JPH08232955A - Magnetic bearing - Google Patents

Magnetic bearing

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Publication number
JPH08232955A
JPH08232955A JP7063350A JP6335095A JPH08232955A JP H08232955 A JPH08232955 A JP H08232955A JP 7063350 A JP7063350 A JP 7063350A JP 6335095 A JP6335095 A JP 6335095A JP H08232955 A JPH08232955 A JP H08232955A
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JP
Japan
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magnetic
stator
control
yoke
rotary shaft
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Application number
JP7063350A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Kanemitsu
陽一 金光
Susumu Osawa
将 大沢
Satoshi Mori
敏 森
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE: To easily form a closed space to store a control coil without requiring complicated structure and to facilitate manufacturing of a large bearing in simple structure by forming the cylindrical space by a bias core and a yoke. CONSTITUTION: It is possible to displace a rotation axis in the radial direction by magnetizing a control valve 7 by an electric current output from a power amplifier 19 in accordance with a detection signal of a displacement sensor 3. Hereby, the control electric current is made to flow by an opposite phase to generate it in the opposite direction of a control magnetic flux to make downward attraction force work. On such a magnetic bearing in such constitution, a cylindrical closed space is formed by a casing 100 on the outside of a control core 9, stator seal rings 11a, b, c, d and two yokes 4, 5, and as a radial control coil 7 is arranged here, it is hard for a working fluid to intrude into the control coil 7. Consequently, it is not necessary to make it in can structure and it is easy to manufacture a large bearing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は磁気軸受に係り、特に外
部に作動流体が漏れることを嫌うような用途、例えばポ
ンプやターボ遠心圧縮機などの回転流体機械などに用い
て好適な磁気軸受に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing, and more particularly to a magnetic bearing suitable for use in applications where leakage of a working fluid to the outside is not desired, for example, rotary fluid machines such as pumps and turbo centrifugal compressors. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図10乃至図12は、従来の磁気軸受を
備えた回転駆動装置であり、回転駆動用のモータ部30
の両側にそれぞれラジアル磁気軸受部31,32が設け
られている。このラジアル軸受部31,32はラジアル
方向に回転軸に向けて突出するコア(鉄芯)33,34
とこれに巻き付けられたコイル35,36からなる励磁
コイル37,38が周方向に複数配置されてなってお
り、回転軸39のラジアル方向の位置を検知するセンサ
40からの信号をもとに、これらのコイルに流す電流を
調整することによって回転軸のラジアル方向の位置を一
定に制御するようになっている。この軸受は、このよう
にラジアル磁極が周方向に配置された構造となっている
ため、作動流体がこの励磁コイルに浸入することを防ぐ
ために円筒状の薄い金属板でラジアル軸受磁極全体を囲
むいわゆるキャン構造を採用している。
2. Description of the Related Art FIGS. 10 to 12 show a conventional rotary drive device equipped with a magnetic bearing, and a motor unit 30 for rotary drive.
Radial magnetic bearing portions 31 and 32 are provided on both sides of, respectively. The radial bearing portions 31 and 32 are cores (iron cores) 33 and 34 that project in the radial direction toward the rotary shaft.
A plurality of exciting coils 37 and 38, which are composed of coils 35 and 36 wound around this, are arranged in the circumferential direction, and based on a signal from a sensor 40 that detects the radial position of the rotating shaft 39, The position of the rotary shaft in the radial direction is controlled to be constant by adjusting the currents flowing through these coils. Since this bearing has a structure in which the radial magnetic poles are arranged in the circumferential direction as described above, a so-called cylindrical thin metal plate surrounds the entire radial bearing magnetic pole in order to prevent the working fluid from entering the exciting coil. It uses a can structure.

【0003】また、この軸受装置の一端側には、軸方向
にかかる負荷に応答して軸方向の位置を一定に保つスラ
スト軸受41が設けられている。そして、回転軸39が
被駆動軸と結合される側では、ケーシング貫通側の内側
の部分において、軸受の内部を外部から保護するため、
あるいは軸受内部の潤滑用流体が外部に漏れるのを防ぐ
ため、メカニカルシール42又は非接触の環状シールが
配置されている。
A thrust bearing 41 is provided at one end of the bearing device to keep the axial position constant in response to a load applied in the axial direction. On the side where the rotary shaft 39 is coupled with the driven shaft, the inside of the bearing is protected from the outside at the inner side of the casing penetrating side.
Alternatively, in order to prevent the lubricating fluid inside the bearing from leaking to the outside, a mechanical seal 42 or a non-contact annular seal is arranged.

