JPS61175314A - 磁気軸受 - Google Patents
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- JPS61175314A JPS61175314A JP60016837A JP1683785A JPS61175314A JP S61175314 A JPS61175314 A JP S61175314A JP 60016837 A JP60016837 A JP 60016837A JP 1683785 A JP1683785 A JP 1683785A JP S61175314 A JPS61175314 A JP S61175314A
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/048—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
- F16C2300/20—Application independent of particular apparatuses related to type of movement
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、フライホイール装置など、高速回転体の非接
触支承に適した磁気軸受に関する。
触支承に適した磁気軸受に関する。
例えば、人工衛星の姿勢制御用として用いられるフライ
ホイール装置は、半永久的な寿命を無点検で補償する必
要があり、これらの点を考慮に入れてフライホイール本
体の支承手段として完全非接触支承を実現し得る磁気軸
受を用いるようにしている。このような用途に用いられ
る磁気軸受は、従来、半径方向支承部と軸方向支承部と
で構成され、半径方向支承部を永久磁石の受動形に、ま
た、軸方向支承部を制御コイル利用の能動形に構成して
いる。
ホイール装置は、半永久的な寿命を無点検で補償する必
要があり、これらの点を考慮に入れてフライホイール本
体の支承手段として完全非接触支承を実現し得る磁気軸
受を用いるようにしている。このような用途に用いられ
る磁気軸受は、従来、半径方向支承部と軸方向支承部と
で構成され、半径方向支承部を永久磁石の受動形に、ま
た、軸方向支承部を制御コイル利用の能動形に構成して
いる。
しかしながら、上記のような磁気軸受において、半径方
向支承部を永久磁石利用の受動形に構成するには、回転
体であるフライホイール本体の軸方向両端と、これに対
向する静止体であるベースとの間に、永久磁石−継鉄対
向形の支承要素を、それぞれフライホイール本体の軸心
線方向に磁気ギャップが存在するように設ける必要があ
る。このため、直交軸回りの剛性にθを大きく設定しよ
うとすると、回転部の単位当りの角運動量を犠牲にした
り、全体の軸方向長さを増加させなければならない。つ
まり、半径方向の剛性をＫｒ、軸受部の径をＡ、軸方向
長さを８１軸方向の不平衡剛性をＫＬＩとすると、直交
軸回りの剛性にθは、一般に、 で表わされる。
向支承部を永久磁石利用の受動形に構成するには、回転
体であるフライホイール本体の軸方向両端と、これに対
向する静止体であるベースとの間に、永久磁石−継鉄対
向形の支承要素を、それぞれフライホイール本体の軸心
線方向に磁気ギャップが存在するように設ける必要があ
る。このため、直交軸回りの剛性にθを大きく設定しよ
うとすると、回転部の単位当りの角運動量を犠牲にした
り、全体の軸方向長さを増加させなければならない。つ
まり、半径方向の剛性をＫｒ、軸受部の径をＡ、軸方向
長さを８１軸方向の不平衡剛性をＫＬＩとすると、直交
軸回りの剛性にθは、一般に、 で表わされる。
この（１）式かられかるように、軸受部の径Ａが大きい
程にθは小さくなる。したがって、Ｋθを大きくするに
は軸受部の径Ａをできるだけ小さくする必要がある。こ
のことは、半径方向支承部を構成している回転側支承要
素の径をできるだけ小さくしなければならないことを意
味する。したがって、回転側支承要素をフライホイール
本体の軸心線に近い所に取付けざるを得ないので、この
回転側支所要素の質量を角運動量に対して有効に活用す
ることができず、回転部の単位型ｌ当りの角運動量が必
然的に小さな値となる。なお、Ｋθを大きくするため（
１）式かられかるように軸受部の径Ａを小さくする代わ
りに軸方向長さＢを大きくすることが考えられるが、こ
のようにすると、装置全体の軸方向長さが大きくなるの
で、人工ＩＩＩに搭載するには不向きなものとなる。
程にθは小さくなる。したがって、Ｋθを大きくするに
は軸受部の径Ａをできるだけ小さくする必要がある。こ
のことは、半径方向支承部を構成している回転側支承要
素の径をできるだけ小さくしなければならないことを意
味する。したがって、回転側支承要素をフライホイール
本体の軸心線に近い所に取付けざるを得ないので、この
回転側支所要素の質量を角運動量に対して有効に活用す
ることができず、回転部の単位型ｌ当りの角運動量が必
