JPH02102919A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH02102919A JPH02102919A JP63254621A JP25462188A JPH02102919A JP H02102919 A JPH02102919 A JP H02102919A JP 63254621 A JP63254621 A JP 63254621A JP 25462188 A JP25462188 A JP 25462188A JP H02102919 A JPH02102919 A JP H02102919A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract 1
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
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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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- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
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-
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- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
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- 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】
この発明は磁気軸受装置に関するものであって、この発
明の目的は、コンパクトに構成可能であると共に、リニ
アーな変位出力の得られる磁気軸受装置を提供すること
にある。
明の目的は、コンパクトに構成可能であると共に、リニ
アーな変位出力の得られる磁気軸受装置を提供すること
にある。
以下にこの発明の磁気軸受装置の具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
第１図において、１は回転主軸であって、この回転主軸
１にはアーマチャーディスク２が、一体回転可能に取着
されている。このアーマチャーディスク２を挟んで、軸
方向の両側の位置には、一対の軸受要素３、３が配置さ
れている。各軸受要素３は、永久磁石４の両磁極面に一
対の磁極片５、６を取着した構造のもので、各磁極片５
、６はアーマチャーディスク２と平行に延びる部分と、
この部分からアーマチャーディスク２に近接する位置ま
で延びる先端部分とを有している．そして上記一対の磁
極片５、６間の位置において、上記永久磁石４よりも先
端側に制御コイル７が配置され、この制御コイル７より
もさらに先端側にセンサーコイル８が配置されている。
１にはアーマチャーディスク２が、一体回転可能に取着
されている。このアーマチャーディスク２を挟んで、軸
方向の両側の位置には、一対の軸受要素３、３が配置さ
れている。各軸受要素３は、永久磁石４の両磁極面に一
対の磁極片５、６を取着した構造のもので、各磁極片５
、６はアーマチャーディスク２と平行に延びる部分と、
この部分からアーマチャーディスク２に近接する位置ま
で延びる先端部分とを有している．そして上記一対の磁
極片５、６間の位置において、上記永久磁石４よりも先
端側に制御コイル７が配置され、この制御コイル７より
もさらに先端側にセンサーコイル８が配置されている。
なおこのセンサーコイル８は、上記制御コイル７と同方
向に巻かれているものとする。
向に巻かれているものとする。
上記磁気軸受装置においては、磁極片５、６の先端側に
第１及び第２空隙１１，１２が、また磁極片５．６の基
端側に漏れ磁路１３がそれぞれ形成されることになるが
、その等価回路を第２図に示す。同図において、ＥＯは
永久磁石４の起磁力、ＲＯは永久磁石４の内部磁気抵抗
、ＲＬは漏れ磁束用磁気抵抗、Ｒ１は第１空隙１１用磁
気抵抗、Ｒ２は第２空隙用磁気抵抗をそれぞれ示してい
る。
第１及び第２空隙１１，１２が、また磁極片５．６の基
端側に漏れ磁路１３がそれぞれ形成されることになるが
、その等価回路を第２図に示す。同図において、ＥＯは
永久磁石４の起磁力、ＲＯは永久磁石４の内部磁気抵抗
、ＲＬは漏れ磁束用磁気抵抗、Ｒ１は第１空隙１１用磁
気抵抗、Ｒ２は第２空隙用磁気抵抗をそれぞれ示してい
る。
上記においてアーマチャーディスク２の変位による不平
衡バネ定数は、 １ ／ ｒ １ ＋（ＲＯ／（１＋ＲＯ／Ｒ１）（Ｒ１
＋Ｒ２） ）コに比例する。
衡バネ定数は、 １ ／ ｒ １ ＋（ＲＯ／（１＋ＲＯ／Ｒ１）（Ｒ１
＋Ｒ２） ）コに比例する。
また制御力は、
ＥＯ・Ｎｌ／ Ｒ
Ｒ＝（Ｒ１＋Ｒ２）”（１＋ＲＯ／ＲＬ）＋２ＲＯ（Ｒ
１＋Ｒ２）＋ ＲＯ”／ （１＋ Ｒ２／ＲＬ） に比例する。したがって ＲＬ＝ＲＯ（１？１＋Ｒ２）／ （ＲＯ−（Ｒ１＋Ｒ２
） ）＝ＲＯ／（ａ −１） 〔ただし、ＲＯ＝ａ （Ｒ１＋ Ｒ２） ）の時に最大
となる。
１＋Ｒ２）＋ ＲＯ”／ （１＋ Ｒ２／ＲＬ） に比例する。したがって ＲＬ＝ＲＯ（１？１＋Ｒ２）／ （ＲＯ−（Ｒ１＋Ｒ２
） ）＝ＲＯ／（ａ −１） 〔ただし、ＲＯ＝ａ （Ｒ１＋ Ｒ２） ）の時に最大
となる。
以上のように、永久磁石４のＮＳ極面間隔を長くして、
内部磁気抵抗ＲＯを大きくシ（例えば、上記磁極片５．
６を軟磁性体にて構成する）、制御コイル７の磁路の磁
