JP3099032B2 - ラジアル磁気軸受 - Google Patents

ラジアル磁気軸受

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JP3099032B2
JP3099032B2 JP03033650A JP3365091A JP3099032B2 JP 3099032 B2 JP3099032 B2 JP 3099032B2 JP 03033650 A JP03033650 A JP 03033650A JP 3365091 A JP3365091 A JP 3365091A JP 3099032 B2 JP3099032 B2 JP 3099032B2
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    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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    • F16C32/044Active magnetic bearings
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は潤滑油の使用を避けるよ
うな高真空が要求される、例えばLSI製造工程に使用
されるターボ分子ポンプ、或いはドライガスシールと組
み合わせて使用することにより潤滑油給油装置を必要と
しないターボ圧縮機の回転軸を支持するラジアル磁気軸
受に関するものである。
【0002】
【従来技術】図3は従来のスラスト磁気軸受及びラジア
ル磁気軸受により支持した回転軸の縦断面図であり、図
4(a)はその横断面図、図4(b)は同図(a)のA
OA線上断面図である。
【0003】図3において、1は回転軸であり、該回転
軸1にはラジアル軸受ロータ継鉄17,17及び磁性材
料製のスラストディスク27が固着されている。ラジア
ル軸受ロータ継鉄17,17に対向してラジアル軸受ケ
ーシング2に固着されたラジアル軸受継鉄16,16が
配置されて、該ラジアル軸受継鉄16,16にはそれぞ
れラジアル用励磁コイル15,15が固着されている。
【0004】また、スラストディスク27に微小隙間を
設けて対向しスラスト軸受ケーシング3に固着された断
面コ字状の一対のスラスト軸受継鉄リング26,26が
配置され、該スラスト軸受継鉄リング26,26の凹部
にはそれぞれスラスト用励磁コイル25,25が挿入さ
れている。
【0005】また、11,11は回転軸1の軸方向と直
交する方向(ラジアル方向)の変位を検出するラジアル
変位センサであり、該ラジアル変位センサ11の出力は
ラジアルセンサアンプ12で増幅され、ラジアル方向補
償回路13,13及びラジアル用電力増幅器14,14
を通して、ラジアル用励磁コイル15,15に供給され
る。
【0006】また、21は回転軸1の軸方向の変位を検
出するスラスト変位センサであり、該スラスト変位セン
サ21の出力はスラストセンサアンプ22で増幅され、
スラスト方向補償回路23及びスラスト用電力増幅器2
4,24を通して、スラスト用励磁コイル25,25に
供給される。
【0007】図5は磁気軸受支持の回転軸の曲げ固有振
動モードを示す図である。上記のように従来のラジアル
磁気軸受は、ラジアル軸受ロータ継鉄17,17に微小
隙間を設けて対向してラジアル用励磁コイル15,15
を挿入したリング状のラジアル軸受継鉄16,16を直
接ラジアル軸受ケーシング3に固定する構成では、図示
するように、回転軸の曲げ固有振動数の発振現象(不安
定振動)が発生していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の磁
気軸受で支持された回転軸1は、しばしば回転軸1の曲
げ固有振動数の発振現象(不安定振動)が発生してい
た。その原因の多くは磁気軸受の制御力が比較的周波数
領域に限られているため、回転軸の曲げ固有振動数のよ
うな比較的高周波数の振動には無力であったためであ
る。磁気軸受を極端に大きくするとか、或いはその電力
増幅機の容量を大きくするとかにより、このような問題
を防止できる可能性がない訳でもないが、これは非経済
的である。
【0009】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、回転軸に発生する回転軸の曲げ振動を防止できるラ
ジアル磁気軸受を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、回転軸に固着した磁性材料製ラジアル継鉄
と、該ラジアル継鉄に対して微小隙間を設けて対向し励
磁コイルを挿入した突起を有し且つラジアル軸受ケーシ
ングに固着された電磁石継鉄リングを具備し、前記回転