然的に小さな値となる。なお、Ｋθを大きくするため（
１）式かられかるように軸受部の径Ａを小さくする代わ
りに軸方向長さＢを大きくすることが考えられるが、こ
のようにすると、装置全体の軸方向長さが大きくなるの
で、人工ＩＩＩに搭載するには不向きなものとなる。
そこで、このような欠点を解消するため、フライホイー
ル本体の軸方向を受動形に、また、半径方向を能動形に
構成した磁気軸受も提案されている。
ル本体の軸方向を受動形に、また、半径方向を能動形に
構成した磁気軸受も提案されている。
この磁気軸受の概略的な構成を第６図（ａ）。
（ｂ）に示す。すなわち、この磁気軸受は、浅底有底筒
状のフライホイール本体１の内周面に装着−された軸心
線方向着磁の大径の環状磁石２と、前記フライホイール
本体１と非接触に嵌合する関係に設けられたベース３の
外周に装着された軸心線方向で、かつ前記大径の環状磁
石２とは逆向きに着磁された小径の環状磁石４とを同心
円状に配置して、これら環状磁石２．５の両極面上に環
状継鉄５ａ、 ５ｂ、 ５Ｃ，５ｄを配置したものとな
っている。
状のフライホイール本体１の内周面に装着−された軸心
線方向着磁の大径の環状磁石２と、前記フライホイール
本体１と非接触に嵌合する関係に設けられたベース３の
外周に装着された軸心線方向で、かつ前記大径の環状磁
石２とは逆向きに着磁された小径の環状磁石４とを同心
円状に配置して、これら環状磁石２．５の両極面上に環
状継鉄５ａ、 ５ｂ、 ５Ｃ，５ｄを配置したものとな
っている。
したがって、これによって、環状磁石２．４から供給さ
れる磁束が、環状磁石２〜環状継鉄５ａ〜環状継鉄５Ｃ
〜環状磁石４〜環状継鉄５ｄ〜環状継鉄５ｂ〜環状磁石
２の経路で通過して軸方向受動の支承形態が実現される
。ベース３側の環状継鉄５ｄは、その内周側が十字形を
構成する４つの制御磁極６ａ。
れる磁束が、環状磁石２〜環状継鉄５ａ〜環状継鉄５Ｃ
〜環状磁石４〜環状継鉄５ｄ〜環状継鉄５ｂ〜環状磁石
２の経路で通過して軸方向受動の支承形態が実現される
。ベース３側の環状継鉄５ｄは、その内周側が十字形を
構成する４つの制御磁極６ａ。
６ｂ、 ６ｃ、 ６ｄによって結合されており、これら
各制御磁極６８〜６ｄに巻装された制御コイル７ａ、
７ｂ、 ７ｃ。
各制御磁極６８〜６ｄに巻装された制御コイル７ａ、
７ｂ、 ７ｃ。
７ｄを適宜付勢することによってフライホイール本体１
の半径方向位置を安定化させるようにしている。
の半径方向位置を安定化させるようにしている。
この磁気軸受よれば、軸方向受動の支承形態を採用して
いるので、前述した径方向受動のものとは異なり、直交
軸まわりの剛性にθは、軸受の径が大きい程、また、環
状継鉄５ａ （５ｃ）〜環状継鉄５ｂ（５ｄ）間の距離
が短い程大きくなる。したがって、軸方向の高さを減じ
、高い磁気剛性にθを有する偏平で大孔径のフライホイ
ール装置を実現できる。
いるので、前述した径方向受動のものとは異なり、直交
軸まわりの剛性にθは、軸受の径が大きい程、また、環
状継鉄５ａ （５ｃ）〜環状継鉄５ｂ（５ｄ）間の距離
が短い程大きくなる。したがって、軸方向の高さを減じ
、高い磁気剛性にθを有する偏平で大孔径のフライホイ
ール装置を実現できる。
ところが、このような構成の軸方肉受動形磁気軸受にあ
っては、環状磁石２を、回転体であるフライホイール本
体１側に装着するようにしているので、フライホイール
本体１を高速で回転させる際に、一般には接着構成され
る環状磁石２が回転時に十分機能するように強固な固定
方法を必要とし、さらには、フライホイール本体１の回
転バランスを、環状磁石２の周方向のアンバランスを考
慮に入れて調整しなければならなかった。
っては、環状磁石２を、回転体であるフライホイール本
体１側に装着するようにしているので、フライホイール
本体１を高速で回転させる際に、一般には接着構成され
る環状磁石２が回転時に十分機能するように強固な固定
方法を必要とし、さらには、フライホイール本体１の回
転バランスを、環状磁石２の周方向のアンバランスを考
慮に入れて調整しなければならなかった。
また、環状磁石２の形状のばらつきなどによって環状磁
石２から供給される磁束が周方向にばらついている場合
には、フライホイール本体１の回転に伴ってフライホイ
ール本体１と、ベース３との間の径方向の相対吸引力が
変動し、制御コイル６ａ〜６ｄによる安定化を効率的に
行なわなくてはならなかった。
石２から供給される磁束が周方向にばらついている場合
には、フライホイール本体１の回転に伴ってフライホイ
ール本体１と、ベース３との間の径方向の相対吸引力が
変動し、制御コイル６ａ〜６ｄによる安定化を効率的に
行なわなくてはならなかった。
本発明は、このような事情に基づきなされたものであり
、その目的とするところは、磁気剛性を何等低下させず
、回転体側の環状磁石の固定法の設計や回転体の回転バ
ランス調整の煩わしさがなく、しかも環状磁石から供給
される磁束の周方向ばらつきに対しても、その安定化が