【0004】このラジアル軸受は、図13に示される制
御回路によって制御される。この制御回路は、回転軸の
変位を検出するセンサ40からの信号を位相補償する補
償回路42と、この位相補償回路42の信号を整流する
検波回路43、検波された信号を増幅して励磁コイル3
7,38に電流を供給するパワーアンプ44とからなっ
ている。
This radial bearing is controlled by the control circuit shown in FIG. This control circuit includes a compensating circuit 42 for phase compensating the signal from the sensor 40 for detecting the displacement of the rotary shaft, a detecting circuit 43 for rectifying the signal of the phase compensating circuit 42, and an exciting coil for amplifying the detected signal. Three
It is composed of a power amplifier 44 for supplying a current to 7, 38.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の磁気
軸受においては、上記のようなキャン構造を大型軸受に
適用するのは困難であるという課題があり、大型軸受に
用いることのできる別の構造の磁気軸受の開発が待たれ
ていた。また、被駆動軸との結合端側でメカニカルな又
は非接触環状シールを採用するために構造が複雑になっ
ていた。
In such a conventional magnetic bearing, there is a problem that it is difficult to apply the can structure as described above to a large-sized bearing, and another magnetic bearing that can be used for a large-sized bearing is used. The development of a magnetic bearing with a structure was awaited. In addition, the structure is complicated because a mechanical or non-contact annular seal is used on the coupling end side with the driven shaft.

【0006】この発明は上述した事情に鑑みて為された
もので、簡単な構造で大型軸受に用いることのできる磁
気軸受を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetic bearing which has a simple structure and can be used for a large bearing.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するために、回転軸の回りに固定子が配され、固定
子より回転軸に磁気を作用させて回転軸にラジアル方向
の駆動力を与え、回転軸の軸芯の位置を一定に保つよう
にした磁気軸受において、上記固定子を、軸方向に沿っ
て延び、円周上に少なくとも3つ以上配された位置制御
コアと、この位置制御コアにそれぞれ巻き付けられた制
御コイルと、上記コアの端部にそれぞれ固着された一対
の円板状のヨークと、上記ヨークの制御コアより内側を
つなぐ筒状のバイアス磁束用永久磁石とから構成したも
のである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a stator arranged around a rotary shaft, and a magnetic force is applied to the rotary shaft from the stator to drive the rotary shaft in a radial direction. In a magnetic bearing that applies a force to keep the position of the axis of a rotating shaft constant, the stator extends along the axial direction, and at least three or more position control cores are arranged on the circumference. Control coils wound around the position control core, a pair of disk-shaped yokes fixed to the end portions of the core, and a cylindrical bias magnetic flux permanent magnet connecting the inside of the control core of the yoke. It is composed of.

【0008】また、この発明は、上記回転軸には、上記
固定子ヨークに対向するように、一対の回転子ヨークを
回転軸に挿入し、さらに該回転子ヨークを接続し磁気回
路を構成するように磁性材のスリーブを回転軸に挿入し
たことを特徴とする。
According to the present invention, a pair of rotor yokes are inserted into the rotary shaft so as to face the stator yoke, and the rotor yokes are connected to form a magnetic circuit. As described above, the sleeve of the magnetic material is inserted into the rotating shaft.

【0009】また、この発明は、上記固定子ヨークに半
径方向の溝を、上記制御コイルの間に設けたことを特徴
とする。
The present invention is also characterized in that a radial groove is provided in the stator yoke between the control coils.

【0010】また、この発明は、上記固定子ヨークの間
に、回転軸に沿って筒状非磁性シールリングを配置し、
該シールリング、上記ヨーク及び軸受ケーシングによっ
て上記制御コア、上記制御コイル、上記バイアス用永久
磁石を収容する密閉空間を形成し、軸受隙間を流れる流
体がコイル部に浸入しないように構成したことを特徴と
する。
Further, according to the present invention, a cylindrical non-magnetic seal ring is arranged along the rotation axis between the stator yokes,
The seal ring, the yoke, and the bearing casing form a closed space that houses the control core, the control coil, and the bias permanent magnet, and fluid flowing through the bearing gap does not enter the coil portion. And

【0011】また、この発明は、上記固定子ヨークの間
に、回転軸に沿って筒状非磁性シールリングを配置し、
さらに、上記ヨークの外側面にシール円板を配置し、上
記ヨーク、該シールリング、該シール円板および軸受ケ
ーシングによって上記制御コア、上記制御コイル、上記
バイアス用永久磁石を収容する密閉空間を形成し、軸受
隙間を流れる流体がコイル部に浸入しないように構成し
たことを特徴とする。
Further, according to the present invention, a cylindrical non-magnetic seal ring is arranged along the rotation axis between the stator yokes,
Further, a seal disk is arranged on the outer surface of the yoke, and the yoke, the seal ring, the seal disk, and the bearing casing form a closed space for housing the control core, the control coil, and the bias permanent magnet. However, it is characterized in that the fluid flowing through the bearing gap does not enter the coil portion.

【0012】また、この発明は、上記固定子と上記回転
軸の互いに対向する面の少なくとも一方には、軸方向あ
るいは周方向に沿って表面位置が変化する凹凸が形成さ
れていることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that at least one of the surfaces of the stator and the rotating shaft facing each other is provided with irregularities whose surface position changes along the axial direction or the circumferential direction. To do.

