JPH09509465A - 回転子と固定子とを有する磁気軸受けセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転対称的に構成された磁気軸受セル１、それも回転子２と固定子３とを有し、回転子２がセル１の中心軸線１０を中心として回転可能に配置され、かつまた軸４と、この軸上に軸方向に間隔をおいて固定され軸方向に磁化された少なくとも２個の永久磁石リング５，６，１０を有しており、また固定子３が、極構成部材１２，１３，１６，１７と、２個の環状コイル１４，１５とを有する形式のものに関する。この軸受セルの半径方向スチフネスを改善し、しかも能動的調整のための出費を増大させることのないようにするため、次のようにすることを提案する。すなわち、それぞれ軸方向で外側に位置する２個の永久磁石リング（５，６ないし５，３０）の周縁区域に、高い導磁性材料製の極構成部材２６，２７，３８を配属し、これらの部材２６，２７，３８によって、環状コイル１４，１５により生ぜしめられる磁束を、実質的に無関係な２つの磁束圏２８，２９に集束させるようにするのである。

Description

【発明の詳細な説明】 回転子と固定子とを有する磁気軸受けセル 本発明は、回転対称的に構成された磁気軸受けセル、それも回転子と固定子と を有し、前記回転子が、セルの中心軸線を中心として回転可能に配置され、かつ １個の軸と、この軸上に軸方向に間隔をおいて固定され軸方向に磁化された少な くとも２個の永久磁石リングとを有しており、また前記固定子が極構成部材と２ 個の環状コイルとを有し、これらの環状コイルのそれぞれ端側が回転子に配属さ れており、しかも、永久磁石の磁束が中心軸線をトロイド状に取囲み環状コイル を包囲するように、回転子と固定子とが相互配置されている形式のものに関する 。 ＤＥ−Ｃ３４０９０４７により、前記特徴を有する磁気軸受セルが公知である 。このセルの回転子は、軸方向に磁化された２個の永久磁石リングを有している 。これらのリングが発生させる磁束は、中心軸線をトロイド状に取囲み、環状コ イルを包囲している。磁束は、軸方向に前後に配置された回転子永久磁石リング と、外部の極構成部材とを貫通しており、その結果、高い半径方向スチフネスが 得られている。しかし、軸方向には軸受は不安定であり、したがって、軸方向に は能動的な調整が必要とされる。この目的のために、 回転子にはそれぞれ端側に環状コイルが配属されている。これらの環状コイルの それぞれは、同じように、中心軸線を取囲むトロイド状の磁束を生じざせ、この 磁束が永久磁石から生じる磁束に重ねられる。この調整は、有利には、回転子が 目標位置ないし目標姿勢に存る場合には、環状コイルが無電流となるよう選定さ れている。回転子が軸方向に目標位置から逸脱すると、環状コイルに給電される のである。電流の強さと電流の方向とは、逸脱の大きさと、方向とに左右される 。環状コイルにより生ぜしめられるトロイド状の磁束は、電流の方向に応じて永 久磁石リングにより生ぜしめられる磁束と等方向か、又は逆方向である。 前述の種類の磁気軸受の半径方向スチフネスを改善するため、回転子の永久磁 石リング数を増加し、加えて、同じく軸方向に磁化された少なくとも１個の固定 子永久磁石リングを備えるようにすることが提案された（ＤＥ−Ａ４１０６０６ ３参照）。これらの措置により、永久磁石により生ぜしめられる磁束は強化され 、したがって軸方向力も大きくなり、半径方向スチフネスも所望の通りに改善さ れる。調整課題を解決するためには、環状コイルは、調整磁束を生じさせ、その 磁束によって軸方向力の増大を補償することができなければならない。こうした ことには、環状コイル横断面の増大と、コイル電流の発生と調整のための費用の 増加とが前提となる。 本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べた形式の磁気軸受セルを次のように構 成することにある。すなわち、永久磁石リング数を増加させることで半径方向ス チフネスを改善し、しかも能動調整のための出費を増加させることを要しないよ うにするのである。 本発明によれば、この課題は次のようにすることにより解決された。すなわち 、それぞれ軸方向で外側に位置せしめられた２個の永久磁石リンクの周縁区域に 、良導磁材料製の極構成部材を配属し、これら極構成部材が、環状コイルから生 じる磁束を実質的に無関係な２つの磁束圏へ集束させるようにしたのである。 これらの措置によって、環状コイルに直接に配属される調整磁束の形成が助成 される。これらの措置により、また、双方の環状コイルにより生ぜしめられる実 質的に互いに無関係の磁束が、環状コイルをそれぞれ取囲む極構成部材と、隣接 永久磁石リンクの一部分と、回転子・固定子間の各１つの軸方向ギャップ及び周 辺ギャップとを貫通することになる。大きい抵抗は、したがって、この磁束圏に は存在しない。磁界の軸方向調整に決定的に役立つ磁束は、もはやこのほかの構 成部材（永久磁石、減衰板）やギャップを貫通する必要はない。環状コイルにと って必要な費用（全体の寸法、電流供給）は、したがって、もはや永久磁石の数 とは無関係である。 本発明のその他の利点及び詳細を以下で、図１及び 図２に示した実施例につき説明する。 図１は２個の永久磁石リングを有する磁気軸受セルを示した図である。 図２は４個の永久磁石リングを有する磁気軸受セルを示した図である。 図示の磁気軸受セル１は回転子２と固定子３とを有している。 回転子２の構成部材は、軸４と、軸４に取付けられた永久磁石リング５，６と である。永久磁石リング５，６を軸４に取付けるため、内側ボスリング８，９が 備えられている。