極めて容易な磁気軸受を提供することにある。
、その目的とするところは、磁気剛性を何等低下させず
、回転体側の環状磁石の固定法の設計や回転体の回転バ
ランス調整の煩わしさがなく、しかも環状磁石から供給
される磁束の周方向ばらつきに対しても、その安定化が
極めて容易な磁気軸受を提供することにある。
（発明の概要）
本発明は、回転側には、磁気力供給源である磁石を配置
せずに、磁路を形成する継鉄のみを設けるようにしてい
る。また、磁路は、回転体の回転中心から外周に至るま
での範囲内に収まるように形成されている。
せずに、磁路を形成する継鉄のみを設けるようにしてい
る。また、磁路は、回転体の回転中心から外周に至るま
での範囲内に収まるように形成されている。
すなわち、本発明は、静止体と、この静止体に磁気力に
よって非接触に支承される回転体と、この回転体の軸心
線を中心として前記静止体に同心円状に装着され軸心線
方向に同一の向きで着磁された大小２つの円環状磁石と
、これら２つの円環状磁石の一端面を径方向に磁気的に
接続する制御磁極を周方向に少なくとも３つ備えた静止
側継鉄と、前記大径の円環状磁石の外周面と対向し前記
制御磁極とともに前記大径の円環状磁石からの磁束を通
過させる第１の磁路を形成する部分、前記小径の円環状
磁石の内周面と対向し前記制御１ｌ１１ａ極とともに前
記小径の円環状磁石から供給された磁束を通過させる第
２の磁路を形成する部分および前記制御磁極の両端部を
磁気的に結合して前記第１および第２の磁路と一部重複
する第３の磁路を形成する部分を備え前記回転体に装着
された回転側継鉄と、前記ｗＩＷＪ磁極に巻装されて前
記第３の磁路に制御磁束を発生させて前記第１および第
２の磁路の磁束を制御する制御コイルと、前記静止体と
前記回転体との間の半径方向の相対位置を検出する手段
と、この手段で得られた検出値に基づいて前記制御コイ
ルを付勢して前記回転体の半径方向位置を安定化させる
安定化制御手段と、前記静止体と前記回転体の間に設け
られ前記回転体を回転駆動するモータとを具備してなる
ことを特徴としている。
よって非接触に支承される回転体と、この回転体の軸心
線を中心として前記静止体に同心円状に装着され軸心線
方向に同一の向きで着磁された大小２つの円環状磁石と
、これら２つの円環状磁石の一端面を径方向に磁気的に
接続する制御磁極を周方向に少なくとも３つ備えた静止
側継鉄と、前記大径の円環状磁石の外周面と対向し前記
制御磁極とともに前記大径の円環状磁石からの磁束を通
過させる第１の磁路を形成する部分、前記小径の円環状
磁石の内周面と対向し前記制御１ｌ１１ａ極とともに前
記小径の円環状磁石から供給された磁束を通過させる第
２の磁路を形成する部分および前記制御磁極の両端部を
磁気的に結合して前記第１および第２の磁路と一部重複
する第３の磁路を形成する部分を備え前記回転体に装着
された回転側継鉄と、前記ｗＩＷＪ磁極に巻装されて前
記第３の磁路に制御磁束を発生させて前記第１および第
２の磁路の磁束を制御する制御コイルと、前記静止体と
前記回転体との間の半径方向の相対位置を検出する手段
と、この手段で得られた検出値に基づいて前記制御コイ
ルを付勢して前記回転体の半径方向位置を安定化させる
安定化制御手段と、前記静止体と前記回転体の間に設け
られ前記回転体を回転駆動するモータとを具備してなる
ことを特徴としている。
本発明によれば、回転側に環状磁石を設けていないので
、環状磁石を回転側に接着構成で固着する場合に生じる
欠点、例えばアンバランスあるいは磁束の不均一の影響
が静止側と回転側に分布するという従来の欠点をほぼ完
全に取除くことができる。しかも、回転体は極めて精度
の高い加工が可能な材料のみで構成できるので、回転バ
ランスも良好となる。また、磁気力供給源である磁石を
、全て静止体側に設けているので、磁束密度が磁石の周
方向にばらついたとしても、その影響は回転数に何等関
係しないので、回転数依存の制御力を必要としない。し
たがって、回転体の回転に応じての制御は機械的アンバ
ランス辷よるものに限られるので、半径方向の安定化を
極めて容易にすることができ、かつ磁束不均一によって
生じる損失を少なくすることが可能になる。
、環状磁石を回転側に接着構成で固着する場合に生じる
欠点、例えばアンバランスあるいは磁束の不均一の影響
が静止側と回転側に分布するという従来の欠点をほぼ完
全に取除くことができる。しかも、回転体は極めて精度
の高い加工が可能な材料のみで構成できるので、回転バ
ランスも良好となる。また、磁気力供給源である磁石を
、全て静止体側に設けているので、磁束密度が磁石の周
方向にばらついたとしても、その影響は回転数に何等関
係しないので、回転数依存の制御力を必要としない。し
たがって、回転体の回転に応じての制御は機械的アンバ
ランス辷よるものに限られるので、半径方向の安定化を
極めて容易にすることができ、かつ磁束不均一によって
生じる損失を少なくすることが可能になる。
なお、本発明によれば、磁気軸受の特定の縦断面に着目