気抵抗を、永久磁石４の漏れ磁路を作ることによって最
適化し、また永久磁石４よりも先端側に制御コイル７を
配置することによって、制御電流による制御特性を向上
し得ると共に、アーマチャーディスクの変位による不平
衡バネ定数を小さくでき、しかもその構成を簡素化する
ことが可能となる。
内部磁気抵抗ＲＯを大きくシ（例えば、上記磁極片５．
６を軟磁性体にて構成する）、制御コイル７の磁路の磁
気抵抗を、永久磁石４の漏れ磁路を作ることによって最
適化し、また永久磁石４よりも先端側に制御コイル７を
配置することによって、制御電流による制御特性を向上
し得ると共に、アーマチャーディスクの変位による不平
衡バネ定数を小さくでき、しかもその構成を簡素化する
ことが可能となる。
第３図には変位検出センサーの変位検出原理図を示す、
この場合の変位検出センサーは、センサーコイル８とア
ーマチャーディスク２（磁性体）とで構成されており、
コイル８には高周波（略５０ＫＨｚ ）電流を流しであ
る。コイル８とアーマチャーディスク２との距離が変化
すると、コイル８のインダクタンスが変化し、コイル８
に印加しである高周波が振幅変調されることになるため
、この変調骨を変位として検出するのである。検出回路
は２個のインピーダンスｚｏ、 ｚｏと、２個のセンサ
ーコイルＬ１、Ｌ２でブリッジを構成して変化分を差動
検出した後、検波回路で変位信号を取り出すようにして
いる。
この場合の変位検出センサーは、センサーコイル８とア
ーマチャーディスク２（磁性体）とで構成されており、
コイル８には高周波（略５０ＫＨｚ ）電流を流しであ
る。コイル８とアーマチャーディスク２との距離が変化
すると、コイル８のインダクタンスが変化し、コイル８
に印加しである高周波が振幅変調されることになるため
、この変調骨を変位として検出するのである。検出回路
は２個のインピーダンスｚｏ、 ｚｏと、２個のセンサ
ーコイルＬ１、Ｌ２でブリッジを構成して変化分を差動
検出した後、検波回路で変位信号を取り出すようにして
いる。
制御コイル７とセンサーコイル８とを複合させたときの
ノイズに関しては、吸引力を強める方の制御コイル７は
強い磁界を発生させるが、センサーコイル８とアーマチ
ャーディスク２との距離が離れているため、サンサーコ
イル８のインダクタンスの変化分はある値とはなるもの
の、極端には大きくならない。一方、吸引力を弱める側
の制御コイル７は、発生する磁界は弱いが、センサーコ
イル８とアーマチャーディスク２との距離が短く、サン
サーコイル８のインダクタンスの変化分は上記の「ある
値」と略同じ値になる。したがって、このように差動検
出方式を採用すれば、上記変化分は互いにキャンセルさ
れ、変位成分としては検出されず、精度の良い変位検出
をなし得ることになる。
ノイズに関しては、吸引力を強める方の制御コイル７は
強い磁界を発生させるが、センサーコイル８とアーマチ
ャーディスク２との距離が離れているため、サンサーコ
イル８のインダクタンスの変化分はある値とはなるもの
の、極端には大きくならない。一方、吸引力を弱める側
の制御コイル７は、発生する磁界は弱いが、センサーコ
イル８とアーマチャーディスク２との距離が短く、サン
サーコイル８のインダクタンスの変化分は上記の「ある
値」と略同じ値になる。したがって、このように差動検
出方式を採用すれば、上記変化分は互いにキャンセルさ
れ、変位成分としては検出されず、精度の良い変位検出
をなし得ることになる。
いまここで、
Ｌｌ、Ｌ２：センサコイルのインダクタンスＺＯニブリ
ッジの基準インピーダンス μ：空隙の透磁率 Ｓ：磁心の断面積 Ｎ：コイルの巻数 ｘＯ：平衡点でのセンサターゲットの距離ｘ：ｘＯから
の変位 −：コイル印加電圧ν０の角周波数 とそれぞれすると、ブリッジの出力電圧■は、Ｖ ＝Ｖ
Ｏ（ｊｗＬ２−ｊｗＬｌ） ／ ２ （ｊｗＬ１＋ｊｗ
Ｌ２）＝ＶＯ（Ｌ２−Ｌｌ） ／２ （Ｌｌ＋Ｌ２）と
なる。
ッジの基準インピーダンス μ：空隙の透磁率 Ｓ：磁心の断面積 Ｎ：コイルの巻数 ｘＯ：平衡点でのセンサターゲットの距離ｘ：ｘＯから
の変位 −：コイル印加電圧ν０の角周波数 とそれぞれすると、ブリッジの出力電圧■は、Ｖ ＝Ｖ
Ｏ（ｊｗＬ２−ｊｗＬｌ） ／ ２ （ｊｗＬ１＋ｊｗ
Ｌ２）＝ＶＯ（Ｌ２−Ｌｌ） ／２ （Ｌｌ＋Ｌ２）と
なる。
そこで
Ｌ１＝ ｕ ＳＮ”／ ２ （ｘＯ−ｘ ）＝ａ／（
ｘｏ−ｘ） Ｌ２＝ ｕ ＳＮ”／ ２ （ｘｏ＋ｘ ）＝ａ／（
ｘＯ＋ｘ） と仮定すると、 Ｖ＝−ＶＯ・ｘ ／ ２ ｘＯ となり、したがって変位に比例した電気信号を得ること
が可能となる。なおＶは、数１０ＫＨｚの高周波電圧で
あり、その振幅が変位に比例することから、検波によっ
て高周波成分を除去することにより変位信号の出力が可
能となる。
ｘｏ−ｘ） Ｌ２＝ ｕ ＳＮ”／ ２ （ｘｏ＋ｘ ）＝ａ／（
ｘＯ＋ｘ） と仮定すると、 Ｖ＝−ＶＯ・ｘ ／ ２ ｘＯ となり、したがって変位に比例した電気信号を得ること
が可能となる。なおＶは、数１０ＫＨｚの高周波電圧で
あり、その振幅が変位に比例することから、検波によっ
て高周波成分を除去することにより変位信号の出力が可
能となる。
以上のように上記した軸方向変位検出機構によれば、セ
ンサーコイル８の磁路を、制御コイル７の磁路と共通に
しであることから、省スペースを図ることが可能となる
。また上記のような差動検出機構を採用すれば、アーマ
チャーディスク２が両軸受要素３．３の中央に位置する
ときにセンサー出力が零となるため、個々の構造体によ
るバラツキを低減し得るし、また変位に対してリニアー
なセンサー出力を得ることが可能となる。
ンサーコイル８の磁路を、制御コイル７の磁路と共通に
しであることから、省スペースを図ることが可能となる
。また上記のような差動検出機構を採用すれば、アーマ
チャーディスク２が両軸受要素３．３の中央に位置する