【0013】また、この発明は、磁性粉供給装置を備
え、上記固定子と上記回転軸の間の隙間に磁性粉を供給
する手段を備えたことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized by comprising a magnetic powder supply device and means for supplying magnetic powder into a gap between the stator and the rotary shaft.

【0014】また、この発明は、上記磁性粉供給装置
は、磁性粉を流体として混合して上記固定子と上記回転
軸の間の隙間に移送することを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the magnetic powder supply device mixes the magnetic powder as a fluid and transfers it to the gap between the stator and the rotary shaft.

【0015】また、この発明は、上記固定子のシールリ
ングと回転軸のスリーブの間の隙間を固定子ヨークと回
転子ヨークの隙間より小さくしたことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the gap between the seal ring of the stator and the sleeve of the rotary shaft is smaller than the gap between the stator yoke and the rotor yoke.

【0016】また、この発明は、上記固定子のシールリ
ングの回転軸に対向した内面が多円弧状であることを特
徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the inner surface of the seal ring of the stator facing the rotation axis has a multi-arc shape.

【0017】[0017]

【作用】本発明によれば、軸方向両端部に一対の円板状
の固定子ヨークが配置され、これは筒状のバイアス用永
久用磁石と円弧板状の制御コアによって結合されてい
る。バイアス用永久磁石と固定子ヨークによって制御コ
イルを収容する筒状の空間が形成されるので、この部分
にラジアル方向制御用の励磁コイルを巻回した制御コア
を配置し、これを適当な蓋状部材(又は軸受ケーシン
グ)で覆うことにより、制御コイル用の密閉空間が形成
される。すなわち、上述した磁気軸受の構成によれば、
構造上、制御コイル用の密閉空間が容易に形成される。
制御コイルを備えた制御コア又はバイアス用永久磁石に
よって形成された磁界は制御コア又はバイアス用永久磁
石に沿って固定子ヨークに導かれ、ヨークの内面と回転
軸の外面又は回転軸に挿入した回転子ヨークの外面の間
を通って回転軸外面又は回転子ヨーク外面の磁性部分に
流れる。バイアス用永久磁石による磁束は、固定子ヨー
クと回転子ヨークの隙間部分で円周方向に均一に形成さ
れるのに対して、制御コアによる磁束は、円周方向に任
意に形成される。従って、両磁束が合成された磁束は円
周方向に不均一なものとなり、半径方向の磁気力が回転
子に対して作用することとなる。
According to the present invention, a pair of disk-shaped stator yokes are arranged at both ends in the axial direction, and these are connected to the cylindrical permanent magnet for bias by the arc-shaped plate control core. Since the cylindrical space for accommodating the control coil is formed by the permanent magnet for bias and the stator yoke, the control core around which the exciting coil for radial direction control is wound is arranged in this space, and this is placed in an appropriate lid shape. By covering with the member (or bearing casing), a closed space for the control coil is formed. That is, according to the configuration of the magnetic bearing described above,
Structurally, a closed space for the control coil is easily formed.
The magnetic field formed by the control core with the control coil or the bias permanent magnet is guided to the stator yoke along the control core or the bias permanent magnet, and is rotated on the inner surface of the yoke and the outer surface of the rotary shaft or the rotary shaft. It flows between the outer surfaces of the child yoke to the outer surface of the rotating shaft or the magnetic portion of the outer surface of the rotor yoke. The magnetic flux generated by the permanent magnet for bias is uniformly formed in the circumferential direction in the gap portion between the stator yoke and the rotor yoke, whereas the magnetic flux generated by the control core is arbitrarily formed in the circumferential direction. Therefore, the combined magnetic flux becomes non-uniform in the circumferential direction, and the magnetic force in the radial direction acts on the rotor.

【0018】また、固定子ヨークに半径方向の溝を設け
ることにより、制御コア、制御コイルにより発生する制
御磁束が、ヨーク内を周方向に流れることを防止し、半
径方向に向かい有効に回転軸に流れる。このため、固定
子ヨークと回転子ヨークの隙間部分の磁束密度を高め、
制御性を高めることができる。
Further, by providing a radial groove in the stator yoke, the control magnetic flux generated by the control core and the control coil is prevented from flowing in the yoke in the circumferential direction, and the rotary shaft is effectively turned in the radial direction. Flow to. Therefore, the magnetic flux density in the gap between the stator yoke and the rotor yoke is increased,
The controllability can be enhanced.

【0019】また、回転子ヨークを接続し、磁気回路を
構成するように磁性材のスリーブを回転軸に挿入したこ
とから、固定子ヨークと回転子ヨークの隙間部分にバイ
アス用永久磁石による磁束と制御コアによる磁束の密度
を高め、制御性を高めることができる。
Further, since the rotor yoke is connected and the sleeve made of a magnetic material is inserted into the rotating shaft so as to form a magnetic circuit, the magnetic flux generated by the permanent magnet for bias is provided in the gap between the stator yoke and the rotor yoke. The magnetic flux density by the control core can be increased, and the controllability can be improved.