した場合、回転の中心軸を中心として一方または両方の
側にそれぞれ独立した磁気ループを形成するようにして
いるので、磁気ループを短くすることができる。したが
って、漏れ磁束を少なくでき、支承効率の向上化を図る
ことができる。
した場合、回転の中心軸を中心として一方または両方の
側にそれぞれ独立した磁気ループを形成するようにして
いるので、磁気ループを短くすることができる。したが
って、漏れ磁束を少なくでき、支承効率の向上化を図る
ことができる。
また、この構成は従来の方式で得られていた磁気剛性を
何等低下させることがなく、高精度な回転が可能になる
。
何等低下させることがなく、高精度な回転が可能になる
。
以下、図面を参照し、本発明の一実施例について説明す
る。
る。
第１図において、回転体であるフライホイール１１は、
静止体であるベース１２に対して非接触に嵌合されてい
る。
静止体であるベース１２に対して非接触に嵌合されてい
る。
ベース１２は、筒部２１と、この筒部２１の図中上端部
外周に一体的に突設されたつば部２２と、このつば部２
２の周縁部から図中上方に僅か延びる突周壁２３とから
構成されている。突周壁２３の上端部には、筒部２１と
同心的に磁性材で形成された静止側継鉄２４が固定され
ている。この静止側継鉄２４は、ベース１２の軸心線を
中心として同心円状に配置された大小２つの環状継鉄２
５．２６を、例えば図示の如く周方向に等分された４１
所の位置において磁性材で形成された板状の制御磁極２
７ａ 、 ２７ｂ 、 ２７ｃ 。
外周に一体的に突設されたつば部２２と、このつば部２
２の周縁部から図中上方に僅か延びる突周壁２３とから
構成されている。突周壁２３の上端部には、筒部２１と
同心的に磁性材で形成された静止側継鉄２４が固定され
ている。この静止側継鉄２４は、ベース１２の軸心線を
中心として同心円状に配置された大小２つの環状継鉄２
５．２６を、例えば図示の如く周方向に等分された４１
所の位置において磁性材で形成された板状の制御磁極２
７ａ 、 ２７ｂ 、 ２７ｃ 。
２７ｄで磁気的、機械的に接続して構成されている。
環状継鉄２５の上面には大径の環状磁石３１が、また環
状継鉄２６の上面には小径の環状磁石３２が、それぞれ
ベース１２の軸心線を中心として同心円状に配置されて
いる。これら２つの環状磁石３１．３２は、軸方向にそ
れぞれ同一の向きで着磁されている。
状継鉄２６の上面には小径の環状磁石３２が、それぞれ
ベース１２の軸心線を中心として同心円状に配置されて
いる。これら２つの環状磁石３１．３２は、軸方向にそ
れぞれ同一の向きで着磁されている。
各環状磁石３１．３２の上面にはそれぞれ環状継鉄３３
゜３４が装着されている。また、制御磁極２７ａ〜２７
ｄの外周には、それぞれ制御コイル３５ａ 、 ３５ｂ
：３５ｃ 、 ３５ｄが巻装されている。なお、環状
継鉄２５の内周および環状継鉄２６の外周で、前記制御
磁極２７ａ〜２７６間の中間位置には、それぞれ４つの
切欠部Ｐ１．Ｐ２が設けられており、制御磁束が隣接す
る制御ＩＩａ極に漏洩するのを防止している。
゜３４が装着されている。また、制御磁極２７ａ〜２７
ｄの外周には、それぞれ制御コイル３５ａ 、 ３５ｂ
：３５ｃ 、 ３５ｄが巻装されている。なお、環状
継鉄２５の内周および環状継鉄２６の外周で、前記制御
磁極２７ａ〜２７６間の中間位置には、それぞれ４つの
切欠部Ｐ１．Ｐ２が設けられており、制御磁束が隣接す
る制御ＩＩａ極に漏洩するのを防止している。
フライホイール本体１１は、非磁性材で形成されたもの
で、前記ベース１２の筒部２１の外側に非接触状態で同
軸配置された筒部４１と、この筒部４１の図中上端側外
周に一体的に突設されたつば部４２と、このつば部４２
の周縁部から図中下方に突設された突周壁４３とで構成
されている。このフライホイール本体１１のつば部４２
および突周壁４３の内面には、磁性材性の回転側継鉄４
５が固着されている。この回転側継鉄４５は、前記環状
磁石３１の外側と環状磁石３２の内側とに、これら環状
磁石３１．３２と対向するように同軸配置された筒部４
６．４７と、これら筒部４６．４７の図中上端部を磁気
的および機械的に結合する環状部４８とで構成されてい
る。筒部４６の内周面には、前記環状継鉄３３．２５と
それぞれ対向する位置に環状の突起５１．５２を備えて
おり、これら突起５１．５２と環状継鉄３３．２５との
間には、環状の磁気ギャップＧ１ 、Ｇ２が形成されて
いる。また、筒部４７の外周面には、前記環状継鉄３４
．２６とそれぞれ対向する位置に環状の突起５３．５４
を備えており、これら突起５３．５４と環状継鉄３４．
２６との間には、環状の磁気ギャップＧ３ 、Ｇ４が形
成されている。
で、前記ベース１２の筒部２１の外側に非接触状態で同
軸配置された筒部４１と、この筒部４１の図中上端側外
周に一体的に突設されたつば部４２と、このつば部４２
の周縁部から図中下方に突設された突周壁４３とで構成
されている。このフライホイール本体１１のつば部４２
および突周壁４３の内面には、磁性材性の回転側継鉄４
