JPH0979259A - 磁気浮上回転装置 - Google Patents

磁気浮上回転装置

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JPH0979259A
JPH0979259A JP7239367A JP23936795A JPH0979259A JP H0979259 A JPH0979259 A JP H0979259A JP 7239367 A JP7239367 A JP 7239367A JP 23936795 A JP23936795 A JP 23936795A JP H0979259 A JPH0979259 A JP H0979259A
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Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
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Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電源からの電力の供給が停止したとき
に、バッテリなどの補助電源手段を使用せずに、比較的
長時間にわたってラジアル磁気軸受およびアキシアル磁
気軸受を駆動できるようにする。 【解決手段】 磁気軸受装置は、回転体１の周囲に配設
された２組のラジアル磁気軸受３、４、１組のアキシア
ル磁気軸受２および交流電動機８、ならびにこれらを駆
動するバッテリレス型インバータ装置を備えている。イ
ンバータ装置は、外部電源からの電力の供給が停止した
ときに電動機８からの回生電力でラジアル磁気軸受３、
４およびアキシアル磁気軸受２を駆動する。各ラジアル
磁気軸受３、４は、３個の電磁石13a 、13b 、13c 、14
a 、14b 、14c からなる３電磁石型ラジアル磁気軸受で
ある。アキシアル磁気軸受２は、永久磁石12a と電磁石
12bとからなる複合型アキシアル磁気軸受である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばターボ
分子ポンプなどのように、磁気軸受で非接触支持された
回転体を交流電動機で回転させる磁気浮上回転装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】たと
えば、ターボ分子ポンプに使用される磁気浮上回転装置
として、回転体の周囲にそれぞれ配設され回転体をラジ
アル方向に非接触支持する２組のラジアル磁気軸受と、
回転体の周囲に配設され回転体をアキシアル方向に非接
触支持する１組のアキシアル磁気軸受と、回転体の周囲
に配設され回転体を回転させる交流電動機と、電動機、
ラジアル磁気軸受およびアキシアル磁気軸受を駆動する
インバータ装置とを備えたものが知られている。回転体
の周囲には、また、磁気軸受による支持がなくなったと
きに回転体を機械的に支持する保護軸受（タッチダウン
軸受）が設けられている。各ラジアル磁気軸受は、回転
体を互いに直交する２つのラジアル方向の両側から挟む
ように配設された合計４個の電磁石を備えている。アキ
シアル磁気軸受は、回転体に形成されたフランジ部をア
キシアル方向の両側から挟むように配設された２個の電
磁石を備えている。インバータ装置は、通常は、外部電
源より供給された電力で電動機、ラジアル磁気軸受およ
びアキシアル磁気軸受を駆動し、停電などにより外部電
源からの電力の供給が停止したときに、電動機の回生制
動を行うとともに、電動機からの回生電力でラジアル磁
気軸受およびアキシアル磁気軸受を駆動する。これによ
り、外部電源からの電力の供給が停止しても、しばらく
の間は、ラジアル磁気軸受およびアキシアル磁気軸受で
回転体が非接触支持され、回転体がある程度減速した時
点で、磁気軸受による支持がなくなって、回転体は保護
軸受で支持され、さらに減速して、やがて停止する。
【０００３】上記の従来の磁気浮上回転装置では、ラジ
アル磁気軸受およびアキシアル磁気軸受の合計１０個の
電磁石を駆動する必要があるため、必要電力が大きく、
外部電源からの電力の供給が停止したときに、ラジアル
磁気軸受およびアキシアル磁気軸受を長時間駆動するこ
とが困難であり、回転体が比較的高い回転数の状態で保
護軸受で支持されることになり、保護軸受の寿命が短く
なる。これを避けるためには、バッテリ（蓄電池）など
の補助電源手段を設けて、回転体の回転数が十分に低下
するまで補助電力手段で磁気軸受を駆動する必要がある
が、そうすると補助電源手段のメンテナンスが面倒であ
るという問題が生じる。
【０００４】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
外部電源からの電力の供給が停止したときに、バッテリ