【0020】また、固定子と回転軸の対向表面に凹凸を
設けることにより、作動流体の流動が妨げられ、作動流
体が固定子と回転軸の間の空間に保持される。
Further, by providing the concavities and convexities on the surfaces of the stator and the rotating shaft which face each other, the flow of the working fluid is hindered and the working fluid is retained in the space between the stator and the rotating shaft.

【0021】また、この空間に磁性粉を供給することに
より、同様に作動流体の流動が妨げられて同様のシール
作用を行う。
Further, by supplying the magnetic powder to this space, the flow of the working fluid is similarly disturbed and the same sealing action is performed.

【0022】さらに、回転軸スリーブと固定子シールリ
ングの隙間を他の隙間より狭くすることにより、軸受が
非常停止したときなどにおいて、この部分で回転軸の荷
重を支持するので、磁気軸受の損傷が防止される。
Further, by making the gap between the rotary shaft sleeve and the stator seal ring narrower than the other gaps, the load of the rotary shaft is supported at this portion when the bearing is stopped in an emergency, so that the magnetic bearing is damaged. Is prevented.

【0023】更に、固定子シールリングに多円弧状の溝
を設けることにより、軸受隙間の作動流体を保持するこ
とができる。
Further, by providing the stator seal ring with a multi-arc groove, the working fluid in the bearing gap can be retained.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の一実施例の磁気軸受について
図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetic bearing according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1及び図2は、この発明の一実施例の磁
気軸受を示すもので、図1は軸方向に沿った断面を示
し、図2はそのAA線に沿った断面を示す。基本的に磁
性材料からなる回転軸1と、この回転軸1を取り囲む筒
状の固定子2から構成され、さらに回転軸の相対変位を
検出する非接触センサ3が設けられている。固定子2は
ケーシング100に固定されている。
1 and 2 show a magnetic bearing according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross section taken along the axial direction, and FIG. 2 shows a cross section taken along line AA. A non-contact sensor 3 which is basically composed of a rotary shaft 1 made of a magnetic material and a cylindrical stator 2 surrounding the rotary shaft 1 and which detects a relative displacement of the rotary shaft is provided. The stator 2 is fixed to the casing 100.

【0026】固定子2は、両端の円板状のヨーク4,5
と、これらのヨーク4,5間の制御用電磁石6とバイア
ス磁束用永久磁石8からなっており、この制御用電磁石
6は永久磁石8の外側に配置される。制御用電磁石6は
制御コイル7とコア9から構成される。制御コイル7は
円周上に等間隔に配置された円弧板状の4つの制御コア
9にそれぞれ巻き付けられている。永久磁石8は円筒状
であり軸方向に着磁されており、円周方向に沿って均一
な軸方向の磁束を発生する。これらの制御コア9及び永
久磁石8はいずれもその両端をヨーク4,5の内端に固
着されている。永久磁石8のさらに内側には、非磁性材
料からなる筒状のシールリング11aがやはり両端をヨ
ーク4,5の内面に固着されて取り付けられている。
The stator 2 has disk-shaped yokes 4 and 5 at both ends.
The control electromagnet 6 between the yokes 4 and 5 and the bias magnetic flux permanent magnet 8 are arranged outside the permanent magnet 8. The control electromagnet 6 is composed of a control coil 7 and a core 9. The control coil 7 is wound around four arc-plate-shaped control cores 9 arranged at equal intervals on the circumference. The permanent magnet 8 has a cylindrical shape and is magnetized in the axial direction, and generates a uniform magnetic flux in the axial direction along the circumferential direction. Both ends of the control core 9 and the permanent magnet 8 are fixed to the inner ends of the yokes 4 and 5. Inside the permanent magnet 8, a cylindrical seal ring 11a made of a non-magnetic material is attached by fixing both ends to the inner surfaces of the yokes 4 and 5.

【0027】回転軸1の外面には筒状の回転子ヨーク1
2,14とスリーブ13が嵌合され固定されている。こ
の回転子ヨークは、固定子ヨークに対応する部分12,
14が磁性材料で形成され、上記シールリング11aに
対応するスリーブ13も磁性材料で形成されている。
A cylindrical rotor yoke 1 is provided on the outer surface of the rotary shaft 1.
2, 14 and the sleeve 13 are fitted and fixed. This rotor yoke has a portion 12 corresponding to the stator yoke,
14 is made of a magnetic material, and the sleeve 13 corresponding to the seal ring 11a is also made of a magnetic material.