５が固着されている。この回転側継鉄４５は、前記環状
磁石３１の外側と環状磁石３２の内側とに、これら環状
磁石３１．３２と対向するように同軸配置された筒部４
６．４７と、これら筒部４６．４７の図中上端部を磁気
的および機械的に結合する環状部４８とで構成されてい
る。筒部４６の内周面には、前記環状継鉄３３．２５と
それぞれ対向する位置に環状の突起５１．５２を備えて
おり、これら突起５１．５２と環状継鉄３３．２５との
間には、環状の磁気ギャップＧ１ 、Ｇ２が形成されて
いる。また、筒部４７の外周面には、前記環状継鉄３４
．２６とそれぞれ対向する位置に環状の突起５３．５４
を備えており、これら突起５３．５４と環状継鉄３４．
２６との間には、環状の磁気ギャップＧ３ 、Ｇ４が形
成されている。
ベース１２のつば部２２の上面には、ブラシレスモータ
５７の固定子５８が固定されており、フライホイール本
体１１のつば部４２には、上記固定子５８と嵌合する関
係にブラシレスモータ５７の回転子５９が固定されてい
る。また、ベース１２の筒部２１の外周面でフライホイ
ール本体１１の筒部４１と対向する位置には、前述した
制御磁極２７ａ 、 ２７ｄの中心線上に位置する関係
に２つの変位センサ６１．６２が固定されている。これ
ら変位センサ６１．６２は、たとえば渦電流式のもので
構成されており、ベース１２とフライホイール本体１１
との間の距離に対応した出力を送出するものである。ま
た、ベース１２の筒部２１の外周面には、非常時だけフ
ライホイール本体１１を軸支する機械軸受６３．６４が
内輪固定されている。
５７の固定子５８が固定されており、フライホイール本
体１１のつば部４２には、上記固定子５８と嵌合する関
係にブラシレスモータ５７の回転子５９が固定されてい
る。また、ベース１２の筒部２１の外周面でフライホイ
ール本体１１の筒部４１と対向する位置には、前述した
制御磁極２７ａ 、 ２７ｄの中心線上に位置する関係
に２つの変位センサ６１．６２が固定されている。これ
ら変位センサ６１．６２は、たとえば渦電流式のもので
構成されており、ベース１２とフライホイール本体１１
との間の距離に対応した出力を送出するものである。ま
た、ベース１２の筒部２１の外周面には、非常時だけフ
ライホイール本体１１を軸支する機械軸受６３．６４が
内輪固定されている。
なお、前記制御コイル３５８〜３５ｄの入力端は、図示
しない安定化制御装置の出力端に接続されている。この
安定化制御装置は、公知のゼロパワー制御方式を採用し
たもので、前述した変位センサ６１、６２の出力を導入
して各コイルを次のように付勢する。すなわち、例えば
環状ギャップＧ１のギャップ長が、周方向のある位置に
おいて小さくなると、この位置から１８０°ずれた位置
におけるギャップ長は必ず大きくなる。そして、この関
係は常に変位センサ６１．６２の出力変化として現われ
る。
しない安定化制御装置の出力端に接続されている。この
安定化制御装置は、公知のゼロパワー制御方式を採用し
たもので、前述した変位センサ６１、６２の出力を導入
して各コイルを次のように付勢する。すなわち、例えば
環状ギャップＧ１のギャップ長が、周方向のある位置に
おいて小さくなると、この位置から１８０°ずれた位置
におけるギャップ長は必ず大きくなる。そして、この関
係は常に変位センサ６１．６２の出力変化として現われ
る。
そこで、安定化制御装置は、ギャップ長が小さくなった
場所については、その場所の磁気ギャップを通過する磁
束を減少させるように上記場所に近い制御コイル（３５
ａ〜３５ｄの内いずれか一つ）を付勢し、またギャップ
長が大きくなった場所についてはその場所の磁気ギャッ
プを通過する磁束を増加させるように上記場所に近い制
御コイルを付勢する。この付勢によってギャップ長がバ
ランスした時点で制御コイルの付勢を停止するようにし
て、フライホイール本体１１の半径方向位置を常に安定
に制御させるようにしている。
場所については、その場所の磁気ギャップを通過する磁
束を減少させるように上記場所に近い制御コイル（３５
ａ〜３５ｄの内いずれか一つ）を付勢し、またギャップ
長が大きくなった場所についてはその場所の磁気ギャッ
プを通過する磁束を増加させるように上記場所に近い制
御コイルを付勢する。この付勢によってギャップ長がバ
ランスした時点で制御コイルの付勢を停止するようにし
て、フライホイール本体１１の半径方向位置を常に安定
に制御させるようにしている。
このように構成された本実施例に係る磁気軸受は、次の
ように動作する。
ように動作する。
すなわち、第３図に示すように、環状磁石３１から供給
された磁束Ｍ１は、環状磁石３１〜環状継鉄３３〜磁気
キャップ０１〜突起５１〜筒部４６〜突起５２〜環状ギ
ャップＧ２〜環状継鉄２５〜環状磁石３１からなる第１
の磁路を通過する。一方、環状磁石３２から供給された
磁束Ｍ２は、環状磁石３２〜環状継鉄３４〜磁気キャッ
プ０３〜突起５３〜筒部４７〜突起５４〜環状ギャップ
