JPH0629535Y2 - 磁気軸受装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、磁気軸受装置に関し、特に、ラジアル方向
に対しては永久磁石のような受動型の磁気軸受を用い、
スラスト方向に対しては制御式の能動型の磁気軸受を用
いた１軸制御を行なう磁気軸受装置に関する。

［従来の技術］ 最近では、製造コストを低減するために、外乱の少ない
用途への磁気軸受装置は、５軸制御よりも制御軸数の少
ない３軸制御，１軸制御が用いられようとしている。１
軸制御の場合、ラジアル方向には受動的な軸受が用いら
れ、軸方向のみが制御される。このような１軸制御型の
磁気軸受装置は、制御回路が最も簡単であり、実用化の
ための種々の工夫がなされている。ところが、１軸制御
型の磁気軸受装置は、残りの非制御の４軸の減衰はほと
んど期待できないため、何らかの減衰を与えなければ、
回転上昇あるいは下降時の固有振動通過時に大きな振動
を生じる。

このような対策として、特公昭５９−７３１号公報，特
公昭６２−３７２４６号公報には、電気的なダンピング
方法を用いて減衰を与える技術が開示されており、その
他に機械式ダンパを用いた方法もある。

しかし、上述の電気的なダンピング方法は固有振動数と
回転速度が一致していないときにのみ有効な減衰を示す
が、これらが一致したとき、つまり、固有振動通過時は
減衰力が生じないため、実用的でない。また、機械的ダ
ンパによる方法の場合には、独立した反発型のラジアル
磁気軸受を２個用いて、一方の反発型のラジアル磁気軸
受を弾性支持して、減衰器を追加する必要があり、構造
が非常に複雑になってしまうという欠点がある。

そこで、本願考案者などは、実願平１−４６３２４号に
おいて、比較的簡単な構成であって、回転上昇あるいは
下降時の固有振動通過時に振動を良好に減衰させること
ができる磁気軸受装置を提案した。第３Ａ図は、上述の
提案された磁気軸受装置の縦断面図であり、第３Ｂ図は
第３Ａ図に示すＩＢ−ＩＢに沿う横断面図である。第３
Ａ図および第３Ｂ図を参照して、回転軸１はケース２内
で回転するものであって、その回転軸１の一端にはロー
タ３が取付けられている。ロータ３の内面には永久磁石
４が設けられ、この永久磁石４に対向するケース２の外
面には永久磁石５が設けられる。これらの永久磁石４と
５とによってラジアル方向の反発型磁気軸受６が構成さ
れる。なお、回転軸１の一端に対向するケース２の内面
には上部非常用ベアリング７が取付けられている。ケー
ス２のほぼ中央部には、回転軸１を回転させるためのモ
ータステータ８が設けられる。モータステータ８の下部
には、スラスト方向吸引用永久磁石９が取付けられた永
久磁石ホルダ１０が設けられている。永久磁石ホルダ１
０に対向するようにスラスト板１１が回転軸１に設けら
れ、このスラスト板１１の上部には、スラスト方向吸引
用永久磁石９に対向するように永久磁石１２が設けられ
ている。スラスト板１１の下部には、電磁石１３が設け
られ、この電磁石１３はスペー１４によって前述の永久
磁石ホルダ１０に取付けられている。電磁石１３は永久
磁石９と１２との間に生じる軸方向への吸引力と釣合う
ように図示しない制御回路によって制御される。電磁石
１３の回転軸１に向く内面には各非常用ベアリング１５
が設けられ、回転軸１の他端にはアキシャルセンサター
ゲット１６が設けられている。アキシャルセンサターゲ
ット１６に対向するように、軸方向の位置を検出するた
めのアキシャル方向位置センサ１７がセンサ取付部材１
８によって電磁石１３の下面に固定され、そして、永久
磁石ホルダ１０と電磁石１３とスペーサ１４とアキシャ
ル方向位置センサ１７とからなるステータユニットは、
数本の鋼線１９によってケース２に取付けられている。
その結果、ステータユニットは鋼線１９によって軸方向
に強く、ラジアル方向に柔かく支持されることとなる。
ステータユニットとケース２との間には複数の減衰部材
２０が挿入されていて、ラジアル方向の振動に対して減
衰が与えられる。

上述のごとく構成された磁気軸受装置において、回転軸
１はラジアル方向の反発型磁気軸受６によって生じるラ
ジアル方向の磁気反発力と、電磁石１３によるスラスト
板１１に対する吸引力とによって軸支されて、モータス
テータ８の回転力によって回転する。そして、ステータ
ユニットが鋼線１９によって軸方向に剛く支持され、弾
性部材２０によってラジアル方向に柔らかく支持される
ため、回転軸１の回転上昇あるいは下降時の固有振動通
過時に振動を良好に減衰させることができる。また、減
衰部材２０はステータユニットのまわり止めの役目をも
する。