軸の半径方向の変位を計測するラジアル変位センサの出
力信号をセンサアンプで増幅し、該増幅した変位信号を
ラジアル方向補償回路及び電力増幅器を通して、励磁コ
イルに供給するように構成されたラジアル磁気軸受にお
いて、電磁石継鉄リングとラジアル軸受ケーシングとの
間に、回転軸の円周方向にラジアル方向の力を発生する
圧電形アクチュエータを挿入し、ラジアル変位センサの
出力信号を該信号を基に位相補償を行う補償回路及び電
力増幅器を通して圧電形アクチュエータに供給し、電磁
石継鉄リングをラジアル方向に変位させるように構成し
たことを特徴とする。
【0011】
【作用】上記のように、電磁石継鉄リングとラジアル軸
受ケーシングとの間に、回転軸円周方向にラジアル方向
の力を発生する圧電形アクチュエータを挿入し、ラジア
ル変位センサの出力信号を該信号を基に位相補償を行う
補償回路及び電力増幅器を通して圧電形アクチュエータ
に供給し、電磁石継鉄リングをラジアル方向に変位させ
るように構成したので、この圧電形アクチュエータがラ
ジアル方向に伸縮することにより、ラジアル継鉄と電磁
石継鉄リングとの間の隙間を変えることができる。電磁
石の吸引力は、励磁電流とラジアル継鉄と電磁石継鉄リ
ングとの間の隙間の関数となっており、この隙間が小さ
くなると磁気吸引力は大きくなる。この隙間変化を利用
して、発生した回転軸の曲げ振動を制振するよう回転軸
に力を加えることにより曲げ固有振動数の発振を防止す
る。その結果、回転軸に発生する曲げ固有振動数の自励
振動を防止できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の実施例を示す図で、図1(a)は
ラジアル磁気軸受の横断面図、図1(b)は同図(a)
のAOA線上断面図である。同図において、図3及び図
4と同一符号を符した部分同一又は相当部分を示す。以
下他の図面においても同様とする。
【0013】図1において、ラジアル軸受継鉄16はと
ラジアル軸受ケーシング2の間に回転軸1の円周方向に
複数個のラジアル方向(半径方向)の力を発生する圧電
形アクチュエータ35が配置される。
【0014】ラジアル変位センサ11により、回転軸1
のラジアル方向の変位が検出され、この検出信号はラジ
アルセンサアンプ12で増幅され、ラジアル方向補償回
路13及びラジアル用電力増幅器14,14を通してラ
ジアル用励磁コイル15に供給される。該ラジアル用励
磁コイル15からの磁束はラジアル軸受継鉄16を通っ
てラジアル軸受ロータ継鉄17に作用し、回転軸1のラ
ジアル方向の位置制御を行う。
【0015】他方、ラジアルセンサアンプ12で増幅さ
れたラジアル変位センサ11の変位検出信号の差信号を
バンドパス、微分等の回路含み、主として回転軸の曲げ
固有振動数の近傍周波数のみを選択的に補償する機能を
備えた補償回路33に導く。該補償回路33からの出力
信号を圧電アクチュエータ駆動用電力増幅器34,34
で増幅して、回転軸1を挟んで互いに対向する圧電形ア
クチュエータ35,35に供給する。
【0016】これにより、圧電形アクチュエータ35,
35は伸縮され、ラジアル軸受継鉄16をラジアル方向
に変位駆動する。その結果、ラジアル軸受継鉄16と回
転軸1に固着されたラジアル軸受ロータ継鉄17との間
の隙間をラジアル方向(半径方向)に変化させることが
できる。これにより、回転軸1のラジアル軸受ロータ継
鉄17とラジアル軸受継鉄16との間に作用する磁気吸
引力も変化し、制御力を回転軸1に作用させることがで
きる。この制御力により回転軸1の曲げ固有振動を低減
する。
【0017】上記図1に示す実施例では、ラジアル変位
センサ11からの信号により、対向する圧電形アクチュ
エータ35をプッシュプルで伸縮させ、ラジアル磁気軸
受用の電磁石(ラジアル用励磁コイル15とラジアル軸
受継鉄16で構成される。)を駆動している。
【0018】図2は本発明の他の実施例を示す図で、図
2(a)はラジアル磁気軸受の横断面図、図2(b)は
同図(a)のAOA線上断面図である。
【0019】本実施例では、図示するように、圧電アク
チュエータ35の反対側には、予荷重を圧電アクチュエ
ータ35に付加すると共にラジアル軸受継鉄16をラジ
アル軸受ケーシング2に固定するためにラジアル方向に
作用する予荷重弾性材51をラジアル軸受継鉄とラジア
ル軸受ケーシング2の間に挿入している。
【0020】ラジアル変位センサ11により、回転軸1
のラジアル方向の変位が検出され、この検出信号はラジ
アルセンサアンプ12で増幅され、ラジアル方向補償回
路13及びラジアル用電力増幅器14,14を通してラ
ジアル用励磁コイル15に供給される。該ラジアル用励
磁コイル15からの磁束はラジアル軸受継鉄16を通っ
てラジアル軸受ロータ継鉄17に作用し、回転軸1のラ
