JPH0626521A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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Publication number
JPH0626521A
JPH0626521A JP4204446A JP20444692A JPH0626521A JP H0626521 A JPH0626521 A JP H0626521A JP 4204446 A JP4204446 A JP 4204446A JP 20444692 A JP20444692 A JP 20444692A JP H0626521 A JPH0626521 A JP H0626521A
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JP
Japan
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magnetic
rotor yoke
bearing
bearing device
rotary shaft
Prior art date
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Pending
Application number
JP4204446A
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English (en)
Inventor
Susumu Osawa
將 大沢
Yoichi Kanemitsu
陽一 金光
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP4204446A priority Critical patent/JPH0626521A/ja
Publication of JPH0626521A publication Critical patent/JPH0626521A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F16C32/0442Active magnetic bearings with devices affected by abnormal, undesired or non-standard conditions such as shock-load, power outage, start-up or touchdown
    • 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

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸受コイルの絶縁電線の一部が破断しても磁
気軸受装置の制御が可能で回転部がダメージを受けるこ
とがない磁気軸受装置を提供する。 【構成】 回転軸に取付けられた磁性材料の回転子ヨー
クと、起磁力を発生させる軸受コイルが巻回され、上記
回転子ヨークとの間に微小間隙を有してケーシングに取
付けられた電磁石固定子と、上記回転軸の変位量を測定
する変位センサとを備え、この変位センサからの出力信
号に基づいて、上記回転子ヨークと上記電磁石固定子と
の間に作用する磁力を制御して、上記回転軸を磁気的に
非接触で支持する磁気軸受装置であって、上記軸受コイ
ル15b,16bは、両端部100,200で電気的に
接合された複数の銅線41を電磁石固定子15c,16
cに巻回して構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転軸を非接触状態で
支持する磁気軸受装置に関し、特に電磁石の軸受コイル
の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気軸受装置は、ターボ機械や工作機械
等の回転軸を磁力によって非接触で支持している。この
装置は、機械的な摩擦部分がないため、エネルギーロス
が微小で温度発生が皆無であるうえ潤滑油が不要のた
め、保守が容易である等の特長をもっている。そのた
め、近年パワーエレクトロニクス技術の進歩に伴って実
用化されることが多くなってきている。
【0003】かかる磁気軸受装置は、回転子ヨークを有
する回転軸を中心位置に配設し、この回転軸の周囲に
は、図4に示すように、軸受コイル1が巻回された複数
の電磁石固定子2を均等に配置して、この各電磁石固定
子2が上記回転子ヨークを吸引するように制御すること
により、回転軸はラジアル方向に非接触で回転自在に支
持されている。一方、スラスト方向については、図5に
示すように、軸受コイル3が巻回された一対の電磁石固
定子4を対向配置し、この一対の電磁石固定子4の間に
回転軸のロータを介装させて各電磁石固定子4によりロ
ータを吸引することにより、このロータをスラスト方向
に非接触で支持している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気軸受装置における電磁石固定子2,4には、絶縁被
膜を有する一本の銅線5を巻回して軸受コイル1,3に
しており、この軸受コイル1,3が、回転軸の回転子ヨ
ークやロータを吸引する起磁力を発生させている。
【0005】この場合、いずれかの軸受コイル1,3の
銅線5が何らかの原因で破断した場合には、この軸受コ
イル1,3の磁力は零となりこの磁気軸受装置の正常な
制御は不可能となる。例え、上記銅線5を太い線にした
場合でも、一度その銅線5の一部にクラック等が入った
場合にはこの銅線5の破断は急激に進行すると考えてお
く方が妥当である。
【0006】このような場合には、磁気軸受装置の制御
は不可能となるため、回転中の回転軸及び回転子ヨーク
等の回転部が、静止している電磁石固定子2,4等に接
触することとなり、接触した部分は大きなダメージを受
けてしまうという課題があった。
