JPS631812A - 竪形回転体の上部磁気軸受装置 - Google Patents

竪形回転体の上部磁気軸受装置

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JPS631812A
JPS631812A JP61141697A JP14169786A JPS631812A JP S631812 A JPS631812 A JP S631812A JP 61141697 A JP61141697 A JP 61141697A JP 14169786 A JP14169786 A JP 14169786A JP S631812 A JPS631812 A JP S631812A
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JP
Japan
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permanent magnet
rotating body
bearing device
liquid tank
vertical rotating
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Pending
Application number
JP61141697A
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English (en)
Inventor
Fukuzo Shimizu
清水 福三
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS631812A publication Critical patent/JPS631812A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0423Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other
    • F16C32/0425Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other for radial load mainly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、竪形回転体の上部磁気軸受装置に係り、特K
、簡単に制振能力を設定できるようにした磁気軸受装置
に関する。
(従来の技術) 竪形回転体の上部軸受としては、従来種々のものが考え
られている。その中に磁気力を利用した磁気軸受がある
。この磁気軸受は、完全な非接触状態で軸受機能を発揮
できると言う特徴を有している。
ところで、このような竪形回転体の上部磁気軸受装置は
1通常、第3図に示すように構成されている。すなわち
、竪形の回転体本体1の上端部に図示極性に着磁された
環状の永久磁石2を回転体本体1と同軸に固定するとと
もにケーシング3の内面に図示極性に着磁された環状の
永久磁石4を前記永久磁石2に対向させ、かつ永久磁石
2との間に磁気的吸引力が作用する関係に同軸的に固定
し、さらに永久磁石4の表面を非磁性良導電材5で覆っ
た構成となっている。
このように構成された磁気軸受装置は、永久磁石2,4
間に生じる磁気的吸引力で回転体本体1の上端部を拘束
し、さらに回転体本体1が水平方向に振動しようとした
とき永久磁石2の水平方向の変位に伴わせて非磁性良導
電材5中に渦電流を発生させ、この渦電流によるエネル
ギ消費で振動エネルギを吸収して振動をダンピングさせ
るようにしている。
しかしながら、上記のように構成された従来の竪形回転
体の上部磁気軸受装置にあっては次のような問題があっ
た。すなわち、この磁気軸受装置におけるダンピング力
の大きさは、非磁性良導電材5内を通過する磁束の変化
が大きい程大きい。
しかし、起磁力源として永久磁石を使用した場合には、
永久磁石の性質上、振動時に非磁性導電材5内を通過す
る磁束を大きく変化させることが困難で、大きなダンピ
ング力を得ることができない。
このため、たとえば回転体本体を危険速度以上の速度で
回転させようとする場合には、危険速度を無事に通過さ
せるために回転体本体のバランス調整を充分に行なわな
ければならず、バランス調整に多大の時間を必要とする
問題があった。また。
ダンピング力が小さいためK、高速回転中に回転体本体
の固有振動数と同一の振動数で振れ回る不安定な自励振
動が発生するなどの問題もあった。
(発明が解決しようとする問題点) 上述の如く、何等かの手段でダンピング力の増加を図ら
ない限り1回転体本体の組立て調整の簡単化および高速
回転時の安定化を実現することはできない。
そこで本発明は、磁気軸受の特徴を損うことなく大きな
ダンピング力を発生させることができ。
ダンピング力の不足によって起こる弊害を解消できる竪
形回転体の上部磁気軸受装置を提供することを目的とし
ている。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明に係る装置では、竪形の回転体本体上部に固定さ
れた第1の永久磁石と、この第1の永久磁石を取り囲む
ように静止状態に配置された液槽と、この液槽内に収容
された粘性流体と、前記液槽内に収容され前記第1の永
久磁石との間に生じる磁気的反発力で上記第1の永久磁
石のラジアル方向位置を拘束する環状の第2の永久磁石
と7この第2の永久磁石を上記第2の永久磁石と前記液