０４〜環状継鉄２４〜環状磁石２２からなる第２の磁路
を通過する。このため、環状継鉄３３の外周面と突起５
１の内周面との間、環状継鉄２５の外周面と突起５２の
内周面との間、環状継鉄３４の外周面と突起５３の内周
面との間および環状継鉄２６の外周面と突起５４の内周
面との間にそれぞれ磁気吸引力が作用することになる。
された磁束Ｍ１は、環状磁石３１〜環状継鉄３３〜磁気
キャップ０１〜突起５１〜筒部４６〜突起５２〜環状ギ
ャップＧ２〜環状継鉄２５〜環状磁石３１からなる第１
の磁路を通過する。一方、環状磁石３２から供給された
磁束Ｍ２は、環状磁石３２〜環状継鉄３４〜磁気キャッ
プ０３〜突起５３〜筒部４７〜突起５４〜環状ギャップ
０４〜環状継鉄２４〜環状磁石２２からなる第２の磁路
を通過する。このため、環状継鉄３３の外周面と突起５
１の内周面との間、環状継鉄２５の外周面と突起５２の
内周面との間、環状継鉄３４の外周面と突起５３の内周
面との間および環状継鉄２６の外周面と突起５４の内周
面との間にそれぞれ磁気吸引力が作用することになる。
したがって、この磁気的吸引力が適切に設定されている
ものとすると、上記吸引力によってフライホイール本体
１１の軸心線方向の移動は完全に抑制されることになる
。これによって、軸方向受動の支承形態が実現できる。
ものとすると、上記吸引力によってフライホイール本体
１１の軸心線方向の移動は完全に抑制されることになる
。これによって、軸方向受動の支承形態が実現できる。
半径方向の安定化を図るための制御磁束Ｍ３は、変位セ
ンサ６１．６２の出力に応じて、所定の制御コイル２７
８〜２７ｄが付勢されることによって発生する。いま、
フライホイール本体１１を第３図中矢印の向きに移動さ
せる場合には、例えば制御コイル３５ｂを付勢して制御
磁束Ｍ３を、制御磁極２７ｂ〜環状継鉄２５〜磁気ギャ
ップ０２〜突起５２〜筒体４６〜環状体４８〜筒体４７
〜突起５４〜磁気ギャップ０４〜環状継鉄２６〜制御！
極２７ｂの順序で第３の磁路を通過させる。この制御磁
束Ｍ３は、第１の磁路の磁束Ｍ１を減少させ、第２の磁
路の磁束Ｍ２を増加させるように作用する。したがって
、環状継鉄３３と突起５１との間および環状継鉄２５と
突起５２との間の磁気力は弱められ、環状継鉄３４と突
起５３との間および環状継鉄２４と突起５４との間の磁
気力は強められる。この結果、上記制御コイル３５ｂと
１８０°対向する制御コイル３５ｄにも同一の向きの制
御磁束を発生させるようにすれば、フライホイール本体
１１は、図中矢印の方向に移動して安定化制御されるこ
とになる。かくして、ブラシレスモータ５７の電源を投
入すると、フライホイール本体１１は、完全非接触状態
のまま回転を開始し、ここにフライホイール装置の磁気
軸受としての機能が良好に発揮される。
ンサ６１．６２の出力に応じて、所定の制御コイル２７
８〜２７ｄが付勢されることによって発生する。いま、
フライホイール本体１１を第３図中矢印の向きに移動さ
せる場合には、例えば制御コイル３５ｂを付勢して制御
磁束Ｍ３を、制御磁極２７ｂ〜環状継鉄２５〜磁気ギャ
ップ０２〜突起５２〜筒体４６〜環状体４８〜筒体４７
〜突起５４〜磁気ギャップ０４〜環状継鉄２６〜制御！
極２７ｂの順序で第３の磁路を通過させる。この制御磁
束Ｍ３は、第１の磁路の磁束Ｍ１を減少させ、第２の磁
路の磁束Ｍ２を増加させるように作用する。したがって
、環状継鉄３３と突起５１との間および環状継鉄２５と
突起５２との間の磁気力は弱められ、環状継鉄３４と突
起５３との間および環状継鉄２４と突起５４との間の磁
気力は強められる。この結果、上記制御コイル３５ｂと
１８０°対向する制御コイル３５ｄにも同一の向きの制
御磁束を発生させるようにすれば、フライホイール本体
１１は、図中矢印の方向に移動して安定化制御されるこ
とになる。かくして、ブラシレスモータ５７の電源を投
入すると、フライホイール本体１１は、完全非接触状態
のまま回転を開始し、ここにフライホイール装置の磁気
軸受としての機能が良好に発揮される。
そして、この場合には、回転側のフライホイール本体１
１には、環状磁石を一切設けない構造としているので、
フライホイール本体１１を高速回転しても強度上、性能
上の不具合は発生し得ない。また、フライホイール本体
１１および回転側継鉄４５は、一般に焼結体で形成され
る環状磁石３１．３２に較べて加工精度が良好であるた
め、回転体をバランス良く形成することができる。また
、本実施例では、環状磁石３１．３２の周方向の磁束密
度がある程度ばらついても、両環状磁石３１．３２と制
御磁極２７８〜２７ｄとはともに静止側に位置している
ので、上記ばらつきが結果的には静止時の軸心のずれと
なり、これは図示しない制御回路（ゼロパワー回路）で
補償される。したがって、制御コイル２７ａ〜２７ｄに
よる制御磁束は回転時に機械的アンバランスを補償する
のみで良い。したがって、回転体の回転によって上記ば
らつきが制御コイル２７ａ〜２７ｄの動作に影響を与え
ることはない。
１には、環状磁石を一切設けない構造としているので、