［考案が解決しようとする課題］ 前述の提案された磁気軸受装置によれば、制御式磁気軸
受の固定部を軸方向に支持部材によって剛に支持し、ラ
ジアル方向を減衰部材によって支持するようにしたの
で、比較的簡単な構成で、回転上昇あるいは下降時の固
有振動通過時に振動を良好に減衰させることができる。

しかし、この本願考案者などによって提案された磁気軸
受装置は、回転開始時に、所定の回転数まで回転上昇さ
せるための加速時間を短くするためにモータの駆動力を
増加させると、固有振動数以外で新たに振動が発生する
という不都合がある。すなわち、数万ｒｐｍまで回転上
昇させるための加速時間を短くするため軸の回転加速度
を増加すると、軸の１次，２次の固有振動数を通過後一
次モードの周波数に近い振動が発生する。この振動は、
上記の本願考案者などによって提案された磁気軸受装置
では、吸収できないため、軸が上部非常用ベアリング７
または下部非常用ベアリング１５に接触するなどの問題
点が生じる。したがって、従来では、軸の回転加速度を
増加させることができず、回転上昇のための加速時間を
短縮することは困難であった。

この考案は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、回転上昇のための加速時間を短縮することが
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］ この考案における磁気軸受装置は、少なくとも制御式磁
気軸受の固定部を軸方向に剛に支持するための支持部材
と、少なくとも制御式磁気軸受の固定部のラジアル方向
を支持するための第１の減衰部材と、支持部材および第
１の減衰部材を介して制御式磁気軸受の固定部を支持す
るための固定部材と、固定部材に直接設けられた予め定
められた所定の弾性特性を有する弾性部材と該弾性部材
上に設けられた予め定められた所定の重量を有する重り
部材とを備えた第２の減衰部材とを含む。

［作用］ この考案にかかる磁気軸受装置では、第２の減衰部材が
制御式磁気軸受の固定部を支持するための固定部材に直
接設けられた予め定められた所定の弾性特性を有する弾
性部材とその弾性部材上に設けられた予め定められた所
定の重量を有する重り部材とから構成されるので、軸の
回転の加速度を増加した場合に発生する特定の周波数の
振動が有効に吸収され、この結果、回転開始時の加速度
を増加させることができる。

［考案の実施例］ 第１Ａ図ないし第１Ｅ図は、本考案の一実施例を示した
磁気軸受装置の断面図である。第１Ａ図ないし第１Ｅ図
を参照して、第３Ａ図に示した本願考案者などによって
提案された磁気軸受装置との主な相違点は、ケース２に
ゴム３２ａ〜３２ｅが直接取付けられ、さらにそのゴム
３２ａ〜３２ｅの上にウエイト３１ａ〜３１ｅが取付け
られていることである。すなわち、第１Ａ図に示した磁
気軸受装置では、ケース２の底部外面にゴム３２ａが直
接取付けられ、そのゴム３２ａの上にウエイト３１ａが
取付けられている。第１Ｂ部図にした磁気軸受装置で
は、ケース２の底部内面にゴム３２ｂが直接取付けら
れ、ゴム３２ｂ上にウエイト３１ｂが取付けられてい
る。第１Ｃ図に示した磁気軸受装置では、ケース２の下
部側面に、ゴム３２ｃが直接取付けられ、そのゴム３２
ｃ上にウエイト３１ｃが取付けられている。第１Ｄ図に
示した磁気軸受装置では、ケース２の上部側面にゴム３
２ｄが直接取付けられ、そのゴム３２ｄの上にウエイト
３１ｄが取付けられている。また、第１Ｅ図に示した磁
気軸受装置では、ケース２の外部側面にゴム３２ｅを取
付けるための溝が設けられており、その溝のゴム３２ｅ
が取付けられ、そのゴム３２ｅ上にウエイト３１ｅが取
付けられている。