槽との間に水平方向に延びる剪断効実用の微小液膜を形
成させた状態で水平方向に移動自在に。
かつ求心的に支持する支持手段とを設けている。
(作用) 本発明装置では、前記支持手段で第2の永久磁石を、こ
の第2の永久磁石と液槽との間に水平方向に延びる剪断
効実用の微小液膜を設けた状態で水平方向に移動自在K
、かつ求心的に支持させているので、第2の永久磁石お
よびこれに付加された部材の質回の設定、微小液膜の厚
み設定2粘性流体の選択、支持手段の求心復元力の設定
等によって回転体本体の危険速度や不安定自励振動に対
応した強いダンピング力を簡単に発生させることができ
る。
(実施例) 以下1本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る竪形回転体の上部磁気
軸受装置を示すもので、第3図と同一部分は同一符号で
示しである。したがって1重複する部分の説明は省略す
る。
この実施例では、ケーシング3の内面に永久磁石2を取
り囲む関係に液槽11が設けられている。
この液槽11は、非磁性良伝導材で形成されている。液
槽11内には油等の粘性流体12が収容されている。さ
らに液槽11内には粘性流体12内に没する関係に環状
の永久磁石13が前記永久磁石2と同心的に収容されて
おり、この永久磁石13はばね等の求心作用を有する支
持部材14によって支持されている。永久磁石13は2
図示極性に着磁されており永久磁石2との間に生じる磁
気的反発力によって永久磁石2のラジアル方向位置、つ
まり回転体本体1の上端のラジアル方向位置を拘束して
いる。そして、前記支持部材14は。
永久磁石13の底面と液槽11の底壁内面との間に剪断
効果を発揮する微小液膜を水平方向に形成するための微
小間隙15が存在するように支持している。
このような構成であると、良好な制振機能を有した上部
磁気軸受を簡単に実現することができる。
以下、この理由を説明する。
今1回転体本体1が水平方向に振動すると、この振動が
永久磁石2を介して永久磁石13に伝わる。したがって
、永久磁石13が水平方向に運動する。このように永久
磁石13が水平方向に運動すると1間隙15内の液膜が
剪断されダンピング力が発生する。このときのダンピン
グ定数Cは。
粘性流体12の粘性係数をμ、永久磁石13と液槽11
の底壁内面との対向面積をA2間隙15のギャップ長を
δとすると、C−(μA)/δとなる。
したがって、この振動系をモデル化して示すと。
第2図(a)のようになる。同図において1Mは回転体
本体1の質量、には永久磁石2,13からなる磁気軸受
のばね定数、Dはこの磁気軸受のダンピング定数1mは
永久磁石13およびこれに付加された部材の合計質ff
i、 kは支持部材14のばね定数、Cは前述したダン
ピング定数である。−般K、DはCに比べて非常に小さ
いので、近似的にD−0としても支障はない。
回転体本体1が振動数ωで振動したとき1回転体本体1
が受ける割振作用は等価的に次式で現わされる。すなわ
ち9等価ばね定数keは。
・・・(2) となる。したがって、このke、Ceを用いると。
この振動系はさらに第2図(b)のような等価振動モデ
ルで示すことができる。
この振動モデルにおいて1等価ダンピング定数Ceを最
も大きくし得る条件を求めると、(1)式よ・・・(3
) となり、Ceはm−(K+k)/ω2のとき最大値とな
る。このことは、今、制振しようとする回転体本体1と
軸受を含めた系の固有振動数または危険速度をωCとし
たとき。
(LIo 2− (K+k ) /m       ・
=(4)の関係にmとkとを設定すればよいことになる
したがって、余裕をみると。
0.5ωc、≦(k十K)/’m≦1.5ωc2・・・
(5) の関係が満たされるようにmとkとを設定すればよく、
この設定は簡単に行なえる。
−方、(2)式より。
・・・(6) となり、Ceは+  C2−(K+に−mω2) 2/
ω2のとき最大となる。
これを整理すると。
・・・(7) となる。この(7)式にω−ωCおよび(4)式を代入
すると。
C2= (m2ωc2)/4      −(8)とな
り、結局。
(2C)/m−ωC・・・(9) となる。すなわち、(q)式を満たすようにCとmとを
設定すればよく、余裕をみて。
0.54L)C≦(2C)/m≦1.5 ωc  −(
to)の関係を満たすようにCとmとを設定すればよい
ことになる。
このようK、質mmと、ばね定数にと、ダンピング定数
Cとを前記関係に設定するだけで、制振を最も必要とす
る条件のとき大きなダンピング力を発生させることがで
きる。
一般に9回転体が危険速度を通過するときの振動振幅は
1回転体のアンバランス量に比例し、軸受のダンピング
力に反比例する。したがって1回転体の強度上あるいは
構造上の許容振動振幅値が決まると1回転体の許容アン
バランス量と軸受のダンピング力との関係がそれに応じ
て決定される。
すなわち、許容アンバランス量は、軸受のダンピング力
に比例することになり、もし軸受のダンピング力を2倍
にできれば、許容アンバランス量も2倍にできる。許容
アンバランス量を増加できれば、バランス調整が容易と
なり、製作上、大幅なコスト低下に寄与できることにな
る。また、高速回転中に回転体本体が固有振動数と同一
の振動数で振れ回る自励振動の如き不安定振動もダンピ
ング力の不足によって起こり、ダンピング力の大きな軸
受では現われない。この実施例では、簡単にダンピング
力を大きくできるので、前述した理由で回転体本体の製
作の容易化および高速回転時の安定化を実現できること
になる。
