および第２図に示した実施例では
、電磁石を構成するコイルの絶縁皮膜およびモールド材
料として、セラミック材料を用いたことにより、従来困
難であった高温環境下や放射線環境下においても磁気軸
受装置を使用することが可能となる。なお、第１図およ
び第２図に示した実施例では、電磁石を構成するコイル
の絶縁皮膜およびモールド材料としてセラミック材料を
用いた例を示したが、本願発明はこれに限らず、磁気軸
受装置を構成する要素のうちコイル巻線およびモールド
材料を使用するものには、すべて適用可能である。たと
えば、位置センサやモータなどを構成するコイル巻線の
絶縁皮膜およびモールド材料としてセラミック材料を用
いた場合には磁気軸受装置の耐熱性や耐放射線性をさら
に改善することができる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、磁気軸受およびモー
タならびに位置センサのコイルのうち少な（とも１つの
セラミック被覆電線を使用し、かつ、セラミック被覆電
線を用いたコイルのモールド材料としてセラミックモー
ルド材料を使用することにより、コイルの絶縁皮膜およ
びモールド材料に耐熱性に優れたセラミック材料を使用
すれば磁気軸受装置の耐熱性が向上され、コイルの絶縁
皮膜およびモールド材料に耐放射線性に優れたセラミッ
ク材料を使用すれば磁気軸受装置の耐放射線性が向上さ
れるので、高温環境下や放射線環境下においても使用す
ることが可能な磁気軸受装置を提供し得るに至った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による磁気軸受装置に使用さ
れる磁気軸受を構成する電磁石を示した断面図、第２図
は本発明の他の実施例による磁気軸受装置に使用される
磁気軸受を構成する電磁石を示した断面図、第３図は従
来の磁気軸受装置を示した断面図である。図において、１はＡｔ２０．被覆導線、２はＳｉＣセラ
ミック、３は電磁石ヨーク、４は５ｉＯ２−Ｔｉ０２ガ
ラスである。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す
。第１図１−−−−Ａ１ｚＤａネ皮ｌＬ＠季判５　　２−・−５
；０“ヒラミッフ３−・−・細石ヲー２第２図４−−−−５ｊＯｚ　　ＴｒＯ２’７”２Ｘ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電磁石を有する磁気軸受によって回転軸を軸受し
、前記回転軸をモータで回転させ、回転軸の位置を位置
センサで検出して前記磁気軸受を制御する磁気軸受装置
において、前記磁気軸受および前記モータならびに前記
位置センサのコイルのうち少なくとも１つにセラミック
被覆電線を使用し、かつ、前記セラミック被覆電線を用
いたコイルのモールド材料としてセラミックモールド材
料を使用したことを特徴とする、磁気軸受装置。
（２）前記セラミックモールド材料は、有機金属ポリマ
材を熱変成して得られるセラミックモールド材料である
ことを特徴とする、請求項第１に記載の磁気軸受装置。
（３）前記有機金属ポリマ材を熱変成して得られるセラ
ミックモールド材料には、他のセラミックモールド材料
が分散されていることを特徴とする、請求項第２に記載
の磁気軸受装置。
（４）前記セラミックモールド材料は、金属アルコキシ
ドを原料とし、アルコキシド法により生成したガラス材
料であることを特徴とする、請求項第１に記載の磁気軸
受装置。
（５）前記セラミックモールド材料を構成するガラス材
料には、他のセラミックモールド材料が分散されている
ことを特徴とする、請求項第４に記載の磁気軸受装置。