【0007】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、軸受コイルの絶縁電線の一部が破断して
も磁気軸受装置の制御が可能で回転部がダメージを受け
ることのない磁気軸受装置を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気軸受装
置は、回転軸に取付けられた磁性材料の回転子ヨーク
と、起磁力を発生させる軸受コイルが巻回され、上記回
転子ヨークとの間に微小間隙を有してケーシングに取付
けられた電磁石固定子と、上記回転軸の変位量を測定す
る変位センサとを備え、この変位センサからの出力信号
に基づいて、上記回転子ヨークと上記電磁石固定子との
間に作用する磁力を制御して、上記回転軸を磁気的に非
接触で支持する磁気軸受装置であって、上記軸受コイル
は、両端部で電気的に接合された並列の複数の絶縁電線
を上記電磁石固定子に巻回して構成されたものである。
【0009】また、上記軸受コイルのインピーダンスを
監視する監視装置を備えることが好ましい。
【0010】
【作用】本発明においては、複数の絶縁電線の両端部を
電気的に接合して一束の並列状にし、この束状の絶縁電
線を電磁石固定子に巻回して軸受コイルにした場合に
は、束状の銅線のうちの例えば一本が破断されても残り
の絶縁電線は電流を流し続けることができ、軸受コイル
は磁力を発生し続けることとなる。なお、この場合には
軸受コイルのインピーダンスが変化するので、この変化
の有無を監視装置により監視することにより、上記絶縁
電線の破断の状況を検出することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図3によ
り説明する。図1は、本実施例に係る磁気軸受装置の全
体構造を示している。図示するように、磁気軸受装置1
0は円筒状のケーシング11を有しており、その内部の
縦方向の中心位置には、棒状の回転軸12が一方向又は
正逆方向に回転自在に配置されている。この回転軸12
にはモータ13の回転子14が固定され、このモータ1
3により回転軸12は回転駆動される。回転軸12は、
2個のラジアル磁気軸受15,16によりラジアル方向
(半径方向)に対して磁気的に非接触で支持され、スラ
スト磁気軸受17によりスラスト方向(軸方向)に対し
て磁気的に非接触で支持されている。ラジアル磁気軸受
15,16の磁力は、回転子12とケーシング11との
間のラジアル方向の相対変位を測定する変位センサとし
てのラジアル変位センサ18,19の出力に基づいて制
御されるようになっている。また、スラスト磁気軸受1
7の磁力は、回転子12とケーシング11との間のスラ
スト方向の相対変位を測定する変位センサとしてのスラ
スト変位センサ20の出力に基づいて制御されるように
なっている。
【0012】ラジアル磁気軸受15,16は、それぞれ
回転軸12に取付けられて磁性材料たる珪素鋼板を積層
してなる回転子ヨーク15a,16aと、起磁力を発生
させる軸受コイル15b,16bが巻回され、回転子ヨ
ーク15a,16aとの間に微小間隙を有してケーシン
グ11に取付けられた電磁石固定子15c,16cとを
備えている。この電磁石固定子15c,16cは、ケー
シング11の内周面31に円周方向に均等に複数個配置
されているが、例えば図2に示すように、環状の電磁石
固定子本体32の内周面33に円周方向に均等に配置さ
れた凸部34を中心方向に突出させてこの凸部34に軸
受コイル15b,16bを巻回している。
【0013】スラスト磁気軸受17は、回転軸12に取
付けられた磁性材料からなる回転子ヨーク17aと、図
1及び図3に示すように起磁力を発生させる軸受コイル
17bが巻回され、回転子ヨーク17aとの間に微小間
隙を有してケーシング11に取付けられた電磁石固定子
17cとを備えている。この電磁石固定子17cにおい
て軸受コイル17bが巻回された方の面17dが、それ
ぞれ回転子ヨーク17aに対峙するように、各電磁石固
定子17cはケーシング11に取付けられている。
【0014】ラジアル変位センサ18,19は、各ラジ
アル磁気軸受15,16の近傍にそれぞれ位置してケー
シング11に固定されたセンサ用コア18a,19a
と、このセンサ用コア18a,19aにそれぞれ絶縁電
線が巻回されてなるセンサコイル18b,19bとを有
しており、回転軸12に取付けられた環状のセンサター
ゲット18c,19cの表面を測定することにより、回
転軸12のラジアル方向の変位量を検出して、その検出
結果を出力している。
【0015】スラスト変位センサ20は、ケーシング1
1の蓋部材11aに取付けられたセンサ用コア20a
と、このセンサ用コア20aに絶縁電線が巻回されてな
るセンサコイル20bとを有しており、回転軸12の一
方の軸方向端部12aに取付けられたセンサターゲット
20cの表面を測定することにより、回転軸12のスラ
スト方向の変位量を検出して、その検出結果を出力して
いる。
【0016】上記各軸受コイル15b,16b,17b
は、図2及び図3に示すように、両端部100,200
で電気的に接合された並列の複数(本実施例では3本)
の可撓性を有する絶縁電線41を電磁石固定子15c,
16c,17cにそれぞれ巻回して構成されている。本
実施例の絶縁電線41としては、絶縁被膜を有する銅線
41を用いているが、その他例えばアルミニウム線等、
導電性の優れた金属又はその合金等からなる線材でもよ
い。
【0017】なお、各軸受コイル15b,16b,17
bは、別々に巻回して製作したコイルを電磁石固定子に
取付けて、入口側端部100と出口側端部200でそれ
ぞれまとめてもよいが、複数本の銅線41を同時に巻回
したコイルを用いて入口側端部100と出口側端部20
0でそれぞれまとめてもよい。このように本実施例で
は、軸受コイルに巻回する銅線41を細い線に分割して
巻けるので、巻回作業も容易になる。
【0018】さらに、本実施例装置においては、並列に
接合された3本の銅線41がいわゆるパラレルに巻回さ
れた軸受コイル15b,16b,17bの銅線41のう