フライホイール本体１１を高速回転しても強度上、性能
上の不具合は発生し得ない。また、フライホイール本体
１１および回転側継鉄４５は、一般に焼結体で形成され
る環状磁石３１．３２に較べて加工精度が良好であるた
め、回転体をバランス良く形成することができる。また
、本実施例では、環状磁石３１．３２の周方向の磁束密
度がある程度ばらついても、両環状磁石３１．３２と制
御磁極２７８〜２７ｄとはともに静止側に位置している
ので、上記ばらつきが結果的には静止時の軸心のずれと
なり、これは図示しない制御回路（ゼロパワー回路）で
補償される。したがって、制御コイル２７ａ〜２７ｄに
よる制御磁束は回転時に機械的アンバランスを補償する
のみで良い。したがって、回転体の回転によって上記ば
らつきが制御コイル２７ａ〜２７ｄの動作に影響を与え
ることはない。
さらに、この実施例では第１〜第３の磁路は全て短くま
とまっているので、漏れ磁束を少なく抑えることができ
、支承効率を向上させることができる。したがって、こ
れによって磁路断面積の縮小化を図ることができ、全体
の小形軽量化はもとより、静止側のみの軽量化を図った
場合には、フライホイール装置として必要な角運動凶／
質量の向上化を図ることができる。
とまっているので、漏れ磁束を少なく抑えることができ
、支承効率を向上させることができる。したがって、こ
れによって磁路断面積の縮小化を図ることができ、全体
の小形軽量化はもとより、静止側のみの軽量化を図った
場合には、フライホイール装置として必要な角運動凶／
質量の向上化を図ることができる。
なお、本発明は、特に制御ｎｆ！１極数を４極に限定す
るものではなく、例えば第４図に示すように３極の制御
磁極７３ａ 、 ７３ｂ 、 ７３ｃで構成するように
しても良い。また、本発明は、フライホイール装習以外
の用途にも適用可能であることは言うまでもない。
るものではなく、例えば第４図に示すように３極の制御
磁極７３ａ 、 ７３ｂ 、 ７３ｃで構成するように
しても良い。また、本発明は、フライホイール装習以外
の用途にも適用可能であることは言うまでもない。
第１図は本発明の一実施例に係る磁気軸受の縦断面図、
第２図は同磁気軸受の平面図、第３図は第１図の一部を
拡大して示す断面図、第４図は本発明の他の実施例を示
す平面図、第５図は従来の磁気軸受を示す図で、同図（
ａ）は平面図、同図（ｂ）は縦断面図である。 １．１１・・・フライホイール本体、２．４．３１．３
２・・・環状磁石、３．１２・・・ベース、５ａ 〜５
ｄ、 ２５．２６゜３３、３４・・・環状継鉄、６ａ
〜６ｄ、 ２７ａ 〜２７ｄ 、 ７３ａ 〜７３Ｃ・
・・制御磁極、７ａ〜７ｄ、 ３５ａ〜３５ｄ・・・制
御コイル、２４・・・静止側継鉄、４５・・・回転側継
鉄。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第３図 第４図
第２図は同磁気軸受の平面図、第３図は第１図の一部を
拡大して示す断面図、第４図は本発明の他の実施例を示
す平面図、第５図は従来の磁気軸受を示す図で、同図（
ａ）は平面図、同図（ｂ）は縦断面図である。 １．１１・・・フライホイール本体、２．４．３１．３
２・・・環状磁石、３．１２・・・ベース、５ａ 〜５
ｄ、 ２５．２６゜３３、３４・・・環状継鉄、６ａ
〜６ｄ、 ２７ａ 〜２７ｄ 、 ７３ａ 〜７３Ｃ・
・・制御磁極、７ａ〜７ｄ、 ３５ａ〜３５ｄ・・・制
御コイル、２４・・・静止側継鉄、４５・・・回転側継
鉄。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第３図 第４図
Claims (1)
- 静止体と、この静止体に磁気力によって非接触に支承さ
れる回転体と、この回転体の軸心線を中心として前記静
止体に同心円状に装着され軸心線方向に同一の向きで着
磁された大小２つの円環状磁石と、これら２つの円環状
磁石の一端面を径方向に磁気的に接続する制御磁極を周
方向に少なくとも３つ備えた静止側継鉄と、前記大径の
円環状磁石の外周面と対向し前記制御磁極とともに前記
大径の円環状磁石からの磁束を通過させる第１の磁路を
形成する部分、前記小径の円環状磁石の内周面と対向し
前記制御磁極とともに前記小径の円環状磁石から供給さ
れた磁束を通過させる第２の磁路を形成する部分および
前記制御磁極の両端部を磁気的に結合して前記第１およ
び第２の磁路と一部重複する第３の磁路を形成する部分
を備え前記回転体に装着された回転側継鉄と、前記制御
磁極に巻装されて前記第３の磁路に制御磁束を発生させ
て前記第１および第２の磁路の磁束を制御する制御コイ
ルと、前記静止体と前記回転体との間の半径方向の相対
位置を検出する手段と、この手段で得られた検出値に基
づいて前記制御コイルを付勢して前記回転体の半径方向
位置を安定化させる安定化制御手段と、前記静止体と前
記回転体の間に設けられ前記回転体を回転駆動するモー