【0028】次に、この磁気軸受の制御回路の構成を、
図1と図2を参照して説明する。制御回路は、回転軸の
変位を検出するセンサ3からの信号を増幅するセンサア
ンプ17と、このセンサアンプの信号を位相補償する補
償回路18と、この位相補償回路の信号を増幅してラジ
アル磁極に電流を供給するパワーアンプ19とからなっ
ている。この実施例では、センサ3は軸線に直交する面
内で互いに直交するように2組が設けられており、制御
回路もそれに応じて2系統設けられている。そして、軸
線を挟んで互いに対向する位置にある制御コイル7は位
相を反対にして直列に接続され、図2に示すようにそれ
ぞれのパワーアンプ19からの出力端子はセンサ3に対
応する向きの制御コイル7に接続されている。
Next, the configuration of the control circuit for this magnetic bearing will be described.
This will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The control circuit includes a sensor amplifier 17 that amplifies a signal from the sensor 3 that detects the displacement of the rotating shaft, a compensation circuit 18 that phase-compensates the signal of this sensor amplifier, and a signal of this phase compensation circuit that amplifies the radial magnetic pole. And a power amplifier 19 for supplying a current to the. In this embodiment, two sets of the sensors 3 are provided so as to be orthogonal to each other in a plane orthogonal to the axis, and two control circuits are provided accordingly. Then, the control coils 7 located at positions opposite to each other with the axis interposed therebetween are connected in series with the phases reversed, and the output terminals from the respective power amplifiers 19 are controlled so as to correspond to the sensor 3 as shown in FIG. It is connected to the coil 7.

【0029】次に、上記のように構成された磁気軸受の
作用について説明する。先ず、バイアス磁束用永久磁石
8から図3に示すような回転軸1のヨーク12,14の
対向する箇所でラジアル方向に逆向きとなるような磁束
Φ1が発生する。一方、制御コイル7に電流を付与する
と、図4に示すように、回転軸1の例えば上下に対向す
る箇所において同じ向きとなる磁束Φ2が発生する。こ
れらは個々には回転軸に対して両側から吸引力を及ぼ
し、ラジアルな変位を与えない。
Next, the operation of the magnetic bearing configured as described above will be described. First, a magnetic flux Φ 1 is generated from the bias magnetic flux permanent magnet 8 in a direction opposite to the radial direction at a position where the yokes 12 and 14 of the rotary shaft 1 face each other as shown in FIG. On the other hand, when a current is applied to the control coil 7, as shown in FIG. 4, a magnetic flux Φ 2 having the same direction is generated at, for example, a vertically opposed portion of the rotary shaft 1. These individually exert a suction force on the rotation axis from both sides and do not give a radial displacement.

【0030】しかし、両方のコイルを同時に励磁する
と、これらのバイアス磁束Φ1と制御磁束Φ2の両磁束が
作用し、これらは回転軸の上側では強めあい、回転軸の
下側では弱めあうので、結果的に上向きの吸引力が残る
ことになる。つまり、変位センサ3の検出信号に応じて
パワーアンプ19から出力される電流により、制御コイ
ル7を励磁することにより、回転軸1をラジアル方向に
変位させることができる。図において下向きの吸引力を
作用させるには、制御電流を図4の制御磁束Φ2と逆方
向に発生するように逆の位相で流せば良い。
However, when both coils are excited at the same time, both the bias magnetic flux Φ 1 and the control magnetic flux Φ 2 act, and these magnetic fluxes strengthen each other above the rotary shaft and weaken each other below the rotary shaft. As a result, upward suction force remains. That is, the rotating shaft 1 can be displaced in the radial direction by exciting the control coil 7 with the current output from the power amplifier 19 according to the detection signal of the displacement sensor 3. In order to exert a downward attraction force in the figure, the control current may be passed in the opposite phase so as to be generated in the direction opposite to the control magnetic flux Φ 2 in FIG.

【0031】このような構成の磁気軸受においては、制
御コア9の外側の軸受ケーシング100と固定子シール
リング11a,b,c,d及び2つのヨーク4,5によ
って筒状の密閉空間が形成され、ここにラジアル制御コ
イル7が配置されるので制御コイルに作動流体が浸入し
にくい。従って、キャン構造にする必要がなく、大型の
軸受を製造することも容易である。
In the magnetic bearing having such a configuration, the bearing casing 100 outside the control core 9, the stator seal rings 11a, b, c and d and the two yokes 4 and 5 form a cylindrical closed space. Since the radial control coil 7 is arranged here, it is difficult for the working fluid to enter the control coil. Therefore, it is not necessary to use a can structure, and it is easy to manufacture a large bearing.