ジアル方向の位置制御を行う点は図1の場合と同一であ
る。
【0021】他方、ラジアルセンサアンプ12で増幅さ
れたラジアル変位センサ11の変位検出信号の差信号を
バンドパス、微分等の回路含み、主として回転軸の曲げ
固有振動数の近傍周波数のみを選択的に補償する機能を
備えた補償回路33に導く。該補償回路33からの出力
信号を圧電アクチュエータ駆動用電力増幅器34で増幅
して、アクチュエータ35に供給する。
【0022】この場合、圧電アクチュエータ35の反対
側には、予荷重を圧電アクチュエータ35に付加すると
共にラジアル軸受継鉄16をラジアル軸受ケーシング2
に固定するためにラジアル方向に作用する予荷重弾性材
51をラジアル軸受継鉄とラジアル軸受ケーシング2の
間に挿入する。
【0023】その結果、ラジアル軸受継鉄16と回転軸
1に固着されたラジアル軸受ロータ継鉄17との間の隙
間をラジアル方向(半径方向)に変化させることができ
る。これにより、回転軸1のラジアル軸受ロータ継鉄1
7とラジアル軸受継鉄16との間に作用する磁気吸引力
も変化し、制御力を回転軸1に作用させることができ
る。この制御力により回転軸1の曲げ固有振動を低減す
る。
【0024】上記図2に示す実施例では、ラジアル変位
センサ11からの信号により、ラジアル軸受継鉄16の
片側のみに設置した圧電形アクチュエータ35を伸縮さ
せ、ラジアル軸受用の電磁石を駆動している。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
磁石継鉄リングとラジアル軸受ケーシングとの間に、回
転軸円周方向にラジアル方向の力を発生する圧電形アク
チュエータを挿入し、ラジアル変位センサの出力信号を
該信号を基に位相補償を行う補償回路及び電力増幅器を
通して圧電形アクチュエータに供給し、ラジアル継鉄と
電磁石継鉄リングとの間の隙間を変化させ、その間に作
用する磁気吸引力を変化させるので、回転軸の曲げ固有
振動数の発振を防止する。その結果、回転軸に発生する
曲げ固有振動数の自励振動を防止できるという優れた効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図で、図1(a)はラジ
アル磁気軸受の横断面図、図1(b)は同図(a)のA
OA線上断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す図で、図2(a)は
ラジアル磁気軸受の横断面図、図2(b)は同図(a)
のAOA線上断面図である。
【図3】従来のスラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受
により支持した回転軸の縦断面図である。
【図4】図4(a)は図3のラジアル軸受部の横断面
図、図4(b)は同図(a)のAOA線上断面図であ
る。
【図5】回転軸の曲げ固有振動モードを示す図である。
【符号の説明】
1 回転軸 2 ラジアル軸受ケーシング 3 スラスト軸受ケーシング 11 ラジアル変位センサ 12 ラジアルセンサアンプ 13 ラジアル方向補償回路 14 ラジアル用電力増幅器 15 ラジアル用励磁コイル 16 ラジアル軸受継鉄 17 ラジアル軸受ロータ継鉄 20 スラストセンサディスク 21 スラスト変位センサ 22 スラストセンサアンプ 23 スラスト方向補償回路 24 スラスト用電力増幅器 25 スラスト用励磁コイル 27 スラストディスク 33 補償回路 34 圧電アクチュエータ駆動用電力増幅器 35 圧電形アクチュエータ 51 予荷重用弾性材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸に固着した磁性材料製ラジアル継鉄
    と、該ラジアル継鉄に対して微小隙間を設けて対向し励
    磁コイルを挿入した突起を有し且つラジアル軸受ケーシ
    ングに固着された電磁石継鉄リングを具備し、前記回転
    軸の半径方向の変位を計測するラジアル変位センサの出
    力信号をセンサアンプで増幅し、該増幅した変位信号を
    ラジアル方向補償回路及び電力増幅器を通して、前記励
    磁コイルに供給するように構成されたラジアル磁気軸受
    において、 前記電磁石継鉄リングと前記ラジアル軸受ケーシングと
    の間に、前記回転軸円周方向にラジアル方向の力を発生
    する圧電形アクチュエータを挿入し、前記ラジアル変位
    センサの出力信号を該信号を基に位相補償を行う補償回
    路及び電力増幅器を通して前記圧電形アクチュエータに
    供給し、前記電磁石継鉄リングをラジアル方向に変位さ
    せるように構成したことを特徴とするラジアル磁気軸
    受。
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