ち例えば1本が破断した場合に、この異常をいち早く検
出するために、各軸受コイル15b,16b,17bの
インピーダンスを監視する監視装置を備えている。これ
により、軸受コイル15b,16b,17bのインピー
ダンスの変化から、銅線41の破断の有無の状況を判断
し、異常があれば制御可能な時に磁気軸受装置を停止し
て目的の軸受コイルの交換を速やかに行うことができ
る。各軸受コイルは、複数の導線がパラレルに巻回され
たものであるために、その異常の判断を容易に行うこと
ができる。したがって、磁気軸受装置の運転を、タッチ
などの故障もなく速やかに修理できるとともに再び正常
に運転を再開できるシステムとすることができる。
【0019】上記のように構成された磁気軸受装置にお
いて、回転軸12の変位量を測定するラジアル変位セン
サ18,19及びスラスト変位センサ20から出力され
る検出信号は、各磁気軸受15,16,17用の各セン
サアンプにより処理される。この各センサアンプからの
出力信号は補償装置に送られ、この補償装置は、入力れ
さたこの信号と所定の目標値とに基づいて、回転軸12
の変位量を制御する制御信号を電力増幅器に出力する。
この電力増幅器は、入力れさた上記制御信号に基づい
て、各磁気軸受15,16,17の各軸受コイル15
b,16b,17bを励磁する。励磁された各軸受コイ
ル15b,16b,17bと各電磁石固定子15c,1
6c,17cは、各回転子ヨーク15a,16a,17
aを吸引する磁気吸引力を生成して、回転軸12をケー
シング11の中心位置に非接触状態で支持する。これに
より、回転軸12は磁力により非接触状態に支持されな
がら、モータ13により回転駆動されることとなる。な
お、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0020】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、軸
受コイルの絶縁電線の一部が破断しても破断した電線と
並列接続されている他の絶縁電線が電流を流し続けるの
で軸受コイルの磁力は零にならず、軸受装置の制御は可
能であり回転部がダメージを受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1乃至図3は本発明の一実施例を示す図で、
図1は本実施例に係る磁気軸受装置の全体構造を示す断
面図である。
【図2】上記磁気軸受装置に装着されたラジアル磁気軸
受の電磁石の構造を示す部分破断斜視図である。
【図3】上記磁気軸受装置に装着されたスラスト磁気軸
受の電磁石の構造を示す部分破断斜視図である。
【図4】図4及び図5は従来技術を示す図で、図4は従
来のラジアル磁気軸受の電磁石の構造を示す部分破断斜
視図である。
【図5】従来のスラスト磁気軸受の電磁石の構造を示す
部分破断斜視図である。
【符号の説明】
10 磁気軸受装置 11 ケーシング 12 回転軸 15a,16a,17a 回転子ヨーク 15b,16b,17b 軸受コイル 15c,16c,17c 電磁石固定子 18,19 ラジアル変位センサ(変位センサ) 20 スラスト変位センサ(変位センサ) 41 銅線(絶縁電線) 100,200 軸受コイルの両端部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸に取付けられた磁性材料の回転子
    ヨークと、 起磁力を発生させる軸受コイルが巻回され、上記回転子
    ヨークとの間に微小間隙を有してケーシングに取付けら
    れた電磁石固定子と、 上記回転軸の変位量を測定する変位センサとを備え、 この変位センサからの出力信号に基づいて、上記回転子
    ヨークと上記電磁石固定子との間に作用する磁力を制御
    して、上記回転軸を磁気的に非接触で支持する磁気軸受
    装置であって、 上記軸受コイルは、両端部で電気的に接合された並列の
    複数の絶縁電線を上記電磁石固定子に巻回して構成され
    たことを特徴とする磁気軸受装置。
  2. 【請求項2】 上記軸受コイルのインピーダンスを監視
    する監視装置を備えたことを特徴とする請求項1記載の
    磁気軸受装置。
JP4204446A 1992-07-08 1992-07-08 磁気軸受装置 Pending JPH0626521A (ja)

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JP4204446A JPH0626521A (ja) 1992-07-08 1992-07-08 磁気軸受装置

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JP4204446A JPH0626521A (ja) 1992-07-08 1992-07-08 磁気軸受装置

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ID=16490667

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757097B1 (en) 1999-11-12 2004-06-29 Bookham Technology Plc Wavelength dependent isolator
EP2006558A2 (en) 2007-06-22 2008-12-24 JTEKT Corporation Magnetic bearing device and machine tool with such a device
CN104373352A (zh) * 2014-11-05 2015-02-25 北京石油化工学院 磁悬浮单轴直驱压缩机
CN105202026A (zh) * 2015-09-22 2015-12-30 荣成复合材料有限公司 一种电磁轴承

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