【0032】図5は、本発明の磁気軸受がシール効果を
持つことを説明する。これらの回転子側のヨーク・スリ
ーブ12,13,14の外面には、円周方向に延びる凸
条15が軸方向に所定間隔をおいて設けられ、従って、
軸方向断面において交互に凹凸が形成されている。一
方、ヨーク4,5及びシールリング11aの内周面に
は、スリーブ12,13,14の表面に向かって延びる
凸条16a,16bがスリーブの凹凸と同じピッチで、
その先端とスリーブ12,13,14の凹凸のそれぞれ
の表面との間にわずかの隙間を持つように形成されてい
る。この回転軸1と固定子2の間の筒状の空間には適当
な粘性を持った作動流体が供給される。
FIG. 5 illustrates that the magnetic bearing of the present invention has a sealing effect. On the outer surfaces of the yoke sleeves 12, 13, 14 on the rotor side, there are provided ridges 15 extending in the circumferential direction at predetermined intervals in the axial direction.
Concavities and convexities are alternately formed in the axial cross section. On the other hand, on the inner peripheral surfaces of the yokes 4 and 5 and the seal ring 11a, the ridges 16a and 16b extending toward the surfaces of the sleeves 12, 13 and 14 are arranged at the same pitch as the irregularities of the sleeves.
It is formed so that there is a slight gap between its tip and each of the concave and convex surfaces of the sleeves 12, 13, and 14. A working fluid having an appropriate viscosity is supplied to the cylindrical space between the rotary shaft 1 and the stator 2.

【0033】凸状15及び16a,16bによって形成
される凹凸がこの空間での作動流体の流れに対して抵抗
作用を持ち、この空間に作動流体を保持する。これによ
って、この空間に常に流体が確保され、安定な回転を行
わせるとともに、駆動軸側などで軸受のケーシングを貫
通する箇所のシールを簡易なものとし、重量やコストを
低減することができる。
The unevenness formed by the convex portions 15 and 16a, 16b has a resistance action against the flow of the working fluid in this space, and holds the working fluid in this space. As a result, the fluid is always secured in this space, stable rotation is performed, and the sealing of the portion penetrating the bearing casing on the drive shaft side or the like is simplified, and the weight and cost can be reduced.

【0034】図6は、この発明の第2実施例の磁気軸受
を示すもので、図1におけるBB線に沿った断面図であ
る。固定子2のヨーク4,5に両端面を貫通し外側表面
に開口する軸方向に沿ったスリット21が形成された構
造となっている。このスリット21によってヨーク4,
5の周方向の磁気抵抗が大きくなっているので、制御用
の磁束Φ2が回転軸1のスリーブを迂回してヨーク内で
閉じてしまい、制御力が低下することが防止される。
FIG. 6 shows a magnetic bearing according to the second embodiment of the present invention and is a sectional view taken along the line BB in FIG. The yokes 4 and 5 of the stator 2 have a structure in which slits 21 are formed along the axial direction that penetrate both end faces and open to the outer surface. With this slit 21, the yoke 4,
Since the magnetic resistance in the circumferential direction of 5 is large, it is prevented that the control magnetic flux Φ 2 bypasses the sleeve of the rotary shaft 1 and is closed in the yoke, and the control force is reduced.

【0035】図7及び図8は、この発明の第3実施例を
示すもので、これは図1の実施例において、固定子2と
回転軸1との間のせまい隙間を流れる作動流体の流動抵
抗を高めるための工夫がなされているものである。すな
わち、固定子2の作動流体の上流(供給)側のヨーク5
の端部に磁性粉の挿入孔22が形成され、これは供給管
23を介して圧送ポンプ24と、流体に混合させた磁性
粉25を収容する磁性粉容器26に接続されている。
FIGS. 7 and 8 show a third embodiment of the present invention, which is a flow of the working fluid flowing through the narrow gap between the stator 2 and the rotary shaft 1 in the embodiment of FIG. It has been devised to increase resistance. That is, the yoke 5 on the upstream (supply) side of the working fluid of the stator 2
An insertion hole 22 for the magnetic powder is formed at the end of the magnetic powder, which is connected via a supply pipe 23 to a pressure feed pump 24 and a magnetic powder container 26 containing a magnetic powder 25 mixed with a fluid.

【0036】このような構造の磁気軸受においては、圧
送ポンプ24を作動させると磁性粉が作動流体の上流側
から供給されて作動流体に混入する。これは、さらに固
定子2と回転軸1の間の磁束に従って、図8に示すよう
に分布して作動流体の流れを阻害し、作動流体をこの空
間に保持するように作用する。
In the magnetic bearing having such a structure, when the pressure pump 24 is operated, the magnetic powder is supplied from the upstream side of the working fluid and mixed into the working fluid. This further acts according to the magnetic flux between the stator 2 and the rotating shaft 1 to distribute as shown in FIG. 8 to impede the flow of the working fluid and hold the working fluid in this space.

【0037】図9は、この発明の第4実施例を示すもの
で、固定子2の中央シールリング11とこれに対応する
回転軸1のスリーブ13を摺動性の良い、すなわち摩擦
係数の小さい材料で形成し、また、これらの表面に凸条
や溝を設けておらず、互いの表面は滑らかに仕上げられ
ている。そしてそれらの間の隙間を固定子ヨーク4,5
と両端の回転子ヨーク12,14のそれより少し小さく
設定している。これにより、磁気軸受そのものが、例え
ば異常振動などによりその機能を失ったような場合で
も、シールリング11とスリーブ13が接触して磁気軸
受の損傷を防ぐようになっている。
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the central seal ring 11 of the stator 2 and the corresponding sleeve 13 of the rotary shaft 1 have good slidability, that is, a small friction coefficient. They are made of a material, and no ridges or grooves are provided on these surfaces, and the surfaces of them are smoothly finished. And the gap between them is fixed to the stator yokes 4, 5
And a little smaller than that of the rotor yokes 12 and 14 at both ends. As a result, even if the magnetic bearing itself loses its function due to, for example, abnormal vibration, the seal ring 11 and the sleeve 13 come into contact with each other to prevent damage to the magnetic bearing.