永久磁石リング５，６により生ぜしめられる磁束は、中心軸線 １０をトロイド状に取囲んでいる。この磁束は矢印１１で示されている。 固定子３は、中心軸線１０に対し回転対称的に構成された極構成部材１２，１ ３を有している。これらの部材１２，１３の共通の横断面は実質的にＣ字形であ る。Ｃ字形の端側区域には環状コイル１４，１５が配置されている。内側部分１ ６，１７は回転子２の永久磁石リング５，６に向いた極面１８，１９を形成して いる。環状コイル１４，１５の電流通過を制御するため、センサ装置２１と、ブ ロックとして示されている電子式調整器２２が備えられている。 永久磁石リング５，６間のギャップ２３内には、環状ディスク２４が配置され ている。この環状ディスク２４は、磁化不能の良導電材料製、たとえば銅製であ る。環状ディスク２４は、また、円筒形縁部分２５が内方から構成部材１２，１ ３に密着している。実質的に軸方向の相対運動のさい、環状ディスク２４内及び 円筒形縁部分２５内には渦電流が生ぜしめられるこれら渦電流は、望ましい減衰 を生じさせる。円筒形部分２５は、定心作用を有し、その上に、渦電流により発 生する熱の放出を容易にする。 永久磁石リング５，６には、縁部に別の固定子構成部材２６，２７が配属され ている。これら部材２６，２７は永久磁石リング５，６を取囲む固定子リングと して構成されている。また、これら部材２６，２７は、良導磁材料製であり、環 状コイル１４，１５に２つの磁束圏２８，２９を生じさせる。これらの磁束圏は 、永久磁石リンク５，６により生ぜしめられる磁束圏１１とは逆の磁束圏である 。 図２の実施例の場合、軸方向に磁化された３個の回転永久磁石リング５，６， ３０が備えられている。永久磁石リング５，６，３０間のギャップ３１内には環 状ディスク３２が突入している。環状ディスク３７は、別の静止ディスク３３を 有している。この固定子永久磁石リング３６の半径方向寸法は、回転子永久磁石 リング６，３０の寸法と合致する。加えて、環状ディスク３２は、磁化不能材料 （たとえば高級鋼）製であり、同じく周縁部に円筒形部分３４を有し、この部分 ３４が、内方から定心目的で構成部材１３に密着して いる。加えて、この材料が良導電性を有する場合には、減衰特性の改善に役立つ 。 永久磁石リンク５，６，３０，３３は、軸方向に磁束されることにより、互い に引張り合う力を生じる。極構成部材１２，１３，１６，１７と一緒に、前記リ ングは磁束圏（矢印１１）を形成する。この磁束圏が半径方向のスチフネスを決 定する。外側の補強リング３５，３６，３７は、回転永久磁石リンクを取囲み、 回転中の比較的高い遠心力の作用による破壊からリングを保護している。 外側永久磁石リング５，３０には、周縁部に固定子リング２６，２７が配属さ れている。これらリングは、環状コイル１５，１６により生ぜしめられる磁界を ２つの別個の磁束（矢印２８，２９）に、所望の通り分割する。異なるリング構 成部材２５，２６，２７，３４を相互に締付るため、固定子リンク２８，２９の 区域に皿ばね３８又は皿ばねパッケージを必要とする場合には、皿ばねを良導磁 材料製の皿ばねを配置するのが有利である。これらの皿ばねは、固定子リング２ ８又は２９の代用にすることができる。あるいは又固定子リング２８又は２９に 加えて用いることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレメレイ，ヨハン カー ドイツ連邦共和国 Ｄ―53129 ボン メ ンケメラーシュトラーセ 19 (72)発明者 シュナイダー，ヘルムート ドイツ連邦共和国 Ｄ―53909 ツュルピ ッヒ フランケングラーベン 20 (72)発明者 ライマー，ペーター ドイツ連邦共和国 Ｄ―50354 ヒュルト キルヒヴェーク ２ (72)発明者 ホダップ，ヨーゼフ ドイツ連邦共和国 Ｄ―53879 オイスキ ルヒェン マルネディアー シュトラーセ 23エフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転対称的に構成された磁気軸受セル（１）であって、回転子（２）と固定 子（３）とを有しており、回転子（２）がセルの中心軸線（１０）を中心として 回転可能に配置され、かつまた、１つの軸（４）と、この軸上に軸方向に間隔を おいて固定され軸方向に磁化された少なくとも２個の永久磁石リング（５，６， １０）とを有しており、更に、前記固定子（３）が、それぞれ回転子（２）の端 側に配属された２個の環状コイル（１４，１５）と、極構成部材（１２，１３， １６，１７）とを有しており、しかも、回転子と固定子との構成部材の相互配置 により、永久磁石リング（５，６，３０）の発生させる磁束（１１）が中心軸線 （１０）をトロイド状に取囲み、環状コイル（１４，１５）を包囲する形式のも のにおいて、 それぞれ軸方向外方に位置する２つの永久磁石リング（５，６ないし５，３ ０）の周縁区域に、良導磁材料性の極構成部材（２６，２７，３８）が配属され ており、これらの部材が、環状コイル（１４，１５）により生ぜしめられる磁束 を、実質的に無関係の２つの磁束圏（２８，２９）に集束させることを特徴とす る、回転対称的に構成された磁気軸受セル。 ２．永久磁石リング（５，６ないし５，３０）が、極構成部材、すなわち固定子 リング（２６，２７）により直接に取囲まれていることを特徴とする、請求項１ 記載の磁気軸受セル。 ３．固定子リング（２６，２７）に加えて、もしくは固定子リング（２６，２７ ）の代りに、良導磁材料製の単数又は複数の皿ばねが用いられていることを特徴 とする、請求項１又は２記載の磁気軸受セル。