JPS61185039A - 磁気軸受を有する回転電機 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁気軸受を有する回転ＩＩＬ億に係り、さらに
詳しく述べると、回転軸の回転中にその回転軸を軸方向
及び半径方向に移動さぜる磁気軸受を備えた回転電機に
関する。

〔発明の背景〕

従来のこの極の回転電機は、特開昭５８−７１００３号
公報に示されるように振動切削装置等に利用されており
、回転軸の先端に加工工具を取付け、回転軸を軸方向及
び半径方向に移動させて、加工工具が被加工物を切削す
ることができるように構成されている。即ち、従来の磁
気軸受を有する回転を機は、第８図に示すように、回転
軸１と、モータ２と、２つの半径方向移動用磁気軸受３
，４と、１つの軸方向移動用磁気軸受５とを備えている
。

前記モータ２は、回転軸１の外面部に取付けらｎたロー
タ２１と、ケース６の内側に取付けられて前記ロータ２
１の外周方向に配置されたステータｎとで構成されてい
る。前記半径方向移動用磁気軸受３，４はモータ２の軸
方向の両側に設置されている。この半径方向移動用磁気
軸受３，４は、夫々が回転軸１の水面部に取付けられか
つ磁性材からなる磁性体３１　、４１と、ケース６の内
側に取付けられて磁性体３１　、４１の半径方向（図に
おいて上下方向）に配置された磁力部３２　、４２と、
ケース６に取付けられて磁性体３１　、４１の前記磁力
部３２　、４２と交差方向（囚において手前背紙方向）
に配置された図示しない磁力部とからなっている。前記
軸方向移動用磁気軸受５は、スピンドル１の一端に取付
けられ、かつ磁性材によって円板形に形成された磁性体
５１と、ケース６内側にスピンドル１の軸方向に沼って
取付けられかつ磁性体５１を挾むように対向配置された
磁力部５２とからなっている。なおＩＯは回転軸の他端
に装着された加工工具である。

この磁気軸受を有する回転ｔｍは、２つの半径方向移動
用磁気軸受３，４及び軸方向移動用磁気軸受５の磁力部
３２　、４２　、５２を励磁して、これらに磁性体３１
　、４１　、５１が吸引さｎることにょシ回転軸１を図
示の如く支持させ、このときモータ２のス　　゛テータ
ｎ及びロータ２１によって回転軸１が回転されるように
なっている。そして、回転軸１の回転中に、例えは２つ
の半径方向移動用磁気軸受３゜４の一方の磁力部３２　
、４２を増磁して、これに磁性体３１　、４１が吸引さ
ｎることにより、回転軸１を上下方向に振動させ、かつ
他方の図示しない磁力部を増磁して、これに磁性体３１
　、４１が吸引されることにより、回転軸１を上下方向
と交差方向に振動させることができるようになっている
。さらに、軸方向移動用磁気軸受５において、何れか一
方の磁力部５２を増磁して、これに磁性体５１が吸引さ
れることにより、回転軸１を軸方向に移動させることが
できるようになっている。

そのため、２つの半径方向移動用磁気軸受３゜４と軸方
向移動用磁気軸受５とは、夫々専用の位置検出器７，８
及び９と、これら位置検出器７゜８．９からの検出信号
に基づいて各々の磁力部３２・４２　、５２の励研力を
独立的にコントロールする制御部とによって制御さｎる
。位置検出器７，８．９は、夫々が対向する位置にクー
ゲラ）７ｍ、８ａ。

９ａを有しており、そのターゲットとの間のギャップを
検出できるように構成されている。前記制御部は、夫々
が略同様のＳ成でりるから、ここでは軸方向移動用磁気
軸受５について述べる。即ち、回転軸１を軸方向に移動
させる場合、第９図に示すように、位置検出器９からの
検出信号が位相進み補償回路１１を介して比較器１２に
入力される。比較器１２は、前記検出信号に基づいた入
力信号と、ギヤツブ設足器１３によって予め移動量が設
定された設定値の入力信号とを比較してその偏差を求め
、比例積分回路１４、増巾器１５ｔｌ−介し磁力部５２
に前記偏差に応じた励磁電流を与え、かくして回転軸１
の移動に応じて偏差がＯになることによシ、回転軸１を
目標位ｋまで移動させる。

ところで、上記に示す従来例は、軸方向移動用磁気軸受
５が、軸方向に対向配置されたコイル部５２　、５２間
で磁性体５１を吸引させるように構成されているので、
回転軸１の軸方向の移動量が磁性体５１と磁力部５２　
、５２との間のギャップ長さによって制限され、このた
め、その移動量が極めて小さい不具合がある。