第２図は、第１Ａ図ないし第１Ｅ図に示した磁気軸受装
置の減衰方法を説明するための概略図である。第１Ａ図
ないし第２図を参照して、本実施例の減衰方法について
説明する。まず、スピンドル本体１０１は、設置台１０
３（第１Ａ図ないし第１Ｅ図には図示せず）に取付けら
れている。この設置台１０３への取付けによりＫ_１とＣ
_１からなる第１減衰部１０２が構成される。また、スピ
ンドル本体１０１には、第２減衰部３２（第１Ａ図ない
し第１Ｅ図に示したゴム３２ａ〜３２ｅに相当）を介し
てウエイト３１（第１Ａ図ないし第１Ｅ図に示したウエ
イト３１ａ〜３１ｅに相当）が取付けられている。この
第１減衰部１０２および第２減衰部３２ならびにウエイ
ト３１により動吸振器が構成される。この第１減衰部１
０２および第２減衰器３２ならびにウエイト３１によっ
て構成される動吸振器は、スピンドル本体１０１とウエ
イト３１の質量比をＲ＝Ｍ_２／Ｍ_１とし、スピンドル本
体１０１とウエイト３１の振動数の比をν＝ω_２／ω_１
とするとν＝１１（１＋Ｒ）になるように選定される。
ここで、スピンドル本体１０１の振動数ω_１は次の式
（１）で表わされる。

ウエイト３１の振動数ω_２は次の式（２）で表わされ
る。

上記の式により吸振したいスピンドル本体１０１の振動
数がω_１であるときウエイト３１の質量Ｍ_２および第２
減衰部材３２のばね定数Ｋ_２が算出される。この算出結
果に基づいて第１Ａ図ないし第１Ｅ図に示したゴム３２
ａ〜３２ｅおよびウエイト３１ａ〜３１ｅを選定すれば
よい。

このように、本実施例では、第１Ａ図ないし第１Ｅ図に
示したように、ケース２にゴム３２ａ〜３２ｅを取付
け、さらにその上にウエイト３１ａ〜３１ｅを取付けて
全体として動吸振器を構成することにより、回転開始時
に数万ｒｐｍまで回転上昇させるための加速時間を短く
するためモータの駆動力を大きくした場合にロータの１
次，２次の固有振動数を通過後に１次モードの周波数に
近い振動が発生したとしてもその１次モードの周波数に
近い振動は動吸振器によって吸収されることとなる。こ
の結果、回転加速度を増加させることができ回転上昇の
ための加速時間を短縮することができる。また、本考案
では、第３Ａ図に示した本願考案者などによって提案さ
れた発明も加味されているため、定常時においてもスピ
ンドルの振動をほとんど生じない。なお、本実施例で示
した減衰方法は連成ばね系による減衰方法である。

［考案の効果］ 以上のように、この考案によれば、第２の減衰部材を制
御式磁気軸受の固定部を支持するための固定部材に直接
設けられた予め定められた所定の弾性特性を有する弾性
部材と、その弾性部材上に設けられた予め定められた所
定の重量を有する重り部材とにより構成することによ
り、軸の回転の加速度を増加した場合に発生する特定の
周波数の振動が有効に吸収され、その結果、回転開始時
の加速度を増加させることができるので、回転上昇のた
めの加速時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図ないし第１Ｅ図は、本考案の一実施例を示した
磁気軸受装置の断面図、第２図は第１Ａ図ないし第１Ｅ
図に示した磁気軸受装置の減衰方法を説明するための概
略図、第３Ａ図は本願考案者などにより提案された磁気
軸受装置の縦断面図、第３Ｂ図は第３Ａ図に示す線ＩＢ
−ＩＢに沿う横断面図である。 図において、１は回転軸、２はケース、３はロータ、４
は永久磁石、５は永久磁石、６はラジアル方向の反発型
磁気軸受、７は上部非常用ベアリング、８はモータステ
ータ、９は反発型永久磁石、１０は永久磁石ホルダ、１
１はスラスト板、１２は反発型永久磁石、１３は電磁
石、１４はスペーサ、１５は下部非常用ベアリング、１
６はアキシャルセンサターゲット、１７はアキシャル方
向位置センサ、１８はセンサ取付部材、１９は鋼線、２
０は減衰部材、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１
ｄ，３１ｅはウエイト、３２は第２減衰部、３２ａ，３
２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅはゴム、１０１はスピン
ドル本体、１０２は第１減衰部、１０３は設置台であ
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石の反発力を利用したラジアル磁気
   軸受と、軸方向磁気力を制御する制御式磁気軸受によっ
   て回転軸を軸支し、軸方向吸引力によって生じるラジア
   ル剛性を利用した１軸制御型磁気軸受装置であって、 少なくとも前記制御式磁気軸受の固定部を軸方向に剛に
   支持するための支持部材と、 少なくとも前記制御式磁気軸受の固定部のラジアル方向
   を支持するための第１の減衰部材と、 前記支持部材および前記第１の減衰部材を介して前記制
   御式磁気軸受の固定部を支持するための固定部材と、 前記固定部材に直接設けられた予め定められた所定の弾
   性特性を有する弾性部材と該弾性部材上に設けられた予
   め定められた所定の重量を有する重り部材とを備えた第
   ２の減衰部材とを含む、磁気軸受装置。