なお1本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く種々変形することができる。すなわち。
上述した実施例では永久磁石13をばねで支持させるよ
うにしているが、同等の機能を有するベローズで支持さ
せてもよく、またベアリングと磁石との組み合わせで支
持するようにしてもよい。
[発明の効果] 以上述べたように1本発明によれば、簡単な設定だけで
強力なダンピング力を発揮させることができ、もって回
転体本体の製作の容易化ならびに高速回転時の安定性の
向上化に寄与できる竪形回転体の上部磁気軸受装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る竪形回転体の上部磁気
軸受装置の縦断面図、第2図は同軸受装置を組み込んだ
振動系の等価回路を説明するための図、第3図は従来の
上部磁気軸受装置の縦断面図である。 1・・・回転体本体、2.13・・・永久磁石、11・
・・液槽、12・・・粘性流体、14・・・支持部材、
15・・・液膜形成用の間隙。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)竪形の回転体本体上部に固定された第1の永久磁
    石と、この第1の永久磁石を取り囲むように静止状態に
    配置された液槽と、この液槽内に収容された粘性流体と
    、前記液槽内に収容され前記第1の永久磁石との間に生
    じる磁気的反発力で上記第1の永久磁石のラジアル方向
    位置を拘束する環状の第2の永久磁石と、この第2の永
    久磁石を上記第2の永久磁石と前記液槽との間に水平方
    向に延びる剪断効果用の微小液膜を形成させた状態で水
    平方向に移動自在に、かつ求心的に支持する支持手段と
    を具備してなることを特徴とする竪形回転体の上部磁気
    軸受装置。 (2)前記液槽は、非磁性かつ良導電材で形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の竪形回
    転体の上部磁気軸受装置。 (3)前記支持手段は、ばね、ベローズ、磁石の中から
    選ばれた1種を主体にして構成されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の竪形回転体の上部磁気
    軸受装置。 (4)前記回転体本体の危険速度をωc、前記第2の永
    久磁石およびこれに付加された部材の合計質量をm、前
    記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石との間のばね定
    数をK、前記支持手段のばね定数をkとしたとき、 0.5ωc^2≦(k+K)/m≦1.5ωc^2の関
    係を満たすように各部が設定されてなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の竪形回転体の上部磁気軸
    受装置。 (5)前記回転体本体の危険速度をωc、前記第2の永
    久磁石およびこれに付加された部材の合計質量をm、前
    記微小液膜によるダンピング定数をCとしたとき、 0.5ωc≦(2C)/m≦1.5ωc の関係を満たすように各部が設定されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の竪形回転体の上部磁
    気軸受装置。
JP61141697A 1986-06-18 1986-06-18 竪形回転体の上部磁気軸受装置 Pending JPS631812A (ja)

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JPS631812A true JPS631812A (ja) 1988-01-06

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ID=15298106

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JP61141697A Pending JPS631812A (ja) 1986-06-18 1986-06-18 竪形回転体の上部磁気軸受装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103216571A (zh) * 2013-04-26 2013-07-24 江苏理工学院 永磁轴承挤压油膜阻尼器
CN103225669A (zh) * 2013-04-25 2013-07-31 江苏理工学院 带弹性环的永磁轴承挤压油膜阻尼器
CN104455200A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 江苏理工学院 带浮动磁环的挤压油膜阻尼器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103225669A (zh) * 2013-04-25 2013-07-31 江苏理工学院 带弹性环的永磁轴承挤压油膜阻尼器
CN103216571A (zh) * 2013-04-26 2013-07-24 江苏理工学院 永磁轴承挤压油膜阻尼器
CN104455200A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 江苏理工学院 带浮动磁环的挤压油膜阻尼器

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