この不具合を解決する為、回転１１＠全体を移動できる
ような送りｅ構を別に設けていたが、その場合、送り機
構が祷雑でかつ大型になるばかりでなく、コストがそれ
だけ高くつく問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記事情に鑑み、回転軸の軸方向の移
動ｉｔをギャップに制限されることがないようＫＬ、以
て回転軸の軸方向の移動量は送り機構を別に設けなくと
も大きくすることができる磁気軸受を有する回転電機を
提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、糧々検肘及び試験を行なった結果、回転
軸の移動量が軸方向移動用磁気軸受の磁性体と磁力部と
の間のギャップ長さより大きくするには、前記ギャップ
長さを軸方向に設けず、これと直交する方向、即ち半径
方向に設けることに着目した。つまシ、ギャップ長さを
半径方向に設けた場合、磁力部を励磁したとき、磁力が
磁性体に対し半径方向と軸方向との２つの分力を生じる
が、その軸方向の磁力を利用することに着目した。

即ち、本発明の磁気軸受を有する回転電機は、軸方向移
動用磁気軸受を、回転軸の周面部に取付けられた磁性体
と、該磁性体と対応する外周部に設置されてその磁性体
と半径方向のギャップを有し、かつ助出されたとき磁性
体を軸方向に吸引し得る磁力部とで構成したことに特徴
を有する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明のいくつかの実施例を第１図乃至第７図に
ついて説明する。第１図及び第２図は本発明の磁気軸受
を有する回転ｔｍの第１の実施例を示し、同一において
第８図及び第９図と同一符号のものは同じもの、もしく
は相当するものを表わしている。

実施例の磁気軸受を有する回転電機は、回転軸１と、該
回転軸１の外面部に取付けらｎたロータ２１及び該ロー
タ２１の外周方向に配置さｎｉステータｎよシ構成され
るモータ２と、回転軸１を半径方向に移動させる少々く
とも２つの半径方向移動用磁気軸受３．４と、回転軸１
を軸方向に移動させる少なくとも１つの軸方向移動用磁
気軸受５とを備えて構成されている。この点は従来例と
同様である。

しかして、前記軸方向移動用磁気軸受５は、回転軸１の
周面部に取付けられ九磁性体５１と、その磁性体５１の
外周方向に配置された２つの出力部５２ｍ、５２ｂとで
構成されている。

具体的に述べると、前記磁性体５１は、例えば珪素剛板
等からなる薄い磁性板を積層して適度の外径と長さく厚
さ）を有する円筒状に形成され、その内部に回転軸１を
嵌合して回転軸ｌの一端部に取付けられている。

前記磁力部５２ｍ、５２ｂは、夫々が磁性体５１を吸引
するものであって、例えばコアとこｎを取り囲むように
巻回さｎたコイルからなっている。この磁力部５２ａｔ
５２ｂは、磁性体５１の外径寸法より大きい内径を有す
る円筒形をなしており、ケース６内面に暇付けられて、
磁性体５１の外周方向に配置さｎている。従って、夫々
の磁力部５２ａ、５２ｂが磁性体５１に対し軸と直交す
る方向、即ち半径方向にギャップを有している。

また磁力部５２ｍ、５２ｂは、夫々の磁気的中心部が磁
性体５１の中心部とずれるように回転軸１の軸方向に沼
って対向配置されている。そして、何れか一方が励磁さ
れたとき、半径方向と軸方向との２つの分力のトカが作
用して、その軸方向の磁力によって磁性体５１を吸引す
ることにより、磁性体５１を軸方向に移動させることが
できるようになっている。

その次め、磁力部５２の軸方向の磁力は軸方向移動用の
位置検出器９と、制ａ８１Ｓとによって制御される。前
記位置検出器９は、ケース６内面の回転軸１と対向する
位置に取付けられ、力１つ回転軸１の一備面に固定され
たターケラ）９ａｔ有しておシ、該ターケラト９ａとの
間のギャップを検出できるように構成されている。前記
側（ｉＩ＆１部は、位置検出器９の出力部が位相補償回
路１１を介して比較器１２の一方の入力部に接続され、
比較器１２の他方の入力部にはキャップ設定器１３が従
続されている。

該ギャップ設定器１３は位置検出器９とそのターゲラ）
９ｍとの−１のギャップを設定する。そして、比較器１
２の出力部には、比例積分回路１４、増巾器１５を介し
た前記磁力ｆｉ５２ｍと、インバータ１ｂ、比例積分回
路１７、増巾器１８を介した前記磁力部５２　ｂとが並
列に接続されている。