【0038】なお、この例においても、シールリング1
1とスリーブ13の対向表面に螺旋状の溝を設けてシー
ル効果を増大するようにしてもよい。また、これらの表
面の双方又は一方に、適当な形状の、例えば多円弧形に
して軸受効果を増大させたり、多角形の凹所や凸部を設
けてシール効果を増大させるようにしてもよい。
Incidentally, also in this example, the seal ring 1
A spiral groove may be provided on the opposing surfaces of 1 and the sleeve 13 to enhance the sealing effect. Further, on both or one of these surfaces, an appropriate shape, for example, a multi-arc shape may be used to increase the bearing effect, or a polygonal recess or protrusion may be provided to increase the sealing effect. Good.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、バイアスコアとヨークによって筒状の空間が形成さ
れるので、複雑な構造を必要とせずに制御コイルを収容
するための密閉空間が容易に形成され、構造が簡単で大
型軸受の製造も容易である。固定子と回転軸の対向面に
複数の周方向溝を形成することにより、作動流体に流動
抵抗を増してこの空間の流動を維持し、安定な回転と簡
便なシール構造を得ることができる。
As described above, according to the present invention, since the cylindrical space is formed by the bias core and the yoke, a closed space for housing the control coil can be provided without requiring a complicated structure. It is easily formed, has a simple structure, and is easy to manufacture large bearings. By forming a plurality of circumferential grooves on the opposing surfaces of the stator and the rotating shaft, the flow resistance of the working fluid is increased to maintain the flow in this space, and stable rotation and a simple seal structure can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1実施例の正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のAA矢視図である。FIG. 2 is a view on arrow AA of FIG.

【図3】上記実施例のバイアス用永久磁石による磁束分
布を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a magnetic flux distribution by the biasing permanent magnet of the above embodiment.

【図4】上記実施例の制御コイルによる磁束分布を示す
模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a magnetic flux distribution by the control coil of the above embodiment.

【図5】上記実施例のシール効果を増す手段の構成を示
す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of means for increasing the sealing effect of the above embodiment.

【図6】この発明の第2実施例を示すもので、図1のB
B矢視図である。
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention, which is indicated by B in FIG.
FIG.

【図7】この発明の第3の実施例を示す正面断面図であ
る。
FIG. 7 is a front sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図8】図7の要部を拡大して示す図である。FIG. 8 is an enlarged view showing a main part of FIG.

【図9】この発明の第4の実施例を示す正面断面図であ
る。
FIG. 9 is a front sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図10】従来の磁気軸受兼用モータを示す正面断面図
である。
FIG. 10 is a front sectional view showing a conventional magnetic bearing / motor.

【図11】図10の側面断面図である。11 is a side sectional view of FIG.

【図12】図10におけるセンサの配置を示す模式図で
ある。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the arrangement of the sensors in FIG.

【図13】図10の従来の制御回路の構成を示す模式図
である。
13 is a schematic diagram showing the configuration of the conventional control circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転軸 2 固定子 3 センサ 4,5 固定子ヨーク 6 制御用電磁石 7 制御コイル 8 バイアス磁束用永久磁石 9 制御コア 10 バイアス磁束用永久磁石 11a 内側シールリング 11c,11d 側面シールリング 12,14 回転子ヨーク 13 スリーブ 15,16a,16b 凸条 17 センサアンプ 18 補償回路 19 パワーアンプ 21 スリット 22 磁性粉挿入孔 1 Rotation axis 2 Stator 3 Sensor 4, 5 Stator yoke 6 Control electromagnet 7 Control coil 8 Bias magnetic flux permanent magnet 9 Control core 10 Bias magnetic flux permanent magnet 11a Inner seal ring 11c, 11d Side seal ring 12, 14 Rotation Child yoke 13 Sleeves 15, 16a, 16b Convex strip 17 Sensor amplifier 18 Compensation circuit 19 Power amplifier 21 Slit 22 Magnetic powder insertion hole