などの補助電源手段を使用せずに、比較的長時間にわた
ってラジアル磁気軸受およびアキシアル磁気軸受を駆動
できる磁気浮上回転装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および効果】この発明によ
る磁気浮上回転装置は、回転体の周囲にそれぞれ配設さ
れ前記回転体をラジアル方向に非接触支持する２組のラ
ジアル磁気軸受と、前記回転体の周囲に配設され前記回
転体をアキシアル方向に非接触支持する１組のアキシア
ル磁気軸受と、前記回転体の周囲に配設され前記回転体
を回転させる交流電動機と、通常は外部電源より供給さ
れた電力で前記交流電動機、前記ラジアル磁気軸受およ
び前記アキシアル磁気軸受を駆動し、前記外部電源から
の電力の供給が停止したときに交流電動機からの回生電
力で前記ラジアル磁気軸受および前記アキシアル磁気軸
受を駆動するバッテリレス型インバータ装置とを備えて
いる磁気浮上回転装置において、前記各ラジアル磁気軸
受が、回転体の周囲に３個の電磁石が配設された３電磁
石型ラジアル磁気軸受であり、前記アキシアル磁気軸受
が、回転体に形成されたフランジ部のアキシアル方向一
端面と対向するように配設された永久磁石と、前記フラ
ンジ部のアキシアル方向他端面と対向するように配設さ
れた電磁石とからなる複合型アキシアル磁気軸受である
ことを特徴とするものである。
【０００６】ラジアル磁気軸受とアキシアル磁気軸受の
電磁石が合計７個であるから、従来のものに比べて電磁
石の消費電力が少なくてすみ、したがって、外部電源か
らの電力の供給が停止したときに、バッテリを使用せず
に、バッテリレス型インバータ装置により、比較的長時
間にわたってラジアル磁気軸受およびアキシアル磁気軸
受を駆動することができる。このため、回転体が保護軸
受で受けられるときには、回転体の回転数は十分に小さ
くなっており、保護軸受の寿命がのびる。そして、回転
体の回転数が十分に小さくなるまで、インバータ装置か
ら供給される電力によって磁気軸受を作動させることが
できるので、バッテリなどの補助電力手段を設ける必要
がなく、そのための面倒なメンテナンスが不要である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
【０００８】図１は軸状の回転体(1) を用いた磁気浮上
回転装置の１例を示し、図２はその電気的構成の１例を
示している。なお、以下の説明において、回転体(1) の
アキシアル方向の制御軸をＺ軸、Ｚ軸と直交する１つの
ラジアル方向の制御軸をＸ軸、Ｚ軸およびＸ軸と直交す
る他のラジアル方向の制御軸をＹ軸とする。また、Ｚ軸
方向を前後方向、Ｘ軸方向を上下方向、Ｙ軸方向を左右
方向とする。
【０００９】磁気浮上回転装置は、回転体(1) をアキシ
アル方向に非接触支持する１組のアキシアル磁気軸受
(2) 、回転体(1) をラジアル方向に非接触支持する２組
のラジアル磁気軸受(3)(4)、回転体(1) のアキシアル方
向の変位を検出する１個のアキシアル位置センサ(5) 、
回転体(1) のラジアル方向の変位を検出する２組のラジ
アル位置センサユニット(6)(7)、回転体(1) を高速回転
させる高周波交流電動機(8) 、電動機(8) および磁気軸
受(2)(3)(4) を駆動する駆動装置(9) 、ならびに回転体
(1) のアキシアル方向およびラジアル方向の可動範囲を
規制して回転体(1) を磁気軸受(2)(3)(4) で支持できな
くなったときにこれを機械的に支持する２組の保護軸受
(10)(11)を備えている。
【００１０】アキシアル磁気軸受(2) は、回転体(1) の
前部に一体に形成されたフランジ部(1a)のＺ軸方向の一
端面（前端面）と対向するように配設された永久磁石(1
2a)と、同他端面（後端面）と対向するように配設され
たアキシアル電磁石(12b) とからなる複合型アキシアル
磁気軸受である。永久磁石(12a) とアキシアル電磁石(1
2b) は、フランジ部(1a)をそれぞれアキシアル方向逆向
きに吸引して回転体(1) をアキシアル方向所定位置に非
接触支持する。
【００１１】アキシアル位置センサ(5) は、回転体(1)
の前端面に対抗するように配設され、回転体(1) の前端
面との距離（空隙）に比例する距離信号を出力する。
【００１２】２組のラジアル磁気軸受(3)(4)は、アキシ
アル磁気軸受(1) の後側において前後方向に所定の間隔
をおいて配設されており、これらの間に電動機(8) が配
設されている。前側の第１のラジアル磁気軸受(3) は、
回転体(1) の周囲に等間隔をおいて配設された３個のラ
ジアル電磁石(13a)(13b)(13c) よりなる３電磁石型ラジ
アル磁気軸受である。これらのラジアル電磁石は符号(1
3)で総称し、区別する必要があるときは、それぞれ、第
１ラジアル電磁石(13a) 、第２ラジアル電磁石(13b) お