即ち、前記制御部は、比較器１２によって位置検出器９
からの検出信号とギャップ設定器１３の指令値信号との
偏差が出力されたとき、その出力信号が一方においては
そのまま比例積分回路１４、増巾器１５を介し磁力部５
２＆に入力されると共に、他方においてはインバータ１
６によって極性反転されることにより、上記と同様のル
ートを経て磁力部５２ｂに入力される。従って、この制
御回路は、回転軸１が設定位置よシも離れると、一方の
磁力部５２ｂが増磁されると共に、他方の磁力部５２　
ｍが減磁され、また設定位置よシ縮まると、他方の磁力
部５２　ａが増磁されると共に、一方の磁力部５２　ｂ
が減磁され、かくして回転軸１を所望位ａまで移動制御
できるようになっている。

本実施例の回転電機は、上記の如く、軸方向移動用磁気
軸受５の磁性体５１と磁力部５２ｍ、５２ｂとが半径方
向にギャップを持ち、磁力部５２ｍ、５２ｂのうち、何
れか一方を増磁すると共に他方を減磁して、磁性体５１
を軸方向に移動させるので、回転軸１を軸方向に確実に
移動させることができる。

従って、従来のように軸移動方向にギャップ長さを有す
る磁気軸受５と比較すると回転軸１の移動量がギャップ
長さに制限されることがないので、回転軸１の軸方向の
移動量をよシ大きくすることができる。

また、回転軸１の軸方向の移動量が大きいと、半径方向
移動用磁気軸受３，４の位置検出用としての位置検出器
７，８のターゲット７　ａ　ｅ　３　ｍが軸方向に大き
くずれるので、位置検出器７，８が正確に検出できなく
なるおそれがある。しかし本例では、夫々のターゲラ）
７ｍ、Ｂａｉ軸方向に拡げて従来のものよシ長さく厚み
）を持たせているので、ターゲラ）７ｍ、８ａが軸方向
に偏倚しても、正確な位置を検出することができる。

第３図は本発明の第２の実施例を示している。　　　−
この実施例において、前記第１の実施例と異なるのは、
軸方向移動用磁気軸受５の磁力部５２　ａ　、　５２ｂ
がソレノイドで構成され、かつ磁性体５１が永久研石等
のように着磁されたものを用いた麿にある。

従って、この実施例は基本的には第１の実施例と同様の
作用効果を得ることができる。

第４図及び第５図は本発明の第３の実施例を示している
。この場合は、軸方向移動用磁気軸受５の磁性体５１が
回転軸１の局面部に対し軸方向に沿って複数配置され、
かつ磁力部５２が軸方向に沿って螺旋状に複数配置され
ている。即ち、前記複数の磁性体５１は、夫々が同様の
外径及び長さく厚さ）をなしており、かつ回転軸１に対
し適宜の間隔をもって軸方向に浴って取付けられている
。前記複数の磁力部５２は、夫々がケース６内側の磁性
体５１を取り囲む位置に取付けられて、回転軸１の軸方
向に溢って螺旋状に配置されている。前記磁気軸受５は
、磁力部５２の夫々が軸方向に浴って順次励磁及び消磁
されたとき、その励磁された磁力部５２が磁性体５１を
吸引することによシ、磁性体５１を軸方向に移動させ、
これによって回転軸１ｔ−軸方向に移動させることがで
きるようになっている。そのため、前記り数の磁力部５
２は、夫々が孤立的にオン、オフ制？Ｉ１１されるよう
に構成されている。

第６図は本発明の第４の実施例を示している。

この場合は、軸方向移動用磁気軸受５として、２つの半
径方向移動用磁気軸受３，４を利用したものである。

即ち、前記Ｓ気軸受５の磁性体５１が前記磁気軸受３．
４の磁性体３１　、４１で、かつ磁気軸受５の磁力部５
２が磁気軸９！３　、４の磁力部３２　、４２で夫々構
成されると共に、磁性体５１と磁力部５２との磁気的中
心部とが軸方向にずれるように配置されている。

そして、２つの磁気軸受３，４のうち、１０ｊれか一方
の磁気軸受３．４の磁力部３２　、４２を増磁して、こ
れに磁性体３１　、４１が吸引されることにより、磁性
体３１　、４１　ｔ−軸方向に移動させるようになって
いる。

従って、この実施例は、軸方向移動用磁気軸受５として
２つの半径方向移動用磁気軸受を利用しているので、前
述した第１〜第３の実施例に比較して、部品点数を削減
することができ、それだけコストを下けることができる
。