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転軸の回りに固定子が配され、固定子
より回転軸に磁気を作用させてラジアル方向の駆動力を
与え、回転軸を軸芯に一定に保つようにした磁気軸受で
あって、上記固定子は、軸方向に沿って延び、円周上に
少なくとも3つ以上配された制御コアと、このコアにそ
れぞれ巻き付けられた制御コイルと、上記コアの端部に
それぞれ固着された一対の円板状の固定子ヨークと、上
記ヨークの制御コイルより内側を相互につなぐ筒状の、
軸方向に着磁したバイアス磁束用永久磁石とから構成さ
れたことを特徴とする磁気軸受。
1. A magnetic bearing in which a stator is arranged around a rotary shaft, and a magnetic force acts on the rotary shaft from the stator to apply a driving force in a radial direction to keep the rotary shaft at a constant axis. The stator extends along the axial direction and has at least three control cores arranged on the circumference, control coils wound around the cores, and fixed to the end portions of the cores. A pair of disc-shaped stator yokes and a tubular shape that connects the insides of the control coils of the yokes to each other,
A magnetic bearing comprising an axially magnetized permanent magnet for bias magnetic flux.
【請求項2】 上記固定子ヨークに半径方向の溝を、上
記制御コイルの間に設けたことを特徴とする請求項1に
記載の磁気軸受。
2. The magnetic bearing according to claim 1, wherein a radial groove is provided in the stator yoke between the control coils.
【請求項3】 上記回転軸には、上記固定子ヨークに対
向するように、一対の回転子ヨークを回転軸に挿入し、
さらに該回転子ヨークを接続し磁気回路を構成するよう
に磁性材のスリーブを回転軸に挿入したことを特徴とす
る請求項1に記載の磁気軸受。
3. A pair of rotor yokes are inserted into the rotary shaft so as to face the stator yoke,
The magnetic bearing according to claim 1, further comprising a sleeve made of a magnetic material inserted into the rotating shaft so as to connect the rotor yoke to form a magnetic circuit.
【請求項4】 上記固定子ヨークの間に、回転軸に沿っ
て筒状非磁性シールリングを配置し、該シールリング、
上記ヨーク及び軸受ケーシングによって上記制御コア、
上記制御コイル、上記バイアス用永久磁石を収容する密
閉空間を形成し、軸受隙間を流れる流体がコイル部に浸
入しないように構成したことを特徴とする請求項1に記
載の磁気軸受。
4. A cylindrical non-magnetic seal ring is arranged between the stator yokes along a rotation axis, and the seal ring,
The control core is provided by the yoke and the bearing casing,
The magnetic bearing according to claim 1, wherein a closed space for accommodating the control coil and the biasing permanent magnet is formed to prevent fluid flowing through a bearing gap from entering a coil portion.
【請求項5】 上記固定子ヨークの間に、回転軸に沿っ
て筒状非磁性シールリングを配置し、さらに、上記ヨー
クの外側面にシール円板を配置し、上記ヨーク、該シー
ルリング、該シール円板および軸受ケーシングによって
上記制御コア、上記制御コイル、上記バイアス用永久磁
石を収容する密閉空間を形成し、軸受隙間を流れる流体
がコイル部に浸入しないように構成したことを特徴とす
る請求項1に記載の磁気軸受。
5. A cylindrical non-magnetic seal ring is arranged between the stator yokes along a rotation axis, and a seal disk is arranged on an outer side surface of the yoke, and the yoke, the seal ring, The sealing disk and the bearing casing form a closed space for accommodating the control core, the control coil, and the biasing permanent magnet, and a fluid flowing through the bearing gap is prevented from entering the coil portion. The magnetic bearing according to claim 1.
【請求項6】 上記固定子と上記回転軸の互いに対向す
る面の少なくとも一方には、軸方向あるいは周方向に沿
って表面位置が変化する凹凸が形成されていることを特
徴とする請求項1に記載の磁気軸受。
6. The concavo-convex whose surface position changes along the axial direction or the circumferential direction is formed on at least one of the surfaces of the stator and the rotating shaft which face each other. Magnetic bearing described in.
【請求項7】 磁性粉供給装置を備え、上記固定子と上
記回転軸の間の隙間に磁性粉を供給する手段を備えたこ
とを特徴とする請求項1に記載の磁気軸受。
7. The magnetic bearing according to claim 1, further comprising a magnetic powder supply device, and means for supplying magnetic powder to a gap between the stator and the rotary shaft.
【請求項8】 上記磁性粉供給装置は、磁性粉を流体と
して混合して上記固定子と上記回転軸の間の隙間に移送
することを特徴とする請求項7に記載の磁気軸受。
8. The magnetic bearing according to claim 7, wherein the magnetic powder supplying device mixes the magnetic powder as a fluid and transfers the mixed magnetic powder to a gap between the stator and the rotary shaft.
【請求項9】 上記固定子のシールリングと回転軸のス
リーブの間の隙間を固定子ヨークと回転子ヨークの隙間
より小さくしたことを特徴とする請求項3に記載の磁気
軸受。
9. The magnetic bearing according to claim 3, wherein the gap between the seal ring of the stator and the sleeve of the rotary shaft is smaller than the gap between the stator yoke and the rotor yoke.
【請求項10】 上記固定子のシールリングの回転軸に
対向した内面が多円弧状であることを特徴とする請求項
9に記載の磁気軸受。
10. The magnetic bearing according to claim 9, wherein an inner surface of the seal ring of the stator facing the rotation axis has a multi-arc shape.
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