よび第３ラジアル電磁石(13c) と呼ぶことにする。第１
ラジアル電磁石(13a) は回転体(1) の下方に対向状に配
設され、第２および第３ラジアル電磁石(13b)(13c)は回
転体(1) の斜め上方に対向状に配設されている。Ｘ−Ｙ
平面と平行な横断面上において、第１ラジアル電磁石(1
3a) はＸ軸上に配設され、第２ラジアル電磁石(13b) と
第３ラジアル電磁石(13c) はＸ軸から反対方向に同角度
隔たるようにＸ軸に対して対称に配設されている。ラジ
アル電磁石(13)は、後述する磁気軸受制御装置(18)より
供給される励磁電流により磁気吸引力を発生して、回転
体(1) をラジアル方向所定位置に非接触支持する。同様
に、後側の第２のラジアル磁気軸受(4) も、回転体(1)
の周囲に等間隔をおいて配設された第１ラジアル電磁石
(14a) 、第２ラジアル電磁石(14b) および第３ラジアル
電磁石(14c)よりなる３電磁石型ラジアル磁気軸受であ
る。これらのラジアル電磁石(14a)(14b)(14c) も、符号
(14)で総称する。
【００１３】前側の第１のラジアル位置センサユニット
(6) は、第１のラジアル磁気軸受(3) の近傍に配設され
ており、Ｘ軸方向の両側から回転体(1) を挟むように配
設された１対のラジアル位置センサ(15a)(15b)、Ｙ軸方
向の両側から回転体(1) を挟むように配設された１対の
ラジアル位置センサ(15c)(15d)を備えている。これらの
ラジアル位置センサは符号(15)で総称し、区別する必要
があるときは、Ｘ軸方向の一方のセンサ(15a) を第１Ｘ
軸センサ、他方のセンサ(15b) を第２Ｘ軸センサ、Ｙ軸
方向の一方のセンサ(15c) を第１Ｙ軸センサ、他方のセ
ンサ(15d) を第２Ｙ軸センサと呼ぶことにする。同様
に、後側の第２のラジアル位置センサユニット(7) も、
第２のラジアル磁気軸受(4) の近傍に配設されており、
第１Ｘ軸センサ(16a) 、第２Ｘ軸センサ(16b) 、第１Ｙ
軸センサ(16c) および第２Ｙ軸センサ(16d) を備えてい
る。これらのラジアル位置センサ(16a)(16b)(16c)(16d)
も、符号(16)で総称する。各ラジアル位置センサ(15)(1
6)は、回転体(1) の外周面との距離に比例する距離信号
を出力する。
【００１４】前側の第１の保護軸受(10)は、たとえば、
２個のアンギュラ玉軸受が組合わされたものであり、ア
キシアル荷重とラジアル荷重の両方を受けられるように
なっている。軸受(10)の外輪は図示しない磁気軸受装置
のケーシングに固定され、内輪が回転体(1) の外周面に
形成された円周みぞ(17)の部分にアキシアル方向および
ラジアル方向に適当な間隙をあけて臨ませられている。
後側の第２の保護軸受(11)は、たとえば、深みぞ玉軸受
よりなり、ラジアル荷重を受けられるようになってい
る。軸受(11)の外輪は上記のケーシングに固定され、内
輪は回転体(1) の外周面に適当な間隙をあけて対向する
ように配設されている。そして、第１の軸受(10)の内輪
と回転体(1) との間のアキシアル方向の間隙の大きさに
より、回転体(1) のアキシアル方向の可動範囲が規制さ
れ、各軸受(10)(11)の内輪と回転体(1) との間のラジア
ル方向の間隙の大きさにより、回転体(1) のラジアル方
向の可動範囲が規制される。
【００１５】駆動装置(9) は、磁気軸受(2)(3)(4) を駆
動する磁気軸受制御装置(18)と、電動機(8) および磁気
軸受制御装置(18)を駆動するバッテリレス型インバータ
装置(19) とを備えており、インバータ装置(19) が商
用電源などの外部電源(20)に接続されている。
【００１６】磁気軸受制御装置(18)は、アキシアル位置
センサ(5) の距離信号から回転体(1) のアキシアル方向
の位置すなわち変位を求める。また、第１のユニット
(6) の１対のＸ軸センサ(15a)(15b)の距離信号の差を演
算することにより、第１のラジアル磁気軸受(3) の近傍
における回転体(1) のＸ軸方向の位置すなわち変位を求
め、同ユニット(6) の１対のＹ軸センサ(15c)(15d)の距
離信号の差を演算することにより、同位置における回転
体(1) のＹ軸方向の位置すなわち変位を求める。同様
に、第２のユニット(7) の１対のＸ軸センサ(16a)(16b)
の距離信号の差および１対のＹ軸センサ(16c)(16d)の距
離信号の差より、第２のラジアル磁気軸受(4) の近傍に
おける回転体(1) のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置すな
わち変位を求める。そして、このようにして求めた回転
体(1) のＺ軸方向の変位に基づいて公知の方法によりア
キシアル磁気軸受(2) の電磁石(12b) に流れる励磁電流
の大きさを制御するとともに、２組のラジアル磁気軸受