第７図は本発明の第５の実施例を示している。

この実施例は、軸方向移動用磁気軸受として、モータ２
１ｃ利用したものでめる。即ち、この場合の前記磁気軸
受５は、磁性体５１がモータ２のロータ２１で構成され
ると共に、出力部５２がモータ２のステータｎで構成さ
れ、かつロータ２１とステータηとが相対的に軸方向に
ずれている。そして、ロータ２１に対するステータηの
磁力を変化せしめて、これにロータ２１を吸引すること
により、ロータ２１を軸方向に移動させることができる
ようになっている。

従って、この実施例は、軸方向移動用磁気軸受５として
モータ２を利用しているので、前述した第１〜第３の実
施例と比較すると、第４の実施例と同様に部品点数を削
減でき、それだけコストを下げることができる他、この
回転１１機を立てｔｉｌｔｋで使用した場合、回転軸１
にスラスト荷重が作用するが、ロータ２１とステータρ
との磁気我引力に工ってスラスト力を緩和できるので、
磁気軸受３゜４．５に対する負荷を軽減することもでき
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、軸方向移動用磁気軸受が
回転軸の局面部に隊付けられた磁性体と、該磁性体の外
周部と対応する位置に設置されると共に、その磁性体と
半径方向にギャップを有し、かつ励磁されたとき磁性体
を軸方向に吸引し得る磁力部とで構成されるので、回転
軸の軸方向の移動ｉｔを、前記磁性体と磁力部との間の
ギャップ長に制限されることがなく大きくすることがで
きる。

従って、本発明によれば、送シ機構を別に設ける　　　
”ことが不要になるので、それだけコンパクトにするこ
とができると共に、経済性にも優れ、しかも非接触の送
り構造となるので、磨耗部分がないので保守が容易でお
る等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気軸受金有する回転電機の第１の実
施例を示す断面−１第２図は軸方向移動用磁気軸受の制
御回路図、第３図は本発明の磁気軸受を有する回転ｔｍ
の第２の実施例を示す断面図、第４図は本発明の磁気軸
受を１する回転電機の第３の実診例を示す断面−１第５
図は第４図のｖ−ｖ線断面図、第６囚は本発明の磁気軸
受を有する回転電機の第４の！Ｉ！施例を示す断面図、
第７図は本発明の磁気軸受を有する回転電機の第５の実
施例を示す断面図である。第８図は従来の磁気軸受を有
する回転電機の一例を示す断面図、第９因は従来の軸方
向移動用磁気軸受の制御回路図である。 １・・・回転軸、２・・・モータ、２１・・・ロータ、
ｎ・・・ステータ、３，４・・・半径方向移動用磁気軸
受、３１゜４１・・・磁性体、３２　、４２・・・磁力
部、５・・・軸方向移動用磁気軸受、５１・・・磁性体
、５２・・・磁力部。 代理人弁理士　　秋　本　正　実 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸と、該回転軸の外面部に取付けられたロータ
   及び該ロータの外周位置に配置されたステータで構成す
   るモータと、回転軸を軸方向に移動させる少なくとも１
   つの軸方向移動用磁気軸受と、回転軸を軸と直交する方
   向に移動させる少なくとも２つの半径方向移動用磁気軸
   受とを備えた磁気軸受を有する回転電機において、前記
   軸方向移動用磁気軸受は、回転軸の周面部に取付けられ
   た磁性体と、該磁性体の外周部と対応する位置に設置さ
   れると共に、磁性体に対し半径方向にギャップを有し、
   かつ励磁されたとき軸方向に磁性体を吸引し得る磁力部
   とで構成することを特徴とする磁気軸受を有する回転電
   機。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記磁力部を、磁
   性体の軸方向に沿つて対向配置したことを特徴とする磁
   気軸受を有する回転電機。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記磁力部をソレ
   ノイドで構成したことを特徴とする磁気軸受を有する回
   転電機。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記磁性体を、回
   転軸の軸方向に間隔をもつて複数配置させ、前記磁力部
   を、回転軸の軸方向に沿つてかつ螺旋状に複数配置させ
   てなることを特徴とする磁気軸受を有する回転電機。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記磁性体を、夫
   々の半径方向移動用磁気軸受の磁性体で構成し、前記磁
   力部を、夫々の半径方向移動用磁気軸受の磁力部で構成
   したことを特徴とする磁気軸受を有する回転電機。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記磁性体をモー
   タのロータで、かつ前記磁力部をモータのステータで夫
   々構成すると共に、該ステータとロータとを相対的に軸
   方向にずらしていることを特徴とする磁気軸受を有する
   回転電機。