ときにセンサー出力が零となるため、個々の構造体によ
るバラツキを低減し得るし、また変位に対してリニアー
なセンサー出力を得ることが可能となる。
なおセンサーコイル８は、第４図に示すような位置に配
置することも可能である。
置することも可能である。
この発明の磁気軸受装置は上記のように構成されたもの
であり、そのためこの発明の磁気軸受装置においては、
センサーコイルの磁路を、制御コイルの磁路と共通にし
であることから、省スペースを図ることが可能となる。
であり、そのためこの発明の磁気軸受装置においては、
センサーコイルの磁路を、制御コイルの磁路と共通にし
であることから、省スペースを図ることが可能となる。
また上記のような差動検出機構を採用しであるので、変
位に対してリニアーなセンサー出力を得ることが可能と
なる。
位に対してリニアーなセンサー出力を得ることが可能と
なる。
第１図はこの発明の磁気軸受装置の一実施例を示す縦断
面図、第２図は上記装置の等価回路図、第３図は変位検
出センサーの作動原理図、第４図は他の実施例の縦断面
図である。 １・・・回転主軸、２・・・アーマチャーディスク、３
・・・軸受要素、４・・・永久磁石、５．６・・・磁極
片、７・・・制御コイル、８・・・センサーコイル。 特許出願人 日本フェロ−フルイデイクス株式会
社 第２図 第３図
面図、第２図は上記装置の等価回路図、第３図は変位検
出センサーの作動原理図、第４図は他の実施例の縦断面
図である。 １・・・回転主軸、２・・・アーマチャーディスク、３
・・・軸受要素、４・・・永久磁石、５．６・・・磁極
片、７・・・制御コイル、８・・・センサーコイル。 特許出願人 日本フェロ−フルイデイクス株式会
社 第２図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、回転主軸に取着されたアーマチャーディスクの軸方
向両側に一対の軸受要素を配置して成り、上記各軸受要
素は、一対の磁極片を備えた制御コイルより成り、上記
各磁極片の先端側を上記アーマチャーディスクに近接し
て配置し、さらに上記制御コイルよりも先端側の位置に
おいて、上記磁極片にセンサーコイルを装着して成る磁
気軸受装置。 ２、上記アーマチャーディスクの軸方向両側に位置する
一対のセンサーコイルで、主軸変位を差動出力すること
を特徴とする第１請求項記載の磁気軸受装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254621A JP2961117B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 磁気軸受装置 |
| DE68912490T DE68912490T2 (de) | 1988-10-07 | 1989-10-06 | Magnetische Lager-Vorrichtung. |
| EP89118607A EP0362881B1 (en) | 1988-10-07 | 1989-10-06 | Magnetic bearing device |
| KR1019890014499A KR0153451B1 (ko) | 1988-10-07 | 1989-10-07 | 마그네틱 베어링 장치 |
| US07/560,460 US5073737A (en) | 1988-10-07 | 1990-07-27 | Magnetic bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254621A JP2961117B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02102919A true JPH02102919A (ja) | 1990-04-16 |
| JP2961117B2 JP2961117B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=17267576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63254621A Expired - Lifetime JP2961117B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 磁気軸受装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5073737A (ja) |
| EP (1) | EP0362881B1 (ja) |
| JP (1) | JP2961117B2 (ja) |
| KR (1) | KR0153451B1 (ja) |
| DE (1) | DE68912490T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB2269862B (en) * | 1992-08-22 | 1996-05-08 | Glacier Metal Co Ltd | Electromagnetic bearing arrangement |
| KR950034989A (ko) * | 1994-05-30 | 1995-12-30 | 이형도 | 스러스트(thrust) 자기 베어링 |
| US5660397A (en) * | 1994-09-23 | 1997-08-26 | Holtkamp; William H. | Devices employing a liquid-free medium |
| DE19823630C2 (de) * | 1998-05-27 | 2003-08-21 | Pmdm Prec Motors Deutsche Mine | Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren |
| US6008558A (en) * | 1998-09-17 | 1999-12-28 | Sundstrand Corporation | L-shaped magnetic thrust bearing |
| EP1679492A1 (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-12 | Mecos Traxler AG | Eddy-current sensor and magnetic bearing device |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2355104A1 (de) * | 1973-11-03 | 1975-05-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Elektromagnetisches axiallager |
| FR2377549A1 (fr) * | 1977-01-12 | 1978-08-11 | Europ Propulsion | Montage de rotor court de grand diametre |
| US4167296A (en) * | 1977-12-30 | 1979-09-11 | Sperry Rand Corporation | Protective control system for magnetic suspension and magnetically suspended devices |
| JPS5881217A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-16 | Seiko Instr & Electronics Ltd | ５自由度制御形磁気軸受装置 |
| JPS5919714A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-02-01 | Toshiba Corp | 磁気軸受装置 |
| JPS5983828A (ja) * | 1982-11-02 | 1984-05-15 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 磁気軸受 |
| US4609869A (en) * | 1983-04-13 | 1986-09-02 | Electro Corporation | Magnetic sensor and circuit for detecting the edge of a target as it passes the centerline of the sensor |
| EP0192836A3 (de) * | 1985-03-01 | 1988-07-20 | Maschinenfabrik Rieter Ag | Verwendung einer magnetischen Lageranordnung |
| US4642501A (en) * | 1985-10-15 | 1987-02-10 | Sperry Corporation | Magnetic suspension and pointing system with flux feedback linearization |
| JPH0198708A (ja) * | 1987-10-07 | 1989-04-17 | Ebara Res Co Ltd | ラジアル磁気軸受装置 |
| US4920291A (en) * | 1989-01-19 | 1990-04-24 | Contraves Goerz Corporation | Magnetic thrust bearing with high force modulation capability |
-
1988
- 1988-10-07 JP JP63254621A patent/JP2961117B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-10-06 DE DE68912490T patent/DE68912490T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-06 EP EP89118607A patent/EP0362881B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-07 KR KR1019890014499A patent/KR0153451B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1990
- 1990-07-27 US US07/560,460 patent/US5073737A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5073737A (en) | 1991-12-17 |
| EP0362881B1 (en) | 1994-01-19 |
| DE68912490D1 (de) | 1994-03-03 |
| JP2961117B2 (ja) | 1999-10-12 |
| KR900006696A (ko) | 1997-05-08 |
| DE68912490T2 (de) | 1994-08-11 |
| EP0362881A3 (en) | 1990-07-04 |
| KR0153451B1 (ko) | 1998-12-01 |
| EP0362881A2 (en) | 1990-04-11 |
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