(3)(4)の近傍における回転体(1) のＸ軸方向およびＹ軸
方向の変位に基づいてラジアル磁気軸受(3)(4)の各電磁
石(12)(13)(14)に流れる励磁電流の大きさを制御し、こ
れにより、回転体(1) を所定位置に保持する。なお、磁
気軸受制御装置(18)における３電磁石型ラジアル磁気軸
受(2)(3)の制御は、たとえば特開平６−２４９２３８号
公報などに記載されている方法で行われる。
【００１７】インバータ装置(9) は、通常は、外部電源
(20)より供給される電力で、電動機(8) を駆動するとと
もに、磁気軸受制御装置(18)を介して磁気軸受(2)(3)
(4) を駆動し、これにより、回転体(1) は、前述のよう
に磁気軸受(2)(3)(4) で所定位置に保持された状態で、
高速回転する。
【００１８】停電などにより外部電源(20)からの電力の
供給が停止したときは、インバータ装置(19)は、公知の
方法で電動機(8) の回生制動を行うとともに、電動機
(8) からの回生電力で、磁気軸受制御装置(18)を介して
磁気軸受(2)(3)(4) を駆動する。これにより、外部電源
(20)からの電力の供給が停止しても、しばらくの間は、
磁気軸受(2)(3)(4) で回転体(1) が非接触支持され、回
転体(1) がある程度減速した時点で、磁気軸受(2)(3)
(4) による支持がなくなって、回転体(1) は保護軸受(1
0)(11)で支持され、さらに減速して、やがて停止する。
このとき、磁気軸受(2)(3)(4) の電磁石(12b)(13)(14)
の数が合計７個であるから、従来の１０個のものに比べ
て電磁石(12b)(13)(14) の消費電力が少なくてすみ、し
たがって、バッテリレス型インバータ装置(19)により、
比較的長時間にわたって磁気軸受(2)(3)(4) を駆動する
ことができる。
【００１９】磁気浮上回転装置の各部の構成は、上記実
施例のものに限らず、適宜変更可能である。上記実施例
では、アキシアル方向の制御軸（Ｚ軸）が水平に配置さ
れているが、この発明は、たとえばアキシアル方向の制
御軸が垂直に配置されたものなど、他の型式の磁気浮上
装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す磁気浮上回転装置の
部分切欠き斜視図である。
【図２】図１の磁気浮上回転装置の電気的構成の１例を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
(1) 回転体 (1a) フランジ部 (2) アキシアル磁気軸受 (3)(4) ラジアル磁気軸受 (8) 交流電動機 (12a) 永久磁石 (12b) アキシアル電磁石 (13a)(13b)(13c) ラジアル電磁石 (14a)(14b)(14c) ラジアル電磁石 (19) バッテリレス型インバータ装置 (20) 外部電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転体の周囲にそれぞれ配設され前記回転
    体をラジアル方向に非接触支持する２組のラジアル磁気
    軸受と、前記回転体の周囲に配設され前記回転体をアキ
    シアル方向に非接触支持する１組のアキシアル磁気軸受
    と、前記回転体の周囲に配設され前記回転体を回転させ
    る交流電動機と、通常は外部電源より供給された電力で
    前記交流電動機、前記ラジアル磁気軸受および前記アキ
    シアル磁気軸受を駆動し、前記外部電源からの電力の供
    給が停止したときに交流電動機からの回生電力で前記ラ
    ジアル磁気軸受および前記アキシアル磁気軸受を駆動す
    るバッテリレス型インバータ装置とを備えている磁気浮
    上回転装置において、 前記各ラジアル磁気軸受が、回転体の周囲に３個の電磁
    石が配設された３電磁石型ラジアル磁気軸受であり、前
    記アキシアル磁気軸受が、回転体に形成されたフランジ
    部のアキシアル方向一端面と対向するように配設された
    永久磁石と、前記フランジ部のアキシアル方向他端面と
    対向するように配設された電磁石とからなる複合型アキ
    シアル磁気軸受であることを特徴とする磁気浮上回転装
    置。
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JP7239367A JPH0979259A (ja) 1995-09-19 1995-09-19 磁気浮上回転装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100502084B1 (ko) * 2002-12-03 2005-07-18 삼성환경주식회사 자기 부상식 단단 터보형 공기 송풍기
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