タとを具備してなることを特徴とする磁気軸受。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60016837A JPS61175314A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 磁気軸受 |
| US06/792,838 US4652780A (en) | 1985-01-31 | 1985-10-30 | Magnetic bearing device |
| DE8585307957T DE3571067D1 (en) | 1985-01-31 | 1985-11-01 | Magnetic bearing device |
| EP85307957A EP0191225B1 (en) | 1985-01-31 | 1985-11-01 | Magnetic bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60016837A JPS61175314A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 磁気軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61175314A true JPS61175314A (ja) | 1986-08-07 |
| JPS642813B2 JPS642813B2 (ja) | 1989-01-18 |
Family
ID=11927313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60016837A Granted JPS61175314A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 磁気軸受 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4652780A (ja) |
| EP (1) | EP0191225B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61175314A (ja) |
| DE (1) | DE3571067D1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH05502084A (ja) * | 1989-05-25 | 1993-04-15 | ミークス クローフォード アール | 磁気軸受構造体 |
| JP2022507469A (ja) * | 2018-11-12 | 2022-01-18 | へプトロン インターナショナル リミテッド | フライホイール装置 |
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| GB2219357B (en) * | 1988-06-02 | 1992-05-27 | Glacier Metal Co Ltd | Magnetic thrust bearings |
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| JPH0514351U (ja) * | 1991-08-06 | 1993-02-23 | 株式会社クボタ | 壁板材 |
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| US5514924A (en) * | 1992-04-30 | 1996-05-07 | AVCON--Advanced Control Technology, Inc. | Magnetic bearing providing radial and axial load support for a shaft |
| US5250865A (en) * | 1992-04-30 | 1993-10-05 | Avcon - Advanced Controls Technology, Inc. | Electromagnetic thrust bearing for coupling a rotatable member to a stationary member |
| US5315197A (en) * | 1992-04-30 | 1994-05-24 | Avcon - Advance Controls Technology, Inc. | Electromagnetic thrust bearing using passive and active magnets, for coupling a rotatable member to a stationary member |
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1985
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