JP2006153117A - 磁気軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ステータ1は、複数の主極3と、主極3の1つに周方向において隣接し先端部にバイアス磁束を供給する永久磁石16を形成された複数の補極4とを有する。各主極3には、バイアス磁束の強度を軸方向のある位置においては強め別の位置では弱めることによりロータ2の軸方向の位置を制御するアキシャル励磁コイル15が形成されている。複数の補極4の先端に形成される複数の磁束センサ17の検出出力に基づいて、アキシャル励磁コイル15に流れる励磁電流が制御される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、軸方向の制御性に優れ、小型化及び軽量化が可能な磁気軸受を提供することを目的とする。
アキシャル励磁コイル15に励磁電流が流れていない場合には、この磁束φbaとφbbの軸方向成分が均等であり相殺されるので、軸方向成分の磁束は発生せず、ロータ2にも軸方向の力は加わらない。
また、この実施の形態では、3つの主極3に設けられた3つのアキシャル励磁コイル120に流れる励磁電流を各々異ならせることにより、ロータ2の軸方向の位置制御だけでなく、傾き(X軸方向のチルト角θx、Y軸方向のチルト角θy)の制御も行うことができる。
この制御を行うための制御回路を含む制御系の構成を、図3に示す。この制御系は、アキシャル制御系100と、ラジアル制御系200とから構成される。
アキシャル制御系100は、コンパレータ101A−C、座標変換回路103、制御回路102’、座標変換回路104、及びパワーアンプ105A−Cから構成される。コンパレータ101A―Cは、それぞれ補極4(i)に設置された磁束センサ17A(i)及び17B(i)の検出出力の差分を演算するものである。
座標変換回路103は、この磁束センサ17で検出された検出出力に基づき、図3に示すXY座標を基準とした軸方向変位(Z)、チルト角(θx、θy)を求め、z方向変位信号、θx方向変位信号、及びθy方向変位信号を制御回路102’に出力する。制御回路102’は、これら変位信号に基づいて、例えばPID制御信号を出力する。座標変換回路104は、このPID制御信号を、アキシャル励磁コイル15の位置に対応した3相の座標系の信号に変換し、これをパワーアンプ105A−Cで増幅してアキシャル励磁コイル15に印加する。チルト角θx、θyが検出された場合には、3つのアキシャル励磁コイル15に流れる励磁電流の大きさを互いに異ならせることにより、ロータ2のチルト角の制御を行うことができる。
コンパレータ201A−Cは、それぞれ、1つの補極4(i)に設置された2つの磁束センサ17A(i)及び17B(i)の検出出力の和を出力する。座標変換回路202は、この磁束センサ17で検出された検出出力に基づき、図3に示すXY座標を基準としたX方向変位(x)、Y方向変位(y)を求め、X方向変位信号、Y方向変位信号を制御回路203に出力する。
制御回路203は、これら変位信号に基づいて、ラジアル励磁コイル18の位置に対応した3相の座標系に従ったPID制御信号を生成し、これをパワーアンプ204A−Cで増幅してラジアル励磁コイル18に印加する。
この磁気軸受は、4つの主極3(i)が、図4に示すXY座標系において、周方向に0°、90°、180°、170°と90°間隔で形成される。主極3(i)から45°周方向にずれた位置に、45°、135°、225°、315°と90°間隔で4つの補極(i)が形成されている。その他は上記の実施の形態と同様である。
コンパレータ101A’は、各補極4(i)に設置された磁束センサ17A(i)(i=1〜4)の検出出力の総和と、磁束センサ17B(i)(i=1〜4)の検出出力の総和の差分を演算するものである。この差分は、ロータ2のZ方向変位信号として制御回路102A’に出力される。
また、コンパレータ101B’は、補極4(1)、4(4)の上側の磁束センサ17A(1)及び17A(4)の検出出力の和と、下側の磁束センサ17B(1)及び17B(4)の和との差分を演算するものである。この差分は、ロータ2のθx方向変位信号として制御回路102B’に出力される。
また、コンパレータ101C’は、補極4(1)、4(2)の上側の磁束センサ17A(1)及び17A(2)の検出出力の和と、下側の磁束センサ17B(1)及び17B(2)の和との差分を演算するものである。この差分は、ロータ2のθy方向変位信号として制御回路102C’に出力される。
コンパレータ101A”は、各補極4(i)に設置された磁束センサ17A(i)(i=1〜3)の検出出力の総和と、磁束センサ17B(i)(i=1〜3)の検出出力の総和との差分を演算するものである。この差分は、ロータ2のZ方向変位信号として制御回路102A”に出力される。
また、コンパレータ101B”は、ロータ2のX軸方向のチルト角θxを検出するため、磁束センサ17A(1)、17B(2)及び17B(3)の総和と、磁束センサ17A(2)、17A(3)及び17B(1)の総和との差分を演算するものである。この差分は、ロータ2のθx方向変位信号として制御回路102B’に出力される。
なお、この図6に示すラジアル制御系200,アキシャル制御系100の構成は、図3に示す構成に置き換えることも可能である。
Claims (7)
- ステータと、このステータに磁気力によって非接触状態で支持されて回転軸を中心に回転するロータとを有する磁気軸受において、
前記ステータは、前記ロータに所定のギャップを介して対向し軸方向成分を含む磁束が集中する磁束集中部を有し且つ前記ステータの周方向に所定の間隔で配置される複数の主極、及び先端部において前記ロータに所定のギャップを介して対向し且つ前記複数の主極に対して前記周方向にずれた位置に配置される複数の補極を含み、
前記補極の先端部を第1極性とし隣接する前記主極の磁束集中部を第2極性とするようなバイアス磁束を供給する永久磁石と、
前記複数の主極に設けられ前記バイアス磁束の強度を前記軸方向の一方の側においては強め他方の側では弱めることにより前記ロータの軸方向の位置を制御するアキシャル制御磁束を発生させるアキシャル励磁コイルと、
前記複数の補極の先端に設けられる複数の磁束センサと、
前記複数の磁束センサの検出信号に基づいて前記アキシャル励磁コイルに流れる励磁電流を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする磁気軸受。 - 前記ステータは、前記ロータより厚く形成される請求項1記載の磁気軸受。
- 前記磁束センサは、前記複数の補極の各々において、軸方向の異なる位置に複数個設けられる請求項1記載の磁気軸受。
- 前記制御部は、前記複数の補極の1つに設けられた前記磁束センサの検出出力の差に基づいて前記アキシャル励磁コイルの励磁電流を制御する請求項3記載の磁気軸受。
- 前記永久磁石は、前記補極の先端に設けられた請求項1記載の磁気軸受。
- 前記永久磁石は、前記ロータの外周面に設けられた請求項1記載の磁気軸受。
- 前記永久磁石は、前記ステータの環状部に設けられた請求項1記載の磁気軸受。
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